KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 観光ナガサキを支える“道守”養成ユニット 平成21年度 特定道守養成コース 鋼構造③ 損傷部材の評価（２） 1 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 皆様方へのメッセージ ある製薬会社の副工場長の話 新薬の説明書草稿 本薬は，いかなる副作用もありません 修正された新薬の説明書 本薬は，いかなる作用もありません KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY この講習会にあたって ・今までの専門的技術者の単独専門知識だけでは， 鋼構造物の破壊や長寿命化はできません ・鋼構造物の 長寿命化を図り，破壊事故を防ぐためには， 材料，構造，施工，破壊の総合的知識と 検知，評価能力が必要です 3 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 鋼構造物であるがゆえに ・疲労 ・・・ き裂発生，き裂伝播 ⇒ 延性破壊，脆性破壊 ・腐食 ・・・ 腐食衰耗 ⇒ 板厚減，強度不足 応力腐食割れ ⇒ 疲労き裂発生，伝播 ・組合せ・・・ 腐食疲労 特徴：時間が影響，設計時予測不可 ⇒ 点検要 4 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労破壊を 生じさせる 荷重の形態 5 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 鋼材の疲労破壊の過程 6 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労き裂の発生要因 ＠疲労き裂発生源 ・材料内の潜在欠陥 結晶粒界介在物，結晶粒内析出物，空孔，ボイド ・材料の表面 加工傷 すべり変形による凸凹形成(応力集中，残留応力) 7 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 鋼材の応力ーひずみ曲線 （高サイクル疲労と低サイクル疲労） （荷重制御疲労と変位制御疲労） 軟鋼 8 高張力鋼 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労き裂の発生 9 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 表面からのすべり線から疲労き裂発生 10 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労き裂発生点でのすべり帯の突出しと入込み 11 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労強度の評価方法 12 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労限におよぼす平均応力の影響 13 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 切欠き係数ときり欠き感度係数 14 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 種々の鋼材のＫｔ とＫｆ の関係 15 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 溶接止端部の 形状の疲労強度 に及ぼす影響 16 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 溶接残留応力 17 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労強度におよぼす残留応力の影響 18 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 溶接部に生じる疲労き裂の発生・伝播の計測と評価 (Fatigue Design Recommendations for Steel Structures, JSSC) 疲労設計に用いられているS-N曲線の例 ばらつきが非常に大きい（応力集中および溶接残留応力の影 響） 19 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 溶接止端部の応力分布 20 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 隅肉溶接部からの疲労き裂発生 21 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労設計曲線（直応力を受ける継 手） 22 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 変動荷重下の疲労強度 ・一定振幅の繰返し荷重 ⇒ 基本的な疲労特性 ・大きい応力 ⇒ 破断寿命（疲労強度）は短い（小） ・小さい応力 ⇒ 破断寿命（疲労強度）は長い（大） ・実際の荷重は，平均応力も応力振幅も一定でない ・荷重の作用順序は不明 23 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労設計曲線と応力頻度 24 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 変動荷重下での疲労寿命の評価 25 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労限以下の応力に対する評価の修正 26 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労損傷の加速・減速現象を考慮した修正１ 27 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労損傷の加速・減速現象を考慮した修正２ 28 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY ランダム荷重下での繰返し回数のカウント法１ 29 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY ランダム荷重下での繰返し回数のカウント法２ 30 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY ランダム荷重下での繰返し回数のカウント法３ 31 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 試験室での実働荷重の置き換え 32 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労き裂進展現象（発生から伝播へ） 33 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労き裂進展現象（力学環境主体） 34 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労破面の特徴（ストライエーショ ン） 35 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労破面の特徴（タイヤトラック） 36 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労破面の特徴（ビーチマーク） 37 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労き裂進展現象（き裂閉口消 失） 38 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 延性破面の特徴（ディンプル） 結晶粒界の破壊 39 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 脆性破面の特徴（劈開破壊） 結晶粒内の破壊 ＪＵＮＩＣＨＩ ＫＡＴＳＵＴＡ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｎａｇａｓａｋｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ 40 ＪＡＰＡＮ KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 脆性破面の特徴（シェブロンパターン） 41 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労き裂伝播現象の評価 42 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 応力集中と応力拡大係数 43 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労き裂伝播速度の模式図 44 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労き裂伝播寿命の評価 45 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY トラス橋の疲労損傷箇所 46 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 箱桁橋の疲労損傷箇所 47 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 鈑桁橋の疲労損傷箇所 48 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 溶接部の疲労損傷検査の対象箇所 き裂 ２. 溶接ビードに沿う表面き裂として １.一箇所から発生･進展する場合 き裂 ３.板厚貫通き裂が加速･減速･ 停留して進展する場合 進展する場合 ４. 内部の溶接欠陥から き裂が発生・進展する場合 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労き裂発生危険性の高い箇所 50 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY き裂の長さを考えること 51 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 技術者が関与した事故発生原因 ・技術者の破壊に関する知識不足 ＊構造設計者，製作技術者が取り扱う寸法：100～104cm ＊破壊に影響する要因を支配する寸法 ： 10-3～100cm ＊破壊・損傷防止や予知には，局所的なものの見方が必要 ・技術者のミス ＊単純なミスとの判断や，個人努力への依存は危険 ・技術者の違反 ＊悪意のある行動，無責任な行動をいかに防止するか 52 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 観光ナガサキを支える“道守”養成ユニット 平成21年度 特定道守養成コース鋼構造③ 損傷部材の評価（２） これで終わります ご清聴ありがとうございました 長崎大学 53 工学部 構造工学科 勝田 順一 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 材料が決まると決まるもの ・限界値が決まる（今設計で使っているも の） 力 の 大 き さ ： 弾性限界（降伏点） これ以下（弾性域）では可逆性有 ： 大きな変形する領域（塑性域） 非可逆性領域 設計で使用する領域 ： 耐えられる力の最高値 ： 破断位置 材料の伸び 実は，他にも限界値がある 54 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 疲労き裂の発生から伝播までの模式図 55 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY アルミニウム合金のＳ（応力）－Ｎ（破断寿命）関係 56 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 鋼構造物の経年変化ＳＴＯＲＹ 化学成分が影響 圧延の仕方が影響 鋼材であること 溶接すること 熱処理が影響 残留応力 応力集中 結晶粒変化 腐食 疲労破壊 腐食疲労 脆性破壊 延性破壊 57 KATSUTA FRACTURE ENGINEERING LABORATORY 材料・構造物の破壊判定条件 ・現在の構造設計における破壊判定条件 α×σ（＝Ｐ／Ａ） ＞ σＢ or σＹ ・実際の破壊判定に使用すべき判定条件 Ｋ＝σ√（π・ａ）・Ｆ ＞ Ｋｃ
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