鋼材の小型曲げ試験による脆性亀裂伝播停止特性簡易評価法の開発

摘要

脆性亀裂伝播現象の解明は, 多くの社会インフラ鋼構造物の安全性向上および合理的な材料の選定において極めて重要な問題である. 特に, 船舶・タンク分野ではスケールメリットを活かすべく大型化が進んでおり, 使用鋼板の極厚化が懸念されている. 現在, 脆性亀裂伝播停止特性(アレスト特性)評価には標準温度勾配型ESSO試験が広く用いられているが, 大型で高コストなため材料出荷試験には適さない面がある. また, これまで継続的に検討されてきた小型試験によるアレスト特性評価法は, 広幅試験によるものと整合性が低い点や高いアレスト特性を評価できない点が指摘されてきた. 他方, NRL試験やシャルピー試験といった感応的な試験結果を統計的に結び付けることで出荷試験としての評価を行うという破壊力学に基づかない方法が提案されているが1), 推定精度は高くない。簡便かつ破壊力学に基づいた評価が望まれている. 一般に, 曲げ試験は引張試験よりも高い試験荷重を必要とせず高応力を確保できるメリットがある. その反面応力分布が引張場と圧縮場によって形成されるため, 曲げ負荷中に高速亀裂が伝播する問題は極めて複雑化し, 未だに十分な知見が得られていない. そこで本研究では, 動的弾塑性有限要素解析を用いた脆性亀裂伝播モデルにおいて, このような曲げ荷重が付与された部材に脆性亀裂が発生・伝播した場合の亀裂駆動力の変化について分析し, より簡便にアレスト特性を評価可能な小型曲げ試験の開発・提案を行う.