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Evaluation of excessive loading effect on fatigue crack growth behavior based on crack blunting and stress distribution in front of the crack tip

き裂先端前縁応力分布及びき裂鈍化に基づく疲労き裂進展挙動に及ぼす過大荷重の影響評価

山口 義仁; 勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄; Li, Y.*

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

本研究では、巨大地震を模擬した試験と解析を実施し、疲労き裂進展挙動に及ぼす過大な引張及び圧縮荷重の影響を評価した。過大な単波の引張及び圧縮荷重を含む疲労き裂進展試験により、き裂先端が過大引張荷重で鈍化した場合それにつづく圧縮荷重の大きさによって、き裂進展速度に及ぼす過大荷重の影響が異なり、き裂が閉口するほどの圧縮荷重が負荷された場合には、き裂進展が加速することを確認した。一方、圧縮荷重が負荷されない場合には、き裂進展が遅延することを確認した。FEM解析では、き裂鈍化、き裂前縁の塑性域の大きさ及び応力分布を、各荷重負荷条件で評価した。その結果、き裂先端が過大引張荷重により鈍化し、その後圧縮荷重を受けた場合には、引張の応力分布がき裂先端前縁に発生することを明らかにした。以上により、過大荷重の影響を考慮したき裂進展評価手法を、き裂鈍化とき裂先端前縁の応力分布に着目して提案した。提案したき裂進展評価手法によるき裂進展予測結果は、試験で得られたき裂進展結果とほぼ一致した。

We performed fatigue crack growth tests under constant amplitude cyclic loading with a single excessive tensile/compressive load. The stress distribution in front of crack tip and crack blunting were estimated by FEM analyses. After the crack tip was blunted by the excessive tensile loading, the effect of the excessive loading on crack growth rate varied depending on the magnitude of the subsequent compressive loading. When a compressive load is enough to close the crack, the crack growth rate became higher than that before the excessive tensile loading while increasing the tensile stress in front of crack tip. A crack growth prediction method has been proposed considering the effects of the excessive loading based on the variation of the stress distribution in front of crack tip and the crack blunting. The predicted crack growth rate by the proposed method was correlated with the experimental ones.

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