JP3284562B2 - 構造的応力集中部の疲労強度向上方法 - Google Patents
構造的応力集中部の疲労強度向上方法Info
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- JP3284562B2 JP3284562B2 JP13823691A JP13823691A JP3284562B2 JP 3284562 B2 JP3284562 B2 JP 3284562B2 JP 13823691 A JP13823691 A JP 13823691A JP 13823691 A JP13823691 A JP 13823691A JP 3284562 B2 JP3284562 B2 JP 3284562B2
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- stress
- structural
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
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- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、構造的応力集中部の疲
労強度向上方法に関するものである。
労強度向上方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば船舶などには、図８に示すよう
に、金属製の板材１に補強用の骨材２を溶接付けして成
る板骨構造が採用されている。
に、金属製の板材１に補強用の骨材２を溶接付けして成
る板骨構造が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記船
舶などの板骨構造では、図９に示す応力分布５からわか
るように、板材１の骨材２端部溶接部分が構造上最も応
力が集中し易いいわゆる構造的応力集中部３となり、図
１０に示すように船体の揺れや船体積荷の移動（特に船
体積荷が液体である場合）などによって板材１に骨材２
長手方向の繰返し引張り荷重４が作用するうちに、板材
１の構造的応力集中部３が金属疲労を起こして引張り荷
重４を直径方向に亀裂を生じたり破断したりするおそれ
があり、従って、構造的応力集中部３が繰返し引張り荷
重４による疲労に耐えられるように板材１の肉厚を決定
しなければならず、船体の軽量化を妨げる原因となって
いた。
舶などの板骨構造では、図９に示す応力分布５からわか
るように、板材１の骨材２端部溶接部分が構造上最も応
力が集中し易いいわゆる構造的応力集中部３となり、図
１０に示すように船体の揺れや船体積荷の移動（特に船
体積荷が液体である場合）などによって板材１に骨材２
長手方向の繰返し引張り荷重４が作用するうちに、板材
１の構造的応力集中部３が金属疲労を起こして引張り荷
重４を直径方向に亀裂を生じたり破断したりするおそれ
があり、従って、構造的応力集中部３が繰返し引張り荷
重４による疲労に耐えられるように板材１の肉厚を決定
しなければならず、船体の軽量化を妨げる原因となって
いた。
【０００４】本発明は、上述の実情に鑑み、船舶などの
板骨構造に限らず様々な構造的応力集中部の疲労強度を
向上し得るようにした構造的応力集中部の疲労強度向上
方法を提供することを目的とするものである。
板骨構造に限らず様々な構造的応力集中部の疲労強度を
向上し得るようにした構造的応力集中部の疲労強度向上
方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、繰返し引張り
荷重に対して構造的応力集中部を有する材料について、
繰返し引張り荷重の作用方向を基準として材料における
構造的応力集中部の側部を加熱しその後冷却して構造的
応力集中部の側部に引張り残留応力発生部を形成するこ
とにより、前記構造的応力集中部を圧縮応力場とするこ
とを特徴とする構造的応力集中部の疲労強度向上方法に
かかるものである。
荷重に対して構造的応力集中部を有する材料について、
繰返し引張り荷重の作用方向を基準として材料における
構造的応力集中部の側部を加熱しその後冷却して構造的
応力集中部の側部に引張り残留応力発生部を形成するこ
とにより、前記構造的応力集中部を圧縮応力場とするこ
とを特徴とする構造的応力集中部の疲労強度向上方法に
かかるものである。
【０００６】
【作用】本発明によれば、材料における構造的応力集中
部を圧縮応力場としたので、構造的応力集中部に繰返し
引張り荷重が作用した時に、繰返し引張り荷重による応
力集中の影響が予め与えられている圧縮応力によって緩
和除去され、構造的応力集中部の疲労強度が向上され
る。
部を圧縮応力場としたので、構造的応力集中部に繰返し
引張り荷重が作用した時に、繰返し引張り荷重による応
力集中の影響が予め与えられている圧縮応力によって緩
和除去され、構造的応力集中部の疲労強度が向上され
る。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。
明する。
【０００８】図１〜図５は、本発明の第一の実施例であ
って図８・図９に示すものと同様の部分については同一
の符号を付す。
って図８・図９に示すものと同様の部分については同一
の符号を付す。
【０００９】又、図中６，７は板材１における繰返し引
張り荷重４が作用する方向を基準として構造的応力集中
部３の両側位置に形成された引張り残留応力発生部であ
る。
張り荷重４が作用する方向を基準として構造的応力集中
部３の両側位置に形成された引張り残留応力発生部であ
る。
【００１０】金属製の板材１における繰返し引張り荷重
４が作用する方向を基準として構造的応力集中部３の両
側位置を、バーナによるガス加熱や高周波加熱などによ
り加熱し、その後、該位置を水冷などによって急速に冷
却する。
４が作用する方向を基準として構造的応力集中部３の両
側位置を、バーナによるガス加熱や高周波加熱などによ
り加熱し、その後、該位置を水冷などによって急速に冷
却する。
【００１１】すると、板材１の加熱及び冷却された部分
は、加熱されて軟化した後、冷却によって図２に矢印ａ
で示すように収縮しようとするが、周囲の加熱及び冷却
をされていない部分は変形できないため、図２に矢印ｂ
で示すように前記収縮を阻止しようとし、その結果、図
３に示すように、板材１の構造的応力集中部３の両側位
置に収縮作用による引張り残留応力ｃ，ｄが発生し、且
つ、引張り残留応力ｃ，ｄが生じた位置の間にある構造
的応力集中部３に収縮阻止作用による圧縮応力ｅが発生
し、従って、構造的応力集中部３の両側位置に図１に示
すような引張り残留応力発生部６，７が形成され、同時
に構造的応力集中部３が圧縮応力場となる。
は、加熱されて軟化した後、冷却によって図２に矢印ａ
で示すように収縮しようとするが、周囲の加熱及び冷却
をされていない部分は変形できないため、図２に矢印ｂ
で示すように前記収縮を阻止しようとし、その結果、図
３に示すように、板材１の構造的応力集中部３の両側位
置に収縮作用による引張り残留応力ｃ，ｄが発生し、且
つ、引張り残留応力ｃ，ｄが生じた位置の間にある構造
的応力集中部３に収縮阻止作用による圧縮応力ｅが発生
し、従って、構造的応力集中部３の両側位置に図１に示
すような引張り残留応力発生部６，７が形成され、同時
に構造的応力集中部３が圧縮応力場となる。
【００１２】このように、構造的応力集中部３が圧縮応
力場となると、板材１に繰返し引張り荷重４が作用した
時に、問題となっている構造的応力集中部３の局部応力
は圧縮応力成分が大きくなるため、構造的応力集中部３
の疲労強度が向上し、構造的応力集中部３に亀裂や破断
が発生しにくくなる。
力場となると、板材１に繰返し引張り荷重４が作用した
時に、問題となっている構造的応力集中部３の局部応力
は圧縮応力成分が大きくなるため、構造的応力集中部３
の疲労強度が向上し、構造的応力集中部３に亀裂や破断
が発生しにくくなる。
【００１３】ここで、図４の疲労荷重の大きさと破断回
数との関係を表わすグラフに示されるように、同じ材料
に引張り荷重ｆと圧縮荷重ｇを繰返し掛けた場合、引張
り荷重ｆでは材料は容易に破断するが、圧縮荷重ｇでは
材料は簡単には破断しないということがわかっているの
で、構造的応力集中部３に予め圧縮応力を作用させたと
しても構造的応力集中部３に悪影響を及ぼすことがな
く、しかも、構造的応力集中部３に予め大きい圧縮応力
を導入して局部の応力を圧縮側にすることで、構造的応
力集中部３に作用する引張り応力が図５に示すように低
く抑えられるため、構造的応力集中部３に亀裂や破断が
生じるのがほぼ完全に防止される。
数との関係を表わすグラフに示されるように、同じ材料
に引張り荷重ｆと圧縮荷重ｇを繰返し掛けた場合、引張
り荷重ｆでは材料は容易に破断するが、圧縮荷重ｇでは
材料は簡単には破断しないということがわかっているの
で、構造的応力集中部３に予め圧縮応力を作用させたと
しても構造的応力集中部３に悪影響を及ぼすことがな
く、しかも、構造的応力集中部３に予め大きい圧縮応力
を導入して局部の応力を圧縮側にすることで、構造的応
力集中部３に作用する引張り応力が図５に示すように低
く抑えられるため、構造的応力集中部３に亀裂や破断が
生じるのがほぼ完全に防止される。
【００１４】よって、船舶の板骨構造などにおいて構造
的応力集中部３に予め圧縮応力を作用させておくことに
より、構造的応力集中部３の疲労強度が向上する分だけ
船体を軽量化することができ、又、様々な構造的応力集
中部の強度を向上することができる。
的応力集中部３に予め圧縮応力を作用させておくことに
より、構造的応力集中部３の疲労強度が向上する分だけ
船体を軽量化することができ、又、様々な構造的応力集
中部の強度を向上することができる。
【００１５】図６は、本発明の第二の実施例であり、中
央に丸孔８を有する板材１に適用した場合を示してい
る。
央に丸孔８を有する板材１に適用した場合を示してい
る。
【００１６】中央に丸孔８を有する板材１では、繰返し
引張り荷重４の方向を基準として丸孔８の両側位置が構
造的応力集中部９，１０となるので、丸孔８部分の板材
１両側に引張り残留応力発生部１１，１２を形成すれ
ば、前記実施例と同様の作用・効果を得ることができ
る。
引張り荷重４の方向を基準として丸孔８の両側位置が構
造的応力集中部９，１０となるので、丸孔８部分の板材
１両側に引張り残留応力発生部１１，１２を形成すれ
ば、前記実施例と同様の作用・効果を得ることができ
る。
【００１７】図７は、本発明の第三の実施例であり、両
側に切欠き１３，１４を形成された板材１に適用した場
合を示している。
側に切欠き１３，１４を形成された板材１に適用した場
合を示している。
【００１８】両側に切欠き１３，１４を有する板材１で
は、切欠き１３，１４近傍が構造的応力集中部１５，１
６となるので、切欠き１３，１４部分の板材１中央に引
張り残留応力発生部１７を形成すれば、前記実施例と同
様の作用・効果を得ることができる。
は、切欠き１３，１４近傍が構造的応力集中部１５，１
６となるので、切欠き１３，１４部分の板材１中央に引
張り残留応力発生部１７を形成すれば、前記実施例と同
様の作用・効果を得ることができる。
【００１９】尚、本発明は、上述の実施例にのみ限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内に
おいて種々変更を加え得ることは勿論である。
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内に
おいて種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の構造的応
力集中部の疲労強度向上方法によれば、様々な構造的応
力集中部の疲労強度を向上することができるという優れ
た効果を奏し得る。
力集中部の疲労強度向上方法によれば、様々な構造的応
力集中部の疲労強度を向上することができるという優れ
た効果を奏し得る。
【図１】本発明の第一の実施例の平面図である。
【図２】加熱後に冷却を行なった板材の状態を示す部分
図である。
図である。
【図３】本発明により板材に発生した残留応力の状態を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図４】疲労荷重と破断回数との関係を示すグラフであ
る。
る。
【図５】本発明の方法を用いた場合における時間と応力
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第二の実施例の平面図である。
【図７】本発明の第三の実施例の平面図である。
【図８】一般的な船舶の板骨構造を示す斜視図である。
【図９】図８における応力分布を示す平面図である。
【図１０】時間と応力の関係を示すグラフである。
１ 材料（板材） ３，９，１０，１５，１６ 構造的応力集中部 ４ 繰返し引張り荷重 ６，７，１１，１２，１７ 引張り残留応力発生部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−20865（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−79728（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−28529（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−243222（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−52932（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C21D 1/26 C21D 9/00 - 9/44
Claims (1)
- 【請求項１】 繰返し引張り荷重に対して構造的応力集
中部を有する材料について、繰返し引張り荷重の作用方
向を基準として材料における構造的応力集中部の側部を
加熱しその後冷却して構造的応力集中部の側部に引張り
残留応力発生部を形成することにより、前記構造的応力
集中部を圧縮応力場とすることを特徴とする構造的応力
集中部の疲労強度向上方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13823691A JP3284562B2 (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 構造的応力集中部の疲労強度向上方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13823691A JP3284562B2 (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 構造的応力集中部の疲労強度向上方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04337021A JPH04337021A (ja) | 1992-11-25 |
| JP3284562B2 true JP3284562B2 (ja) | 2002-05-20 |
Family
ID=15217265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13823691A Expired - Fee Related JP3284562B2 (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 構造的応力集中部の疲労強度向上方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3284562B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101349952B1 (ko) * | 2012-02-17 | 2014-01-14 | 목포대학교산학협력단 | 판재 손상부 균열 지연방법 |
-
1991
- 1991-05-14 JP JP13823691A patent/JP3284562B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101349952B1 (ko) * | 2012-02-17 | 2014-01-14 | 목포대학교산학협력단 | 판재 손상부 균열 지연방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04337021A (ja) | 1992-11-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |