有限要素法を用いたスモールパンチ試験片の応力・ひずみ解析による引張特性評価

Tensile property evaluation by stress/strain analyses of small punch test specimen using finite element method

中田 隼矢; 駒崎 慎一*; 幸野 豊*; 谷川 博康

Nakata, Toshiya; Komazaki, Shinichi*; Kono, Yutaka*; Tanigawa, Hiroyasu

スモールパンチ(SP)試験は代表的な微小試験片試験技術の一つであり、試験片サイズが小さく、試験法が簡便であるなどの利点を有している。しかし、試験片の変形が不均一であるため、応力やひずみを算出することは難しい。従来、SP試験と引張試験結果の経験的な相関関係から、SP試験結果より引張特性を推定することが試みられてきた。しかし、その評価精度は決して高くなく、評価材料ごとに両試験結果を対応づける手法は実用的ではなかった。本研究では、有限要素解析(FEA)によってSP試験の応力・ひずみ解析を実施し、SP試験とFEAを併用した引張特性評価を試みた。その結果、FEAにおいて、SP試験片の最も相当塑性ひずみが高い箇所のMisesの相当応力とRamberg-Osgood則によって定義される全ひずみが、引張試験によって得られる真応力-真ひずみ線図をひずみ0.15程度までよく再現できることを明らかにした。また、本手法を低放射化フェライト鋼F82Hの電子ビーム溶接材に適用することによって、従来評価することが困難だった母材,溶融部,熱影響細粒域,熱影響粗粒域,焼戻し熱影響部の引張特性を推定することが可能になった。

The small punch (SP) test method has many. However, because of the complex deformation process, it is difficult to evaluate the stress and strain distributions in the SP test specimen. The ability to evaluate material's tensile properties using the SP test would be of great engineering significance. In this research, in order to establish a new procedure for evaluating tensile properties by the SP test, we attempted the stress and strain analyses of the SP test specimen using the finite element method. As the result, the relationship between the maximum von-Mises equivalent stress in the SP specimen and the strain calculated based on the Ramberg-Osgood's law was in good agreement with the true stress-true strain curve obtained from the actual tensile test within uniform elongation. These results indicate that the tensile properties such as yield strength, tensile strength and uniform elongation can be estimated by the SP test and the subsequent finite element analysis.