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溶接始終端の欠陥より成長する脆性破壊の教値シミュレーション-鉄骨の品質管理の改善を目指す-

焊接开始和结束时缺陷生长的脆性断裂的教学价值模拟 - 旨在提高钢框架的质量控制 -

基本信息

批准号：
14750484
负责人：
東康二
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Sojo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

兵庫県南部地震では、梁端溶接部の始終端に存在する欠陥からの脆性破壊が報告された。脆性破壊の発生は欠陥寸法・部位・形状に大きく依存し、超音波探傷検査による欠陥の許容規準では許容される小さな欠陥からも脆性破壊が発生した事例もある。不可避的に存在する溶接欠陥が接合部の性能に及ぼす影響を定量的に評価する手法を確立し、欠陥の合否基準を定めることが本研究の最終目的である。実験により溶接欠陥からの破壊を再現するため、通しダイアフラム形式あるいは水平スチフナ形式の柱梁接合部を単純化した試験体を用いて、繰返しおよび単調載荷実験を行った。溶接始終端にスラグ巻込み、融合不良を想定した部分溶込溶接、疲労亀裂などの人工欠陥を設けた。一連の実験で、溶接始終端部に挿入した欠陥から延性亀裂が進展し、脆性破壊へ到る過程を的確に再現できた。さらに非線形有限要素解析により実験を忠実に再現し、欠陥先端の応力、歪状態および破壊駆動力を検討した。実構造物の欠陥から発生する脆性破壊の予測手法については、破壊評価線図(FAD)による手法、亀裂先端開口変位(CTOD)設計曲線を基にした手法が実用化されているが、これらの手法を試験体と解析モデルに適用した場合、亀裂先端における塑性拘束が評価結果に大きく影響を及ぼすことが明らかとなった。金属の破壊理論では、「亀裂先端の高応力領域の中に脆性破壊の引き金となる脆い粒子が含まれれば破壊が発生する」とするのが定説であり、表面欠陥や内部次陥など塑性拘束の弱い欠陥の先端部から脆性破壊が同じ確率で発生するためには、亀裂朱端部の高応力領域の体積が、塑性拘束の強い3点曲げ試験片やCT試験片における亀裂先端部の高応力領域の体積と等しくなるまで割り増したJ積分値を作用させる必要がある。即ち、塑性拘束の弱い欠陥の破壊限界J値J_c(見かけのJ_c)は、CT試験片で計測されるJ_cを上記の体積一定の条件を用いて割り増したものとする必要がある。実験および数値解析に、上記の塑性拘束の影響を考慮したFADを適用した結果、脆性破壊の発生を精度良く予測できることが分かった。

Report on the presence of brittle fracture at the end of the welded joint between the beam and the southern part of Hyogo Prefecture earthquake The occurrence of brittle fracture depends on the size, position and shape of the defect, and the allowable tolerance of the defect in ultrasonic inspection is small. The ultimate goal of this study is to establish a quantitative evaluation method for the performance and impact of unavoidable welding defects on the joint. In the case of a test specimen, the column beam joint is purified and the load is adjusted. The welding process is always incomplete, the fusion is not stable, the partial welding process is incomplete, and the manual welding process is incomplete. The process of continuous welding, continuous welding The analysis of non-linear finite elements is carried out in a faithful manner, and the forces at the beginning, the state and the dynamics of the problem are discussed. The prediction method of brittle fracture due to the failure of structure is applied to the analysis of sample, the plastic constraint of fracture tip, the large influence of evaluation result and the influence of fracture tip on the evaluation result. The fracture theory of metals states that the brittle fracture occurs in the high-stress region at the tip of the fracture, and the brittle particles occur in the high-stress region at the tip of the fracture. The fracture occurs in the high-stress region at the tip of the fracture. The volume of the high-stress region at the tip of the crack is equal to the volume of the high-stress region at the tip of the crack. That is to say, it is necessary to measure the J_c of the test film by using the condition that the volume of the test film is constant. The results of numerical analysis, consideration of the influence of plastic constraints on the application of FAD, and good prediction accuracy of brittle failure