(57)【要約】【課題】材料の特性に関わらずに延性亀裂発生限界を評価する。【解決手段】試験片における延性亀裂発生時の相当塑性ひずみと一様ひずみとの差分によって正規化された破壊基準式に基づいて金属の延性亀裂発生限界を評価する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片における延性亀裂発生時の相当塑性ひずみと一様ひずみとの差分によって正規化された破壊基準式に基づいて金属の延性亀裂発生限界を評価することを特徴とする延性亀裂発生限界の評価方法。
【請求項２】
前記破壊基準式は、ひずみ硬化係数を指数として有することを特徴とする請求項１記載の延性亀裂発生限界の評価方法。
【請求項３】
前記破壊基準式は、試験片における相当塑性ひずみをε’ｐ,ｓ、試験片における一様ひずみをεＴ、相当塑性ひずみをε’Ｐ、応力三軸度をη、ひずみ硬化係数をｎ、定数をＡ及びＢとして、下式１
【数１】
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にて表されることを特徴とする請求項２記載の延性亀裂発生限界の評価方法。
【請求項４】
アルミ及び鋼に対して適用可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の延性亀裂発生限界の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、延性亀裂発生限界の評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、非特許文献１には、鋼の破壊時における延性−脆性遷移現象について記載されている。非特許文献１では、鋼の破壊時において発生するボイドの成長速度と、塑性発生歪とが反比例関係にあるとの考えが示されており、応力三軸度と相当塑性ひずみの相関が下式１のように整理されるとしている。なお、ε’ｐは相当塑性ひずみを示し、Ｓｍ／Ｓｅは応力三軸度を示している。また、Ａ，Ｂは、材料ごとに定められる材料定数である。現在では、鋼に引張荷重をかけた際の延性亀裂発生限界は、切欠き試験片等により破壊試験を行い、下式１の曲線（延性限度曲線）を算出することで評価している。
【０００３】
【数１】
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【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】島貫広志、他４名「鋼材の延性亀裂発生特性に及ぼす応力三軸度と歪速度の影響」、日本造船学会、日本造船学会論文集、１９９９年、Ｖｏｌ．１９９９、Ｎｏ．１８６、ｐ．４７５−ｐ．４８３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上式１により示される延性限度曲線は、材料ごとに異なっている。したがって、ある金属材料の延性亀裂発生限界の評価を行う際には、その都度、複数の試験片を用いた破壊試験を実施し、破壊試験の結果についてＦＥＭ解析等を行って、延性限度曲線を求める必要がある。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、材料の特性に関わらずに延性亀裂発生限界を評価することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するための第１の手段として、試験片における延性亀裂発生時の相当塑性ひずみと一様ひずみとの差分によって正規化された破壊基準式に基づいて金属の延性亀裂発生限界を評価する、という構成を採用する。
【０００８】
第２の手段として、上記第１の手段において、上記破壊基準式は、ひずみ硬化係数を指数として有する、という構成を採用する。
【０００９】
第３の手段として、上記第２の手段において、上記破壊基準式は、試験片における相当塑性ひずみをε’p,s、試験片における一様ひずみをεＴ、相当塑性ひずみをε’Ｐ、応力三軸度をη、ひずみ硬化係数をｎ、定数をＡ及びＢとして、下式１
【００１０】
【数２】
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【００１１】
にて表される、という構成を採用する。
【００１２】
第４の手段として、上記第１〜３のいずれかの手段において、アルミ及び鋼に対して適用可能である、という構成を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、延性特性に大きく影響されると考えられる試験片の延性亀裂発生時の相当塑性ひずみと一様ひずみとの差分により破壊基準式が正規化されている。これにより、破壊基準式に含まれる材料の延性特性に依存するパラメータを正規化することができる。したがって、正規化された破壊基準式を用いることにより、材料の特性に関わらず、延性亀裂発生限界を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態における試験体の形状を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における応力三軸度と、相当塑性ひずみとの相関を示す延性亀裂発生特性直線のグラフである。
【図３】本発明の一実施形態における予測曲線と、実測点とを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に係る延性亀裂発生限界の評価方法の一実施形態について説明する。
【００１６】
本実施形態におけるMohr-Coulombの破壊基準を用いた破壊基準式の導出について説明する。
Mohr-Coulombの破壊基準は、一面せん断試験に基づく破壊基準であるMohrの破壊基準と、三軸圧縮試験に基づく破壊基準であるCoulombの破壊基準とを組み合わせることにより下式３のように示される。下式３においてτはせん断応力を示し、σnは垂直応力を示し、ｃ１，ｃ２は材料ごとに定められる材料定数を示している。
【００１７】
【数３】
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【００１８】
このようなMohr-Coulombの破壊基準に対して、応力三軸度ηを用いて展開すると、式４のように整理される。なお、応力三軸度ηは、平均応力Ｓｍを相当応力Ｓｅで除したものである。下式４において、θは試験片形状、負荷形態等に依存する応力の第３不変量に関するパラメータである。
【００１９】
【数４】
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【００２０】
さらに、相当応力Ｓｅは、べき乗硬化則を用いることにより、式５のように相当塑性ひずみε’ｐで表すことができる。なお、ｎはひずみ硬化係数（加工硬化係数）を示し、ｃ３は材料ごとに定められる材料定数を示している。
【００２１】
【数５】
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【００２２】
なお、θは、試験片及び試験時の負荷を固定することにより定数とみなすことができる。このことから、Mohr-Coulombの破壊基準は、下式６のように整理することができる。なお、ｃ４、ｃ５は材料ごとに定められる材料定数を示している。
【００２３】
【数６】
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【００２４】
ひずみ硬化係数ｎは、材料依存性のある数値である。このことから、式６は、材料ごとの応力−ひずみ関係の違いを考慮した式となっている。
さらに、材料ごとの延性特性について考えると、各金属材料（本実施形態においては鋼材及びアルミニウム合金）について、応力−ひずみ曲線において、一様伸び限界以降にひずみの差異が大きくなることがわかっている。また、延性亀裂の発生を引き起こすボイドの生成及び成長は、一様伸び以降に生じる。このため、一様伸び以降のひずみ量で式６の相当塑性ひずみε’を正規化することで、材料ごとの延性特性について考慮することができると考えられる。本実施形態においては、一様伸び以降のひずみ量として、図１に示す平滑丸棒試験片の延性亀裂発生時の相当塑性ひずみε’ｐ，ｓと、平滑丸棒試験片Ｔの一様ひずみεＴとの差分を用いて、式６の相当塑性ひずみε’ｐを正規化し、下式７（破壊基準式）のように整理した。なお、式７におけるＡ，Ｂは、定数とされている。また、図１の平滑丸棒試験片Ｔは、切欠き等が設けられない略円柱状とされ、両端が約２倍に拡径されると共に、固定のためのネジ山が形成されている。
【００２５】
【数７】
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【００２６】
このような式７は、材料ごとの応力−ひずみ関係及び延性特性が考慮された式となっている。また、式７における定数Ａ，Ｂは、平滑丸棒試験片Ｔにおける引っ張り試験の延性亀裂発生時の相当塑性ひずみε‘ｐ，ｓと応力三軸度η（すなわち、Ｓｍ／Ｓｅ）とを複数の条件（２以上の材料または２以上の応力三軸度η）で計測することにより、取得することができる。なお、本実施形態においては、鋼材であるＳＭ４００Ｂ、ＨＴ７８０と、アルミニウム合金材であるＡ５０８３−Ｏについて試験を行った。縦軸を式７の左辺とし、横軸を式７の右辺としたグラフを図２に示す。この図２によれば、鋼材とアルミニウム合金とにおいて、線形性が示されている。このグラフから、式７における定数Ａ，Ｂが一意に算出される。このように、式７は、１つの式を用いて鋼材やアルミニウム合金等、複数の種類の材料について適用可能である。
【００２７】
また、式７から予測される相当塑性ひずみ−応力三軸度の予測曲線と、実測点とを示すグラフを図３に示す。図３のグラフにおいて、実線はＳＭ４００Ｂの予測曲線を示し、破線はＨＴ７８０の予測曲線を示し、一点鎖線はＡ５０８３−Ｏの予測曲線を示している。図３のグラフによれば、各材料について、予測曲線と実測点とが大凡重なっており、鋼材であるＳＭ４００Ｂ、ＨＴ７８０と、アルミニウム合金材であるＡ５０８３−Ｏについて、式７の有効性が示されている。
【００２８】
本実施形態によれば、延性特性に大きく影響されると考えられる平滑丸棒試験片Ｔの延性亀裂発生時の相当塑性ひずみε’ｐ，ｓと一様ひずみεＴとの差分により破壊基準式が正規化されている。これにより、破壊基準式に含まれる材料の延性特性に依存するパラメータを正規化することができる。したがって、正規化された破壊基準式を用いることにより、材料の特性に関わらず、延性亀裂発生限界を評価することができる。
【００２９】
また、本実施形態によれば、破壊基準式は、材料ごとの応力−ひずみ関係に大きな影響を与えると考えられるひずみ硬化係数ｎを指数として有している。これにより、材料ごとの応力−ひずみ関係の特性に関わらず、延性亀裂発生限界を評価することができる。
【００３０】
また、本実施形態によれば、破壊基準式は一次関数として整理され、２以上の計測点について、平滑丸棒試験片Ｔを用いて試験を行うことにより、定数Ａ，Ｂを算出することができる。したがって、破壊基準式の算出が容易である。また、複数の形状の試験片について試験を行う必要がなく、試験が容易である。
【００３１】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３２】
上記実施形態においては、平滑丸棒試験片Ｔの延性亀裂発生時の相当塑性ひずみε’ｐ，ｓと一様ひずみεＴとの差分により破壊基準式を正規化するものとしたが、本発明はこれに限定されない。試験片は、形状が限定されるものではない。
【００３３】
また、上記実施形態においては、Mohr-Coulombの破壊基準に基づいて、破壊基準式を導出したが、本発明はこれに限定されない。例えば、Mohrの破壊基準またはCoulombの破壊基準に基づいて、破壊基準式を導出するものとしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
Ｔ  平滑丸棒試験片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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