0.030
curves
傍 の み に 大 き な 塑 性 ひ ず み に よ る 変 形 が 認 め ら れ る.30サ イ ク ル 目 に な る と, き 裂 先 端 か ら 上 下45度 の 最 大 せ ん 断 応 力 方 向 に 沿 っ て す べ り 変 形 が 生 じ て い る こ と が 明 瞭 に 観 察 さ れ る.70サ イ ク ル ま で,き 裂 は ほ ぼ 荷 重 軸 に 垂 直 に 成 長 して い る が,そ の 後 若 干 斜 め 方 向 に 進 展 しaさ ら に き 裂 が 大 き く な る と,再 び 荷 重 軸 に 垂 直 に 成 長 す る.こ の き 裂 進 展 方 向 の 変 化 は,後 述 す る よ う に シ ア
リ ッ プ の 形 成 に よ り 試 験 片 内 部 で 破 面 形 態 の 遷 移 が 生 じ て い る こ と に 起 因 し て い る.
Fig.2.11に △ε=3.0%,RF=0の 試 験 で 得 ら れ た,試 験 片 表 面 に お け る 初 期 切 り 欠 き か ら の き 裂 進 展 の 様 子 を 示 す.Rf.=Oで の 同 サ イ ク ル 数 で み た き 裂 進 展 量 は,R,.=‑1に 比 べ て 小 さ い も の の,き 裂 進 展 の 様 子 に 大 き な 変 化 は 認 め ら れ な い.
Fig.2」2に ひ ず み 比R、=‑1の 条 件 に お け る,試 験 片 表 面 で の き 裂 成 長 曲 線 を 示 す.ひ ず み 幅 が 大 き い ほ ど 曲 線 の 傾 き が 大 き く,き 裂 進 展 速 度 が 大 き く な っ て い る.ま た,ど の ひ ず み 条 件 に お い て も,繰 返 し 数 に 対 して き 裂 半 長 は,初 め の う ち は2次 関 数 的 に 増 加 し,途 中 か ら は ほ ぼ 直 線 関 係 を 保 っ て 増 加 し て い
る.こ の 増 加 傾 向 の 変 化 は き 裂 半 長a=10〜11mm付 近 を 境 に 生 じ て い る.
Fig.2.13に 破 面 の 模 式 図 を 示 す.表 面 予 き 裂 よ り き 裂 が 成 長 し,試 験 片 平 行 部 裏 面 に 達 す る こ と で,表 面 き 裂 型 か ら 貫 通 き 裂 型 へ の 移 行 が 起 こ る.き 裂 が 裏 面 に 達iす る の は,き 裂 長 さ が 全 長 で 約20〜22mmの 時 で あ り,こ の 移 行 が 原 因 で き 裂 成 長 曲 線 の 増 加 傾 向 変 化 が 起 き て い る と 考 え ら れ る.
(3)試 験 片 内 部 に お け る き 裂 成 長
Fig.?.14に 表 面 き 裂 成 長 の 途 中 で 試 験 を 中 断 し た 表 面 切 り 欠 き 試1験 片 の 破 面 外 観 を 示 す.破 面 上 に 見 ら れ る 数 カ 所 の 同 心 楕 円 状 の 模 様 は ビ ー チ マ ー ク と 呼 ば れ る も の で あ る.ビ ー チ マ ー ク は,極 低 サ イ ク ル 疲 労 試 験 で の 任 意 サ イ ク ル に お い て,明 瞭 に き 裂 前 縁 の 形 状 を 確 認 し た い 場 合 に 用 い る 方 法 で あ る .大 き な 塑 性 ひ す み の 繰 返 し の 合 間 に,弾 性 範 囲 応 力(予 き 裂 導 入 と 同 じ ,応 力 振 幅 約300MPa,応 力 比R=0 .1の 弾 性 ひ ず み 範 囲 で の 高 サ イ ク ル 疲 労)の 繰 返 し を 与 え る こ と に よ り,塑 性 ひ ず み と は こ と な る ス ト ラ イ エ ー シ ョ ン を 導 入 し た . 試 験 片 裏 面 へ 貫 通 す る 前 の 破 面 は,本 図 の よ う に 荷 重 軸 に 垂 直 な 面 の み で 構 成 さ れ て い る.
Fib.2.15に,こ の 試 験 片 で ビ ー チ マ ー ク よ り 測 定 し た ,き 裂 の き 裂 深 さ/き
一33一
(a) N=5
(b) N=30
(c) N=50
(d) N=70
(d) N=95
Fig.2.10
Crack growth at the surface of the specimen
(Specimen D, Ac=0.030, RE=-1)
(a) N=6
(b) N=30
(c) N=50
(d) N=70
(d) N=124
Fig.2.11
Crack growth at the surface of the specimen
(Specimen F, AE=0.030, R,=O)
P.
C V V c
30
25
20
15
10
5
0
•^o
••
••g
^0•• ^g
0 B
~R
A 0 0
LP
AA
• • .1
• ••
•
•
•
•
•
•
•
•
• .'
• •
• •
Penetration
Ac=±0.025 Ac =±0.020 Ac =±0.015 Ac ==_470.010 0.010
•
Fig.2.12
0 50 100 150 200 250300
Number of cycles
Relationships between crack length and number of cycle in the specimens tested at the R E=-1
s
Initial surface crack
•
Al\
2a=20-22mm
Total crack length at crack penetration
Fig.2.13 Schematic representation of crack growth before and after penetration
36
4;,?.-m—"" cr
5mm
Fig 2.14
Fracture appearance of specimen with surface flaw (Specimen C : AE=0.04, RF=-1)
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
c/t
Fig.2.15
Change of aspect ratio as crack growth
(Specimen C : A =0.04, RF.=-1)
裂 半 長 の 比(ア ス ペ ク ト 比)の 変 化 を き 裂 深 さ/板 厚 の 比(c/t)と の 関 係 で 示 す ・ 予 き 裂 の ア ス ペ ク ト 比 は 半 円 形 よ り や や 扁 平 し た 楕 円 形 状 でc・/a。ニ0.9で あ る ・ Fig.2.15に 示 さ れ る よ う に ・ 試 験 片 裏 面 へ 貫 通 す る ま で ア ス ペ ク ト 比 は0・9で ほ ぼ 一 定 値 を 示 し た.こ れ は 今 回 試 験 し た ひ ず み 幅,ひ ず み 比 条 件 に よ ら ず 一 定 で,き 裂 は 半 円 に 近 い 形 状 の ま ま 成 長 す る こ と が 確 認 で き る ・
(4)試 験 片 裏 面 に お け る き 裂 成 長
Fig.2.16に 平 行 部 裏 面 に お け る き 裂 の 貫 通 前 後 の 成 長 の 様 子 を 示 す.き 裂 が 平 行 部 を 貫 通 す る 直 前 に お い て,平 行 部 中 央 表 面 に 過 度 の 断 面 収 縮 が 観 察 さ れ る.中 央 部 で き 裂 が 貫 通 し た 後 は,数 サ イ ク ル で 大 き な き 裂 に 進 展 す る 様 子 が 確 認 さ れ る.
Fig.2.17に △ε=o.os,Rrニ ー1の 試 験 で の 試 験 片 平 行 部 前 ・裏 面 で の き 裂 成 長 曲 線 を 示 す.ま た,Fig,2.18に 同 試 験 片 で の サ イ ク ル 数 と き 裂 進 展 速 度 の 関 係 を 示 す.表 面 の き 裂 半 長 約10mmで 裏 面 に 貫 通 し た き 裂(平 行 部 裏 面 の き 裂) は,貫 通 後,前 面 よ り も 大 き い 速 度 で 成 長 し,平 行 部 前 面 の き 裂 長 さ に 追 い つ
こ う と す る.本 条 件 下 で の 遷 移 域 は,表 面 の き 裂 半 長 で 約10mmか ら34mm の 間 で あ り,十 数 サ イ ク ル で き 裂 長 さ が 等 し く な り,そ の 後 は 両 者 と も 一 定 の 進 展 速 度 で 成 長 し て い る.
Fig.2.19に △εニo.05,RE=‑1の 試 験 で の 破 面 写 真 と き 裂 成 長 に と も な う 断 面 形 状 遷 移 の 模 式 図 を 示 す.貫 通 ま で は 荷 重 軸 に 垂 直 な 破 面 の み で あ る(1‑1'断 面) が,貫 通 後 は 平 行 部 裏 面 に お い て も,平 行 部 前 面 と 同 様 に 斜 め 方 向 へ の き 裂 成 長 が 始 ま り(2‑2馬 断 面),最 終 的 に は 傾 斜 破 面 の み(3‑3'断 面)が 観 察 さ れ る.
i ̲‑Jl{
(a) N=45 (d) N=48
(b) N=46 (e) N=50
(c) N=47 (t) N=54
LA
Fig.2.16 Crack growth at back side of the specimen (Specimen C : A8=0.04, RE=-1)
_;~,
30
25
g 20
15
0
10
5
0 0
Fig.2.17
10
1
U
rr-~
z
0.1
0.01
10 20 30 40 50
Number of cycles
Comparison of crack growth curve between front and back side (Specimen C : or=0.04, R£=-1)
0
Fig.2.18
••••
0 coo
•°0
••• ••
•
00
• ••
front surface back surface
10 20 30 40 50
Number of cycles
Comparison of crack growth rates between front and back side (Specimen C : OF=0.04. RE=-1)
—40—
(a) Specimen B : AE=0.05, 1
RE=-1
2 lOmm
3
Crack growth Crack growth
1'2' 3'