(57)【要約】【課題】延性破壊する構造物に複数欠陥が生じている場合の延性破壊構造物における崩壊荷重の算出方法及び算出装置を提供する。【解決手段】評価対象の欠陥と比較対象の欠陥との距離が、予め決定された正の基準値以下であるか否かを演算部が判定する基準値判定ステップと、基準値判定ステップにおいて判定された前記距離が前記基準値以下である場合であって前記距離が０である場合には、前記評価対象の欠陥の面積と前記比較対象の欠陥の面積との合計面積を前記演算部が算出し、前記距離が０でない場合には、前記評価対象の欠陥と前記比較対象の欠陥とを同一断面に投影し、投影された欠陥についての面積を前記演算部が算出する面積算出ステップと、前記面積算出ステップにおいて算出された面積に基づいて、前記複数の欠陥が崩壊するときの崩壊荷重を前記演算部が算出する崩壊荷重算出ステップとを有する。【選択図】図８
2014062860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
欠陥が複数存在し、前記欠陥が崩壊することにより延性破壊を生じる構造物について、
前記複数の欠陥のうちの任意の１個の欠陥を、評価対象として演算部が選択する評価対象選択ステップと、
前記複数の欠陥のうちの、前記評価対象とした欠陥以外の任意の１個の欠陥を、比較対象として前記演算部が選択する比較対象選択ステップと、
前記評価対象の欠陥と前記比較対象の欠陥との距離が、予め決定された正の基準値以下であるか否かを前記演算部が判定する基準値判定ステップと、
前記基準値判定ステップにおいて判定された前記距離が前記基準値以下である場合であって前記距離が０である場合には、前記評価対象の欠陥の面積と前記比較対象の欠陥の面積との合計面積を前記演算部が算出し、前記距離が０でない場合には、前記評価対象の欠陥と前記比較対象の欠陥とを同一断面に投影し、投影された欠陥についての面積を前記演算部が算出する面積算出ステップと、
前記面積算出ステップにおいて算出された面積に基づいて、前記複数の欠陥が崩壊するときの崩壊荷重を前記演算部が算出する崩壊荷重算出ステップと、
を有することを特徴とする、延性破壊構造物における崩壊荷重の算出方法。
【請求項２】
前記基準値判定ステップにおける前記距離は、前記構造物の延性破壊が生じる方向の距離、又は、前記構造物の延性破壊が生じる方向の成分を含む前記欠陥間の最短距離であることを特徴とする、請求項１に記載の延性破壊構造物における崩壊荷重の算出方法。
【請求項３】
前記崩壊荷重算出ステップにおいて、前記基準値判定ステップにおいて用いた距離のうちの最短距離を用いて、前記崩壊荷重を算出することを特徴とする、請求項１又は２に記載の延性破壊構造物における崩壊荷重の算出方法。
【請求項４】
前記基準値判定ステップにおいて、前記距離を前記複数の欠陥の長さの平均値で除した値を用いて判定することを特徴とする、請求項１又は２に記載の延性破壊構造物における崩壊荷重の算出方法。
【請求項５】
欠陥が複数存在し、前記欠陥が崩壊することにより延性破壊を生じる構造物における崩壊荷重を算出し、
前記複数の欠陥のうちの任意の１個の欠陥を、評価対象として選択する評価対象選択部と、
前記複数の欠陥のうちの、前記評価対象とした欠陥以外の任意の１個の欠陥を、比較対象として選択する比較対象選択部と、
前記評価対象の欠陥と前記比較対象の欠陥との距離が、予め決定された正の基準値以下であるか否かを判定する基準値判定部と、
前記基準値判定部が判定した前記距離が前記基準値以下である場合であって、前記距離が０である場合には、前記評価対象の欠陥の面積と前記比較対象の欠陥の面積との合計面積を算出し、前記距離が０でない場合には、前記評価対象の欠陥と前記比較対象の欠陥とを同一断面に投影し、投影された欠陥についての面積を算出する面積算出部と、
前記面積算出部が算出した面積に基づいて、前記複数の欠陥が崩壊するときの崩壊荷重を前記演算部が算出する崩壊荷重算出部と、
を備えることを特徴とする、延性破壊構造物における崩壊荷重の算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、延性破壊構造物における崩壊荷重の算出方法及び算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントや化学プラント等における配管等の構造物の接合には、溶接が多く利用されている。そして、溶接部近傍には、残留応力が発生する 。溶接部に引張残留応力が残存したまま高温水等に長時間曝されると、応力腐食割れにより、亀裂状の欠陥が生じることがある。この欠陥が生じた構造物は、 延性破壊又は脆性破壊する可能性がある。そこで、これらの破壊を防止するために、欠陥が生じた構造物の破壊荷重 の算出が行われている。このような破壊荷重の算出方法に関連し、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。
【０００３】
特許文献１には、一軸方向からの引張荷重、又は荷重方向の異なる引張荷重と圧縮荷重とを受ける使用材料を破壊試験することにより計測した使用材料の破壊限界における限界界面応力と、この使用材料の加工条件に基いて実施する数値シミュレーションで得られた使用材料の破壊時における最大界面応力とを求め、この破壊時における最大界面応力と前記破壊限界における限界界面応力とを比較し、最大界面応力が限界界面応力よりも小さくなるような前記加工条件を導出して、同一の使用材料における加工条件を導出することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２８３１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
溶接部等の構造物の材質や部位によっては、欠陥が複数個生じることがある。その崩壊荷重は、欠陥の個数が単数であるか複数であるかで、通常異なる。また、この崩壊荷重は、構造物が延性破壊するか脆性破壊するかでも、通常異なる。しかしながら、前記特許文献１に記載の技術においては、延性破壊する構造物において、欠陥が複数存在している場合の算出方法が開示されていない。従って、特許文献１に記載の技術によっては、延性破壊する構造物に欠陥が複数存在する場合の崩壊荷重を算出することが困難である。特に、構造物に存在する欠陥の数が増加すればするほど、特許文献１に記載の技術を利用することが困難となる。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、延性破壊する構造物に複数欠陥が生じている場合に、延性破壊が想定される構造物における崩壊荷重の算出方法及び算出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは前記課題を解決するべく鋭意検討した結果、複数の欠陥のうちの少なくとも２つの欠陥間の距離に基づいて崩壊荷重を算出することにより前記課題を解決できることを見出した。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、延性破壊する構造物に複数欠陥が生じている場合の延性破壊構造物における崩壊荷重の算出方法及び算出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の算出方法が適用可能な欠陥を有する欠陥平板を示す図である。
【図２】引っ張り試験時の、各パラメータに対応する最大荷重を示す表である。
【図３】試験番号１３〜１６の結果をプロットしたグラフである。
【図４】各パラメータに対応する標準偏差を示すグラフである。
【図５】各パラメータに対応する標準偏差を示すグラフである。
【図６】実際に測定された崩壊荷重と、本実施形態の方法により算出された崩壊荷重とを比較してプロットしたグラフである。
【図７】本実施形態の崩壊荷重の算出方法を実施可能な算出装置を示す図である。
【図８】本実施形態の崩壊荷重の算出方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態（本実施形態）を説明する。
【００１１】
[１．はじめに]
本実施形態の崩壊荷重の算出方法（本実施形態の算出方法）は、平板や配管等の構造物に複数の欠陥が存在するときに、当該構造物が崩壊する際の崩壊荷重を算出するものである。即ち、複数の欠陥を有する構造物に対し、崩壊荷重以上の荷重で引っ張ると、欠陥が進展し、構造物が崩壊することになる 。また、本実施形態の算出方法は、延性破壊が想定される構造物の評価 に対して適用される。崩壊荷重を簡便に算出することは、構造物の破壊を容易に防止するために重要である。
【００１２】
延性破壊する崩壊荷重の算出にあたって、従来は、構造物の材質、構造物に存在する欠陥の深さや幅、欠陥間の距離等、多くのパラメータを用い、例えばコンピュータ等により解析的 に算出されていた。この算出は、欠陥が単独で存在する場合にしか適用できなかった。そこで、複数の欠陥が存在する場合には、これらの複数の欠陥が合体して単独の欠陥として存在していると考え、崩壊荷重が算出されていた。そのため、構造物の種類が異なったり、欠陥の部位や大きさが異なったりすると、崩壊荷重の算出が煩雑になったり、精度が低下することがあった。
【００１３】
そこで、本発明者らは、複数の欠陥が存在し、延性破壊する構造物における崩壊荷重について、従来よりも少ない種類のパラメータを用いて崩壊荷重を算出することにより、簡便かつ精度よく算出できることを見出した。
以下、はじめに、本実施形態の算出方法において用いるパラメータを説明する。次いで、後記する［３．本実施形態の崩壊荷重の算出方法及び算出装置］において、当該パラメータを用いた崩壊荷重の算出方法を説明する。
【００１４】
［２．本実施形態の算出方法に用いられるパラメータの決定方法］
図１は、本実施形態の崩壊荷重の算出方法を適用可能な欠陥を有する欠陥平板を示す図である。図１（ａ）は全体図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ部拡大図である。
図１（ａ）に示す欠陥平板１０（構造物）は、ｚ方向に貫通する平坦な欠陥２，３を有している。欠陥２，３は放電加工により平板１に導入され、欠陥平板１０が得られる。なお、以下の説明では、大きな変形を伴う延性破壊を対象とするため、これらの欠陥２，３の初期の隙間の厚さ は、崩壊荷重に影響を及ぼさないと仮定して無視した。 また、欠陥平板１０のｘ方向の長さ（幅）をＷ、ｚ方向の長さ（厚さ）をｔとする。
【００１５】
また、図１（ｂ）に示すように、欠陥２のｘ方向の長さをＬ１、ｚ方向の長さをａ１とする。さらに、欠陥３のｘ方向の長さをＬ２、ｚ方向の長さをａ２とする。また、欠陥２，３間のｘ方向の距離をＳ、ｙ方向の距離をＨとする。そうすると、欠陥２，３の距離Ｄは、以下の式（１）で定義される。
Ｄ＝（Ｈ２+Ｓ２）１／２  ・・・（１）
【００１６】
欠陥平板１０をｙ方向に向かって上下に引っ張った結果から、欠陥２，３から延性き裂が進展する時に最大荷重Ｐｍａｘが計測された。各パラメータ（Ｌ１、Ｌ２、Ｗ、ｔ、Ｈ、Ｓ及びＰｍａｘ）を変化させた各試験から最大荷重Ｐｍａｘを測定した。即ち、Ｐｍａｘは、崩壊荷重の実測値である。その結果を図２に示す。
【００１７】
図２は、引っ張り試験時の、各パラメータに対応する最大荷重Ｐｍａｘを示す表である。なお、試験番号１〜１２の欠陥平板１０は、溶接構造用圧延鋼材ＳＭ４００Ａにより構成されている。また、試験番号１３〜１６の欠陥平板１０は、オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４により構成されている。また、欠陥平板１０のｙ方向の長さｈは６００ｍｍであり、欠陥２，３のｚ方向の長さａ１＝ａ２はｔ（即ち欠陥２，３は欠陥平板１０を貫通している）である。
【００１８】
次に、極限荷重評価法を用いて、欠陥平板１０が延性破壊するときの崩壊荷重Ｐｃを算出した。即ち、Ｐｃは、崩壊荷重の計算値である。ちなみに、前記のように、崩壊荷重の実測値はＰｍａｘである。極限荷重評価法は、欠陥平板１０のｚｘ平面上のの実断面が流動応力σｆに達した時に、延性破壊に伴う欠陥２，３の崩壊が発生するとして評価するものである。例えば、欠陥２を含むｚｘ平面上の断面を考えると、欠陥２を含むzx平面上の欠陥平板１０の断面積全体をＡｔｏｔａｌ（＝Ｗ×ｔ）、欠陥２の断面積をＡｆｌａｗ（＝Ｌ１×ａ１）とすると、崩壊荷重Ｐｃは以下の式（２）で定義される。
Ｐｃ＝σｆ×（Ａｔｏｔａｌ−Ａｆｌａｗ）  ・・・（２）
【００１９】
ここで、流動応力σｆは工学的に様々に定義される。ただし、本実施形態では、欠陥平板１０から採取した引張試験片の物性を用いるものとする。具体的には、引張試験片の降伏応力σｙ又は０．２％耐力σ０．２と引張強さσｕとの平均値をσｆとして用いる。具体的なσｆは、試験番号１〜１２（ＳＭ４００Ａ製）では３７７ＭＰａ、試験番号１３〜１６（ＳＵＳ３０４製）では４６５ＭＰａとする。
【００２０】
ここで、試験番号１３〜１６について、欠陥２，３間の距離Ｈを、長さＬ１及びＬ２の平均値Ｌａｖｅで除した値（Ｈ／Ｌａｖｅ）と、最大荷重Ｐｍａｘ（図２参照）との関係をグラフにプロットした。
【００２１】
図３は、試験番号１３〜１６の結果をプロットしたグラフである。図３の結果より、Ｈ／Ｌａｖｅの値が基準値α以下のときには、Ｈ／Ｌａｖｅが小さくなる（即ちｙ方向の欠陥間距離が短くなる）にしたがって、Ｐｍａｘの値も小さくなる。一方で、Ｈ／Ｌａｖｅの値が基準値α以上になるときには、Ｈ／Ｌａｖｅの大きさによらず、Ｐｍａｘの値は略同じ値になることがわかった。
【００２２】
このことは、欠陥２，３の距離が近い（即ちＨ／Ｌａｖｅが小さい）場合には、欠陥２，３が合体して１個の欠陥になっているものと考えることができると言うことができる。そして、距離が近いほど、より合体して崩壊し易くなるため、崩壊荷重Ｐｍａｘは小さくなる傾向にある。一方で、欠陥２，３の距離が十分に離れている場合には、それぞれの欠陥２，３が独立しているものと考えることができる。従って、崩壊荷重Ｐｍａｘは、欠陥２，３のうちの崩壊荷重が小さい方の荷重に支配される。
【００２３】
これらのことを考慮し、最適な基準値α、及び、この基準値αを支配するパラメータを検討した。
【００２４】
具体的には、まず、欠陥２，３間の距離Ｈ、Ｓ及びＤに対して、欠陥２，３の最大長さＬｍａｘ、平均長さＬａｖｅ及び最小長さＬｍｉｎを組み合わせ、９個のパラメータとした。より具体的なパラメータとしては、Ｈ／Ｌｍａｘ、Ｈ／Ｌａｖｅ、Ｈ／Ｌｍｉｎ、Ｓ／Ｌｍａｘ、Ｓ／Ｌａｖｅ、Ｓ／Ｌｍｉｎ、Ｄ／Ｌｍａｘ、Ｄ／Ｌａｖｅ、Ｄ／Ｌｍｉｎである。なお、最大長さＬｍａｘは、Ｌ１及びＬ２のうちの長い方の長さである。また、平均長さＬａｖｅは、Ｌａｖｅ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／２で算出される値である。さらに、最小長さＬｍｉｎは、Ｌ１及びＬ２のうちの短い方の長さである。
【００２５】
前記したように、欠陥２，３間の距離により、崩壊荷重Ｐｃの大きさが変化する。そこで、前記式（２）で定義したＰｃに関し、欠陥２，３間の距離を考慮して式（２）を補正する。具体的には、これらの９個のパラメータのうち、任意のパラメータの値をＦとする。そして、Ｆが基準値α以下（Ｆ≦α）のとき、以下の式（３）により、崩壊荷重Ｐｓｉｎｇｌｅを算出する。この崩壊荷重Ｐｓｉｎｇｌｅは、欠陥が１個のみ存在すると仮定したときの、欠陥平板１０の崩壊荷重である。
Ｐｓｉｎｇｌｅ＝σｆ×（Ｗ×ｔ−Ｌ１×ａ１）  ・・・（３）
【００２６】
ここで、基準値αは、実験的に又は解析的に測定又は算出される値であり、例えば図３の例では、α＝１．２である。また、前記の式（３）では、欠陥２の方が小さい場合に適用されるが、欠陥３の方が小さい場合には、Ｌ１×ａ１に代えて、Ｌ２×ａ２を適用するものとする。さらに、同面積である場合には、当該面積がＬ１×ａ１に相当する。
【００２７】
また、Ｆ≦αであると、延性破壊時に一方の欠陥が他方の欠陥に影響を及ぼす。そのため、欠陥２，３がｙ方向の同一断面に存在すると仮定して、以下の式（４）により、崩壊荷重Ｐｍｕｌｔｉを算出する。この崩壊荷重Ｐｍｕｌｔｉは、同一断面に欠陥２，３が存在すると仮定するときの、欠陥平板１０の崩壊荷重である。
Ｐｍｕｌｔｉ＝σｆ×（Ｗ×ｔ−（Ｌ１×ａ１＋Ｌ２×ａ２））  ・・・（４）
【００２８】
算出されたＰｓｉｎｇｌｅ及びＰｍｕｌｔｉに基づき、以下の式（５）により、崩壊荷重Ｐｃを算出する。ちなみに、式（５）は、図３中の一点鎖線で示されるグラフに対応する。なお、式（５）中、Ｆは、前記９個のパラメータのうち、０ではない最小のパラメータである。
Ｐｃ＝（Ｐｓｉｎｇｌｅ−Ｐｍｕｌｔｉ）×Ｆ／α＋Ｐｍｕｌｔｉ  ・・・（５）
【００２９】
一方で、Ｆが所定の基準値以上（Ｆ＞α）であるときには、前記式（３）により算出された値（Ｐｓｉｎｇｌｅ；図３中の二点鎖線で示されるグラフに対応）を崩壊荷重Ｐｃとする。
【００３０】
以上の方法に従って、図２に示す１６個の各欠陥平板における前記９個のパラメータについて、算出される崩壊荷重Ｐｃの標準偏差が最小となるように基準値αを算出し、グラフ化した。その結果を図４に示す。
【００３１】
図４は、各パラメータに対応する標準偏差を示すグラフである。標準偏差は小さいほどばらつきが少なく、良好な結果である。
図４に示す結果から、垂直距離Ｈを用いた場合に標準偏差が最も小さく、精度が特によいことがわかった。また、直線距離Ｄを用いた場合にも良好な結果を示した。一方で、水平距離Ｓを用いた場合に標準偏差が最も大きく、精度がよくないことがわかった。そこで、以下の検討では、垂直距離Ｈ及び直線距離Ｄを用いた。
【００３２】
次に、垂直距離Ｈ及び直線距離Ｄに係る前記パラメータＦ（Ｈ／Ｌｍａｘ、Ｈ／Ｌａｖｅ、Ｈ／Ｌｍｉｎ、Ｄ／Ｌｍａｘ、Ｄ／Ｌａｖｅ及びＤ／Ｌｍｉｎ）のうち、特に精度が良好なパラメータを検討した。具体的には、前記の例では２個の欠陥が導入された欠陥平板について評価を行ったが、以下の検討では、３個の欠陥が導入された欠陥平板（欠陥は全て欠陥平板を貫通している）、及び、２個の欠陥が導入された欠陥平板（欠陥はいずれも欠陥平板を貫通していない）を用いた場合を例に評価を行った。なお、これらの欠陥平板については図示していない。
【００３３】
はじめに、前者の欠陥平板における３個の欠陥のうち、評価対象として、任意の１個の欠陥を選択した。そして、評価対象とする欠陥以外の２個の欠陥のうち、比較対象として、任意の１個の欠陥を選択した。そして、評価対象の欠陥及び比較対象の欠陥について、Ｆ≦αであるか否かを評価した。なお、このＦは、Ｈ／Ｌｍａｘ、Ｈ／Ｌａｖｅ、Ｈ／Ｌｍｉｎ、Ｄ／Ｌｍａｘ、Ｄ／Ｌａｖｅ及びＤ／Ｌｍｉｎの６個のパラメータである。また、αは、図３と同様のグラフを作成して実験により算出し、１．５に設定した。
【００３４】
ただし、Ｆ＝０、即ち、Ｈが０である場合、２個の欠陥は同一断面上にあることになる。そこで、このような場合には、前記式（３）により崩壊荷重Ｐｓｉｎｇｌｅを算出するにあたり、２個の欠陥を大きな１個の欠陥と考えた。即ち、式（３）中の「Ｌ１×ａ１」を２個の欠陥の合計面積に置換し、式（３）を計算した。同様にして、比較対象としていない残りの１個の欠陥についても、Ｆ≦αであるか否かを評価した。
【００３５】
比較対象の２個の欠陥のうち、Ｆ≦αとなった欠陥が１個以下の場合、前記した２個の欠陥２，３を導入した欠陥平板１０の崩壊荷重Ｐｃの算出方法と同様にし、崩壊荷重Ｐｃを算出した。具体的には、Ｆ＞αとなった比較対象の欠陥についてはＰｃ＝Ｐｓｉｎｇｌｅとして崩壊荷重Ｐｃを算出し、Ｆ≦αとなった比較対象の欠陥については、前記の式（３）〜式（５）を用いて崩壊荷重Ｐｃを算出した。
【００３６】
一方で、２個の欠陥がいずれもＦ≦αとなった場合、評価対象の欠陥及び２個の比較対象の欠陥はいずれも近接しており、２個の比較対象の欠陥はいずれも評価対象の欠陥の崩壊荷重に影響を及ぼすと考えられる。そこで、これらの３個の欠陥が全て同一面に存在すると仮定して、以下の式（６）により崩壊荷重Ｐｍｕｌｔｉを算出し、前記式（５）により崩壊荷重Ｐｃを算出した。なお、Ｌ３及びａ３は、欠陥２，３と同様、３個目の欠陥の寸法を表す。
Ｐｍｕｌｔｉ＝σｆ×（Ｗ×ｔ−（Ｌ１×ａ１＋Ｌ２×ａ２＋Ｌ３×ａ３））  ・・・（６）
【００３７】
また、同様にして、はじめに選択した任意の１個の欠陥以外の２個の欠陥を評価対象として、崩壊荷重Ｐｃの算出を行った。即ち、１つの欠陥平板について、崩壊荷重Ｐｃの算出を３回行った。そして、算出された崩壊荷重Ｐｃのうち、最小となる崩壊荷重Ｐｃを、その欠陥平板の崩壊荷重Ｐｃとした。さらに、２個の貫通していない欠陥を導入した欠陥平板についても崩壊荷重Ｐｃを同様にして算出した。
以上のようにして算出した崩壊荷重Ｐｃについて、図４の場合と同様に標準偏差を算出し、図５にグラフ化した。
【００３８】
図５は、各パラメータに対応する、算出された崩壊荷重Ｐｃについての標準偏差を示すグラフである。図５に示すように、欠陥の間隔Ｈを用いた場合にバラツキが少なく良好であり、中でも、欠陥Ｈを平均長さＬａｖｅで除した値（Ｈ／Ｌａｖｅ）を用いた場合に特に良好な結果が得られることがわかった。そこで、パラメータＦとして、欠陥Ｈを平均長さＬａｖｅで除した値（Ｈ／Ｌａｖｅ）を用い、崩壊荷重Ｐｃを算出した。一方で、同じ条件で、実際に崩壊荷重Ｐｍａｘを測定した。それらの結果を図６に示す。
【００３９】
図６は、実際に測定された崩壊荷重（Ｐｍａｘ）と、本実施形態の算出方法により算出された崩壊荷重（Ｐｃ）とを比較してプロットしたグラフである。図６の縦軸及び横軸の単位は、いずれもキロニュートン（ｋＮ）である。
【００４０】
このように、本実施形態の算出方法により算出された崩壊荷重Ｐｃを指標とすれば、精度よく欠陥の崩壊荷重を予測することができる。特に、本実施形態の算出方法によれば、構造物（欠陥平板１０等）の部材寸法、欠陥寸法、位置情報等の従来よりも少ないパラメータを用い、簡便に崩壊荷重を算出することができる。しかも、欠陥の数が多数存在する場合であっても、本実施形態の算出方法によれば、精度よく簡便に崩壊荷重を算出することができる。
【００４１】
［３．本実施形態の崩壊荷重の算出方法及び算出装置］
次に、本実施形態の崩壊荷重の算出方法を実施可能な算出装置について説明する。本実施形態の算出装置は、欠陥が複数存在し、前記欠陥から延性き裂が進展することによる延性破壊が想定される構造物における崩壊荷重を算出するものである。
【００４２】
図７は、本実施形態の崩壊荷重の算出方法を実施可能な算出装置１００を示す図である。図７（ａ）に示すように、算出装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０３と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１０４と、キーボード１０５と、ディスプレイ１０６とを備えている。そして、本実施形態の算出装置は、ＲＯＭ１０３やＨＤＤ１０４等に格納された所定のプログラムがＲＡＭ１０２等に展開され、ＣＰＵ１０１により実行されて具現化される。
【００４３】
図７（ｂ）に示すように、ＣＰＵ１０１（崩壊荷重評価部１０１）は、評価対象選択部１０１ａと、比較対象選択部１０１ｂと、基準値判定部１０１ｃと、面積算出部１０１ｄと、崩壊荷重算出部１０１ｅと、を備えて構成されている。また、ＨＤＤ１０４（記憶部１０４；ＲＯＭ１０３であってもよい）は、材料物性データベース（ＤＢ；以下同じ）１０４ａ、入力情報ＤＢ１０４ｂ、算出結果ＤＢ１０４ｃ及び崩壊荷重ＤＢ１０４ｄを備えて構成される。なお、本実施形態において、入力部１０５はキーボードであるが、マウスやテンキー等であってもよい。また、本実施形態において、出力部１０６はディスプレイであるが、モニタ等であってもよい。
【００４４】
なお、いずれも詳細は、図８を参照しながら後記するが、評価対象選択部１０１ａは、複数の欠陥のうちの任意の１個の欠陥を、評価対象として選択するものである。
また、比較対象選択部１０１ｂは、複数の欠陥のうちの、評価対象とした欠陥以外の任意の１個の欠陥を、比較対象として選択するものである。
さらに、基準値判定部１０１ｃは、評価対象の欠陥と比較対象の欠陥との距離であって、構造物の延性破壊が生じる方向の距離が、予め決定された正の基準値以下であるか否かを判定するものである。
そして、面積算出部１０１ｄは、基準値判定部１０１ｃが判定した距離が基準値以下である場合であって、延性破壊が生じる方向の距離が０である場合には、評価対象の欠陥の面積と比較対象の欠陥の面積との合計面積を算出し、延性破壊が生じる方向の距離が０でない場合には、評価対象の欠陥と前記比較対象の欠陥とを同一断面に投影し、投影された欠陥についての面積を算出するものである。
また、崩壊荷重算出部１０１ｅは、面積算出部１０１ｄが算出した面積に基づいて、前記複数の欠陥が崩壊するときの崩壊荷重を崩壊荷重算出部１０１ｅが算出するものである。
【００４５】
図８は、本実施形態の崩壊荷重の算出方法を示すフローチャートである。以下、図７及び図８を参照しながら、本実施形態の算出方法を説明する。
【００４６】
はじめに、入力部１０５に対して、構造物の寸法、構造物の材質、構造物に存在する欠陥の寸法や位置、負荷荷重の種類等の情報が入力される（ステップＳ１０１）。構造物の寸法としては、図１に示す欠陥平板１０であれば、厚さｔや幅Ｗ、高さｈ等である。また、欠陥の寸法や位置としては、図１に示す欠陥平板１０であれば、欠陥２，３の幅Ｌ１及びＬ２、ｚ方向の長さａ１及びａ２、欠陥間の距離Ｄ、Ｓ及びＨ等である。負荷荷重の種類としては、例えば引張負荷や曲げ負荷等の種類（負荷形態）である。
【００４７】
構造物の物性（強度等）は、入力された材質に対応して記憶部１０４に記憶されている材料物性ＤＢ１０４ａから読み出される。ただし、構造物の物性は、使用者が直接入力するようにしてもよい。
【００４８】
入力部１０５に入力された情報は、記憶部１０４の入力情報ＤＢ１０４ｂに記憶され、この入力情報ＤＢ１０４ｂを用いて、崩壊荷重評価部１０１は、崩壊荷重を算出する。具体的には、まず、評価対象選択部１０１ａは、入力情報ＤＢ１０４ｂの情報を用い、構造部に存在する複数の欠陥のうち、評価対象とする欠陥を１個選択する（ステップＳ１０２；評価対象選択ステップ）。次に、比較対象選択部１０１ｂは、残りの欠陥のうち、比較対象とする欠陥を１個選択する（ステップＳ１０３；比較対象選択ステップ）。
【００４９】
次いで、基準値判定部１０１ｃは、決定した２個の欠陥の高さ（図１のｙ方向）方向の位置が同じであるか否かを判定する。即ち、Ｈ／Ｌａｖｅ≦αであり、かつ、図１（ｂ）に示すＨが０であるか否か（即ち同一断面内にあるか否か）を判定する（ステップＳ１０４；基準値判定ステップ）。ここで、Ｌａｖｅは、決定した２個の欠陥の長さの平均値である。また、本実施形態においては、評価対象の欠陥と比較対象の欠陥との距離であって、構造物の延性破壊が生じる方向（ｙ方向）の距離がＨになる。従って、Ｈ／Ｌａｖｅ≦α、即ち、Ｈ≦α・／Ｌａｖｅ（予め定められた正の基準値）であるかを基準値判定部１０１ｃが判定する。
【００５０】
判定の結果、Ｈ＝０、即ち評価対象の欠陥と比較対象の欠陥とが同一断面上にある場合（Ｙｅｓ方向）、評価対象の欠陥の面積と比較対象の欠陥の面積とを合計し、当該合計面積を有する１個の大きな欠陥と考えることができる。そこで、面積算出部１０１ｄは、この１個の大きな欠陥の面積をＡｓｉｎｇｌｅとして算出し（ステップＳ１０６；面積算出ステップ）、ステップＳ１０９以降の計算に用いる。
【００５１】
一方、ステップＳ１０４での判定の結果、Ｈが０ではない場合、即ち評価対象の欠陥と比較対象の欠陥とが同一断面上にない場合（Ｎｏ方向）、基準値判定部１０１ｃは前記のステップＳ１０４と同様にして、所定の基準値αとＨ／Ｌａｖｅとを比較し、Ｈ／Ｌａｖｅ≦αを満たすか否かを判定する（ステップＳ１０５；基準値判定ステップ）。
【００５２】
判定の結果、Ｈ／Ｌａｖｅ≦αを満たす場合、（Ｙｅｓ方向）、評価対象の欠陥と比較対象の欠陥とは、その距離が近く、延性破壊する際に相互に影響を及ぼし、崩壊荷重Ｐｃに影響するものと考えることができる。そのため、評価対象の欠陥と比較対象の欠陥とを同一断面に投影し、１個の大きな欠陥と考えることができる。そこで、面積算出部１０１ｄは、投影された１個の大きな欠陥の面積をＡｍｕｌｔｉとして算出し（ステップＳ１０７；面積算出ステップ）、ステップＳ１０９以降の計算に用いる。
【００５３】
また、判定の結果、Ｈ／Ｌａｖｅ≦αを満たさない場合（Ｎｏ方向）、評価対象の欠陥と比較対象の欠陥とは十分に離れており、延性破壊する際に相互に影響を及ぼさないと考えることができる。そこで、ステップＳ１０６及びステップＳ１０７の算出は行われず、後記するステップＳ１０８に移行する。
【００５４】
なお、詳細は後記するが、ステップＳ１０６及びステップＳ１０７は、比較対象の欠陥毎に行われる。従って、例えば欠陥が全部で５個ある場合、評価対象の欠陥を１個固定すると、比較対象の欠陥は４個となり、この４個の欠陥毎にステップＳ１０６及びステップＳ１０７が行われる。そして、２回目以降のステップＳ１０６及びステップＳ１０７において、Ａｓｉｎｇｌｅ及びＡｍｕｌｔｉを算出する際には、前回までに算出されたＡｓｉｎｇｌｅ及びＡｍｕｌｔｉを用いて、新たなＡｓｉｎｇｌｅ及びＡｍｕｔｌｉを算出するものとする。
【００５５】
即ち、例えば、１個目の比較対象の欠陥が評価対象の欠陥と同一断面にある（Ｈ＝０）場合、１回目のフローではステップＳ１０６が行われてＡｓｉｎｇｌｅが算出される。そして、２個目の比較対象の欠陥が、Ｈ≠０であり、Ｈ／Ｌａｖｅ≦αを満たす場合、ステップＳ１０７が行われる。このとき、投影する欠陥としては、評価対象の欠陥、前記１個目の比較対象の欠陥、及び、２個目の比較対象の欠陥の３個となる。そして、投影された３個の欠陥について、重複部分は重複して加算することなく、投影された欠陥の面積をＡｍｕｌｔｉとするものとする。
【００５６】
ステップＳ１０５、ステップＳ１０６又はステップＳ１０７に次いで、ステップＳ１０８が行われる。ステップＳ１０８においては、全欠陥を比較対象としたか否かの判定が行われる。即ち、比較対象の欠陥が例えば４個ある場合、比較対象選択部１０１ｂは、ステップＳ１０４〜ステップＳ１０７のフローを４回行ったか否かを判定する。全ての比較対象の欠陥について前記フローが行われた場合には（Ｙｅｓ方向）、後記のステップＳ１０９以降が行われる。また、比較対象の欠陥であって、未だ前記フローを行っていない欠陥がある場合には、残りの欠陥について前記フローが行われる（Ｎｏ方向）。
【００５７】
ステップＳ１０９において、崩壊荷重算出部１０１ｅは、前記した式（３）及び式（４）を用いて、崩壊荷重Ｐｓｉｎｇｌｅ及びＰｍｕｌｔｉを算出する（ステップＳ１０９）。具体的には、以下の式（７）及び式（８）により算出される。
Ｐｓｉｎｇｌｅ＝σｆ×（Ｗ×ｔ−Ａｓｉｎｇｌｅ）  ・・・（７）
Ｐｍｕｌｔｉ＝σｆ×（Ｗ×ｔ−Ａｍｕｌｔｉ）  ・・・（８）
なお、Ａｓｉｎｇｌｅ及びＡｍｕｌｔｉは、前記ステップＳ１０６及びステップＳ１０７において決定したパラメータである。即ち、各評価対象の欠陥毎に決定されるパラメータである。
【００５８】
なお、ステップＳ１０５でＨ／Ｌａｖｅ≦αを満たさなかった比較対象の欠陥（即ち、Ｈ／Ｌａｖｅ＞αを満たす欠陥）については、前記のように、評価対象の欠陥に対し、崩壊荷重の影響を及ぼさないと考えることができる。そのため、前記のステップＳ１０６及びステップＳ１０７は行われず、Ａｓｉｎｇｌｅ及びＡｍｕｌｔｉは決定されない。そこで、ステップＳ１０９においては、前記式（７）及び式（８）を用いず、Ｐｓｉｎｇｌｅを当該比較対象の欠陥の面積、Ｐｍｕｌｔｉを０として、以下のステップＳ１１０が行われる。
【００５９】
そして、算出されたＰｓｉｎｇｌｅ及びＰｍｕｌｔｉ（前記のように、これらはステップＳ１０６及びステップＳ１０７（面積算出ステップ）において算出された値に基づき算出される）並びに前記式（５）を用い、崩壊荷重算出部１０１ｅは、崩壊荷重Ｐｃを算出する（ステップＳ１１０；崩壊荷重算出ステップ）。具体的には、以下の式（９）により算出される。なお、式（９）中、Ｐｃ，ｍｕｌｔｉは、Ｈ／Ｌａｖｅ＝０の時のＰｍｕｌｔｉであり、図３の番号１３のプロットに相当する。また、Ｈｍｉｎは、Ｈのうちの最短距離である。
Ｐｃ＝（Ｐｓｉｎｇｌｅ−Ｐｍｕｌｔｉ）×（Ｈｍｉｎ／Ｌａｖｅ）／α＋Ｐｃ，ｍｕｌｔｉ・・・（９）
【００６０】
前記のように、評価対象の欠陥と比較対象の欠陥との距離が短ければ短いほど、評価対象の欠陥についての崩壊荷重Ｐｃに影響を及ぼす。具体的には、ある評価対象の欠陥のうち、最も近い比較対象の欠陥により、崩壊荷重が支配される。そこで、式（９）では、最短距離Ｈｍｉｎを用い、比較対象の欠陥のうち、最も評価対象の欠陥に近接する比較対象の欠陥についての崩壊荷重Ｐｃを算出する。これにより、特に精度よく、崩壊荷重Ｐｃが算出される。
【００６１】
算出された崩壊荷重Ｐｃは、ステップＳ１０２で選択した評価対象の欠陥についての崩壊荷重である。詳細は後記するが、後記するステップＳ１１２において、各評価対象の欠陥に対応する崩壊荷重のうちの最小値が選択され、複数の欠陥が崩壊するときの崩壊荷重Ｐｃが決定される。算出された崩壊荷重Ｐｃは、記憶部１０４の算出結果ＤＢ１０４ｃに記憶される。
【００６２】
ステップＳ１１０が行われたあと、ステップＳ１１１が行われる。ステップＳ１１１においては、評価対象選択部１０１ａは、全ての欠陥について崩壊荷重を算出したかどうかを判定する。算出されていない欠陥が残っている場合（Ｎｏ方向）、算出されていない欠陥に対して、ステップＳ１０２〜Ｓ１１０が再度行われる。
【００６３】
構造物に含まれる全ての欠陥について崩壊荷重Ｐｃの算出が行われた後（Ｙｅｓ方向）、崩壊荷重算出部１０１ｅは、算出結果ＤＢ１０４ｃに記憶された各評価対象の欠陥に対応する崩壊荷重のうちの最小の崩壊荷重Ｐｃを選択し、記憶部１０４の崩壊荷重ＤＢ１０４ｄに出力する。それとともに、崩壊荷重算出部１０１ｅは、選択した崩壊荷重Ｐｃを出力部１０５に出力する（ステップＳ１１２）。出力部１０５に出力された崩壊荷重Ｐｃが、欠陥の延性破壊が生じない、構造物に対する引張強度の上限値となる。
【００６４】
このような算出装置１００によれば、構造物に欠陥が複数存在する場合に、当該構造物の延性破壊評価において従来必要とされていた、解析的な繰り返し計算を行わずに崩壊荷重を算出可能である。そのため、簡便に精度よく、延性破壊される構造物の崩壊荷重を算出することができる。
【００６５】
［４．変形例］
以上、本実施形態を具体例を挙げて説明したが、本実施形態は前記の内容に何ら限定されるものではない。
【００６６】
例えば、前記の実施形態において、評価対象の欠陥と比較対象の欠陥との距離として、構造物の延性破壊が生じる方向（図１のｙ方向）の距離Ｈを用いたが、これに限られず、構造物の延性破壊が生じる方向の成分を含む欠陥間の距離であってもよい。このような距離としては、例えば、図１に示す距離Ｄ（欠陥間の最短距離）等が挙げられる。特に、距離Ｄの方向は、前記した式（１）に示すように、構造物の延性破壊が生じる方向（図１のｙ方向）の成分（距離Ｈ）を含んでいる。そのため、このような距離Ｄを用いても、崩壊荷重を特に良好に算出することができる。また、これら以外のパラメータを用いてもよい。
【００６７】
また、前記の実施形態では、αとの比較対象として欠陥長さの平均値（Ｌａｖｅ）を用いたが、例えば最大値（Ｌｍａｘ）や最小値（Ｌｍｉｎ）等を用いてもよい。図４や図５に示すように、最大値や最小値を用いても、良好な結果を得ることができる。
【００６８】
また、欠陥の数はいくつであってもよい。特に、欠陥の数が多くなるほど、本実施形態の算出方法及び算出装置は好適である。
【００６９】
さらに、構造物中の欠陥の形状は、どのようなものであってもよい。図示の例では説明の簡略化のために、図１のｘ−ｙ平面に平行な断面で直線状としたが、例えば、湾曲していたり、波打っていたりしてもよい。どのような形状であっても、本実施形態の算出方法及び算出装置が好ましく適用可能である。
【００７０】
また、各値の算出やパラメータの決定は、前記の式や決定方法に何ら限定されるものではない。即ち、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、任意に変更して算出や計算可能である。
【００７１】
さらに、前記の例では、構造物として欠陥平板を挙げたが、構造物は例えば配管やタンク、各種手段等、どのようなものであっても同様に適用できる。
【符号の説明】
【００７２】
１  平板
２，３  欠陥
１０  欠陥平板
１００  算出装置
１０１  崩壊荷重評価部（演算部）
１０１ａ  評価対象選択部（演算部）
１０１ｂ  比較対象選択部（演算部）
１０１ｃ  基準値判定部（演算部）
１０１ｄ  面積算出部（演算部）
１０１ｅ  崩壊荷重算出部（演算部）
【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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