船体構造用多結晶金属材料の疲労被害と繰返し塑性変形挙動の関係に関ずる研究

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1.前年度に実施したアルミニウム合金A5083P-Oのstrain burst特性に関する実験を継続して実施した。その結果、(1)荷重振幅変化前後の応力振幅が同じ場合、荷重増大前の負荷回数はstrain burstによる塑性歪増大量に影響しない。(2)荷重振幅増大量が同じなら、荷重振幅変化前の応力振幅が異なってもstrain burstによる塑性歪増大量はほぼ等しい。(3)荷重振幅変化前の応力振幅と応力振幅増大量が一定値以上でないと、strain burstは生じない。ことがわかった。2.前年度に開発した繰り返し塑性変形を解析可能な結晶弾塑性有限要素法計算コードを、反復計算により各荷重ステップで残差を解消できるよう改良した。そして、strain burstが発生する場合、変動振幅負荷をうける場合について、塑性変形の局在化と非可逆すべり発生を解析し、疲労き裂形成機構について考察を加えた。その結果、下記の知見を得た。(1)反復計算によって各荷重ステップで残差を解消することにより、strain burst等の材料不安定現象発生時や、変形の局在化が顕著になった場合でも、安定して精度の高い解析が行えることを示した。(2)1.で判明した特性を設定して、改良した結晶弾塑性有限要素法計算コードを用いてstrain burst発生時の塑性変形挙動を解析した。その結果、strain burstが発生する部分が広いほど、疲労き裂発生過程の素過程である塑性歪の局在化と非可逆すべりの発生が速い負荷サイクルで始まることがわかった。(3)塑性変形の局在化と非可逆すべり発生量をき裂発生過程進行度と考えると、定振幅負荷時でも負荷サイクル数とき裂発生過程進行度は線形でないこと、および変動振幅負荷時は荷重負荷順序でき裂発生過程進行度が変化することが導かれることを示した。(4)き裂発生過程である塑性変形局在化と非可逆すべり発生は、初期不整による不均一塑性変形のために潜在すべり系が活性化する応力が負荷サイクルにつれて低下し、一定サイクル後に活動することにより生じることが示された。