連続体損傷力学による極低サイクル疲労破壊の予測技術の開発

摘要

機械製品の強度設計において自動車のように長年に渡って使用し続けるものは，定格負荷に対しては高サイクル疲労もしくは無限寿命で保証し，非日常的な大負荷に対しては有限寿命での強度を保証する考え方もある.この際，特に大きな負荷に対しては極低サイクル疲労破壊に至り破壊時に致命的な事故を起こさせない設計が重要になる.この設計を効率的に行うには極低サイクル疲労破壊のシミュレーションが有効な手段となる.極低サイクル疲労のシミュレーションには材料モデルとしてBauschinger効果[1]を表現するための複合硬化弾塑性モデルと損傷モデルが必要になると考えている.本研究では複合硬化弾塑性モデルとして，等方硬化モデルは指数硬化則を用い，移動硬化モデルとして本研究ではChabocheモデル[2]を用いる.また損傷モデルとしてLemaitreモテル[3]を用いる.これらの材料モデルには多くの材料定数が含まれており，全ての材料定数を同定しなければ極低サイクル疲労破壊のシミュレートができない.本研究では単軸の繰り返し負荷を与えた際の応力ひずみ曲線と疲労寿命線図(SN線図)について数値計算値と実測値を一致させることによって材料定数を同定する.既存の研究[7]では材料定数を試行錯誤して修正しながら実験と合うまで繰り返し負荷の計算を行うため膨大な手間が掛かるのが課題であり，それが故にこのモデルは実際の設計分野ではあまり使用されていない。そこで本研究ではこの材料定数を迅速にかつ簡便に同定することを目的とする.材料定数の同定を効率的に行うには以下の二点が重要となる.1. ある材料定数に対する応力ひずみ曲線およびSN線図の計算を迅速に行うこと2. 計算結果と実測結果との差異が小さくなるように材料定数を更新すること本研究では前者に本研究で提案する単軸負荷積分法を適用し，後者に勾配法を用いた最適理論を適用し材料定数を自動的に同定する.第2章では用いている材料モデルについて説明し，第3章では単軸負荷積分法とその計算結果を示し，第4章に勾配法について記述する.第5章ではアルミダイカスト合金(ADC12F材)を用いた材料定数の同定事例について紹介する.