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。

The phenomenon of crack closure is important in the prediction of fatigue crack growth. Several experimental data indicate the closing of fatigue cracks both under negative and positive loads at constant amplitude loading cycles, depending on the magnitude of stress amplitude and stress ratio. Appendix A-4300 of the ASME Code Section XI provides two equations of fatigue crack growth rates expressed by the stress intensity factor range for ferritic steels under negative stress ratio. The boundary of two fatigue crack growth rates is classified with the magnitude of applied stress intensity factor range, in consideration of the crack closure. The boundary value provided by the ASME Code Section XI is validated in this study through an investigation of the influence of the magnitude of the applied stress intensity factor range on crack closure, with the application of fatigue crack growth tests using ferritic steel specimens in air environment at room and high temperatures. Crack closures are obtained as a parameter of stress ratio, and herein, were found to occur at a smaller applied stress intensity factor range, as opposed to the definition given by Appendix A-4300.