(57)【要約】【課題】寿命の初期段階における疲労損傷率の精度を向上させ、寿命評価の精度を高くすること。【解決手段】疲労損傷あるいはクリープ疲労損傷に基づく構造物の損傷を微小き裂の進展とみなして、該微小き裂の進展を予測することにより前記構造物の寿命を評価する方法において、微小き裂長さの総和をΣa、疲労損傷率をφｆとした場合、log(Σa)＝Ａ・φｆ＋Ｂ（Ａ,Ｂ：定数）の関係で求められるマスターカーブを用い、前記微小き裂長さの総和Σaは、最大長さの微小き裂を含んだ２本以上の微小き裂長さの総和から求めることを特徴とする疲労損傷評価方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
疲労損傷あるいはクリープ疲労損傷に基づく構造物の損傷を微小き裂の進展とみなして、該微小き裂の進展を予測することにより前記構造物の寿命を評価する方法において、微小き裂長さの総和をΣa、疲労損傷率をφｆとした場合、log(Σa)＝Ａ・φｆ＋Ｂ（Ａ,Ｂ：定数）の関係で求められるマスターカーブを用い、前記微小き裂長さの総和Σaは、最大長さの微小き裂を含んだ２本以上の微小き裂長さの総和から求めることを特徴とする疲労損傷評価方法。
【請求項２】
前記２本以上の微小き裂長さの総和は、最大長さの微小き裂を含み、該最大長さの微小き裂から長い順に２本以上１０本以下の微小き裂長さの総和であることを特徴とする請求項１に記載の疲労損傷評価方法。
【請求項３】
最大長さの微小き裂を含んだ２本以上の微小き裂の長さの総和と疲労損傷率との関係である予め求められたマスターカーブを記憶する手段と、
疲労損傷の評価対象の構造物についての微小き裂の観察を行う観察装置と、
前記観察装置で観察された微小き裂において最大長さの微小き裂を含む２本以上の微小き裂の長さの総和と前記マスターカーブとに基づいて前記構造物の疲労損傷率を計算する手段と、
前記構造物の疲労損傷率に基づいて前記構造物の寿命を評価する手段と
を備えたことを特徴とする疲労損傷評価システム。
【請求項４】
最大長さの微小き裂を含み該最大長さの微小き裂から長い順に２本以上１０本以下の微小き裂の長さの総和と疲労損傷率との関係である予め求められたマスターカーブを記憶する前記記憶する手段と、
前記観察装置で観察された微小き裂において最大長さの微小き裂を含み該最大長さの微小き裂から長い順に２本以上１０本以下の微小き裂の長さの総和と前記マスターカーブとに基づいて前記構造物の疲労損傷率を計算する前記計算する手段と
を備えたことを特徴とする請求項３に記載の疲労損傷評価システム。
【請求項５】
疲労試験が行われた測定対象物についての微小き裂の観察を行う観察装置と、
前記測定対象物の疲労損傷率に関する情報を取得する手段と、
前記観察装置で観察された微小き裂において最大長さの微小き裂を含む２本以上の微小き裂の長さの総和と前記測定対象物に基づく疲労損傷率とに基づいて最大長さの微小き裂を含んだ２本以上の微小き裂の長さの総和と疲労損傷率との関係であるマスターカーブを作成する手段と、
前記作成されたマスターカーブを記憶する前記記憶する手段と、
を備えたことを特徴とする請求項３または４に記載の疲労損傷評価システム。
【請求項６】
最大長さの微小き裂を含んだ２本以上の微小き裂の長さの総和と疲労損傷率との関係である予め求められたマスターカーブを記憶する手段と、
疲労損傷の評価対象の構造物についての微小き裂に関する情報を取得する手段と、
前記構造物の微小き裂において最大長さの微小き裂を含む２本以上の微小き裂の長さの総和と前記マスターカーブとに基づいて前記構造物の疲労損傷率を計算する手段と、
前記構造物の疲労損傷率に基づいて前記構造物の寿命を評価する手段と、
を備えたことを特徴とする疲労損傷評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラの配管や管寄せなど耐熱鋼が使用されている部位において、高温で曲げ荷重などが作用することによって部位の表面に疲労損傷あるいはクリープ疲労損傷が生じる構造物に対し、その構造物の寿命を評価する方法、システムおよび装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の疲労損傷あるいはクリープ疲労損傷による構造物の寿命の評価方法では、一般的に微小き裂進展法が用いられており、特に対象とする構造物の最大の微小き裂長さと疲労損傷率との関係を求めることにより、前記構造物の疲労損傷による寿命が評価される。すなわち、具体的には対象となる構造物表面における微小き裂長さのうち最長のもの一本をレプリカ法などによって採取し、予め求めておいた最大の微小き裂長さと疲労損傷率との関係を線図で表したマスターカーブを用いて疲労損傷率を求め、寿命を評価する。この微小き裂は構造物の寿命のごく初期から、すなわち、構造物の運転初期から、発生し始めるため、構造物の余寿命を微小き裂の挙動に基づいて評価する方法は有効である。
しかしながら、特に高温における耐熱鋼の疲労損傷では、耐熱鋼の表面に一結晶粒界長さ程度の微小き裂が多数発生し、それらが成長・合体して破損することが多い（非特許文献１，２）。
【０００３】
図３は従来より知られているレプリカ法で採取することで観察した構造物表面での微小き裂の経時変化を模式的に示す図であり、図３Ａは初期の状態を示す図、図３Ｂは図３Ａの状態から時間が経った状態を示す図、図３Ｃは図３Ｂの状態から時間が経った状態を示す図、図３Ｄは図３Ｃの状態から時間が経った状態を示す図である。なお、図３において、観察した視野は同一箇所を想定した。
図３Ａにおいて、初期には多数の微小き裂０１が発生する。このときのき裂長さは全て一結晶粒界長さ程度である。図３Ｂにおいて、図３Ａの状態から時間が経つと、前記発生していた微小き裂０１に新たに発生した微小き裂０２も加えて約半数が成長している。一部には大きく成長した微小き裂０３があり、約半数がほとんど成長していない。ここまでが構造物の寿命の初期段階であるとみなせる。
【０００４】
図３Ｃにおいて、図３Ｂの状態から時間が経つと、特に数本の微小き裂０４が成長し、その他はほとんど成長していない。また、前記成長したものの中で特に一本の微小き裂０５のみが長く成長している。この段階では既に余寿命４０〜５０％の中期段階に入ったとみなせる。図３Ｄにおいて、図３Ｃの状態から時間が経つと、前記特に成長した一本の微小き裂０５はさらに成長しているが、微小き裂の全体数が減少していることから、微小き裂０５は他のき裂０４と合体したものとみなせる。その他にも、前記最長のものに比べれば小さいが成長した微小き裂０６や、成長することで他のき裂０２と合体したき裂０７も存在している。この段階では、微小き裂は自らの成長、他との合体を繰り返して成長していき疲労損傷に至る後期に入ったとみなせる。
【０００５】
このように、疲労寿命後半では、単独の微小き裂が最大の微小き裂として成長している。よって、従来のように最大の微小き裂長さから寿命評価を行った場合、微小き裂長さの増加量は、疲労寿命後半については実際の微小き裂の成長状態を反映しているが、構造物の寿命の初期では、複数の微小き裂が同時に成長するため、実際の微小き裂の成長状態を反映しておらず、実際の成長状態に比べて小さくなる。このため、微小き裂進展法による寿命評価における従来の評価精度は、特に寿命の初期において低くなる。
【０００６】
図２は従来の耐熱鋼における疲労損傷率と最大の微小き裂長さとの関係（マスターカーブ）を示した図である。ここで、縦軸は最大き裂長さa（ｍｍ）、横軸は疲労損傷率φｆ、である。
図２において、疲労損傷率が約０．３未満ではマスタカーブの傾きは微小であり、約０．３以上では傾きは増加している。このように、初期における最大の微小き裂長さと疲労損傷率との関係（マスターカーブ）の傾きが微小であることが寿命の初期で評価精度が低い原因になっている。
【０００７】
ボイラなどの通常の定期検査は２年毎に行われ、初期段階での疲労損傷率の増加の状態を精度よく把握できれば、次回の定期検査時での取替え工事等の計画を立案可能となる。しかしながら、従来方法では、初期段階については微小変化しか捉えられないため誤差の影響を受けやすく、次の定期検査時になってはじめて、余寿命が少ないことが判明して次々回の定期検査前に取り替えが必要であることが判明するといった場合も考えられる。
【０００８】
疲労損傷評価の精度を向上させる方法として単位面積あたりのき裂長さの和、いわゆる、き裂長さ密度を測定する方法(特許文献１)もある。しかしながら、この方法では、対象としている面積中にある全ての微小き裂の長さを測定し和を取る必要があり、多くの労力を必要とする場合がある。また、ほとんど進展しない下位の微小き裂まで測定するため、見かけ上のき裂長さ密度の変化率が小さくなる課題も残る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平8-254498号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】桜井茂雄，藤山一成、「機器構造部品の安全性設計・予防保全における信頼性工学適用  ６．火力発電機器・プラントの予防保全への適用」、材料、日本材料学会、2001年6月、第50巻、第6号、p.665‐670
【非特許文献２】北村隆行，多田直哉，大谷隆一、「クリープ疲労微小き裂発生・成長の数値シミュレーションによる高温構造材料の余寿命診断方法」、日本機械学会論文集（Ａ編）、日本機械学会、1991年8月、第57巻、第540号、p.1732‐1737
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ボイラの配管や管寄せなど耐熱鋼が使用されている構造物の疲労損傷評価方法に関して、従来から一般的に適用されている最大の微小き裂長さと疲労損傷率との関係を用いた微小き裂進展法による疲労損傷評価方法では、寿命の初期段階における疲労損傷率が実際より低く算出されるため、精度の高い寿命評価が行えないという課題が存在する。
そこで、本発明では、寿命の初期段階における疲労損傷率の精度を向上させ、寿命評価の精度を高くすることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記技術的課題を解決するために、請求項１に記載の発明の疲労損傷評価方法は、
疲労損傷あるいはクリープ疲労損傷に基づく構造物の損傷を微小き裂の進展とみなして、該微小き裂の進展を予測することにより前記構造物の寿命を評価する方法において、微小き裂長さの総和をΣa、疲労損傷率をφｆとした場合、log(Σa)＝Ａ・φｆ＋Ｂ（Ａ,Ｂ：定数）の関係で求められるマスターカーブを用い、前記微小き裂長さの総和Σaは、最大長さの微小き裂を含んだ２本以上の微小き裂長さの総和から求めることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の疲労損傷評価方法において、
前記２本以上の微小き裂長さの総和は、最大長さの微小き裂を含み、該最大長さの微小き裂から長い順に２本以上１０本以下の微小き裂長さの総和であることを特徴とする。
【００１４】
前記技術的課題を解決するために、請求項３に記載の発明の疲労損傷評価システムは、
最大長さの微小き裂を含んだ２本以上の微小き裂の長さの総和と疲労損傷率との関係である予め求められたマスターカーブを記憶する手段と、疲労損傷の評価対象の構造物についての微小き裂の観察を行う観察装置と、前記観察装置で観察された微小き裂において最大長さの微小き裂を含む２本以上の微小き裂の長さの総和と前記マスターカーブとに基づいて前記構造物の疲労損傷率を計算する手段と、前記構造物の疲労損傷率に基づいて前記構造物の寿命を評価する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の疲労損傷評価システムにおいて、
最大長さの微小き裂を含み該最大長さの微小き裂から長い順に２本以上１０本以下の微小き裂の長さの総和と疲労損傷率との関係である予め求められたマスターカーブを記憶する前記記憶する手段と、前記観察装置で観察された微小き裂において最大長さの微小き裂を含み該最大長さの微小き裂から長い順に２本以上１０本以下の微小き裂の長さの総和と前記マスターカーブとに基づいて前記構造物の疲労損傷率を計算する前記計算する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の疲労損傷評価システムにおいて、
疲労試験が行われた測定対象物についての微小き裂の観察を行う観察装置と、前記測定対象物の疲労損傷率に関する情報を取得する手段と、前記観察装置で観察された微小き裂において最大長さの微小き裂を含む２本以上の微小き裂の長さの総和と前記測定対象物に基づく疲労損傷率とに基づいて最大長さの微小き裂を含んだ２本以上の微小き裂の長さの総和と疲労損傷率との関係であるマスターカーブを作成する手段と、前記作成されたマスターカーブを記憶する前記記憶する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
前記技術的課題を解決するために、請求項６に記載の発明の疲労損傷評価装置は、
最大長さの微小き裂を含んだ２本以上の微小き裂の長さの総和と疲労損傷率との関係である予め求められたマスターカーブを記憶する手段と、疲労損傷の評価対象の構造物についての微小き裂に関する情報を取得する手段と、前記構造物の微小き裂において最大長さの微小き裂を含む２本以上の微小き裂の長さの総和と前記マスターカーブとに基づいて前記構造物の疲労損傷率を計算する手段と、前記構造物の疲労損傷率に基づいて前記構造物の寿命を評価する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
（作用）
ボイラの配管や管寄せなど耐熱鋼が使用されている構造物において、高温で曲げ荷重などが作用すると、耐熱鋼が使用されている部位の表面に疲労損傷あるいはクリープ疲労損傷が生じる場合がある。そのような疲労損傷が生じる構造物の寿命を評価する方法として、従来は、一般的に微小き裂進展法が用いられており、特に対象とする構造物の最大の微小き裂長さと疲労損傷率との関係（マスターカーブ）を求めることにより前記構造物の疲労損傷による寿命を評価している。しかしながら従来の評価方法では精度が低下する。その原因は、図２に示すように、疲労損傷率が０．３（寿命が約30％）以前のごく初期においては、疲労損傷率に対する微小き裂長さの傾きが小さく、疲労損傷率が増加しても微小き裂長さがほとんど増加しないことにある。
【００１９】
すなわち、従来は、微小き裂長さの進展状況において、測定した微小き裂長さが、傾きが急増する疲労損傷率が約０．３に対応する微小き裂長さに達したかどうかの把握が難しい。その上、微小き裂長さに測定誤差が生じると、対応する疲労損傷率が大きく変化するため、微小き裂長さの測定誤差の影響を大きく受けることになる。よって、従来の評価方法では、精度の高い寿命評価が難しい。火力発電用ボイラの予防保全の観点から考えると、次の定期検査までに十分な寿命を残していることが重要であり、疲労損傷による寿命の初期から中期へ移行する段階（特に、疲労損傷率が約０．５（寿命が約５０％）以前）における精度向上は重要である。
【００２０】
ボイラの配管や管寄せなど耐熱鋼が使用されている構造物において表面に疲労損傷あるいはクリープ疲労損傷を生じる場合、寿命の初期に一結晶粒界長さ程度の微小なき裂が多数発生し、疲労損傷の進行に伴い微小き裂が成長・合体して進展する。疲労寿命の初期において最大の微小き裂長さの成長率（マスターカーブの傾き）が図２に示したように減少する原因は、最大の微小き裂以外の複数の微小き裂（例えば、２番目に長い微小き裂や３番目に長い微小き裂、またはその他の微小き裂）が成長することにある。本発明のように、最大の微小き裂長さを含み長い方から順に２本以上の微小き裂長さの総和を疲労損傷評価方法の指標として用いれば、最大の微小き裂以外の微小き裂長さの成長も考慮できることから評価精度は向上する。その上で、総和する微小き裂の本数は、少ないと予測精度が低下し、多いと計算に時間を要する。よって、総和する微小き裂の本数は、２本以上１０本以下が好適であり、現実的には、総和する微小き裂の本数は、最終的に合体して１本になる４〜５本程度が特に適当と考えられる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、寿命の初期段階における疲労損傷率の精度を向上させ、寿命評価の精度を高くすることができる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、２本以上の微小き裂の長さの総和が１０本より多い微小き裂の長さの総和である場合に比べて計算量を少なくすることができる。
請求項３に記載の発明によれば、寿命の初期段階における疲労損傷率の精度を向上させ、寿命評価の精度の高いシステムを提供することができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加えて、２本以上の微小き裂の長さの総和が１０本より多い微小き裂の長さの総和である場合に比べて計算量を少なくすることができる。
請求項５に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加えて、マスターカーブを作成することができる。
請求項６に記載の発明によれば、寿命の初期段階における疲労損傷率の精度を向上させ、寿命評価の精度の高い装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の耐熱鋼における疲労損傷率と微小き裂長さとの関係（マスターカーブ）の一例を示した図である。
【図２】従来の耐熱鋼における疲労損傷率と最大の微小き裂長さとの関係（マスターカーブ）を示した図である。
【図３】レプリカ法による構造物表面での微小き裂の経時変化の模式図である。
【図４】微小き裂長さと疲労損傷率の関係の一例を示す図である。
【図５】図４の微小き裂長さと疲労損傷率の関係の一例を従来方法で整理した図である。
【図６】図４の微小き裂長さと疲労損傷率の関係の一例を本発明の方法で整理した図である。
【図７】本発明の疲労損傷評価方法が適用された疲労損傷評価システムの説明図である。
【図８】実施例のクライアントパソコンの機能をブロック図（機能ブロック図）で示した説明図である。
【図９】実施例のマスターカーブの作成処理のフローチャートである。
【図１０】実施例のマスターカーブの作成処理のフローチャートであり、図９の続きのフローチャートである。
【図１１】実施例の疲労損傷率の計算処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２４】
本発明の具体的な実施例を以下に示す。
【００２５】
図４は微小き裂長さと疲労損傷率の関係の一例を示す図である。
図４には、耐熱鋼である１１Ｃｒ鋼のΦ１０ｍｍ丸棒試験片の低サイクル疲労（試験温度：６５０℃）において、試験片表面に観察された微小き裂長さと疲労損傷率の関係を示す。本実施例では最終的に１本のき裂に成長した４本の微小き裂に注目して微小き裂長さを測定した。微小き裂長さは疲労試験を所定回数で中断してレプリカ法により観察し、疲労損傷率は中断時の回数と破断寿命の比で計算した（疲労損傷率＝中断時の回数/破断寿命）。なお、レプリカ法とは、測定対象物の表面組織などをレプリカ膜（アセチルセルロースフィルムなど）に転写させて、測定対象物の代わりに、レプリカ膜を光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡などで観察して、測定対象物の表面組織などを観察する方法をいう。４本の微小き裂（図４中に▲、◆、●、■で示す）は疲労損傷率の増加に伴ってそれぞれ成長し、最終的には合体して１本のき裂となり、更に成長して破断していることが図４から分る。
【００２６】
図５は図４の微小き裂長さと疲労損傷率の関係の一例を従来方法で整理した図である。
図５には、図４に示した微小き裂の成長を、従来方法である最大の微小き裂長さと疲労損傷率の関係で整理したものを示す。図５において疲労損傷率が０．３以下では傾き（＝微小き裂長さ増分/疲労損傷率増分）が小さい領域があることが分る。この領域では傾きが小さいため、微小き裂長さの測定誤差の影響を受けやすく、疲労損傷率の評価精度が低下することが予想される。
【００２７】
図６は図４の微小き裂長さと疲労損傷率の関係の一例を本発明の方法で整理した図である。
図６には、図４に示したき裂の成長を、本発明の方法である微小き裂長さの総和と疲労損傷率の関係で整理したものを示す。疲労損傷率が０．３以下における傾きが、従来方法である図５の傾きに比べて大きく改善（約３倍）されていることが分る。このことより、本発明の方法では従来方法に比べて、特に疲労損傷率が小さな領域において傾きが大きくなるので、微小き裂長さの進行状況が把握できるとともに、測定誤差の影響を受けにくく、疲労損傷率の推定精度を大きく向上させることができる。
【００２８】
また、発明者は、本発明におけるマスターカーブは、微小き裂の長さの総和をΣａ(ｍｍ)、疲労損傷率をφｆとしてＹ＝log(Σａ)，Ｘ＝φｆとした場合は次式（１）に示すような線形の式で表現できることを見出した。すなわち、縦軸に微小き裂の長さの総和をとり、横軸に疲労損傷率を取った片対数グラフ上では、図６に示すように、前記マスターカーブを直線として表現できることを見出した。
Ｙ＝Ａ・Ｘ＋Ｂ…式（１）
なお、本実施例では、式（１）は、図４で示した最終的に１本のき裂に成長した、最大長さの微小き裂を含んだ４本の微小き裂に基づいており、Ａ＝1.502、Ｂ＝-0.658に設定される。また、本実施例では、Σａは最大長さの微小き裂を含んだ４本の微小き裂の長さの総和に対応する。
【００２９】
図１は本発明の耐熱鋼における疲労損傷率と微小き裂長さとの関係（マスターカーブ）の一例を示した図である。
図１には、本発明の耐熱鋼における疲労損傷率と微小き裂長さとの関係（マスターカーブ）の一例を示した図を示す。図１を用いることで、微小き裂長さの総和からマスターカーブに対応する疲労損傷率が導かれ、余寿命を求めることが出来る。すなわち、本実施例では、測定対象の耐熱鋼についてレプリカ法により観察して４本の微小き裂の長さの総和を測定すれば、図１のマスターカーブを用いて、前記総和に対応する疲労損傷率を精度良く導くことが可能となる。
【００３０】
図７は本発明の疲労損傷評価方法が適用された疲労損傷評価システムの説明図である。
本発明の疲労損傷評価方法が適用された疲労損傷評価システムの構成を例示する。
図７において、疲労損傷評価方法が適用された実施例の疲労損傷評価システムＳは、観察装置の一例としての顕微鏡Ｍを有する。前記顕微鏡Ｍは、レプリカ法で採取されたレプリカ膜を観察することで、間接的に、マスターカーブ作成用の試験片や、疲労損傷評価対象の構造物などの測定対象物の表面を観察する。顕微鏡Ｍには、疲労損傷評価装置の一例であり、情報処理装置の一例としてのクライアントパソコンＰＣが電気的に接続されており、顕微鏡Ｍが観察する画像がクライアントパソコンＰＣに入力される。実施例の前記クライアントパソコンＰＣは、いわゆる、コンピュータ装置により構成されており、コンピュータ本体Ｈ１と、表示器の一例としてのディスプレイＨ２と、キーボードＨ３やマウスＨ４等の入力装置、図示しないハードディスクドライブ等により構成されている。
【００３１】
図８は実施例のクライアントパソコンの機能をブロック図（機能ブロック図）で示した説明図である。
図８において、前記クライアントパソコンＰＣのコンピュータ本体Ｈ１の制御部は、外部との信号の入出力および入出力信号レベルの調節等を行うＩ／Ｏ（入出力インターフェース）、必要な起動処理を行うためのプログラムおよびデータ等が記憶されたＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、必要なデータ及びプログラムを一時的に記憶するためのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ等に記憶された起動プログラムに応じた処理を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）ならびにクロック発振器等を有しており、前記ＲＯＭ及びＲＡＭ等に記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。
前記構成のクライアントパソコンＰＣは、前記ハードディスクドライブやＲＯＭ等に記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。
前記制御部には、基本動作を制御する基本ソフト、いわゆる、オペレーティングシステムＯＳ、アプリケーションプログラムとしての疲労損傷評価プログラム、その他の図示しないソフトウェアが記憶されている。
【００３２】
（実施例の疲労損傷評価プログラムＡＰ１）
疲労損傷評価プログラムＡＰ１は、下記の機能手段（プログラムモジュール）を有する。
【００３３】
（マスターカーブの作成手段Ｃ１）
マスターカーブの作成手段Ｃ１は、画像情報の取得手段Ｃ１Ａと、破断回数の取得手段Ｃ１Ｂ、計算開始条件の判別手段Ｃ１Ｃと、計算情報の取得手段Ｃ１Ｄと、微小き裂の選定手段Ｃ１Ｅと、微小き裂の計算手段Ｃ１Ｆと、マスターカーブの生成手段Ｃ１Ｇと、マスターカーブの記憶手段Ｃ１Ｈとを有する。マスターカーブの作成手段Ｃ１は、キーボードＨ３やマウスＨ４により、マスターカーブの作成の入力があった場合に実行される。なお、実施例では、マスターカーブの作成手段Ｃ１は、耐熱鋼である１１Ｃｒ鋼のΦ１０ｍｍ丸棒試験片の低サイクル疲労（試験温度：６５０℃）において、疲労試験を所定回数で中断してレプリカ法により観察し、疲労損傷率は中断時の回数と破断寿命の比（疲労損傷率＝中断時の回数/破断寿命）で計算して、マスターカーブを作成する。具体的には、各手段Ｃ１Ａ〜Ｃ１Ｅを実行して作成する。
【００３４】
画像情報の取得手段Ｃ１Ａは、キーボードＨ３やマウスＨ４により画像情報の取得開始の入力があった場合に、顕微鏡Ｍにセットされたレプリカ膜の画像と、前記レプリカ膜の採取時の中断時の回数とを取得する。そして、画像情報の取得手段Ｃ１Ａは、画像と中断時の回数とを対応づけて記憶する。なお、中断時の回数はキーボードＨ３から入力される。
【００３５】
破断回数の取得手段Ｃ１Ｂは、キーボードＨ３やマウスＨ４により破断回数の入力開始の入力があった場合に、疲労試験において試験片が破断した時の試験回数である破断寿命の回数を取得して記憶する。破断寿命の回数は、キーボードＨ３により入力される。
計算開始条件の判別手段Ｃ１Ｃは、キーボードＨ３やマウスＨ４によりマスターカーブの計算開始の入力があった場合に、マスタカーブの作成開始の条件の一例として、所定数以上の複数の画像情報が記憶され且つ破断回数が記憶されているか否かを判別する。実施例では、所定数として、１０が設定されているが、マスターカーブが作成可能であれば任意の複数の数を所定数として設定可能である。また、計算開始条件の判別手段Ｃ１Ｃは、所定数以上の複数の画像情報が記憶されていないと判別した場合には、画像情報を更に取り込む必要があるとのエラー表示をディスプレイＨ２に表示する。また、計算開始条件の判別手段Ｃ１Ｃは、破断回数が記憶されていないと判別した場合には、破断回数を入力するように促すエラー表示をディスプレイＨ２に表示する。
【００３６】
計算情報の取得手段Ｃ１Ｄは、キーボードＨ３やマウスＨ４により計算開始の入力があった場合に、マスターカーブ作成時に使用する微小き裂の本数ｎを取得して記憶する。マスターカーブ作成時に使用する微小き裂の本数ｎは、キーボードＨ３により入力される。
【００３７】
微小き裂の選定手段Ｃ１Ｅは、計算情報の取得手段Ｃ１Ｃが情報を取得すると、画像情報の取得手段Ｃ１Ａが取得した画像毎に、画像を処理して画像上の微小き裂を特定する。そして、微小き裂の選定手段Ｃ１Ｅは、画像情報の取得手段Ｃ１Ａが取得した画像毎に、特定された全ての本数ｉ分の微小き裂について長さａ１(mm)，ａ２(mm)，…，ａｎ(mm)，…，ａｉ(mm)を測定して、最大長さａ１の微小き裂を含み、該最大長さの微小き裂から長い順に、使用する本数として入力された本数ｎ分の微小き裂を選定する。
【００３８】
微小き裂の計算手段Ｃ１Ｆは、微小き裂が選定されると、画像情報の取得手段Ｃ１Ａが取得した画像毎に、選定された微小き裂の長さの総和ａ１＋ａ２＋…＋ａｎ＝Σａ(mm)を計算し、その常用対数log(Σａ)を計算する。また、微小き裂の計算手段Ｃ１Ｅは、微小き裂が選定されると、画像情報の取得手段Ｃ１Ａが取得した画像毎に、疲労損傷率φｆを破断寿命の回数に対する中断時の回数の比として計算する。すなわち、微小き裂の計算手段Ｃ１Ｆは、微小き裂が選定されると、画像情報の取得手段Ｃ１Ａが取得した画像毎に、選定された微小き裂の長さの総和の常用対数log(Σａ)と、疲労損傷率φｆとを計算する。
【００３９】
マスターカーブの生成手段Ｃ１Ｇは、微小き裂の総和の常用対数log(Σａ)と、疲労損傷率φｆとに基づいてマスターカーブを生成する。実施例のマスターカーブの生成手段Ｃ１Ｆは、マスターカーブを、Ｙ＝log(Σａ)，Ｘ＝φｆとして前記線形の式（１）が満たされる関係として生成する。式（１）中の定数Ａ、Ｂは最小二乗法で計算する。
マスターカーブの記憶手段Ｃ１Ｈは、計算された定数Ａ，Ｂを記憶して、式（１）で表現されるマスターカーブを記憶する。
【００４０】
（疲労損傷率の計算手段Ｃ２）
疲労損傷率の計算手段Ｃ２は、開始条件の判別手段Ｃ２Ａと、画像情報の取得手段Ｃ２Ｂと、微小き裂の選定手段Ｃ２Ｃと、疲労損傷率の算出手段Ｃ２Ｄと、評価手段Ｃ２Ｅとを有する。疲労損傷率の計算手段Ｃ２は、キーボードＨ３やマウスＨ４により、疲労損傷率の計算を開始する入力があった場合に実行される。
【００４１】
開始条件の判別手段Ｃ２Ａは、キーボードＨ３やマウスＨ４により疲労損傷率の計算開始の入力があった場合に、疲労損傷率の計算開始の条件の一例として、マスターカーブが記憶されているか否かを判別する。そして、開始条件の判別手段Ｃ２Ａは、マスターカーブが記憶されていないと判別した場合には、マスターカーブの作成を促すエラー表示をディスプレイＨ２に表示して、疲労損傷率の計算の処理を終了する。
画像情報の取得手段Ｃ２Ｂは、キーボードＨ３やマウスＨ４により画像情報の取得開始の入力があった場合に、顕微鏡Ｍにセットされたレプリカ膜の画像を取得する。なお、画像情報の取得手段Ｃ２Ｂでは、顕微鏡Ｍにセットされたレプリカ膜は、測定対象の構造物から採取される。
【００４２】
微小き裂の選定手段Ｃ２Ｃは、画像情報の取得手段Ｃ２Ｂにより画像情報が取得されると、取得した画像を処理して画像上の微小き裂を特定する。そして、微小き裂の選定手段Ｃ２Ｃは、特定された全ての本数ｊ分の微小き裂について長さｂ１(mm)，ｂ２(mm)，…，ｂｎ(mm)，…，ｂｊ(mm)を測定して、最大長さｂ１の微小き裂を含み、該最大長さの微小き裂から長い順に、マスターカーブが作成された本数ｎ分の微小き裂を選定する。
【００４３】
疲労損傷率の算出手段Ｃ２Ｄは、微小き裂の選定手段Ｃ２Ｃにより微小き裂が選定されると、選定された微小き裂の長さの総和ｂ１＋ｂ２＋…＋ｂｎ＝Σｂ(mm)を計算し、その常用対数log(Σｂ)を計算する。そして、疲労損傷率の算出手段Ｃ２Ｄは、微小き裂の長さの総和の常用対数log(Σｂ)に基づいて、記憶されたマスターカーブから、疲労損傷率φｆを算出する。なお、疲労損傷率φｆはディスプレイＨ２に表示する。よって、疲労損傷率の算出手段Ｃ２Ｄでは、全ての微小き裂ではなくて、選定された本数の微小き裂にのみ基づいて処理が行われており、処理が軽減されている。
【００４４】
評価手段Ｃ２Ｅは、疲労損傷率の算出手段Ｃ２Ｄにより疲労損傷率φｆが算出されると、算出された疲労損傷率φｆに基づいて、測定対象の構造物の寿命を評価する。実施例１の評価手段Ｃ２Ｅは、一例として、疲労損傷率φｆが０．３未満の場合には、構造物の疲労損傷がほとんど進んでいない初期段階にあり、寿命はほとんど減っていないと評価する。そして、初期段階であることを示す画像をディスプレイＨ２に表示する。また、実施例１の評価手段Ｃ２Ｅは、一例として、疲労損傷率φｆが０．３以上０．５未満の場合には、疲労損傷が初期から中期への移行段階にあり、寿命は十分に残されていると評価する。そして、初期から中期への移行段階であることを示す画像をディスプレイＨ２に表示する。さらに、実施例１の評価手段Ｃ２Ｅは、一例として、疲労損傷率φｆが０．５以上の場合には、疲労損傷が中期以降の段階であり、寿命が少なくなりつつあると評価する。そして、中期以降の段階であることを示す画像をディスプレイＨ２に表示する。
【００４５】
（実施例のフローチャートの説明）
次に、実施例１の前記クライアントパソコンＰＣの各プログラムの処理の流れをフローチャートを使用して説明する。
【００４６】
（実施例のマスターカーブの作成処理の説明）
図９は実施例のマスターカーブの作成処理のフローチャートである。
図１０は実施例のマスターカーブの作成処理のフローチャートであり、図９の続きのフローチャートである。
図９、図１０のフローチャートの各ＳＴ（ステップ）の処理は、前記制御部のＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って行われる。また、この処理は前記制御部の他の各種処理と並行してマルチタスクで実行される。
【００４７】
図９、図１０に示すフローチャートは、前記クライアントパソコンＰＣにおいて、疲労損傷評価プログラムＡＰ１が起動された場合に開始される。
図９のＳＴ１において、マスターカーブの作成の入力があったか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ２に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ１を繰り返す。
ＳＴ２において、画像の取得開始の入力があったか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ３に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ７に進む。
ＳＴ３において、レプリカ膜の画像を取得する。そして、ＳＴ４に進む。
ＳＴ４において、中断時の回数の入力があったか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ５に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ４を繰り返す。
ＳＴ５において、中断時の回数を記憶する。そして、ＳＴ６に進む。
ＳＴ６において、レプリカ膜の画像と中断時の回数とを対応づけて記憶する。そして、ＳＴ２に戻る。
【００４８】
ＳＴ７において、破断回数の入力開始の入力があったか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ８に進み、ノー（Ｎ）の場合は図１０に示すＳＴ１０に進む。
ＳＴ８において、破断回数の入力があったか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ９に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ８を繰り返す。
ＳＴ９において、破断回数を記憶する。そして、ＳＴ２に戻る。
図１０のＳＴ１０において、マスターカーブの計算開始の入力があったか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ１１に進み、ノー（Ｎ）の場合は図９のＳＴ２に戻る。
ＳＴ１１において、所定数以上の複数の画像情報が記憶されているか否かを判別する。なお、実施例では、１０以上の画像情報が記憶されているか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ１２に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ２４に進む。
ＳＴ１２において、破断回数が記憶されているか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ１３に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ２５に進む。
【００４９】
ＳＴ１３において、マスターカーブの作成時に使用する微小き裂の本数ｎの入力があったか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ１４に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ１３を繰り返す。
ＳＴ１４において、微小き裂の本数ｎを記憶する。そして、ＳＴ１５に進む。
ＳＴ１５において、画像の取得順が１番目の画像情報を読み込む。そして、ＳＴ１６に進む。
ＳＴ１６において、画像を処理して画像の微小き裂を特定する。そして、ＳＴ１７に進む。
ＳＴ１７において、画像の各微小き裂の長さを測定する。そして、ＳＴ１８に進む。
【００５０】
ＳＴ１８において、画像のｎ本の微小き裂を選定する。そして、ＳＴ１９に進む。
ＳＴ１９において、画像の微小き裂の総和の長さの常用対数を計算する。そして、ＳＴ２０に進む。
ＳＴ２０において、画像の疲労損傷率を計算する。そして、ＳＴ２１に進む。
ＳＴ２１において、全ての記憶した画像情報の処理が終了したか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ２２に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ２６に進む。
ＳＴ２２において、マスターカーブを生成する。そして、ＳＴ２３に進む。
ＳＴ２３において、マスターカーブを記憶する。そして、図９のＳＴ１に戻る。
【００５１】
ＳＴ２４において、所定数以上の複数の画像情報の取得を促すエラー表示をディスプレイＨ２に表示する。そして、図９のＳＴ２に戻る。
ＳＴ２５において、破断回数の入力を促すエラー表示をディスプレイＨ２に表示する。そして、図９のＳＴ２に戻る。
ＳＴ２６において、画像の取得順が次の画像情報を読み込む。そして、ＳＴ１６に戻る。
【００５２】
（実施例の疲労損傷率の計算処理の説明）
図１１は実施例の疲労損傷率の計算処理のフローチャートである。
図１１のフローチャートの各ＳＴ（ステップ）の処理は、前記制御部のＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って行われる。また、この処理は前記制御部の他の各種処理と並行してマルチタスクで実行される。
【００５３】
図１１に示すフローチャートは、前記クライアントパソコンＰＣにおいて、疲労損傷評価プログラムＡＰ１が起動された場合に開始される。
図１１のＳＴ３１において、疲労損傷率の計算開始の入力があったか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ３２に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ３１を繰り返す。
ＳＴ３２において、マスターカーブが記憶されているか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ３３に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ４２に進む。
ＳＴ３３において、画像の取得開始の入力があったか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ３４に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ３３を繰り返す。
ＳＴ３４において、レプリカ膜の画像を取得する。そして、ＳＴ３５に進む。
ＳＴ３５において、画像を処理して画像の微小き裂を特定する。そして、ＳＴ３６に進む。
【００５４】
ＳＴ３６において、画像の各微小き裂の長さを測定する、そして、ＳＴ３７に進む。
ＳＴ３７において、画像のｎ本の微小き裂を選定する。そして、ＳＴ３８に進む。
ＳＴ３８において、画像の微小き裂の長さの総和の常用対数を計算する。そして、ＳＴ３９に進む。
ＳＴ３９において、マスタカーブに基づいて、疲労損傷率を算出する。そして、ＳＴ４０に進む。
ＳＴ４０において、疲労損傷率に基づいて寿命を評価する。そして、ＳＴ４１に進む。
ＳＴ４１において、疲労損傷率と寿命の評価をディスプレイＨ２に表示する。そして、ＳＴ３１に戻る。
ＳＴ４２において、マスタカーブの作成を促すエラー表示をディスプレイＨ２に表示する。そして、ＳＴ３１に戻る。
【００５５】
よって、実施例のシステムＳでは、疲労損傷評価プログラムＡＰ１が起動された場合にマスターカーブの作成処理が実行される場合、図９、図１０に示すフローチャートに沿った処理が実行される。したがって、疲労試験に基づく複数の微小き裂に基づいてマスターカーブが作成される。また、実施例のシステムＳでは、疲労損傷評価プログラムＡＰ１が起動された場合に疲労損傷率の計算処理が実行される場合、図１１に示すフローチャートに沿った処理が実行される。したがって、測定対象物の構造物に基づく複数の微小き裂に基づいて前記マスタカーブから疲労損傷率が計算される。そして、計算された疲労損傷率に基づき、測定対象物の構造物の寿命が評価される。このとき、前記マスターカーブでは、疲労損傷率の初期段階における傾きが従来の構成に比べて大きくなっている。よって、実施例のシステムＳでは、寿命の初期段階における疲労損傷率の精度が向上して、寿命評価の精度が高くなっている。
【００５６】
なお、実施例のシステムＳでは、マスターカーブの作成処理を実行する場合、試験開始から破断までの一回の疲労試験に基づいてマスターカーブを作成する構成を例示したが、これに限定されず、試験開始から破断までの複数回の疲労試験に基づいてマスターカーブを作成する構成が可能である。例えば、試験開始から破断までの複数回の疲労試験に基づく画像や破断回数などを入力可能にして、各疲労試験の結果の平均を取ったり、統計処理したりして、実際に使用する１つのマスターカーブを作成する構成も可能である。
【００５７】
また、実施例のシステムＳでは、マスターカーブが作成された場合には、マスターカーブは修正されない構成を例示したが、これに限定されない。例えば、追加の疲労試験を行って追加の疲労試験に基づく画像や破断回数などを入力可能にして、元のマスターカーブに関するデータと、追加のデータとに基づいて、元のマスターカーブを修正して使用するなど、いわば、学習機能を持たせて、疲労損傷の計算に使用するマスターカーブを作成する構成も可能である。
【００５８】
さらに、実施例のシステムＳでは、マスターカーブの作成処理を実行する場合、疲労損傷率に関わらず、設定された本数ｎの微小き裂を選定して、マスターカーブを作成する構成を例示したが、これに限定されない。例えば、疲労損傷率が０．５未満については、設定された本数ｎの微小き裂の長さの和の常用対数をとり、疲労損傷率が０．５以上については、最大の微小き裂単独の長さの常用対数をとって、マスターカーブを作成する構成など、疲労損傷率の値によって、選定する本数ｎを変更してマスターカーブを作成する構成が可能である。
【００５９】
また、実施例のシステムＳでは、顕微鏡Ｍから取得した画像を処理して自動的に微小き裂を特定、選定して、微小き裂の長さの和の常用対数を計算する構成が望ましいが、これに限定されない。例えば、顕微鏡Ｍの画像における微小き裂を特定、選定した後の情報をクライアントパソコンＰＣに入力可能として、クライアントパソコンＰＣが入力された情報を処理してマスターカーブを作成したり、マスターカーブに基づく疲労損傷率を計算する構成も可能である。
【符号の説明】
【００６０】
Ｃ１Ａ  疲労損傷率に関する情報を取得する手段
Ｃ１Ｇ  マスターカーブを作成する手段
Ｃ１Ｈ  マスターカーブを記憶する手段
Ｃ２Ｄ  構造物の疲労損傷率を計算する手段
Ｃ２Ｅ  構造物の寿命を評価する手段
Ｍ  観察装置
Ｓ  疲労損傷評価システム
ＰＣ  疲労損傷評価装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2014224720.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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