Effect of micro voids on stress triaxiality-plastic strain states of notched steels

ノッチを有する鋼材の応力三軸度-塑性ひずみ関係に対するミクロボイドの影響

Zhou, Z.; 桑村 仁*; 西田 明美  

Zhou, Z.; Kuwamura, Hitoshi*; Nishida, Akemi

鋼材が塑性変形の過程で破断するとき、その様態が脆性破壊である場合においても、先行する延性きれつが破断の引き金となる。このとき、延性きれつの発生にノッチの存在が重要な役割を果たし、ノッチ形状に依存する応力三軸度が延性きれつ発生ひずみを決定付ける。このことから、応力三軸度と延性きれつ発生ひずみの関係が、ノッチを有する鋼材の実験と有限要素解析を組合せた検討に基づいて提案されている。しかしながら、その際の有限要素解析においては、延性きれつの源となるミクロなボイド(空孔)の発生・成長が考慮されていないので、そこから得られる応力-ひずみ状態の解析結果は実態とかけ離れている可能性がある。そこで、本研究では、ボイドの発生・成長を考慮した数理塑性モデルを用いてノッチを有する鋼材の応力-ひずみ状態を解析し、ボイドを考慮しない従来のモデルと比較することによってボイドの影響を調査するとともに、実験結果との整合性も合わせて検討した。得られた結果から、ノッチを有する鋼材の応力三軸度-塑性ひずみ関係におけるミクロボイドの影響は、安定限界点までは小さく、安定限界点を越えたあとは次第に大きくなることがわかった。

Brittle fracture of structural steel for building use, in general, is triggered by a ductile crack initiated at notched surface after undergoing a noticeable amount of plastic strain. The initiation of the ductile crack correlates to the stress triaxiality-plastic strain states in the notched section. As stress triaxiality and plastic strain are usually derived from finite element analysis, two material models with voids (Gurson-Tvergaard-Needleman model) and without voids (Mises model) are used to do the analyses to study the stress triaxiality-plastic strain states in notched steels. The results show that the effect of micro voids on stress triaxiality-plastic strain states of notched steels is small until stability limit and become significant gradually after stability limit.