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繰り返し荷重下に溶接欠陥から成長する延性及び脆性亀裂の数値シュミレーション

循环加载下焊缝缺陷扩展的延性和脆性裂纹的数值模拟

基本信息

批准号：
01F00052
负责人：
黒羽啓明
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Sojo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

兵庫県南部地震による被害で明らかになったように、鉄骨建築物の溶接接合部に不可避的に存在する溶接欠陥から延性亀裂が進展し、その先端から脆性破壊が発生する恐れがある。溶接欠陥が接合部の強度に及ぼす影響を定量的に評価する手法を開発し、これを基に鉄骨の品質管理基準を策定することが本研究の最終目標である。欠陥が最も発生し易い梁フランジ端部溶接の始終端に、スラグ巻込み、融合不良を想定した部分溶込み溶接、疲労亀裂などの人工欠陥を設け、かつ、材質、試験温度を変化させて、これらの溶接接合部の実験を行った。実験で観察された脆性破壊を数値的に再現するために詳細な非線形有限要素解析を行った。脆性破壊の発生を予測するために、次の考え方に基づく改良FAD(破壊評価線図)の手法を用いた。欠陥の評価として用いる弾塑性のJ_cとしては、規格化された材料試験方法に従ったコンパクトテンション試験(CT試験)法で計測されたものを用いた。これらの試験片の亀裂の先端は強い塑性拘束を受けている。他方、柱梁接合部に存在する溶接欠陥の多くは表面欠陥であり、かつ、脆性破壊を生じる時点では、溶接欠陥の周辺部は広い範囲で降伏している。従って、溶接欠陥の切欠き先端部に存在する塑性拘束は遥かに弱い。そこで、塑性拘束の弱い欠陥のJ_c抵抗値(見かけのJ_c)は、CT試験片で計測されるJ_cを確率論の手法を用いて割り増したものとする必要がある。このような見かけのJ_cを用いることにより脆性破壊の発生を精度良く予測することができた。この数値破壊力学の手法によれば、数値解析のみで種々の欠陥や接合部の脆性破壊を再現できるので、溶接欠陥の許容基準を策定することが容易となった。さらに、部分溶込み溶接した接合部では、不溶接部分から母材表面にまで拡がるせん断滑り帯が形成されるために塑性拘束が小さくなり、最大主応力が小さくなるために脆性破壊が発生し難くなることが確かめられた。

The earthquake in the southern part of Hyogo Prefecture caused damage to the surface of the steel structure, and the existence of unavoidable cracks in the welded joints of the steel structure. The ultimate goal of this study is to develop methods for quantitative evaluation of the strength and impact of weld defects. The end of the weld is always open, the weld is closed, the fusion is not good, the partial weld is closed, the fatigue is broken, the artificial defect is set, the material is changed, the test temperature is changed, and the weld joint is completed. The analysis of non-linear finite elements is carried out in detail. The method of improving FAD(fracture evaluation line) is used in the prediction of brittle fracture. The evaluation and application of plastic materials are discussed in detail. The tip of the crack in the test piece is strongly constrained by plastic constraints. Other, column beam joint part of the existence of many welding defects, surface defects, brittle damage, when the welding defects, peripheral parts of the fall There is a plastic constraint in the tip of the weld and the weld is weak. Therefore, the J_c resistance to weak plastic constraints (see J_c) must be increased by the use of J_c measurement methods on CT test films. The accuracy of this prediction is excellent. The method of numerical fracture mechanics is easy to determine, and the method of numerical analysis is easy to determine. In addition, some of the dissolved parts are welded to the surface of the base metal, and some of the undissolved parts are welded to the surface of the base metal. The plastic restraint is small, and the maximum main force is small. The brittle fracture is difficult to occur.