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一般に、固有ひずみを溶接部について積分したものが固有変形であり、これらの大きさは、継手形状、板厚、入熱量に主として支配される。一方、船舶を始め、多くの溶接構造物は曲面から構成されており、要求精度を満足する溶接曲面構造を製作するためには、溶接変形を予測・制御する必要がある。そこで本年度は、平面および縦曲がりを有する鋼板上のビード溶接を対象に、熱弾塑性ＦＥＭ解析を実施し、固有変形に及ぼす入熱量や初期曲率の影響について検討した。さらに、平板における固有ひずみを用いた弾性解析により、曲面板の溶接変形を十分な精度で推定できることを示した。 |
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溶接高温割れのシミュレーションに関する研究 |
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近年では、材料の性能が向上したため、通常の鋼構造物で溶接高温割れが発生する事例は少なくなったが、高強度材料や一部のアルミニウム合金の溶接では、高温割れの問題が報告されている。高温割れの防止法としては、材料自身の改良と入熱や拘束等の施工条件適正化の二つが考えられる。本研究では、後者について力学の観点から理論的検討を試みた。そのために、温度依存型界面要素を開発し、Fish Bone型試験片を用いる高温割れ試験の解析を実施した。解析では、割れの発生、溶接トーチの動きに伴った割れの進展、さらに停止に到るまでの全過程を再現することができた。 |
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界面要素を用いた裂進展モデルの開発 |
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任意方向に進展するき裂の挙動を解析するために、主応力方向に垂直に進展する仮想き裂面を導入した界面要素を新たに開発した。 |
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中央き裂を有する弾性板の脆性破壊問題を対象に、き裂が不安定成長を開始する直前の荷重を破壊強度として計算した。その結果、界面要素の寸法パラメータの値が適正であれば、計算値は線形破壊力学が与える解析解に対応した値となることが確認できた。 |
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異材継手界面端部からの破壊を対象に界面要素を用いた解析を行い、破壊条件が、表面エネルギーと結合強度の二つのパラメータで支配されることが明らかとなった。 |
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局部PWHT（溶接後熱処理）条件に関する理論的検討 |
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配管等の溶接継手を対象とした局部PWHTの目的は、材質改善と残留応力低減であり、そのためには、過大な熱応力を生じさせる事なく、処理対象部分を所定温度範囲に加熱保持する必要が有る。本年度は、高Cr系合金鋼管を対象に、系統的なFEM解析を実施し、応力と温度の二つの条件を満足する適正加熱幅を決定するための指針を示した。 |
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SiC/SiC複合材料のクリープ変形に関する研究 |
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脆性材料であるSiC/SiC複合材料の実用化のためには、その信頼性向上が不可欠である。そこでそのクリープ変形について、界面要素を用いた解析を行った。その結果、クラック先端部のFiber Bridging構造に寄与している繊維のクリープ変形により、複合材料全体のクリープ変形が支配される現象を再現することができた。 |
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厚板溶接継手のクリープ機能（変形・強度・寿命特性）の解明 |
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高速増殖炉等の厚板溶接継手を対象に，継手のクリープ機能を容易に推定することができる簡易解析法を開発中である。本年度は，これまでに開発した簡易モデル（数理解析モデル）をもとに，継手のクリープ曲線を簡単に算出することができる陽的理論を展開し，その適用精度を確認した。 |
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動的パイプ理想化構造要素法の開発 |
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海洋構造物等のパイプ骨組構造物を対象に，パイプ理想化構造要素法（数理解析モデル）を開発中である。本解析法により有限要素法では解析困難な大型パイプ骨組構造物の最終強度を容易に解析することが可能となる。現在，動的荷重に対する解析理論及び解析法を展開しているが，本年度は，パイプ部材の非線形挙動として非常に重要な座屈を取り上げ，パイプ部材の動的座屈現象と座屈強度を静的座屈と比較しながら解明した。 |
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海洋構造物の格点部の補強法に関する研究 |
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海洋構造物の全体強度を保持する上で格点部（パイプ部材間の接合部）の強度は重要である。前年度は，基本型であるT型格点部を対象に，格点部の剛性及び強度の向上を目的としたリング材による補強効果を検討し，リング材寸法より簡単に格点部の降伏強度上昇量を計算することができる推定式を提案した。本年度はその精度を更に向上させた。 |
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