ランダム荷重作用時の疲労き裂先端の塑性域変動に注目した伝播評価に関する研究

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現在、一定応力振幅の疲労き裂伝播挙動は定量的に評価可能であるが、過大荷重が作用する場合、伝播中に部分的に強度が低下、または上昇する場合には、その伝播挙動を十分に評価することができない。本研究では、荷重振幅が変動する場合の疲労き裂伝播の評価方法について検討した。まず、伝播中のき裂先端の弾塑性挙動を把握するために、荷重と疲労き裂先端付近のひずみとの関係から1サイクル中における載荷過程と除荷過程のヒステリシスループを求め、微小な区間のコンプライアンスを求めた。このヒステリシスループは、パソコンで制御されたデジタル式動ひずみ計の高速のA-D変換器を用いて荷重とひずみを同時計測した結果から求められた。今回、荷重とひずみを計測するための制御プログラムと、計測結果の処理プログラムを開発した。なお、開発した処理プログラムは、計測した荷重〜試験片背面ひずみから全体的なコンプライアンスを求めて、き裂長さコンプライアンスの関係からき裂長さを推定するプログラム、計測した荷重〜き裂先端付近のひずみから除荷弾性ひずみを引き算し、ヒステリシスループを求めるプログラム、ヒステリシスループから局部的コンプライアンスとコンプライアンスの変化率を求めるプログラムであり、その有効性も確認した。また、き裂伝播経路に貼付するひずみゲージは密に数多く貼付する必要があり、しかもき裂先端位置とひずみゲージの切断に時間差がある場合もあった。そこで、新センサーとして圧電セラミック素子を採用し、その有効性を確認した。その結果、圧電セラミック素子は試験片背面またはき裂伝播経路の離れた位置に貼付するだけで、しかも増幅しないでも高感度でヒステリシスループを計測可能であることを確認した。これらのシステムを用いて、ブロック荷重作用下,および強度が変化する場合の疲労き裂伝播挙動を評価した。