(57)【要約】【課題】  亀裂の進展に関する構造物内部の残留応力を求め得る構造物の欠陥評価方法を提供すること。【解決手段】  構造物１に生じた割れ２の発生、進展を評価する方法において、前記構造物の表面残留応力を測定し、前記表面残留応力から前記構造物の内部における残留応力の分布を計算し、前記表面および前記内部の各残留応力の分布を用いて応力腐食割れや疲労に起因する割れの発生および進展を予測し、前記構造物の健全性を評価する構造物の欠陥評価方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物に生じた割れの発生、進展を評価する方法において、
前記構造物の表面残留応力を測定し、
前記表面残留応力から前記構造物の内部における残留応力の分布を計算し、
前記表面および前記内部の各残留応力の分布を用いて応力腐食割れや疲労に起因する割れの発生および進展を予測し、前記構造物の健全性を評価する
構造物の欠陥評価方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記内部の残留応力の分布を、前記構造物の表面の残留応力と、前記残留応力の発生源と、前記構造物の表面に作用する表面力ベクトルと、それによる変位との関係式を解くことにより求める構造物の欠陥評価方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、
前記内部の残留応力を求める際に使用する関係式を、
前記残留応力の発生源と、前記構造物の表面に作用する表面力ベクトルと、前記構造物に発生している変位との関係を示す第１関係式と、
前記残留応力の発生源である物体力と、前記構造物の表面に作用する表面力ベクトルと、前記構造物に発生している変位と、前記構造物の表面における任意の位置における応力との関係を示す第２関係式との２つとし、
その２つの関係式を連立させて解くことにより残留応力を求めることを特徴とする構造物の欠陥評価方法。
【請求項４】
請求項２または３記載の方法において、
前記残留応力の発生源を物体力とすることを特徴とする構造物の欠陥評価方法。
【請求項５】
請求項２または３記載の方法において、
前記残留応力の発生源を作用する位置と大きさが等しく作用方向のみが反対である物体力対とすることを特徴とする構造物の欠陥評価方法。
【請求項６】
請求項２または３記載の方法において、
前記残留応力の発生源をひずみとすることを特徴とする構造物の欠陥評価方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、
前記表面の残留応力を、Ｘ線回折法、超音波法、レーザ等による画像処理による応力測定法等の非破壊的な方法で求める構造物の欠陥評価方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、
前記表面の残留応力を、切断や穴明け等により解放されたひずみを測定することにより求める構造物の欠陥評価方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法において、
前記残留応力を、製造時または運転中のある時点から断続的あるいは連続的に測定し、断続的あるいは連続的に前記構造物の亀裂発生および進展を評価する構造物の欠陥評価方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９記載の方法において、
前記残留応力の評価および欠陥発生、進展評価を、被測定物または被測定物と同様に製造され、同様のプラント運転環境で使用された構造物によって行う構造物の欠陥評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の健全性を評価する欠陥評価方法に係り、とくに欠陥評価に関わる残留応力評価により欠陥評価を行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プラント等を監視するシステムとして、図４および図５に示すような方法がある。図４は、特許文献１のプラント監視システムおよびそのシステムを備えたプラントを示しており、プラントの状態や運転を監視、診断するものである。また、図５は、特許文献２の予防保全方法および装置を示しており、機器の損傷の可能性を評価し優先度を決めることによりプラントの予防保全を行うものである。
【特許文献１】特開平6−331507号公報
【特許文献２】特開平9−33684号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これら特許文献１，２に記載された各技術は、プラントの評価を行うものではあるが、発生した亀裂の進展に関する内部の残留応力の導出方法が明らかではなく、欠陥評価が十分ではない。
【０００４】
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、亀裂の進展に関する内部の残留応力を求め得る構造物の欠陥評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、請求項１ないし１０に記載された構造物の欠陥評価方法を提供する。
【０００６】
請求項１記載の発明では、構造物に生じた割れの発生、進展を評価する方法において、前記構造物の表面残留応力を測定し、前記表面残留応力から前記構造物の内部における残留応力の分布を計算し、前記表面および前記内部の各残留応力の分布を用いて応力腐食割れや疲労に起因する割れの発生および進展を予測し、前記構造物の健全性を評価することを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明では、構造物の内部の残留応力分布を、構造物の表面の残留応力、
残留応力発生源、構造物の表面に作用する表面力ベクトルおよびそれによる変位の関係式を解くことにより求めることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明では、構造物の内部の残留応力を求める際に使用する関係式を、残留応力発生源、構造物の表面に作用する表面力ベクトルおよび物体に発生している変位の関係を示す第１関係式と、残留応力発生源である物体力、構造物の表面に作用する表面力ベクトル、物体に発生している変位および構造物の表面における任意の位置での応力の関係を示す第２関係式の２つとし、それら２つの関係式を連立させて解き残留応力を求めることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明では、請求項２または３の発明において、残留応力発生源を物体力とすることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明では、請求項２または３の発明において、残留応力発生源を作用する位置と大きさが等しく作用方向のみが反対である物体力対とすることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明では、請求項２または３の発明において、残留応力発生源をひずみとすることを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の発明では、請求項１の発明において、構造物の表面の残留応力をＸ線回折法、超音波法、レーザ等による画像処理による応力測定法等の非破壊的な方法で求めることを特徴とする。
【００１３】
請求項８記載の発明では、請求項１の発明において、構造物の表面の残留応力を切断や穴明け等により解放されたひずみを測定して求めることを特徴とする。
【００１４】
請求項９記載の発明では、請求項１の発明において、残留応力を製造時または運転中のある時点から断続的あるいは連続的に測定し、断続的あるいは連続的に構造物の亀裂発生および進展を評価することを特徴とする。
【００１５】
請求項１０記載の発明では、請求項１ないし９の発明において、前記残留応力の評価および欠陥発生、進展評価を、被測定構造物または被測定構造物と同様に製造され、同様のプラント運転環境で使用された構造物により行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は上述のように、構造物の表面の残留応力から構造物の内部の残留応力分布を計算し、構造物の表面および内部の残留応力分布を用いて応力腐食割れや疲労に起因する割れの発生および進展を予測するため、構造物の健全性を的確に評価することができる。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明に係る方法のステップ構成を示す説明図、図２は、亀裂２が発生した構造物である配管１に関して、本発明に係る方法で求めた残留応力分布を示す図、図３(a)，(b)は、本発明に係る方法で評価した亀裂深さの変化図である。
【００１８】
いま図２に示すように、配管１の外側溶接部３の近傍に欠陥、つまり亀裂２が発見された場合を想定する。この亀裂２の大きさが、今後の時間の経過とともにどのように変化するかによって補修計画が定まる。
【００１９】
配管１に亀裂２があっても、次回の検査まで配管が破壊せずに安全性が保たれ、亀裂２を補修せずに運転を継続することが可能な場合と補修を要する場合とがある。これを確認するために、欠陥評価を行う。
【００２０】
図１に示すように、まず亀裂２の大きさを、超音波探傷法等の非破壊検査によって同定する（Ｓ１）。次に、配管１の表面の残留応力を求めるために、表面の測定点４の残留応力をＸ線回折法による応力測定装置によって測定する（Ｓ２）。次いで、配管１の表面の残留応力分布から配管１の内部における残留応力発生源の大きさおよび分布を同定する（Ｓ３）。
【００２１】
残留応力の発生源および大きさを同定するためには、次の第１および第２の関係式を用いる。すなわち、ｉ) 配管に作用する力(配管を物体と見て、以下、物体力という。)と、配管の表面に作用するトラクションと、変位との関係を示す第１関係式、およびii）物体力と、配管の表面に作用するトラクションと、変位と、配管の内部における任意の位置の応力との関係を示す第２関係式、である。
【００２２】
これら第１および第２の両関係式において、残留応力発生源を物体力とし、配管表面における一致を条件として、第１関係式と第２関係式とを連立させて解く。
【００２３】
一般に、境界値問題では、物体つまり配管の表面に作用する既知（*印）のトラクションtj*、変位uj*、配管に作用する物体力bj、それらにより表面に発生するトラクションtj、および変位ujの間に、下式(１)が成立する。
uj*＝f１(tj*,uj*,tj,uj)＋f２(bj)                               (１)
【００２４】
ここで、tj、ujは未知境界量であり、物体力bjも未知である。したがって、配管を計算に使用する一領域である要素に分割して、第１関係式である式(１)を離散化することにより、表面上の未知の力tjと変位ujとを求めることができる。
【００２５】
既知になった表面上の全てのトラクションtj*、変位uj*０および物体力bj*から、配管内部の任意の位置における応力σを、次式(２)により計算することができる。
σ＝g１(tj*,uj*)+g２(bj*)                                      (２)
【００２６】
この式(２)を基にして、滑らかな配管表面の応力σsも下式(３)（第２関係式）により計算できる。
σs＝g１(tj*,uj*,tj,uj)+g２(bj)                                (３)
【００２７】
なお、配管表面に作用するトラクションと、配管表面の外向きベクトルn(n１,n２,n３)と応力成分σsijとの間には、下式(４)の関係がある。
ti＝σsijnj（i,j＝１,２,３）                                   (４)
【００２８】
本発明では、欠陥システムにより亀裂進展挙動を明らかにする際に必要な構造物内部の残留応力を、上記の原理を用いて求める。測定した配管表面の応力σsと配管表面のトラクションとの関係は、上式(４)で示される。既知の物体力bj*を未知の残留応力発生源と考えて、残留応力発生源を作用する位置および大きさが等しく、作用方向のみが反対である物体力対とし、上記した式(１)と式(３)とを連立させて、残留応力発生源bj*を同定する（Ｓ３）。
【００２９】
次に、既知になったbjを用いて、上式(２)により配管内部の任意位置の応力、すなわち図３に示すような内部残留応力分布を求める(Ｓ４)。求めた配管内部の残留応力分布と非破壊検査とにより同定した亀裂の大きさから、破壊力学パラメータである応力拡大係数を予め準備していた既存の式で評価する（Ｓ５）。
【００３０】
図３(a)，(b)は、その値に基づき、予め準備していた既存データベースや式に基づいて疲労亀裂の亀裂進展速度を求め、亀裂の大きさの変化を求めたものである。図３(a)は配管内部の残留応力分布を示しており、図３(b)は亀裂深さの変化を示している。
【００３１】
このようにして求めた亀裂の大きさから、破壊評価を行う（Ｓ６）。亀裂が構造物の安全性に及ぼす影響を評価し、補修の可否を維持規格等の規格に基づいて評価し（Ｓ７）、必要であれば図１に破線で示す亀裂の補修(Ｓ８)を行い、さらに必要に応じて、同様の手順（Ｓ１〜Ｓ７）を繰り返す。
【実施例２】
【００３２】
この実施例２では、残留応力発生源をひずみとする。実施例１における残留応力発生源では、作用する位置および大きさが等しく、作用方向のみが反対である物体力対とするのに対して、この実施例２では、残留応力発生源をひずみとして残留応力発生源を特定し、内部の残留応力を求める。
【実施例３】
【００３３】
この実施例３では、超音波法で残留応力を測定する。実施例１で配管表面の残留応力をＸ線回折法で測定するのに対して、この実施例３では、超音波法で残留応力を測定し内部の残留応力を求める。
【実施例４】
【００３４】
この実施例４では、画像処理により残留応力を求める。実施例１で配管表面の残留応力をＸ線回折法で測定するのに対して、この実施例４では、配管表面の残留応力をCCDカメラによる画像処理によって測定する。製造前の表面の画像と製造後の同じ位置の表面の画像との変化から、残留応力を求め内部の残留応力を求める。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施例における評価工程を示す図。
【図２】本発明によって評価すべき欠陥を有する配管の説明図。
【図３】図３(a)は板内部の残留応力分布を特性図、図３(b)は亀裂深さの変化を示す特性図。
【図４】従来のプラント用欠陥評価の一工程例を示す図。
【図５】従来のプラント用欠陥評価の他の工程例を示す図。
【符号の説明】
【００３６】
１  配管
２  亀裂
３  溶接部
４  残留応力測定点
【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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