スリムTi-6Al-4Vにおける疲労亀裂成長速度の数値予測：亀裂先端の塑性ひずみに基づく

本研究は、定常振幅サイクリック負荷下でのコンパクトテンション標本における疲労亀裂成長速度（FCG）を予測するための数値モデルを提示します。研究された材料は、選択的レーザー溶融法で製造されたTi-6Al-4Vチタン合金であり、2つの異なる後処理が施されました：（i）熱等方圧プレス、および（ii）熱処理。開発された有限要素モデルは、亀裂先端の累積塑性ひずみを使用してノードの解放を定義します。2つの異なるFCG基準、すなわち増分塑性ひずみ（IPS）基準と総塑性ひずみ（TPS）基準が提示されます。弾塑性構成モデルの較正は、滑らかな標本の低サイクル疲労試験からの実験データを使用して行われました。提案された亀裂成長基準のいずれにおいても、予測されるda/dN-ΔK曲線は対数-対数スケールでほぼ線形です。しかし、TPS基準を使用すると曲線の傾きが大きくなります。亀裂成長速度の数値予測は実験結果と良好に一致しており、サイクリック塑性変形が主な損傷メカニズムであることを示しています。数値結果は、応力比の増加がda/dN-ΔK曲線を上方にシフトさせることを示しました。応力比の影響はサイクリック塑性変形の変動から切り離されており、外因的メカニズム、すなわち亀裂閉鎖現象がその原因であることがわかりました。