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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01F00052/
• 关键词: 延性亀裂; 脆性破壊; J積分; FAD; 柱梁接合部; 部分溶込溶液; 塑性拘束; 品質管理; 3軸応力度; 溶接欠陥

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。

Southern hyogo 県 earthquake に よ る murdered で Ming ら か に な っ た よ う に objects, iron bone building の dissolves joints に cannot avoid に exist す る dissolves owe 陥 か ら ductile crack growing が し, そ の apex か ら brittle broken 壊 が 発 raw す る fear れ が あ る. Dissolves owe 陥 が joints の strength に and ぼ す を に of quantitative appraisal of 価 す る gimmick を open 発 し, こ れ を base objects に iron bone の quality management benchmark を draw up す る こ と が の ultimate goal this study で あ る. Owe 陥 が most も 発 raw し easy い beam フ ラ ン ジ end dissolves の always end に, ス ラ グ 巻 込 み, fusion adverse を scenarios し た partial melting 込 み dissolves 労 and growing crack な ど の artificial owe 陥 を け, か つ を, material quality, test temperature variations change さ せ て, こ れ ら の dissolves joints の be 験 を line っ た. Experimental で観 examination された brittle fracture 壊を value に reproduction するために detailed な nonlinear finite element analysis を line った. Brittle broken 壊 の 発 raw を be す る た め の exam え party に に, time づ く improvement FAD (broken line 壊 review 価 図) の gimmick を with い た. Owe 陥 の review 価 と し て in い る 弾 plastic の J_c と し て は, normalizing さ れ た material test methods に 従 っ た コ ン パ ク ト テ ン シ ョ ン test method (CT test) で measuring さ れ た も の を with い た. The <s:1> experimental film れら the apex of the cracked nucleus of the game is strongly and structurally constrained を by けて る る. Fang, column beam joints に exist す る dissolves owe 陥 の more く は surface owe 陥 で あ り, か つ, brittle broken 壊 を raw じ る point で は, dissolves owe 陥 の weeks 辺 department は hiroo い van 囲 で subjugate し て い る. There is a する plastic restraint に at the に tip of the <s:1> cut short of the 従って and the fusion is incomplete 陥, and there is a に に weak に. Weak そ こ で, plastic constraint の い owe 陥 の J_c resistance numerical (see か け の J_c) は, CT test pieces で measuring さ れ る J_c を の gimmick を using probabilistic theory い て cut り raised し た も の と す る necessary が あ る. See こ の よ う な か け の J_c を with い る こ と に よ り brittle broken 壊 の 発 born good く を precision to measure す る こ と が で き た. こ の の technique the numerical broken 壊 mechanics に よ れ ば, the numerical analytic の み で kind 々 の owe 陥 や joints の brittle broken 壊 を reappearance で き る の で, dissolves owe 陥 の allowable benchmark を draw up す る こ と が easy と な っ た. さ ら に and partly dissolved 込 み dissolves し た joints で は, insoluble part か ら parent metal surface に ま で company が る せ ん fault slip り 帯 が form さ れ る た め に plastic constraint が small さ く な り が the small power, the maximum principal 応 さ く な る た め に brittle broken 壊 が 発 raw し difficult く な る こ と が か indeed め ら れ た.

项目成果

Dale, K., Kurobane, Y., Azuma, K., Iwashita, T.: "Brittle feature of beam-column welded joints containing defects"Proceedings, Advances in Structures-Steel, Concrete, Composite and Aluminium. (2003)

Dale, K.、Kurobane, Y.、Azuma, K.、Iwashita, T.：“含有缺陷的梁柱焊接接头的脆性特征”论文集，钢、混凝土、复合材料和铝结构的进展。

Dale, K.W.: "Brittle fracture in beam-to-column welded joints-Numerical simulation of test results"Proceedings, 13th International Offshore and Polar Engineering Conference, Honolulu, Hawaii, USA. 228-235 (2003)

Dale, K.W.：“梁柱焊接接头的脆性断裂 - 测试结果的数值模拟”论文集，第 13 届国际近海和极地工程会议，美国夏威夷檀香山。

Shinde, Hideaki: "Additional full-scale testing of beam-to-column connections with improvements in welded joints"Proceedings, 13th International Offshore and Polar Engineering Conference, Honolulu, Hawaii, USA. 243-249 (2003)

Shinde、Hideaki：“通过焊接接头的改进对梁柱连接进行额外的全面测试”论文集，第 13 届国际近海和极地工程会议，美国夏威夷檀香山。

Dale, K.W.: "Brittle fracture of beam-column welded joints containing defects"Proceedings, International Conference on Advances in Structures-Steel, Concrete, Composite and Aluminium, Sydney, Australia. 1313-1318 (2003)

Dale, K.W.：“含有缺陷的梁柱焊接接头的脆性断裂”论文集，钢、混凝土、复合材料和铝结构进展国际会议，澳大利亚悉尼。

Azuma, K., Kurbane, Y., Makino, Y., Dale, K.: "Full-scale testing of beam-to-column connections with partial joint penetration groove welded joints"Proceedings, 10^<th> International Symposium on Tubular Structures. (2003)

Azuma, K.、Kurbane, Y.、Makino, Y.、Dale, K.：“部分接头熔透坡口焊接接头梁柱连接的全尺寸测试”论文集，第 10 届国际研讨会