疲労寿命予測シミュレーション

留応力がない場合，J を計算する．残留応力がある場合，外力によるK と残留応力による

Krを計算する．両者を足し合わせることで有効応力拡大係数範囲Keffを計算する．求められ たKeffとJをもとにして，き裂進展速度da/dNを計算する．得られたda/dNからき裂長さお よび深さを計算する．き裂深さが破断き裂深さに達するまでこれを繰り返す．

る．図(a)中の中実は実験結果，中空のデータは実験結果である．予測結果のうち，実線のも のは残留応力の解放を考慮した予測結果，点線のものは残留応力を考慮していない予測結果 である．予測結果はT1が最も長寿命で，次にEP1が長寿命であり，EP2が最も短寿命となっ た．この結果は実験結果と一致している．EP2 の場合，実験結果と合うように開口率を設定 したため，実験結果と予測結果が一致している．T1の予測結果は実験結果の平均値の1.3倍 であった．EP1の場合，実験結果の平均の0.9倍となった．以上のように，EP1およびT1の 疲労寿命の0.9~1.3倍程度の範囲で疲労寿命を予測できた．そのことから，第2章で提案した 観察手法を用いて表面加工層を観察し，その観察結果を基に結晶塑性有限要素法解析を行い て残留応力解放を調べ，さらに，第 5 章で提案したモデルに適用することで，疲労寿命を予 測できる．一方で，本章では，加工傷寸法が介在物寸法と等しいとして疲労寿命予測を行っ た．そのため，加工傷寸法と疲労寿命の関係について検討していない．加工傷のモデル化に 対する検討は，これだけでは不十分だと考えられる．そのため，様々な大きさの加工傷の試 験片を作成し，加工傷のモデル化についてさらに検討する必要がある．

(a)Case of T1

(b)Case of EP1

Fig.5.2 Residual stress approximate for fatigue life prediction of Alloy718.

0 10 20

-400 -200 0 200

Distance from surface l, m Residual stress r, MPa ^a_xx = 0.4 %, N = 3 cycle T1

Dash line : Inital residual stress

Solid line : Approximate line Red line : After relaxation Blue line : Before relaxation

0 10 20

-400 -200 0 200

Distance from surface l, m Residual stress r, MPa

Dash line : Inital residual stress EP1

^a_xx = 0.4 %, N = 3 cycle Solid line : Approximate line

Blueline : before relaxation Redline : after relaxation

30000 50000 70000 90000 100000 200000

N umb er of c yc le s to f ai lur e N

, c yc le s

T1 EP1

EP2

Exp.Sim. Exp. Sim. Exp. Sim.

After residual stress relaxation

Beforer residual stress relaxation _(a)

Fig.5.3 Results of crack growth prediction of Alloy718. (a) is fatigue lives under  = 0.8 % condition and (b) is crack growth curve.

(b)

0 50000 100000 150000

0 5 10 15

C ra ck de pth a ,  m

Number of cycles N, cycle

EP2

EP1

T1

Solid : With residual stress relaxation

Dash : No residual stress relaxation

残留応力の解放を考慮しない場合と考慮した場合を比較して残留応力の解放が疲労寿命に 及ぼす影響を検討した．残留応力の解放を考慮しない場合，考慮した場合と比較して EP1で は疲労寿命が1.3倍程度であった．一方，T1では1.1倍程度であり，EP1と比べて残留応力解 放の影響が少なかった．EP1では残留応力がすべて解放されているが，T1では表面の残留応 力は解放されず，内部の残留応力が解放されている．以上のことから，疲労強度を長寿命化 させるためには，微細粒層により表面部分にある高い圧縮残留応力が解放されないことが重 要だと言える．