Investigation on evaluation method based on J integral for retardation of crack growth due to excessive loading beyond small scale yielding condition

小規模降伏条件を超える過大荷重によるき裂進展遅延効果に対するJ積分に基づく評価手法の検討

山口 義仁 ; 勝山 仁哉  ; 鬼沢 邦雄 ; 杉野 英治*; Li, Y.* 

Yamaguchi, Yoshihito; Katsuyama, Jinya; Onizawa, Kunio; Sugino, Hideharu*; Li, Y.*

2007年に起きた新潟県中越沖地震では、耐震設計時に想定する地震動を越える大きさの地震動が観測された。耐震設計指針の改定と合わせて、原子炉機器の耐震安全性に関して、過大な荷重のき裂進展への影響評価が重要である。一般に疲労き裂進展速度は応力拡大係数範囲(K)を用いてParis則により評価される。しかし、Kは小規模降伏条件を超える場合に適用できないため、異なる評価方法が必要となる。本研究では、オーステナイト系ステンレス鋼SUS316と炭素鋼STS410を用いて、過大荷重負荷後のき裂進展挙動の評価を行った。実験データの解釈には、Kに代わりJ積分値範囲(J)を用いた。また、過大荷重によるき裂進展速度の遅延効果について、Kに基づくWheelerモデルに対して、実験から得られた遅延効果を評価するためJを適用したモデルを提案した。本提案モデルにより、小規模降伏条件を超えるような過大荷重負荷後におけるき裂進展挙動を予測可能であることを示した。

Niigata-ken Chuetsu-Oki earthquake occurred, whose magnitude was beyond the assumed one provided in seismic design. Therefore it becomes an important issue to evaluate the effect of such an excessive loading. Fatigue crack growth is usually evaluated by Paris's law using the range of stress intensity factor, K. However, since K is inappropriate in a loading condition beyond the small scale yielding, the evaluation method for such a loading condition should be established. In this study, the crack growth behaviors were investigated using austenitic stainless steel and carbon steel. Instead of K, the range of J-integral, J, has been used for the interpretation of experimental data. Applicability of J into the Wheeler model, which express the retardation effect on the crack growth, has been proposed to evaluate the retardation effect. It was indicated that the J-Wheeler model could be applied to predict the crack growth after an excessive loading beyond small scale yielding.