ピーニング処理により閉口した疲労き裂の再開口挙動を再現する数値解析手法の構築

开发一种数值分析方法来重现通过喷丸处理闭合的疲劳裂纹的重新打开行为

• 批准号: 22K20444
• 负责人: 阪野 裕樹
• 金额: $ 1.75万
• 依托单位: Gifu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20444/
• 关键词: ピーニング・HFMI処理; 疲労き裂; 閉口き裂の再閉口挙動; 塑性流動; 3次元き裂進展解析

鋼橋溶接継手に生じた疲労き裂は，車両通行により発生する繰り返し応力による進行し，急激に鋼橋の耐力を低下させる．この疲労き裂の進展を効率的かつ合理的に遅延するために，金属ピン・ハンマー打撃により鋼材表面に塑性流動を生じさせ，打撃部周辺に疲労に有利な圧縮残留応力を導入可能なピーニング・HFMI処理による表面き裂の閉口処理が開発されてきた．一方，閉口されたき裂の再開口挙動は，従来のき裂進展とは様相が異なる閉口部の連続的に開口する挙動を示す．このため，その挙動を従来のき裂進展解析，すなわち，線形破壊力学の枠組みにより再現可能であることが明確にできれば，非常に有効であると考えている．本研究では，ピーニング・HFMI処理によりき裂面に導入される圧縮残留応力に加えて，塑性流動も考慮可能な3次元き裂進展解析手法を開発し，最深部から表面に至るまでの閉口部の再開口挙動の完全再現を目指すものである．ここでは，溶接部継手試験体の疲労試験により閉口した疲労き裂を再開口させ，閉口部の再開口進展挙動の詳細なフラクトグラフィーを行うとともに，その結果を基に，閉口部の再開口挙動を疲労き裂進展として取り扱う3次元き裂進展解析の妥当性を検証する．初年度である令和4年度は，溶接継手試験体を用いた再開口挙動の再現性評価とき裂面に作用する塑性流動等の裏付けのための疲労試験が実施できていないことから，既往の研究成果からピーニング処理により閉口されたき裂の再開口後のき裂進展の様相を整理した．また，疲労試験に先立ち，き裂面に導入される残留応力の正確な推定のためのピーニング処理の数値シミュレーションを実施することとし，数値解析モデルの作成をしている．

钢桥焊接接头产生的疲劳裂纹由于车辆交通产生的重复应力而导致的进展，导致钢桥强度突然降低。为了有效，合理地延迟这种疲劳裂纹的生长，使用Peening和HFMI处理的表面裂纹闭合处理，这使塑性流通过金属销和锤子流到钢材材料的表面，从而引入了对受影响部分周围疲劳有利的压缩残留应力。另一方面，封闭裂纹的重新开放行为显示了封闭部分的连续开口行为，这与常规裂纹的生长不同。因此，我们认为，如果可以通过常规的裂纹生长分析（即线性断裂力学的框架）清楚地复制它将非常有效。在这项研究中，我们开发了一种3D裂纹生长分析方法，除了通过peing和HFMI处理引入到裂纹表面中的压缩残留应力外，还可以考虑塑料流，并旨在完全再现从最深部分的闭合行为重新开放闭合行为。在这里，我们通过对焊接关节标本的疲劳测试重新打开了闭合的疲劳裂纹，并对封闭部分的重新开放行为进行了详细的分裂，并根据结果验证了3D裂纹生长分析的有效性，其中封闭部分的重新开放行为被视为疲劳裂纹的生长。在2022年的第一年，2022年期间，没有进行疲劳测试，以评估使用焊接的关节测试样品重新开放行为的可重复性，并支持作用在裂纹表面上的塑性流，因此从先前的研究结果中，我们已经组织了通过pe骨治疗重新打开裂纹后的裂纹生长方面。此外，在进行疲劳测试之前，进行了对固定处理的数值模拟，以准确估计引入裂纹表面的残余应力，并创建了数值分析模型。