デジタル画像相関法を用いた微小疲労亀裂伝搬のための全フィールド歪み測定。船舶などの車両のエネルギー効率向上に新たな軽量ソリューションが求められ、大型鋼構造物の軽量化、先端鋼材を使用することが可能です。効率的な利用には高い製造品質と堅牢な設計方法が必要であり、頑丈な設計方法は、クルーズ船の場合には波動荷重下などの現実的な荷重条件下での構造解析を意味し、構造の構造強度解析には変形と応力を定義する応答計算が含まれており、許容応力レベルは重要な構造詳細の強度に基づいて定義されます。大きな構造物の場合、通常は同種の微細構造内で溶接継手が溶接され、設計上の重要な課題の1つは、その累積および局在性による疲労であり、例えば溶接ノッチでは、製造品質が高いため、最も重要な問題は、製造上の欠陥などの亀裂が無視されるため、疲労亀裂の開始と伝播が小さい。
本研究では、小さな疲労亀裂を研究し、新しい実験的アプローチを導入し、このアプローチの新しいアプローチは、ユニークなパターン技術を使用した現場でのフルフィールド歪み測定で構成され、同時にクランク成長速度測定と組み合わせることで、微細構造解析はせん断応力集中と粒界が小さな疲労亀裂遅滞に及ぼす影響を明らかにします。測定手順の主なステップを説明し、主な発見の概要を説明します。ステップ1、試料調製およびアニーリング、 鋼板は、1時間摂氏1200度の温度で窒素雰囲気中でアニールされ、水中で消光され、アニーリング手順は、研究された鋼の平均粒径を最大349マイクロメートルまで増加させ、クロム炭化物粒子の延長形成なしに、1ミリメートルの厚さのノッチ状の標本を鉄骨放電を使用して鉄骨精細板から切断される標本のスキームがここに示されています。
試料表面を研磨し、電子バック散乱回折解析に必要な2マイクロメートルコロイドシリカ振動研磨をいたずら点で仕上げる。ステップ2は、疲労プレクラック、試料は、単軸環状荷重および疲労頻度10ヘルツに供され、1マイクロメートルから20マイクロメートルまでの長さの初期亀裂がノッチ先端で生成される。サイクルローディングの10,000サイクル後の初期亀裂形成の光学的監視は、初期亀裂が生成されなかった場合はサイクルローディング試験を繰り返す。
ステップ3は、マイクロ構造特性解析、ビッカース微小字状マークが対象領域をマークするために使用され、電子後方散乱回折解析を用いてノッチ付近の試料の側面から鋼の微小構造が研究される。シュミット因子及び粒界誤配分析が行われている。ステップ4、パターン付きの装飾、エタノールで標本表面をきれいにし、ガラス表面にインクの薄い層を堆積させ、ガラス上のパターンでシリコーンスタンプを押し下げて、インクの層をスタンプの表面に移動させ、切手で速く正確に操作するためのカスタムメイドの空気ツールを使用し、試料表面にインクで覆われたシリコーンスタンプを押し下げます、光学顕微鏡を用いて斑点パターンの品質を確認し、斑点パターンの一例をここに示す。
ステップ5は、デジタル画像相関を伴う疲労試験、画像記録システムとの疲労試験と同期を実行し、亀裂長が臨界値に近づくか、塑性変形が支配し始める間、疲労試験を継続する。ステップ6、結果分析、得られた画像を、クラック成長率計算およびデジタル画像相関解析を行う市販ソフトウェアを用いて解析し、研究領域に対するせん断歪変形の解析が行われ、得られた結果の累積解析、電子後方散乱回折マッピングデータを有するシッカースひずみ変形場の適切な位置合わせのためのビッカース微小インデントマークの使用、粒の境界、粒度マップ。代表結果は、短い疲労亀裂の伝播時のサブグレインサイズでの剪断歪場蓄積、研究された鋼のせん断場蓄積と微細構造の図を組み合わせ、亀裂成長率と剪断歪蓄積解析の組み合わせは、小さな疲労亀裂成長のメカニズムを与え、小さな疲労亀裂が前割れ手順によって生成された初期亀裂から伝播する小さな疲労亀裂、せん断ゾーンは、亀裂が局在に向かって伝播する間に、剪断歪帯の先端と大きさが増加する前に局在し、亀裂が局在ゾーンに近づくと、亀裂の増殖率がひびの伝播モードの変化により大幅に減少し、ひびの増加率がひずみ局部の中心を横切った後、ひびの増加率が継続的に増加する、クラックの増加率は、次のひずみ局部ゾーンがクラック先端の前に形成されるとすぐに再び減少し始める。
結論として、新しい研究は、小さな疲労亀裂成長行動のより深い理解を提供し、副粒度での亀裂成長率測定とひずみ場分析の組み合わせは、小さな疲労亀裂の異常な成長を引き起こすメカニズムを明らかにするのに役立ち、この小さな疲労亀裂成長挙動のより深い理解は、新しい理論的アプローチを開発し、将来的により軽く、エネルギー効率の高い構造の設計を可能にする。
