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Fatigue crack growth for ferritic steel under negative stress ratio

負の応力比におけるフェライト鋼の疲労亀裂進展に関する研究

山口 義仁; 長谷川 邦夫; Li, Y.

Yamaguchi, Yoshihito; Hasegawa, Kunio; Li, Y.

疲労亀裂進展中における亀裂の開閉口は、亀裂進展速度の評価において重要な現象である。ASME Code Section XIのAppendix A-4300は、負の応力比におけるフェライト鋼の疲労亀裂進展速度を算出する式について、負荷の大きさに応じて二つ提示している。一つは、負荷が小さい場合に、亀裂の閉口を考慮する式である。もう一つは、負荷が大きい場合に、亀裂の閉口を考慮しない式である。本研究では、フェライト鋼に対して、負荷の大きさを徐々に変えながら疲労亀裂進展試験を実施し、負荷の大きさが亀裂閉口に及ぼす影響を調査した。その結果、Appendix A-4300における疲労亀裂進展速度算出式を切り替える負荷の大きさと比較して、より小さい負荷で亀裂が閉口することを明らかにした。

Crack closure during fatigue crack growth is an important phenomenon for predicting fatigue crack growth amount. Much experimental data shows that fatigue cracks close at not only negative loads but also positive loads during a constant amplitude loading cycle. The Appendix A-4300 in the ASME Code Section XI provides two equations of fatigue crack growth rates expressed by stress intensity factor range for ferritic steels under negative stress ratio. One is the equation taking into account crack closure and the other does not consider the crack closure. The boundary of crack closure is classified by the magnitude of applied stress intensity factor range. The objective of this paper is to investigate the influence of the magnitude of stress intensity factor range on crack closure. Fatigue tests have been performed on ferritic steel in air environment at room and high temperatures. Crack closures were obtained as a parameter of stress ratio. It was found that crack closure occurs more small applied stress intensity factor range than the definition given by the Appendix A-4300.

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