結 論

7.1本 研 究 で 取 り 扱 っ た 内 容

本 研 究 は,高 レ ベ ル 地 震 動 を 想 定 し て,大 き な 塑 性 ひ ず み が 繰 返 さ れ る 条 件 下 で の 実 用 に 耐 え 得 る 工 学 的 か つ 破 壊 力 学 的 な 手 法 に よ る き 裂 進 展 の 評 価 法 の 確 立 を 目 指 し,極 低 サ イ ク ル 領 域 に お け る き 裂 成 長 の 支 配 パ ラ メ ー タ お よ び 支 配 則 を 探 っ た.さ ら に,石 油 タ ン ク に お い て き 裂 損 傷 が 起 り や す い 「側 板 と ア ニ ュ ラ 板 の 隅 肉 溶 接 部 」 で の き 裂 の 発 生 成 長 の 評 価 法 を 確 立 し,石 油 タ ン ク に お け る 有 害 欠 陥 寸 法 を 明 ら か に す る 評 価 シ ス テ ム 構 築 を 行 っ た.

7.2本 研 究 で 得 ら れ た 成 果

(1)極 低 サ イ ク ル 領 域 で の 評 価 パ ラ メ ー タ お よ び 疲 労 き 裂 成 長 則 の 研 究 (1.1)極 低 サ イ ク ル 疲 労 域 で の 試 験 片 表 面 で の き 裂 成 長 は,J積 分 の 簡 易 表 記

に よ る パ ラ メ ー タ ムεaに よ り,比 較 的 精 度 良 く 表 現 で き る.

(1.2)曲 げ 荷 重 で の 試 験 片 表 面 で の き 裂 進 展 速 度 は,引 張 圧 縮 荷 重 で の 速 度 に 比 べ1/2と な る.こ れ は,試 験 片 内 の エ ネ ル ギ 差 に よ り 説 明 さ れ る.

(1.3)き 裂 進 展 速 度 は ひ ず み 比RFニ ー1の 時 に 最 も 大 き く,ひ ず み 比 が 大 き く な る に し た が い 速 度 は 小 さ く な る.

(1.4)上 記,(1.1),(1.2),(1.3)を 総 合 し て,極 低 サ イ ク ル 疲 労 域 で の 疲 労 き 裂 進 展 則 と し て 次 式 を 提 案 し た.

da/dNニC{(△ εm+△ εh/2)・a}m C=C(2兀 σvE)m

(15)引 張 圧 縮 荷 重 で は ア ス ペ ク ト 比 一 定 の ま ま き 裂 進 展 す る た め,容 易 に き 裂 深 さ を 推 定 で き る.こ れ は,ひ ず み 条 件 に 影 響 さ れ な い.

(1.6)曲 げ 荷 重 で は,深 さ 方 向 に 比 べ 表 面 で の き 裂 進 展 速 度 が 大 き い た め,ア ス ペ ク ト 比 は き 裂 進 展 に と も な い 小 さ く な る.

(1.7)上 記(1.5),(1.6)を 総 台 し て,極 低 サ イ ク ル 疲 労 域 で の き 裂 形 状 予 測 式 と し て 次 式 を 提 案 し た.

一1.i一

c/a=U.9(1‑RB・c/t):RBニ ム￡h/(△εm+△εh)

(1.8)(1.4)と(1.7)に 提 案 し た 式 を 用 い,き 裂 の 進 展 寿 命 を 評 価 す る こ と が で き た.

(2)FEMに よ るJ積 分 計 算 お よ び 極 低 サ イ ク ル 疲 労 寿 命 の 研 究

(2.1)簡 易 パ ラ メ ー タ(△ εa)の 考 え 方 を 用 い,よ り 高 精 度 に 極 低 サ イ ク ル 疲 労 寿 命 を 評 価 す る た め,FEM計 算 で 得 たJ積 分 値 を 近 似 式 に よ る 関 数J重 と し て 表 現 し,次 式 の 疲 労 き 裂 進 展 則 と し て ま と め た.

(引 張 圧 縮 荷 重 を 受 け る 表 面 き 裂)

da/dN=C(ム ノ λ)m こ こ で,

△J=4・F(ε)・M(a)

0.28E

F(E)=

().UO1+9x10『9/ε2 M(a)ニ7.1371a‑0.7094a2+0.0283a3

λ=0.83・exp(‑0.19R,)

よ っ て,

∫1回 ・ ブ扉4・‑4・c無 ノ・が 勲

(曲 げ 荷 重 を 受 け る 表 面 き 裂)

da

clN‑C幅 ・λゾ ーピ(4F… 撫 Φ一 ・λゾ

028εF(

・)=

0.001+9×10‑9/ε こ

つ

ル1Arα ノ=0.7551a+0.04(,5ii

一178一

(1)λでc/oノ=2・{1‑exp(‑2.6・c/a)}

λ=0.83・exp(‑0」9R、)

舞 一ご(卿 λゾ ーご(4F㈲ ・撫 ・Φ・岡 ・¥mi

().2K￡

F(F)̲

0.001+9×10‑9/ε2

ノレノcrcノ ニ12.821c‑2.6876c'+0.6291c3‑0。0348c4 Φ(・でc/6rノ ニ2.7・exp(‑3.6・c/a)

λ=0.83・exp(‑0.19R∂

(曲 げ 荷 重 を 受 け る 隅 角 溶 接 部 の 広 幅 き 裂)

か(・ 蘭 一2・ ご(F・ δ')・λ)m'

b F(δ)=

1%・

M(c)=10.2c+1.2305cユ ー()。2941c3+0.0122c4 λ ニ0.83・exp(‑0.19R、)

(曲 げ 荷 重 を 受 け る 隅 角 溶 接 部 の 表 面 き 裂)

欝 一 ⑫ 二・)'一 ご(2F・ パ1・蜘 ・Φ ・圃 ・λゾ

sF (b)= 1+%・2

つ

MA(a)=1.>928a‑0.0095a‑

(】5(c/a)=2・{1‑exp(‑2.6・c/a)}

λ=0.83・exp(‑0.19R,)

一1i9一

do

dlV‑c駆(ユ ・*!17'L'・,,y一 ご(2F・ δ㍉ ・蜘 ・叫 一 ゾ

k F(b)̲

︑㌧

δ %

Mc(c)=9。6987c‑0524cユ ー0.0195c3‑O.0007c4 Φc(c/a)ニ2,7・exp(‑3.6・c/a)

λ ニ0。83・exp(‑0」9R、)

(2.2)上 記 の よ う に 単 調 荷 重 に お け るJ'を,繰 返 し 荷 重 に 応 用 し,ひ ず み 比 の 影 響 を 考 慮 す る こ と で,試 験 で の き 裂 成 長 を 簡 易 パ ラ メ ー タ を 使 っ た も の よ り 精 度 良 く 推 定 可 能 で あ る.

(3)石 油 タ ン ク 安 全 性 評 価 シ ス テ ム と 有 害 傷 概 念 の 確 立 に 関 す る 研 究

(3,1)隅 角 部 モ デ ル で の 極 低 サ イ ク ル 疲 労 試 験 で は,予 き 裂 か ら の き 裂 成 長 は 小 さ く,溶 接 止 端 部 に 発 生 し た 微 小 き 裂 の 合 体 ・成 長 に か ら 破 断 に い た る.こ の き 裂 成 長 は,試 験 体 全 幅 き 裂 の 板 厚 方 向 へ の 進 展 と 見 な す こ と が で き る.

(3.2)上 記 き 裂 進 展 形 態 を ふ ま え,2次 元FEM解 析 に よ り 疲 労 寿 命 曲 線 を 作 成 し た.隅 角 部 モ デ ル で の 試 験 結 果 と の 比 較 よ り,無 欠 陥 部 で の 初 期 期 き 裂 深 さ を0.4mmと 見 積 も っ た.

(3.3)石 油 備 蓄 基 地 の 実 隅 角 部 の 型 ど り 結 果 よ り,溶 接 止 端 部 の 曲 率 半 径 が 大 き く ば ら つ い て お り,グ ラ イ ン ダ 仕 上 げ に て 滑 ら か に 仕 上 げ て あ る 継 手 で は 先 在 欠 陥 か ら の き 裂 成 長 が 懸 念 さ れ る.

(3.4)3次 元FEMを 行 い,先 在 欠 陥 か ら の 疲 労 寿 命 曲 線 を 作 成 し た.

(3.5)以 上 の 研 究 結 果 を ま と め,隅 角 部 に お け る 有 害 傷 評 価 の 基 本 フ ロ ー を 作 成 し,有 害 傷 寸 法(表 面 長 さ で24mm)を 明 ら か に し た.

一ISf)一

7.3今 後 の 課 題

極 低 サ イ ク ル 疲 労 域 で の き 裂 成 長 はJ積 分 を 用 い た き 裂 進 展 則 で 評 価 で き る こ と が 確 認 さ れ た.簡 易 表 現 に よ るJ積 分 値Jtuを 用 い て,実 用 レ ベ ル で の 疲 労 寿 命 の 予 測,ま た,FEMに よ る 」'を 用 い て よ り 精 度 の 高 い 疲 労 寿 命 の 予 測 が 可 能 で あ っ た.し か し な が ら,極 低 サ イ ク ル 疲 労 機 構 全 て に 関 し て 明 ら か に

な っ た わ け で は な く,以 下 に 示 す よ う に い くつ か の 課 題 が 解 明 さ れ て い な い.

(1)本 研 究 で 示 し た き 裂 進 展 速 度 とJ積 分(Jf(/,ノ)の関 係 式 が 本 研 究 で 用 い た 以 外 の 試 験 片 に お い て も 有 効 で あ る か は 未 検 討 で あ る.し か し な が ら,き 裂 進 展 速 度 を 支 配 す る 最 重 要 因 子 で あ る き 裂 先 端 近 傍 の 力 学 状 態 はJ積 分 に よ り代 表 さ れ て お り,寸 法 の 異 な る 試 験 片 に お い て も,き 裂 進 展 速 度 がJ積 分 に よ っ て 支 配 さ れ る こ と は 容 易 に 推 測 さ れ る.ま た,き 裂 進 展 則 の 材 料 定 数 に つ い て は, 今 回 の 供 試 材 で あ るSPV490Qに 関 し て は 明 ら か に し た が,よ り 一 般 的 な き 裂 進 展 則 の 確 立 の た め に は,種 々 の 材 料 を 用 い た 極 低 サ イ ク ル 疲 労 域 に お け る き 裂 成 長 デ ー タ の 蓄 積 が 必 要 で あ る.

(2)本 試 験 で の き 裂 進 展 速 度 は ひ ず み 比R、=‑1の 時 に 最 も 大 き く,ひ ず み 比 が 大 き く な る に し た が い 速 度 は 小 さ く な る.本 提 案 式 で は,ひ ず み 比 の 影 響 を 関 数 し て 代 入 し た が,こ の 現 象 を 生 じ る き 裂 先 端 で の 疲 労 機 構 は 解 明 さ れ て い な い.

(3)大 き な 塑 性 ひ ず み 域 て のFEM解 析 は 非 常 に 多 大 な 労 力 ・計 算 時 間 を 必 要 と し,極 低 サ イ ク ル と い え ど も,サ イ ク ル 毎 の 負 荷 と 除 荷 を 正 確 に 計 算 す る こ と は 極 め て 困 難 で あ る 。 そ の た め,本 研 究 で は 単 調 増 加 荷 重 条 件 の 解 析 で 得 ら れ るJ積 分 値 を 用 い て △Jを 算 定 し た が,計 算 機 の 性 能 が 格 段 に 進 歩 す れ ば, サ イ ク リ ッ ク なJ積 分 値 を 計 算 可 能 と な る か も し れ な い.

(4)本 研 究 で は,無 欠 陥 部 に 想 定 し た 広 幅 き 裂 か ら の 寿 命 よ り も 低 寿 命 側 と な る 先 在 き 裂 を 有 害 欠 陥 と 見 な し た が,高 レ ベ ル 地 震 動 を 受 け る タ ン ク 隅 角 部 に 発 生 す る ひ ず み と そ の 回 数 が 詳 細 に 計 算 さ れ れ ば,有 害 欠 陥 判 定 基 準 を そ の ひ ず み と 回 数 と し,さ ら に 現 実 に 近 い 予 測 が 可 能 で あ る.

‐lbl‐

(5)本 研 究 で はM(a)お よ びM(c)を そ れ ぞ れ き 裂 半 長 ・ き 裂 深 さ の 高 次 式 と し て 表 し た が,式 の 次 元 を 考 慮 す る と,パ ラ メ ー タ は 無 次 元 化 し て 用 い る

こ と が 望 ま し い.

7.4結 言

石 油 タ ン ク 隅 角 部 の 安 全 性 に つ い て,隅 角 溶 接 部 で の 極 低 サ イ ク ル 疲 労 に 着 目 しa先 在 き 裂 の 成 長 に つ い て 検 討 し た.隅 角 部 で 先 在 欠 陥 と し て 許 容 で き る 寸 法 を 明 ら か に し,塗 装 の 上 か ら 超 音 波 探 傷 等 の 非 破 壊 検 査 に よ り 発 見 す べ き 欠 陥 寸 法 の 指 針 を 与 え た 。 今 後 は,種 々 の 材 料 で の 極 低 サ イ ク ル 疲 労 デ ー タ の 蓄 積 を 計 る こ と に よ り,よ り 一 層 の 鋼 構 造 物 の 安 全 性 評 価 に つ い て 精 度 の 向 上 が 期 待 さ れ る.

一lg?一

謝 辞

衣研 究 は 筆 者 が 石 油 公 団 の 委 託 研 究 に よ り,日 本 高 圧 力 技 術 協 会 に 設 置 さ れ た 「石 油 々 ン ク の 防 食 技 術 と 安 全 性 評 価 に 関 す る 調 査 研 究 委0会 」,「 石 油 タ ン ク の 耐 震 性 と 健 全 性 評 価 に 関 す る 調 査 研 究 委 員 会 」,「 経 年 変 化 を 考 慮 し た 長 期 備 蓄 タ ン ク の 診 断 ・保 全 技 術 に か ん す る 調 査 研 究 委 員 会 」 で の5年 間 の 活 動 を 通 し て 得 ら れ た 知 見 を ま と め た も の で す.

主 査 の 川 原 正 言 教 授 に は,多 大 な る 御 指 導 ・御 教 示 を い た だ き ま し た.心 よ り感 謝 致 し ま す.

本 論 文 の 審 査 に 当 た り 西 村 尚 教 授,三 沢 啓 志 助 教 授,若 山 修 一 助 教 授 に は 熱 心 な 御 討 論,有 益 な 御 教 示 を 頂 き ま し た.心 よ り 感 謝 致 し ま す.

研 究 の 機 会,ま た 研 究 成 果 発 表 の 許 可 を 頂 き ま し た 石 油 公 団 日 向 直 之 元 技 術 課 長,丸 山 裕 章 技 術 課 長 に は 心 よ り感 謝 申 し 上 げ ま す.委 員 会 で 熱 心 な 御 討 論 を 頂 き ま し た 横 浜 国 立 大 学 助 教 授 関 根 和 喜 委 員 長,河 野 武 亮 主 査,河 野 和 間 主 査 お よ び 委 員 各 位 に 心 よ り 感 謝 申 し 上 げ ま す.

プ ロ ゼ ミ の 先 生 各 位 に は,発 表 の 機 会 を 頂 く と と も に 活 発 な 御 討 論 を 頂 き ま し た.厚 く御 礼 申 し 上 げ ま す.

鋼 管 計 測 株 式 会 社 の 平 坂 正 人 博 士,秋 山 俊 弥 博 士 に は 試 験 の 計 画 ・遂 行 に 当 た り 大 変 御 尽 力 い た だ き ま し た.ま た,横 田 聡 氏,串 田 恭 一 氏 に は 試 験 実 施 に 当 た り 大 変 お 世 話 に な り ま し た.心 よ り 感 謝 申 し 上 け ま す.

NKK総 台 材 料 技 術 研 究 所 の 村 岡 隆 一 氏 に は 試 験 体 作 製 に 当 た り 大 変 御 尽 力 い た だ き ま し た.こ こ に 感 謝 申 し 上 け ま す.

最 後 に 東 京 都 立 大 学 工 学 研 究 科 材 料 力 学 研 究 室 の 皆 さ ん,特 に 共 に 試 験 を 行 っ た 日 高 健 太 郎 君,井 上 純 一 郎 君,柏 正 典 君,高 木 洋 寿 醤 に は 多 大 な 御 協 力 を 頂 き ま し た,深 く 感 謝 致 し ま す.

皆 さ ん ど う も あ り が と う こ さ い ま し た.

一183一