引張平均応力を負荷した実体疲労試験の方法

図5-4に実体疲労試験の模式図を示す．試験機はこれまでにも述べた共振型疲労試験機で，

供試体に一次共振モードを発生させ，繰返し曲げモーメントを負荷する方式である．疲労 試験中は，サンプル自体は振動するのみで回転しないため，回転に起因するねじり応力は 発生しない．試験はひずみ制御で実施し，制御用のひずみゲージはISO13679規格[8]に則り，

カップリング端部から162 mm (= 3 √ )の位置に貼付けた．ここでODは管本体外 径，WTは管本体肉厚を示している．ひずみゲージはカップリング両端部から上記距離の位 置で，円周方向45度ピッチの計16箇所に貼付けた．試験では，この16箇所のひずみの平均 値が目標値を超えるように制御した．また，カップリング端部から40 mmの位置のひずみゲ ージは，円周方向90度ピッチで貼付けており，A端が0，90，180，270度の面，B端が45，135，

225，315度の面と，貼付け位置が両端部で交互になっている．

引張平均応力は図5-5のとおり，サンプル内部に封入した水圧によるキャップトエンド効 果で継手部に引張荷重を発生させる方法で負荷した．この際，管本体の外周面には約340 MPa (0.56×YS_L80) の周方向応力が発生する．

疲労寿命は，平均応力を負荷した場合は貫通き裂の発生によりサンプル内部の水圧が低 下した時点，平均応力を負荷しない場合は図5-4に示すカップリング端部から40 mmの位置 の管本体表面に貼付けたひずみゲージの値が急激に増加した時点とし，これらの時点で試 験機が自動的に停止する方式を採用した．試験停止の方式はそれぞれの試験方法で異なる ものの，供試体に貫通き裂が発生する際は，両者とも同様の疲労寿命として扱ってもよい．

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なお，試験機が自動停止しない場合の試験の打ち切り回数は2.00×10⁷回とし，当該回数 に達しても貫通き裂がなければ，その応力振幅の最大値を疲労限度と定義した．試験周波 数はいずれも約30 Hzとし，大気中，室温で試験を行った．

図5-4 実体疲労試験機の模式図と試験評価部の詳細

図5-5 内圧による引張平均応力負荷の方式 Evaluated portion

Eccentric mass weight Dead weight

Motor

Capped end

Support roller BOX (Coupling) Pipe (PIN)

Bending moment

5200

Φ177.8

(a) Schematic of fatigue testing Strain gauge

for nominal strain

162 mm

40 mm Strain gauge for detecting failure

40 mm 162 mm

Water pressure

Coupling

Pipe body Pipe body

A side

B side

(b) Details of evaluated portion

-20000 0 2000 4000 6000

10 20 30 40 50 60 70

End cap

Internal pressure

Induced tensile force Strain gauge

Pipe body Coupling

(a) Methodology of tensile force loading (b) Loading sequence by internal pressure

Axial loading [kN]

Internal pressure [MPa]

Forced by internal pressure Fatigue loading

Von Misesyield ellipse for connection

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表5-3に実体疲労試験の条件を示す．供試体#1～#5を対象とした内圧を負荷して引張平均 応力を発生させる試験では管本体内面に負荷する内圧を38 MPa狙いとし，多少のばらつき はあるものの油井管本体の降伏応力の29.6～30.8 %に相当する164～170 MPaの軸方向引張 平均応力を発生させた．応力比は供試体#1～#5の応力振幅に応じてR = 0.14～0.39となった．

その他の供試体#6～#9については，応力比はR = -1とした．

表5-3 実体疲労試験の条件

#1 NN-PNBN NN-PNBN 109 164 0.20

#2 NN-PNBN NN-PNBN 101 166 0.24

#3 NN-PNBN NN-PNBN 75 170 0.39

#4 NN-PNBN NN-PNBN 78 167 0.37

#5 NN-PNBN NN-PNBN 127 169 0.14

#6 NN-PNBN NN-PNBN 100 0 -1

#7 NN-PNBN NN-PNBN 97 0 -1

#8 NN-PNBN NN-PNBN 71 0 -1

#9 NN-PNBN NN-PNBN 73 0 -1

Specimen R No.

Configuration Stress amplitude

[MPa]

A side B side

Mean stress [MPa]

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