4ーφ10. 5穴
O l()
(以) 突合せ溶接(平面曲げ)試験片
4一φ10. 5穴
120
( x ) 裏当て金付溶接(平而曲げ)試験片 図3-3-5 浴接試験片
-50-.... ・』
-模 相
模
擬
7<に二 A 仁ゴ
せ
余 盛 り 試 験
片
擬突合せ 似試験片
タイ7" 1
タイ7" n
タイ7" m
タイ70 N
表3-4 模擬突合せ溶接試験片の形状と寸法
板厚 切欠き半径 余盛り幅 余盛り角
t ρ w θ
mm mm mm 度
3. 0 O. 3 6 . 0
6 . 0 O. 6 1 2 . 0 6 0
9. 0 o. 9 18. 0
12. 0 1. 2 24. 0
1 . 0
6. 0 o. 5 12. 0 6 0
o. 2
4. 0
1. 0 6 . 0
8. 0 12. 0
6. 0 6 0
4. 0
o. 2 6. 0
8 . 0 1 2 . 0
2 0 3 0 4 5 6 0
2 0 3 0
6 . 0 o. 2 1 2 . 0 4 5
6 0
3 0 6 0
2 0
1. 0 3 0
4 5 6 0
6. 0 o. 2 1 2 . 0 6 0
51
-余盛りお h
mm
1 . 0 2. 0 3. 0 4. 0
2. 0
2 . 0
1 . 0
2. 0
3. 0
2. 0
1. 0 2. 0 3 . 0
ベ
、ー
...
表3-5 模擬裏当て金付溶接試験片の形状と寸法
板厚 裏当て金厚 さ
L mm d mm
6.0
4.0
6.0 6.0
8.0
6.0
余 盛り無し
16.0 6.0
6.0 6.0
余盛り有り
16.0 6.0
※ ( )の値は平面山試験片の寸法
ルート間隔 ルート止端部 切欠き半径
w mm ρ mm
0.5 ※
0.2 (0.25) 0.05
6.0
0.2 (0.25)
4.0
6.0 0.2 (0. 25)
8.0
0.5
6.0 0.3
0.05
4.0
6.0 0.3
8.0
6.0 0.2(0.25)
6.0 0.3
52
余盛りi口』
主」主
h mm
。
。
2.0
3.0
2.0 3.0 3.0
円ペurヘU
3 - 4 各種材料の疲労に おける切欠き特性 表3-6にR =一1における各種材料の実験結果を示す。
表3-7にR = 0と一∞におけるSS 400と， R = 0におけるIIT 7 8 0の実験結
果を示す
表3 -8に片振り引張りにおけるSS 400の実験結果を示す。
図3-4にR = -1における各種材料(SS 400 ， SM 490， SM 570および
HT 780) の切欠き材の疲労限度σ w1， σ υと弾性計算による応力集
中係数α との関係を示す。
図3 - 5にSS 400の疲労限度と平均応力との関係を示す。
切欠き材の疲労限度σ wはσ w 1かσ υのいずれか一方によ っ て決ま る。 σ w 1は平滑材の疲労限度の応力を10 7回繰返した後， 認められる のと同じ程度の疲労被害が生じる応力を意味する。 σ w 2 は停留き裂 が存在する範囲での破断限界応力である。
疲労限度σ w1， σ υの決定は10 7回を基準とし， 破断しなか っ た試
験片の最大応力(公称応力) によ って求めた 。
表3 - 9に各種材料の分岐点における切欠き半径ρ。 の値を示す。
分岐点における切欠き半径ρ。 の値は疲労限度σ wlとσ υ の交点、
として定義されるので， 原理的に疲労実験により決定される。
本研究に用いた材料の p 。 の値は応力比R = -1において， SS 400で ほぼ0.6 rnrn， SM 490でほぼ0.5 rnrn， SM 570でほぼ0.4 rnrnおよびHT
780 ではほぼ0.3 rnrnである。 ρ。 の値はR= -1では多く の材料でほぼ 0.5 rnrn前後であるが (1)， 引張り強さ σ Bが大きい ほど一般的に小さ くなりσ 日 依存性を示す 。 こ のように， σ 日 が大きくなるに つれて，
ρ。 の値が小さくなるこ とは， 材料の切欠き感度を議論する際に重 要な意味を持 っ ていると言える。 しかし， σ 日 を変えてもρ。 の値
.. ・h
54
-が変わらない場合もある。 西谷らは， S 5 0 C材で焼き戻し温度を変え，
σ B を変えてもρ。 の値が変わらないことを示している (1 )。 こ のよ うな場合， 弾性最大応力σ m・xを下降伏点σ S L で除した相対応力一 ひずみ曲線とp。 に良い相関関係があることを報告している (Z) (3)0 これはき裂の発生と伝ぱに関与する領域が線形切欠き力学が成立す る範囲であれば， σ m・x/σ S Lとp を揃えると， σ 日が多少異なる
材料でも疲労現象が揃うことがあることを示している (2) (3) 0
表3 - 6 各種切欠き材の平面曲げ実験結果( R =一1 )
S
材料 t d ρ α ( .. σ 曹1 σ w 2 α σ Wl χ
mm mm mm MPa MPa MpA 11m
B . 0 。 (x) 1 . 0 0 210 210 o .
1 . 0 1 . 8 5 14.0 2 5 9 2 .
S 400 7 . 5 o . 5 O. 6 2 . 2 3 120 120 268 3 .
O. 3 2 . 8 6 100 120 2 8 6
O. 1 4. 4. 6 120
8 . 0 。 (x) 1 . 0 0 274. 274. 。
1 . 0 1 . 8 5 18 6 344 M 4 9 0 7 . 5 O. 5 O. 6 2. 2 3 167 3 7 2
O. 3 2 . 8 6 127 14.7 363
O. 1 4.. 4 6 9 8 157 4 3 7 20.
8. 0 。 (x) 1 . 0 0 300 300 o.
1 . 0 1 . 8 5 1 9 0 351
M 570 1 . 5 O. 5 O. 6 2 . 2 3 11 0 3 1 9
O. 3 2 . 8 6 14.0 150 400
O. 1 4.. 4. 6 150 20.
8. 0 。 0:コ 1 . 0 0 312 372 o .
1. 0 1 . 8 5 24.5 453 2 .
780 1 . 5 O. 5 o. 6 2. 2 3 206 4 5 9
O. 3 2 . 8 6 176 176 5 0 5
O. 1 4.. 4 6 127 11 6 568 20.
m
3
町、uFhUA吋ω
S
円4U《hUAHdn唱U
S
円‘unhUAUd丹、u
11
内ぺunhunHdn4u
--.... ・h
55
lí =-∞)
m 内4UFhun同dQUFOQuqunJ 円喝UFhunudn毛un《叫
3 ( R = 0，
材料 t d ρ α ( .. (J ... 1 σ w 2 α σ Wl X
mm mm mm MPa MPa MPa 11m
8. 0 。 (x) 1 . 0 0 1 9 0 o .
1. 0 1 . 8 5 120 222
S 400 7 . 5 O. 5 O. 6 2.23 11 0 245
O. 3 2 . 8 6 9 0 257 6 .
R = 0 O. 1 4 . 4 6 8 0 8 0 356 20.
o . 0 5 8 0 40.
8. 0 。 (x) 1 . 0 0 3 5 3 353 O. 3
1. 0 1 . 8 5 216 一一一 3 9 9 2 .
T 780 7 . 5 o . 5 O. 6 2.23 1 9 6 437 3 .
O. 3 2 . 8 6 167 .{ 7 6 6.
R=O O. 1 .{. .{ 6 127 127 568 20.
o . 0 5 127 4 0 .
8. 0 。 (x) 1 . 0 0 2 3 5 235 o .
S .{ 0 0 1 . 0 1 . 8 5 1 .{ 0 180 2 5 9
7 . 5 O. 5 O. 6 2. 2 3 120 180 268
R=-∞ O. 3 2.86 180 6 .
780切欠き材の平面曲げ実験結果 .{ 0 0とIIT
ss 表3-7
S
II
S
m nHunt'nHunuu
( R = 0 )
材料 直径 d ρ α ( 6 σ .. 1 σ 曹 Z α σ Wl X
mm mm mm MPa MPa MPa 11m
8. 0 。 (x) 1 . 0 0 157 157 。
1 . 0 2. 0 7 11 3 234 2 .
S 400 7 . 0 O. 5 O. 3 3.24 8 8 2 8 3
O. 1 5 . 0 6 6 4 7 .{ 324 20.
O. 0 5 6 . 8 5 .{ 9 7 .{ 336 4 0 .
りヲ|張り実験結果 400切欠き材の片振
ss 表3-8
S
-5G-500
。 止 でι
4回d
R =-1
三
。 ハU nu 勺J ω勺コ α
ε o
凡三O.5mm 九三 O.4mm
Po=O.3mrn
ω 」 wω
100
凡さO.6mm
。
2 3 4 5
5
t r e s s C o，，n C e n t r 0 t i 0 n f 0 C t 0 r CJ.図3-4 各種材料の切欠き材の疲労限度。 川， a w 2
と応力集中係数 α との関係( R=-l)
円，，rhd
ーーーーーー
SS 400
←- ー .輔・・・ - ・- ー -圃司 ・・- -ー. -ー. ・- specl men
U仏芝
ρ.mm
。 '.0
• 0.6
。 0.3
A 0.1
-200 -100
Mean st ress MPa
図3-5 SS 400の疲労限度と平均応力の関係
剛--nハVFhu
表3-9 各種材料のp。 の値(ρ。 の単位 mm)
応 力 比
キオ 料 σ B
R=一∞ R=-l R=O
SS 400 4 2 1 2. 0 O. 6 O. 1 5
I1T 7 80 823 O. 3 O. 1
SM 490 5 5 9 O. 5
SM 570 6 3 7 0.4
材料の疲労強度におよぼす平均応力の影響は圧縮応力 であれば上 昇し， 引張り応力であれば低下するが(8〕， その影響の仕方は材料や
切欠き形状によ っ て異なる。 一般に σ w 1 (平滑材を含む) に対して は小さく σ υに対しては大きい。 これは， 平均応力はき裂の発生に ほとんど影響せず， き裂の進展に大きく影響するので (7)， ρ。 の値 が平均応力の依存性を示し， 平均応力が正から負に移動すると大き くなり， σ w 2 が上昇するためである (6 )。
ρ。 の値は， SS 400では， R = 0でほぼ0.15 mm， R=一1でほぼO.6 m m，
R =一∞ではほぼ2.0 mm， HT 780において R= 0でほぼ0.1 mm， R=一1でほ ぼO.3 m mである。
なお， 平面曲げ疲労試験では， 平滑試験片のR=-∞における試験が 困難であるので， こ こ では， 以下に示すHa i g hの式による推定値を用
し\ t.こ ( 8 )。
平均応力 σ m ， 疲労限度 σ との聞に Pを ノマ ラ メ ー タとし て次式 が成立する。
..-円u.d
Fhυ
び w / び = 1-P (び m / び ß )一(l-P) (ð m / び B) 2
こ こで， σ w ， 両振りの疲労限度 σ B ， 静的引振り強さ この式において， pは O豆 p � 1の範囲にあり， P = 1のときは
σ w/σ = 1 - (σ m/σ ß )となりグ ッ ドマン線図と呼ばれてい る (8〉O
図3-6にI�=ーlにおける各種材料の切欠き係数の逆数1/β(び w1 / σ w 0， συ/ a w 0 )と α との関係を示す。
関3-7にH= 0におけるSS 400とIIT 780の切欠き係数の逆数1/β(
σ w 1 /σ w 0 ， σ w 2 /σ w 0 )と α との関係を示す。
図3-8にSS 400の切欠き係数の逆数1/β(σw 1 /σw 0 ， συ/
a w 0 )と α との関係を示す。
図3 -9にI�二一lにおける各種材料(SS 400， SM 490， SM 570および IIT 780)を線形切欠き力学で整理した関係を示す。
応力勾配χ = ( 1 /σ max) (
0
σ/à
x I x�o)の近似値として ， Sicbelの式を用いた (9 )。 曲げでは x � 2/ρ + 2/ d， 引張りではx とさ2/ρ である。
き裂発生限界における切欠き底の最大応力σ ma x - α σ w 1は応力勾
西日 X， したが っ て ρ のみによ っ てほぼ決まる ( 1 0) (1 1) (1 2 ) 。
図3 -1 0に H= 0 におけるSS 400とHT 780切欠き材を線形切欠き力学 で整理した関係を示す。
図3-1 1に片振り引張り( Rニo) におけるSS 400を線形切欠き力学
で整理した関係を示す。
表3-1 0に R = -1における各種材料の切欠き係数βを示す。
-60-�