疲労試験データの整理

5.4.1  主 板 公 称 応 力 範 囲 で 整 理 し た 疲 労 試 験 結 果  

こ こ で 収 集 し た 疲 労 試 験 デ ー タ か ら 求 め た 主 板 公 称 応 力 範 囲 と 疲 労 寿 命 の 関 係 を図 -5.5に 示 す ．図 中 に は 傾 き を 3に 固 定 し た 場 合 の 疲 労 寿 命 に 対 す る 応 力 範 囲 の 回 帰 直 線 と ， 平 均-2σ （ σ ： 標 準 偏 差 ） の 回 帰 直 線 も 示 し て い る ． ま た ， デ ー タ の ば ら つ き を 表 す 指 標 と し て ， 平 均/(平 均-2σ)の 疲 労 強 度 の 比 も 示 し て い る ．な お ，JSSC指 針 ²⁾ に 示 さ れ て い る 面 外 ガ セ ッ ト が 止 端 破 壊 す る 場 合（ 溶 接 の ま ま ，ガ セ ッ ト 長 さ 100mm 未 満 ） の こ の 比 は ，1.40 で あ る ． さ ら に ， 図 中 に は JSSC 指 針 に 示 さ れ て い る 疲 労 強 度 等 級 に 対 応 す る 疲 労 設 計 曲 線 も 示 し て い る ．

図 -5.5に 示 す よ う に ，主 板 公 称 応 力 範 囲 で 整 理 し た 場 合 の 疲 労 試 験 デ ー タ の ば ら つ 図 -5.4  有 効 切 欠 き 応 力 を 求 め る 際 の 要 素 分 割 図 の 例

き は 大 き い ．図 -5.5中 の マ ー ク は ，試 験 体 シ リ ー ズ に よ り 変 え て い る が ，こ れ と表 -5.1 に 示 し た 各 寸 法 か ら 判 断 す る と ， 溶 接 サ イ ズ が 小 さ く 板 厚 の 大 き い 試 験 体 ほ ど デ ー タ が 下 に 位 置 し て い る ． 中 で も No.8，9，10 試 験 体 の デ ー タ が 下 に 位 置 し て い る ． こ れ ら の 試 験 体 の 溶 接 サ イ ズ は 道 路 橋 示 方 書 ^{1 5)}の 規 定 （ ＞S か つ S＞ 2 S： 溶 接 サ イ ズ ， ：薄 い ほ う の 母 材 の 厚 さ ， ：厚 い ほ う の 母 材 の 厚 さ ）を 満 た さ な い ほ ど 小 さ く ， 溶 接 サ イ ズ が 主 板 厚 に 比 べ て 小 さ い 場 合 に は ， 疲 労 強 度 が 低 く な る こ と を 意 味 し て い る ．逆 に ，溶 接 サ イ ズ が 大 き く 板 厚 が 小 さ い こ と に 加 え ，溶 け 込 み が 深 い No.6 と No.14 試 験 体 で 疲 労 強 度 が 高 く な っ て い る ．

5.4.2  ホ ッ ト ス ポ ッ ト 応 力 範 囲 で 整 理 し た 疲 労 試 験 結 果  

FE 解 析 よ り 算 出 し た ホ ッ ト ス ポ ッ ト 応 力 を 用 い て 疲 労 試 験 デ ー タ を 整 理 し た 結 果 を図 -5.6 に 示 す ．ホ ッ ト ス ポ ッ ト 応 力 範 囲 で 整 理 し た 場 合 ，主 板 公 称 応 力 範 囲 で 整 理 し た 場 合 と 比 べ て デ ー タ の ば ら つ き が 小 さ く な っ て い る も の の ， 止 端 破 壊 （1.40）に 比 べ て 大 き い ． ホ ッ ト ス ポ ッ ト 応 力 で 整 理 し た 場 合 ， No.3〜No.6 と No.13・14 試 験 体 の デ ー タ が 上 に 位 置 し て い る ． こ れ ら の 試 験 体 の 溶 け 込 み 深 さ は 他 の 試 験 体 に 比 べ て 大 き い ．

5.4.3  参 照 点 応 力 範 囲 で 整 理 し た 疲 労 試 験 結 果  

a 点 と b 点 で の 参 照 点 応 力 範 囲 で 整 理 し た 結 果 ，デ ー タ の ば ら つ き 指 標 は 1.70，1.60 で あ っ た ．ま た ，c点 〜f 点 の 参 照 点 応 力 範 囲 で 整 理 す る と ，ば ら つ き 指 標 は1.55，1.54，

1.60，1.62 と な っ た ．山 田 ら の 1mm法（b 点 ）で 整 理 し た 疲 労 試 験 デ ー タ を図 -5.7(a)，

10⁵ 10⁶ 10⁷

40 60 80 100 200 400 600

疲労寿命N（cycles）

主板公称応力範囲Δσn（N/mm2 ）

E D JSSC C

F

No.1 2 3 4

5 6 7 8

9 10 11 12

13 14

平均 平均 2σ=1.93

平均 2σ 平均

図 -5.5  主 板 公 称 応 力 で 整 理 し た 疲 労 試 験

ば ら つ き 指 標 が 最 も 小 さ い d 点 の 参 照 点 応 力 範 囲 で 整 理 し た 疲 労 試 験 デ ー タ を図 -5.7(b)に 示 す ．こ れ ら の 参 照 点 の 応 力 範 囲（a点 を 除 く ）で 整 理 し た 場 合 ，主 板 公 称 応 力 ， ホ ッ ト ス ポ ッ ト 応 力 範 囲 に 比 べ て 疲 労 試 験 デ ー タ の ば ら つ き が 小 さ く な っ て い る ．し か し ，止 端 破 壊 に 対 し て 主 板 公 称 応 力 範 囲 で 整 理 し た 場 合 の ば ら つ き 指 標（1.40） に 比 べ て ，1mm法 で あ る b 点 ，ば ら つ き 指 標 が 最 も 小 さ い d点 の ば ら つ き 指 標 は 大 き く な っ て い る ．

5.4.4  有 効 切 欠 き 応 力 範 囲 で 整 理 し た 疲 労 試 験 結 果  

有 効 切 欠 き 応 力 を 用 い て 疲 労 試 験 デ ー タ を 整 理 し た 結 果 を図 -5.8に 示 す ．こ の 場 合 ，

10⁵ 10⁶ 10⁷

40 60 80 100 200 400 600

疲労寿命N（cycles）

ホットスポット応力範囲Δσhss（N/mm2 ）

JSSC C D E F

No.1 2 3 4

5 6 7 8

9 10 11 12

13 14

平均 平均 2σ =1.69

平均 2σ 平均

図 -5.6  ホ ッ ト ス ポ ッ ト 応 力 で 整 理 し た 疲 労 試 験 デ ー タ

10⁵ 10⁶ 10⁷

40 60 80 100 200 400 600

疲労寿命N（cycles）

応力範囲Δσ（N/mm2 ）

B C D E

No.12 34

56 78

910 1112

1314

平均 平均 2σ=1.60 JSSC A

平均 2σ 平均

10⁵ 10⁶ 10⁷

40 60 80 100 200 400 600

疲労寿命N（cycles）

応力範囲Δσ（N/mm2 ）

JSSC B C D E

No.1 2 3 4

5 6 7 8

9 10 11 12

13 14

平均 平均 2σ =1.54

平均 2σ

平均

図 -5.7  参 照 点 応 力 で 整 理 し た 疲 労 試 験 デ ー タ

(a) b点 (b) d点

ば ら つ き 指 標 が 2.00 と ，主 板 の 公 称 応 力 で 整 理 し た 場 合 よ り も さ ら に デ ー タ の ば ら つ き が 大 き く な っ て い る ．先 述 の よ う に ，Fricke⁵⁾は ，面 外 ガ セ ッ ト 溶 接 継 手 の ル ー ト 破 壊 に つ い て も 有 効 切 欠 き 応 力 で 疲 労 強 度 評 価 が 可 能 と し ，「IIW guideline for the assessment of weld root fatigue」 を 公 表 し て い る が ， こ こ で の 結 果 は ル ー ト 破 壊 す る 場 合 の 照 査 応 力 と し て 有 効 切 欠 き 応 力 は 適 し て い な い こ と を 示 し て い る ．

溶 接 サ イ ズ が 小 さ く 板 厚 の 大 き い No.8〜No.11 試 験 体 の デ ー タ が 上 に 位 置 し ， 溶 け 込 み の 深 い No.3〜No.6 試 験 体 の デ ー タ が 下 に 位 置 し て い る ．図 中 に は ，IIW 指 針 で 有 効 切 欠 き 応 力 範 囲 を 用 い て 疲 労 照 査 を 行 う 場 合 の 疲 労 強 度 曲 線（FAT225）も 示 し て い る が ， デ ー タ の 下 限 は 疲 労 強 度 曲 線 と ほ ぼ 一 致 し て い る ．