複合硬化弾塑性モデルを用いた構造用鋼材の損傷評価と載荷パターン·応力三軸度が及ぼす影響

摘要

橋梁や原子炉などの鋼構造物が地震動による繰り返し載荷を受けると，溶接部や隅角部などの応力集中部では延性き裂や疲労損傷によるき裂が発生し，進展·破壊に至ることが知られている.そのため，鋼構造物の安全性を確保するためには延性破壊および疲労破壊における，それぞれの破壊挙動と疲労寿命を明らかにしていくことが重要である.また，金属材料内部の損傷の微視的メカニズムは，塑性変形時における介在物等からのボイドの発生·成長·合体におけるき裂の進展による破壊である.これらの過程には塑性ひずみと応力三軸度が大きく関わっていることが指摘されている.そのため，塑性ひずみと応力三軸度の影響を考慮しなくてはいけない.塑性ひずみによる変形挙動は，加工硬化や繰り返し載荷時のBauschinger効果を考慮するために，等方硬化モデルと移動硬化モデルを組み合わせた複合硬化弾塑性モデルによって表現される.等方硬化モデルにはVoce則が一般的に用いられるのに対して，移動硬化モデルにはPragerモデル[1]を始めとし, Armstrong-Frederickモデル[2]やChabocheモデル[3]などが提案されている.線形移動硬化則のPragerモデルやひずみ硬化/動的回復の機構に基づく非線形移動硬化則のArmstrong-Frederick モデルは繰り返し載荷時の移動硬化の複雑な非線形性を正確に表現することは難しいとされているが，Chaboche モデルは非線形移動硬化則を複数重ね合わせることで表現可能としている.そのため，ABAQUSといった汎用ソフトにも積極的に取り入れられている[4].