一JO 050100150200250

Distancefromthecenter[mm]

Fig.3.7Straindistributions

300

一62一

Table3・2Testresults(Numberofcyclesuptofracture)

TPNo. NumberofCycles BeachMarks N,

H 22+26+40+40+19 ₄ 147

1 60+40+80+40+40+40+9U+120+47 8 X57

J 350+300+350+440+300+320+55 6 2075

K ]30+180+100+50+35+24 5 519

3.4考 察

(1)フ ラ ク トグ ラ フ ィ か ら み た き 裂 進 展 挙 動

Fig.3.8(a)一(d)に 各 試 験 体(H,1,J,K)の 破 断 後 の 破 面 写 真 を 示 す.破 面 の 試 験 片 表 面 近 傍 を 観 察 す る と,予 き 裂 か ら の き 裂 進 展 以 外 に 無 傷 部 か ら 微 小 な き 裂 が 多 数 発 生 し,近 傍 の き 裂 と 合 体 し な が ら 大 き な き 裂 へ と 成 長 し て い る.こ れ ら の き 裂 は 試 験 片 幅 全 体 に ま で 合 体 し た 後,深 さ 方 向 へ 大 き な 速 度 で 成 長 し て い る.

ま た,試 験 体 下 面 に も 多 数 の 微 小 き 裂 の 発 生 が 観 察 さ れ,こ れ ら 発 生 し た 微 小 き 裂 も 試 験 片 裏 側 の 全 幅 に 合 体 ・成 長 し た 後,深 さ 方 向 へ 進 展 し て い る.

Fig.3.9に 試 験 体Hの 予 き 裂 周 辺 の 破 面 の 拡 大 写 真 と,予 き 裂 や 新 た に 発 生 し た 微 小 き 裂 か ら の き 裂 進 展 の 模 式 図 を 示 す.こ の 試 験 片 は ひ ず み 条 件 と し て

△ε=0.015,R,=0.3,破 断 繰 返 し 数Nf=147の 試 験 に 供 さ れ た も の で あ る.塑 性 ひ ず み 繰 返 し の 合 間 に 付 与 し た4回 の ヒ ー チ マ ー ク を 全 て 確 認 す る こ と が で き, 予 き 裂 か ら の き 裂 進 展 の 様 子 を 推 測 す る こ と が で き る.ビ ー チ マ ー ク か ら そ の 間 の 塑 性 ひ ず み の 繰 返 し に よ る き 裂 の 形 状 お よ び き 裂 進 展 速 度 を 測 定 し た.ビ ー チ マ ー ク よ り

,各 き 裂 の 発 生 ・成 長 時 期 を 推 測 す る と,試 験 片 裏 側 の 微 小 き 裂 は60サ イ ク ル 程 度 で 発 生 し,約80サ イ ク ル で 予 き 裂 と 合 体 し た 微 小 き 裂 が 主 き 裂 と して 板 幅 全 長 に 成 長 し て い る.

Fig.3.10に 試 験 片H(△ ε=0.015,R,=03),K(△ ε=0.015,RF=‑0.7)に お け る 繰 返 し数 と き 裂 長 さ お よ ひ き 裂 深 さ の 関 係 を 示 す.試 験 片Hと 試 験 片Kは ひ ず み 幅 が ほ ぼ 等 し く ひ ず み 比 の 異 な る 試 験 条 件 で あ る が,き 裂 の 進 展 に 違 い が 認 め

ら れ る.試 験 表 面 に お け る き 裂 進 展 速 度 は ひ ず み 比 が 大 き い 試 験 片Hに 比 べ , ひ ず み 比 が 負 と な る 試 験 片Kで は 非 常 に 大 き い が,板 厚 方 向 へ の 進 展 速 度 に は ほ と ん ど 違 い が 認 め ら れ な い.

一63一

い た き 裂 長 さ と し て,読 み と っ た ビ ー チ マ ー ク 間 の1/2の 値 を 用 い た.同 図 中 に は,前 章 で 示 し た 平 板 表 面 切 り 欠 き 試 験 片 の 引 張 圧 縮 負 荷 で の 結 果 も 合 わ せ て 示 し て い る.パ ラ メ ー タ"△ εa"と き 裂 進 展 速 度 の 関 係 を 示 す 直 線 は 両 振 り 曲 げ,片 振 り 曲 げ,引 張 圧 縮 の 負 荷 形 態 に 無 関 係 に,ほ ぼ 同 じ 傾 き を 示 す.つ ま り,式(3.4)の 材 料 定 数C̀咳 お よ びIllは,ど の 荷 重 条 件 下 に お い て も 同 じ 値 を と る こ と と な る.曲 げ 試 験 結 果 は 片 振 り 曲 げ(予 き 裂 が あ る 面 に 正 の ひ ず み の み が 作 用 す る よ う に 変 位 条 件 を 決 定 し た)と 両 振 り 曲 げ(予 き 裂 が あ る 面 に 正 負 の ひ ず み が 作 用 す る よ う に 変 位 条 件 を 決 定 し た)試 験 の 結 果 を 分 け て 考 え る こ と が で き る.各 荷 重 条 件 で の 同 じ き 裂 成 長 速 度 を 示 す △εaの 値 は,平 板 の 引 張 圧 縮 試 験 を1と す る と,片 振 り 曲 げ の 場 合 で 約4倍,両 振 り 曲 げ の 場 合 で 約 2倍 で あ り,引 張 圧 縮 負 荷 時 に 比 べ,曲 げ 負 荷 で は 全 体 的 に 同 △εa値 で の き 裂 成 長 速 度 が 小 さ く,ま た,曲 げ に お い て も 明 瞭 な ひ ず み 比 の 影 響 が 確 認 さ れ る.

Fig.3.14に 試 験 体 断 面 の 応 力 分 布 お よ び ひ ず み 分 布 の 模 式 図 を 示 す.試 験 体 内 部 で の エ ネ ル ギ は σxε で 近 似 的 に 求 め ら れ る が,塑 性 域 で の 曲 げ の 場 合, 表 面 側 の 最 大 値 は σ、× εpで あ る の に 対 し,裏 側 で は(一σ。× 一εp)で あ る.応 力 は 引 張 降 伏 応 力 σ、,ま た は 圧 縮 降 伏 応 カ ーσ,で 頭 打 ち と な る が,ひ ず み は 断 面 内 で ε,か ら 一εpま で 変 化 す る.よ っ て,引 張 圧 縮 試 験 に 比 べ,断 面 全 域 の エ ネ ル ギ は1/2と な る.同 様 に 片 振 り の 場 合 も エ ネ ル ギ は 約1/2と な る.片 振 り 条 件 の 場 台 に は 前 章 で 述 べ た よ う な き 裂 進 展 速 度 の 現 象 が 起 こ り,こ れ ら が Fig,3.13で 示 し た き 裂 成 長 速 度 に 影 響 を 及 ぼ し て い る こ と が 考 え ら れ る.そ れ ゆ え,パ ラ メ ー タ1聖△￡3"に 対 す る き 裂 進 展 速 度 は,実 用 上 曲 げ を 考 慮 に い れ て, 次 式 の よ う に 表 現 で き る.

da/dN=Cの'{△ εma}m":引 張 圧 縮 条 件(Rf=‑1.0)(3.7) da/dN=C"{△ εha/2}m":両 振 り 曲 げ 条 件(R,=一 〔〕.7)(3.8) da/dNニC"{△Eha/4}m●';片 振 り 曲 げ 条 件(RE=0.3‑0.6)(3.9)

こ こ で △ε。と △εhは そ れ ぞ れ 引 張 圧 縮 試 験 と 曲 げ 試 験 で の ひ ず み 幅 を 示 す.

式(3.9)に 示 し た3つ の 式 は 曲 げ の 効 果 を 安 全 側 に 見 積 も っ て,次 式 の よ う に ま と め る こ と が で き る.

da/dNニC{(△ ￡ni+△ εb/2)a}rn

c=C(2π σ 、E)m'

(i.10)

一64一

10mm

(a) Sp

^ecimen

^1-1 (AE=0.015, RE=0.3)

^lOmm

‘1:1 " /AI

1NAcs.

-1LJ OM M

Vjfkj

.*4

10mm

(b) Sp

^{ecimen I}

(As=0.011, 1Z„— 0.5)

Fig3 .8-1 Fracture appearance of the sp ecimens

65

-.31117.07. 7'7 :;"

LY

tzr.

Ctr

1 LJ Om m

I 10mm

(c)

^Specimen

J (As=

0.007, RE=

0.6)

• ••-

- ' • ••• •

Ac;,,,,.--d1 .7f.ri,-7---r-?=:'

i

4,--t--.7,---

-....---- ...,

-••••

u l0mm

l Omm

(d)

^{Sp ecimen}

K (AE=

0.015, R£

0.7)

Fig3.8-2 Fracture appearance of the specimens

-h6-Specimen H : AE =0.015, Nf =147

r•1

• •

•

r~~r~~pp`w~

=

-

-. • .05-e,-

- _

- liarp.,_ifeT

Beach mark

c3) (2) CID

Ntack

Beach mark

Beach mark

a Beach mark

Fig.3.9 Schematic representation of crack growth with beach marks

40

2

0 80

60

~ 40

'0

0' 0

40

20

0 80

60

— 40 ——

_ •

• — 20 ——

_ •

_^ -

100 200 300 400 500 0 100 200

Number of cycles

(a) Specimen H(b) Specimen K

(A =0.015, RE=0.3)(AE=0.015, RE=-0.7)

Fig.3.10 Difference of crack growth between

RE=-0.7 and RF=0.3 bending

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0

0 0.005

Fig. 3.l 1

o Specimen H e Specimen I o Specimen J

• Specimen K

center supports

c=0.6t

center supports

0.010 0.015 0.020

AE

Effect of strain range on the final failure position

—(j --

Fig3.1ユ に 最 終 破 断 位 置 と 各 試 験 片 に 負 荷 し た ひ ず み 幅 の 関 係 を 示 す.表 側 と裏 側 か ら き 裂 が そ れ ぞ れ 進 展 し,最 終 的 に 試 験 片 が 破 断 に 至 る 位 置 は,い ず れ の 試 験 片 に お い て も 板 厚 の 約60%の 位 置 で あ り,ひ ず み 条 件 に は 依 存 し な か っ た.

(2)き 裂 形 状 変 化

Fig.3.12にH〜K試 験 片 で の き 裂 進 展 に と も な う,き 裂 形 状(ア ス ペ ク ト 比,

"c/ゴ)の 変 化 を 示 す .引 張 圧 縮 負 荷 時 に は,ひ ず み 幅 に 無 関 係 で,ほ ぼ ア ス ペ ク ト 比0.9で 一 定 値 を 示 し て い た.一 一方,繰 返 し 曲 げ 負 荷 時 に は,板 厚 に 対 す る き 裂 深 さ の 比li/t"の 増 加 に と も な い,ア ス ペ ク ト 比 の 減 少 が 見 ら れ る 。 こ れ ら の 傾 向 は 次 の よ う に 表 現 さ れ る.

c/aニ0.9:平 板 引 張 圧 縮 試 験

c/a=0。9(1‑c/t):平 板4点 曲 げ 試 験 さ ら に,式(3.1)と(3.2)は 次 の 式 に ま と め る こ と が で き る.

(3.1) (3.2)

c/a=0.9(1‑RBc/t)=RB=△ εb/(△ εm+△ ￡h)

(3.3)

(3)曲 げ 試 験 に お け る き 裂 進 展 速 度

前 章 に お い て,引 張 圧 縮 荷 重 下 の 塑 性 ひ ず み の 繰 返 し 条 件 に お い て,表 面 き 裂 の 進 展 速 度 は,簡 易 パ ラ メ ー タ ムεaを 用 い た 次 の き 裂 伝 播 則 に よ り 比 較 的 精 度 良 く表 現 可 能 で あ る こ と を 示 し た.

da/dNニC(△ εa)Rl

C=9.55,m=L75

(3.4)

本 章 で は,広 幅 平 板 試 験 体 の 繰 返 し 曲 げ 負 荷 に お け る 結 果 に 対 し て,上 式 の 適 用 を 試 み る.

Fig.x.13に 表 面 き 裂 の 成 長 速 度da/dNと 式(3,4)の パ ラ メ ー 々 で あ る △εaの 関 係 を 示 す.き 裂 成 長 速 度 は 試 験 片 表 面(き 裂 の 表 面 開 口 点 〉 で の き 裂 長 さ と サ イ ク ル 数 の 関 係 を ヒ ー チ マ ー ク よ り 測 定 し て 求 め た.ま た,△ εaの 計 算 に 用

一F9一

d U

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0 0

Fig.3.12

0.2 0.4 0.6 0.8 1

c/t

Change in aspect ratio of cracks at 4-points bending test

100

El

E

10-'-u

z 10-3

1O-4 100

Fig.3.13

Axial loading_

000

Alternative Repeated

101102 103 104

AJEa [N/mm]

Relationships between crack growth rates and A f,

- 7—

憂ξ︒房︒戸幽ご︒二︒咽葱・・︒εξ=︒=3三・・ヨξ﹂ξ⊆窮・・︒﹂あコ.6・.︒︒匡

Φ︒︒雪︒︒三聴︒=餐ε︒

㊤三尉>oξ﹂︻≦

︒・︿♂

(d＼ω︿)(♂d)

一× 名8ρロ

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ドキュメント内 献 蹴̲" (ページ 69-78)