鉄道用レールの疲労損傷の破壊力学的解析(I)：レールの曲げ応力による'The kidney-Shaped fatigue crack'の進展（下）

摘要

レール頭部の内部欠陥を起点とするKidney-Shaped fatigue crackは，レール損傷の代表的な例である．この亀裂はレール内部で進展し，突然その亀裂から脆性的に破断するために事前に肉眼検査による検出は不可能である．そのため，超音波探傷による検査が必要であるが，検査期間などの保守点検期間を明らかにするために，疲労亀裂の進展速度や破壊限界亀裂などに関する検討が必要である．この亀裂の駆動力はレールの曲げ応力が主となるものであるが，垂直面に対して25～35°傾いて進展することが知られており，破壊力学的解析の課題であった．本報告ではレールの残留応力分布の影響を含めた亀裂の解析手法を明らかにし，その手法を用いた亀裂の挙動を述べた．Kidney-Shaped fatigue crackのようなレール頭部の内部を起点とする疲労亀裂の進展には，定期的なレール表面研削は効果がない．しかし，写真3～4（再掲）に示したレール頭部表面を起点とするTache ovale型亀裂の損傷には，定期的な研削がレール寿命の伸延に有効であることが実証されており，世界各国で研削期間15～40MGTが採用されている．この期間の表面亀裂の進展速度は本報とは異なった解析が必要であり，続報で解析手法について説明したい．