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日本建築学会大会学術講演梗概集（近畿） 2023 年 9 月

切欠き先端近傍における構造用鋼材の延性破壊発生条件（その 1）実験計画及び素材特性
建築構造用鋼材
切欠き

延性き裂
応力三軸度

正会員
同同
同

応力集中
相当ひずみ

○服部 和徳*1
後藤 拓紀*2
見波進*3
宗川 陽祐*1

1. はじめに
鋼構造物における溶接欠陥などの応力集中部からの破壊は延性き裂を起点として脆性破壊に至ることが知られており，破壊発生の抑制を目的とし延性破壊の発生・進1, 2)

展を把握する研究が行われている（a）R0.5．鋼材の延性破壊は応力三軸度に対する限界歪として与えられることが提唱されている 1–3) ．本研究では，この延性破壊発生条件を求めることを目的として，切欠き先端半径を変えた円周切（b）R1.0

欠き付き丸棒の引張試験を行って検討 4) を進めているが，昨年に引き続き，鋼種や切欠き半径を変えた実験を行った．
2. 試験概要
2.1 試験片
試験片形状を図 1 に示す．使用する鋼材は SN400B，イクロスコープを用い観察した．切欠き部の最小径と標SN490B，BCP325，BCP325T の 4 種類とする．使用鋼材の点距離 26mm の変位をレーザー寸法測定器を使用し連続的機械的性質と化学成分を表 1，表 2 に示す．切欠きの形状は 3 種類である．前報 4) において切欠き半径を 2.0 mm では表面からのき裂が観察できなかったため，切欠き半径を 1.5 ㎜以下と設定した．SN400B，BCP325 は R0.5〜1.5を各 2 本，SN490B は R1.0 を 1 本，R1.5 を 2 本，BCP325T
は R0.5〜1.5 を各 1 本実施した．

（c）R1.5
図 1 試験片形状に測定した．応力歪関係を得るためφ6mm の 14A 号試験片の素材引張試験を常温で実施した．
3. 試験結果
3.1 素材試験結果
素材試験の結果を表 3，図 2 に引張試験結果を真応力真歪関係で示す．図中丸プロットは後に用いる FEM 解析用応力歪曲線である．

表 1 供試材の機械的性質(ミルシート)
Y.P.

鋼種

T.S.

EL.

N/㎟SN400B

272

Y.R.

vEo

65311%

42030SN490B

379

5332771

188

BCP3253825392771

264

BCP325T

39653032

表 3 素材試験結果

J75

記号

鋼種

σYL，σ0.2

σuEL.

N/㎟306

Y.P.：降伏点，T.S：引張強さ，EL.：伸びY.R.：降伏比，vEo：0℃シャルピー吸収エネルギー

Y.R.
%

vEo

φJεueu%4SN400B

267

422

37.5

63.3

295

67.1

20.7

18.8

NSN490B

386

540

36.6

71.5

160

67.8

16.6

15.45BCP325

317

520

30.2

61.1

187

72.4

16.4

15.2

T

BCP325T

440

541

27.9

81.4

268

69.2

13.012.2

σYL：降伏点，σ0.2：0.2%耐力，σu：引張強さ，EL.：伸び
Y.R.：降伏比，vEo：0°Cシャルピー吸収エネルギー，φ：しぼり

ε u：一様伸び，e u：真一様伸び

表 2 供試材の化学成分(ミルシート)
鋼種

CSi MnP×100×1000

Cu

Ni Cr Mo Nb×100

823145198103SN490B

1328 133 135197113

BCP3251528 140 103-13126 151

211207V×1000

SN400B

BCP325T 1690SSnB×1000 ×10000

Ceq Pcm

3.2 シャルピー衝撃試験結果

×100210127 1513481139 23

10--40-ギーおよび脆性破面率の遷移曲線を示す．表 4 における11-042-vE0 は 0℃時の吸収エネルギー平均値であり，これ以外の表

Ceq：炭素当量，Pcm：溶接割れ感受性組成

表 4 にシャルピー衝撃試験結果一覧，図 3 に吸収エネル中の結果は次式で近似する遷移曲線から求めている．
2.2 載荷方法

𝑣𝐸𝑠ℎ𝑒𝑙𝑓
𝑉 𝐸 (𝑇) = exp⁡[−α(T− 𝑇 ]+1･･･････････････････････(1)

載荷は 400kN 油圧式万能材料試験機を用いて実施した．

𝑣 𝐸

切欠き付き丸棒試験片はき裂観察のため常温で行い，マ𝐵𝑟 (𝑇) =100exp⁡[𝛽(T− 𝑣𝑇𝑠 ]+1･････････････････････････(2)A ductile fracture criterion in structural steels near notch tip– Part 1: Experimental outline and material test results –Kazunori Hattori, Takunori Goto, Susumu Minami, Yosuke Sokawa— 837 —

4-1
4-2
FEM

100
0
0.1

0.2
真歪0.3

60

180

40120

2060

00400
300
200
1000700

600

600

500

500

真応力(N/㎟)0.3

SN400B脆性破面率SN400B吸収エネルギー

0.4

400

300
5-1
5-2FEM80

204000-100 -80 -60 -40 -20 0vB_FitCurve
vE_FitCurve
240

120

300

200

1002508016080200601206015040804010020400020500-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 1000-100 -80 -60 -40 -20 0

試験温度(℃)
BCP325脆性破面率
BCP325吸収エネルギー

300
200

20 40 60 80 100

試験温度(℃)

vB_FitCurve
vE_FitCurve

BCP325T脆性破面率
BCP325T吸収エネルギーvB_FitCurve
vE_FitCurve

図 3 シャルピー衝撃試験結果

T-1

10020 40 60 80 100

試験温度(℃)
SN490B脆性破面率
vB_FitCurve
SN490B吸収エネルギーvE_FitCurve

100400012040120

FEM

00.1

0.20.30

真歪0.1

真歪0.20.3（c）BCP325（d）BCP325T
図 2 素材引張試験結果(真応力真歪関係)

真 力0

真 力

真応力(N/㎟)

0.2
真歪16060

試験温度(℃)（b）SN490B

700

1000.1200

80-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

00.4（a）SN400B

200

N-1
N-2
N-6FEM

240

100

吸収エネルギー(J)

240

120

脆性破面率(%)

80500

脆性破面率(%)

0300

吸収エネルギー(J)

200

360

100

吸収エネルギー(J)300120600

脆性破面率(%)

400

700

吸収エネルギー(J)

真応力(N/㎟)

真応力(N/㎟)500

脆性破面率(%)

600

表 4 シャルピー衝撃試験結果
vEshelfvTEvTs

α°C

J
SN400B295

298-41.2

SN490B

160

198

BCP325

187

217

BCP325T

268258β真×10-2-39.69.07

38.9-29.2-9.1

2.50

2.46-36.3

-20.6

3.25

1.97-67.5

-64.3

8.43

7.13

真（a）SN400B（b）SN490B

真 力vE0

真 力

鋼種vE0：0°C シャルピー吸収エネルギー
vEshelf：上部棚吸収エネルギーvTE：エネルギー遷移温度，vTS ：破面遷移温度

真真α：エネルギー遷移係数，β：破面遷移係（c）BCP325（d）BCP325T
図 4 切欠き丸棒引張試験平均真応力真歪関係

3.3 切欠き付き丸棒
実験から得られた平均真応力平均真歪の関係を図 4 に示す．ここで真応力 s と真歪 e は次式で定義された切欠き底を通る断面の平均的な真応力と真歪を表している．
𝑠 = 𝑃/(𝜋𝑑 2 /4) ･･･････････････････････(3)𝑒 = 2ln(𝑑0 /𝑑) ････････････････････････(4)ここで，s :平均真応力，e :平均真歪，P :引張荷重，
d0 :初期直径，d :当該負荷レベルにおける直径

図 5 解析モデル（R=1.0）

4. 有限要素法解析

冷間加工の影響が現れる形であった．

試験片形状の対称性を考慮し，1/4 の回転対称モデルとし，切欠き底より標点距離である 13.5mm の範囲とした．

(その 2)では，実験結果と延性き裂発生条件について考察する．

要素分割は切欠き底近傍で 1 辺の大きさを 0.1mm とした．
【参考文献】
1) 桑村仁, 山本恵市：三軸応力状態における構造用鋼材の延性き裂変位制御とした．解析に用いる応力-歪関係は 14A 号試験発生条件, 日本建築学会構造系論文集, No.477, pp.129-135, 1995.11
2) 小野徹郎, 佐藤篤司, 横川貴之, 相川直子：構造用鋼材の延性き裂片の実験値から多直線に近似した（図 2）．
発生条件, 日本建築学会構造系論文集, No.565, pp.127-134, 2003.3
5. まとめ3) A.C.Mackenzie, J.W.Hancock, D.K.Brown: On the influence of state ofstress on ductile failure initiation in high strength steels, Engineering(その 1)では，実験方法と FEM 解析方法ならびに素材
Fracture Mechanics, Vol.9, Issue 1, pp.167-168, 1977
試験結果と切欠き付き丸棒の試験の一部について示した． 4) 見波進, 服部和徳，宗川陽祐：切欠き先端近傍の延性き裂発生における構造用鋼材の破壊条件, 日本建築学会大会講演梗概集, C-1,
なお，BCP325，BCP325T は平板部より採取したが，若干pp.1019-1020, 2022.9

R1.0 について図 5 に要素分割を例として示す．載荷条件は*1 (一財)ベターリビングつくば建築試験研究センター・博士(工学)*2 東京電機大学 理工学研究科 修士課程
*3 東京電機大学 理工学部 教授・博士(工学)*1 Tsukuba Building Test Laboratory of Center for Better Living, Dr. Eng.
*2 Graduate student, Graduate School of Science and Eng., Tokyo Denki Univ.
*3 Prof., School of Science and Eng., Tokyo Denki Univ., Dr. Eng.

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