残留応力場における3次元表面き裂の伝ぱ寿命予測法

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本研究では、残留応力場における3次元表面疲労き裂の伝ぱ寿命予測法確立のための最も基本的な問題として、き裂面に垂直な残留応力場中を伝ぱするモードI繰返し荷重下の3次元表面疲労き裂を対象とし、弾性解析による負荷の重ね合せとき裂開閉口挙動の取込みを基礎とする、2次元き裂に対する推定法を、3次元表面き裂の場合に拡張し、その有効性を実験により検証した。得られた主な結論は以下のとおりである。1.残留応力場のおける3次元き裂の疲労き裂伝ぱに関する寿命推定法を提案した。き裂面の部分弾性接触がある場合も取り扱えるようにした。この方法では、残留応力と繰返し荷重を重ね合せ、応力拡大係数Kで表されたき裂前縁各点の実効弾性負荷(ΔK、応力比R)を弾性解析する。その実効弾性負荷を基に、2次元貫通疲労き裂の資料を用いてき裂前縁各点のき裂先端各点の開口比U=ΔKeff/ΔKを推定し、有効応力拡大係数幅ΔKeffを求める。さらに、ΔKeffとき裂伝ぱ速度の一価関数関係を用いて、き裂前縁各点の伝ぱ速度を推定する。2.溶接残留応力を有する試験片における表面き裂の伝ぱを実験的に調べ、その結果を本寿命推定法による結果と比較することにより推定法の適用性を調べた。寿命推定にあたっては、き裂は半楕円形状を保ちながら伝ぱするものとした。Kに対する残留応力の寄与は、白鳥のよる影響関数法により求めた。その結果、き裂深さが板の半幅をこえない範囲では、本法によりき裂伝ぱ挙動が推定できることがわかった。3.残留応力を有する爆接クラッド材のおける表面き裂の伝ぱ挙動を本寿命推定法によリ推定し、実験結果と比較した。表面きが引張り残留応力側、圧縮残留応力側のいずれから伝ばするかの違いが、表面き裂のアスペクト比の変化およびき裂伝ぱ曲線の及ぼす傾向を、本推定法により合理的に説明することができた。