(57)【要約】【課題】最大欠陥寸法を推定する際の安全率の設定基準を明確とし、所望の裕度を考慮した構造設計や強度評価が可能となる欠陥寸法推定方法及び装置を提供する。【解決手段】予め、複数の試験片を作成すると共に、各試験片に含まれる内在欠陥の最大欠陥寸法を求め、求めた各試験片の最大欠陥寸法に基づき、最大欠陥寸法と極値統計法に基づく分布関数との関係を表す極値統計グラフを作成しておき、この極値統計グラフを用いて、所望の分布関数の設定値に対する最大欠陥寸法を推定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め、複数の試験片を作成すると共に、各試験片に含まれる内在欠陥の最大欠陥寸法を求め、求めた各試験片の最大欠陥寸法に基づき、最大欠陥寸法と極値統計法に基づく分布関数との関係を表す極値統計グラフを作成しておき、
この極値統計グラフを用いて、所望の前記分布関数の設定値に対する最大欠陥寸法を推定することを特徴とする欠陥寸法推定方法。
【請求項２】
予め求めた複数の試験片に含まれる内在欠陥の最大欠陥寸法を入力する測定値入力部と、
該測定値入力部で入力された各試験片の最大欠陥寸法に基づき、最大欠陥寸法と極値統計法に基づく分布関数との関係を表す極値統計グラフを作成する極値統計グラフ作成部と、
所望の前記分布関数の設定値を入力する設定値入力部と、
前記極値統計グラフ作成部で作成した極値統計グラフを用いて、前記設定値入力部で入力された前記分布関数の設定値に対する最大欠陥寸法を推定する最大欠陥寸法推定部と、  を備えたことを特徴とする欠陥寸法推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳物材等に含まれる内在欠陥の最大欠陥寸法を推定する欠陥寸法推定方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複雑な形状を有する部材や大型の部材では、製作・製造の容易さから、一般に、機械加工や溶接ではなく、鋳物材が用いられている。
【０００３】
鋳物材では、作製した金型に金属を流し込めば任意の形状が得られるため、製作・製造が容易であるという利点があるが、金属の冷却過程において不純物や空気などが集中して金属が健全に固まりきれなかった領域、すなわち内在欠陥が発生してしまうという問題がある。これは、製造上避けられない問題であり、特に、製造する鋳物材の質量が大きくなると、内在欠陥が含まれてしまうことは避けられない。
【０００４】
内在欠陥が存在する鋳物材等の材料は、内在欠陥が存在しないか存在しても極めて小さい材料に比べて、その疲労強度が低下する。したがって、鋳物材において疲労などの材料強度を評価する際（例えば、構造健全性評価、余寿命評価を実施する際）、あるいは構造設計を実施する際には、内在欠陥の寸法を精度よく測定し、内在欠陥を考慮した評価を実施する必要がある。また、構造設計や強度評価を行う際には、内在欠陥のうち最も大きなものを起点として破壊が発生することから、評価対象材に含まれる最も大きな内在欠陥の寸法（以下、最大欠陥寸法という）を精度よく推定することが求められる。
【０００５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第０６／１１７８３７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ある材料に含まれる内在欠陥の寸法は、製作条件（熱処理条件）や寸法等の影響を大きく受けるため、同じ種類の材料であっても、最大欠陥寸法は大きく異なると考えられる。
【０００８】
しかしながら、従来、最大欠陥寸法を推定する方法は提案されておらず、経験や実績により設定された不明確な安全率（安全代）を含ませた最大欠陥寸法を用いるか、あるいは、十分に安全側となるように設定した最大欠陥寸法を用いて、構造設計や強度評価が行われていた。
【０００９】
不明確な安全率を含ませた最大欠陥寸法を用いる場合、安全率の設定基準が不明確であるため、構造設計や強度評価の際にどの程度の裕度が考慮されているのかが不明であるという問題がある。
【００１０】
また、十分に安全側となるように設定した最大欠陥寸法を用いる場合、当然ながら構造設計や強度評価においても過度に安全側の評価となる可能性があり、好ましくないという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、最大欠陥寸法を推定する際の安全率の設定基準を明確とし、所望の裕度を考慮した構造設計や強度評価が可能となる欠陥寸法推定方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、予め、複数の試験片を作成すると共に、各試験片に含まれる内在欠陥の最大欠陥寸法を求め、求めた各試験片の最大欠陥寸法に基づき、最大欠陥寸法と極値統計法に基づく分布関数との関係を表す極値統計グラフを作成しておき、この極値統計グラフを用いて、所望の前記分布関数の設定値に対する最大欠陥寸法を推定する欠陥寸法推定方法である。
【００１３】
また、本発明は、予め求めた複数の試験片に含まれる内在欠陥の最大欠陥寸法を入力する測定値入力部と、該測定値入力部で入力された各試験片の最大欠陥寸法に基づき、最大欠陥寸法と極値統計法に基づく分布関数との関係を表す極値統計グラフを作成する極値統計グラフ作成部と、所望の前記分布関数の設定値を入力する設定値入力部と、前記極値統計グラフ作成部で作成した極値統計グラフを用いて、前記設定値入力部で入力された前記分布関数の設定値に対する最大欠陥寸法を推定する最大欠陥寸法推定部と、を備えた欠陥寸法推定装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、最大欠陥寸法を推定する際の安全率の設定基準を明確とし、所望の裕度を考慮した構造設計や強度評価が可能となる欠陥寸法推定方法及び装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る欠陥寸法推定装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る欠陥寸法推定方法のフローチャートである。
【図３】本発明において、内在欠陥の欠陥寸法の一例を説明する図である。
【図４】本発明において、極値統計グラフの一例を示すグラフ図である。
【図５】本発明において、極値統計グラフの一例を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１７】
まず、本実施の形態に係る欠陥寸法推定方法に用いる欠陥寸法推定装置について説明する。
【００１８】
図１に示すように、欠陥寸法推定装置１は、測定値入力部２、測定値記憶部３、極値統計グラフ作成部４、グラフ記憶部５、評価対象材選択部６、設定値入力部７、最大欠陥寸法推定部８、および出力部９を備えている。
【００１９】
測定値入力部２では、予め求めた複数の試験片に含まれる内在欠陥の最大欠陥寸法を入力する。また、測定値入力部２では、製作条件として、試験片に用いた材料、熱処理条件、試験片の寸法（試験部の断面積（試験片の評価面積ともいう））を入力する。なお、本実施の形態では、評価対象材が鋳物材である場合を説明する。そのため、試験片としても鋳物材の試験片を用いる。
【００２０】
測定値記憶部３は、製作条件ごと（試験片に用いた材料ごと、かつ熱処理条件ごと、かつ試験片の寸法ごと）に整理して、測定値入力部２で入力された各試験片の最大欠陥寸法を記憶する。
【００２１】
極値統計グラフ作成部４は、製作条件ごとに、測定値記憶部３で記憶された各試験片の最大欠陥寸法に基づき、最大欠陥寸法と極値統計法に基づく分布関数との関係を表す極値統計グラフを作成する。極値統計法に基づく分布関数、および極値統計グラフの詳細については後述する。
【００２２】
グラフ記憶部５は、極値統計グラフ作成部４で作成した極値統計グラフを記憶する。
【００２３】
評価対象材選択部６では、評価対象材の材料、熱処理条件、寸法を選択する。選択肢については、予め設定しておくようにしてもよいし、測定値記憶部３（あるいはグラフ記憶部５）に記憶されている製作条件を表示するようにしてもよい。
【００２４】
設定値入力部７では、所望の分布関数の設定値を入力する。
【００２５】
最大欠陥寸法推定部８は、極値統計グラフ作成部４で作成されグラフ記憶部５に記憶された極値統計グラフのうち、評価対象材選択部６で選択された材料、熱処理条件、寸法の極値統計グラフを用いて、設定値入力部７で入力された分布関数の設定値に対する最大欠陥寸法を推定する。
【００２６】
出力部９は、最大欠陥寸法推定部８で推定した最大欠陥寸法を、図示しない表示器などに出力する。
【００２７】
これら測定値入力部２、測定値記憶部３、極値統計グラフ作成部４、グラフ記憶部５、評価対象材選択部６、設定値入力部７、最大欠陥寸法推定部８、および出力部９は、インターフェイス、メモリ、ＣＰＵ、ソフトウェアなどを適宜組み合わせて実現される。
【００２８】
次に、本実施の形態に係る欠陥寸法推定方法を、欠陥寸法推定装置１の動作と共に説明する。
【００２９】
図２に示すように、本実施の形態に係る欠陥寸法推定方法では、まず、各試験片の最大欠陥寸法を入力する（ステップＳ１）。
【００３０】
具体的には、複数の試験片を作成すると共に、各試験片に含まれる内在欠陥の最大欠陥寸法を求め、求めた各試験片の最大欠陥寸法と、試験片に用いた材料、熱処理条件、試験片の寸法を、製作条件として測定値入力部２に入力する。
【００３１】
図３に示すように、内在欠陥３１は、一般に複雑な形状となっているので、本実施の形態では、欠陥寸法（最大欠陥寸法）として、内在欠陥３１全体を包含するような楕円のき裂を設定したときの楕円のき裂の長軸ｄを用いることとした。欠陥寸法としては、これに限らず、例えば、内在欠陥３１の面積や、体積などを用いてもよく、最終的な評価や設計に応じて、どのパラメータを用いるかを適宜選択することができる。
【００３２】
各試験片に含まれる内在欠陥の最大欠陥寸法を求める方法については、特に限定するものではないが、例えば、疲労試験では最も大きい内在欠陥を起点として破壊が発生することから、疲労試験にて試験片が破断したときの破断面における最大の内在欠陥の寸法を測定することで、最大欠陥寸法を求めることができる。
【００３３】
測定値入力部２に入力された各試験片の最大欠陥寸法は、製作条件ごとに整理されて測定値記憶部３に記憶される。
【００３４】
その後、測定値記憶部３に記憶された各試験片の最大欠陥寸法に基づき、最大欠陥寸法と極値統計法に基づく分布関数との関係を表す極値統計グラフを作成する（ステップＳ２）。
【００３５】
ステップＳ２では、まず、極値統計グラフ作成部４が、測定値記憶部３に記憶された各試験片の最大欠陥寸法のデータに、最大欠陥寸法を昇順に並べたときの順位（小さい順に並べたときの順位）を付与し、その後、付与した順位に相当する極値統計法に基づく分布関数を求める。本実施の形態では、極値統計法に基づく分布関数として、下式（１）
Ｆi＝ｉ／（ｎ＋１）×１００      ・・・（１）
但し、ｎ：最大欠陥寸法のデータ数
ｉ：最大欠陥寸法を昇順に並べたときの順位（ｉ＝１〜ｎ）
で表される存在頻度（破壊確率）を用いる場合を説明する。なお、式（１）で表される存在頻度は、累積分布関数、トーマス分率など種々の呼称があるが、ここでは存在頻度として統一する。
【００３６】
極値統計グラフ作成部４は、得られた最大欠陥寸法と存在頻度の関係をグラフにプロットし、最小二乗法など公知の方法を用いて最大欠陥寸法と存在頻度の関係式を求める。
【００３７】
ステップＳ２で得られる極値統計グラフの一例を図４に示す。図４に示すように、最大欠陥寸法と存在頻度の関係は直線関係で表すことができる。図４のような極値統計グラフを作成することにより、例えば、最大欠陥寸法がＸ（ｍｍ）以下である可能性（つまり存在頻度（％））を知ることができ、逆に、設定した所望の存在頻度に対応する最大欠陥寸法を知ることができる。極値統計グラフ作成部４で作成した極値統計グラフは、製作条件ごとにグラフ記憶部５に記憶される。
【００３８】
その後、評価対象材選択部６にて評価対象材の製作条件（材料、熱処理条件、寸法）を選択すると共に、設定値入力部７にて所望の存在頻度の設定値を入力する（ステップＳ３）。
【００３９】
ステップＳ３で評価対象材の製作条件の選択、存在頻度の設定値の入力を行った後、最大欠陥寸法の推定を行う（ステップＳ４）。
【００４０】
ステップＳ４では、最大欠陥寸法推定部８が、評価対象材選択部６で選択された製作条件に対応する極値統計グラフをグラフ記憶部５から読み出し、その読み出した極値統計グラフを用いて、設定値入力部７にて入力された存在頻度の設定値に対応する最大欠陥寸法を求める。最大欠陥寸法推定部８で求めた最大欠陥寸法は、出力部９を介して表示器などに出力される。
【００４１】
以上により、所望の存在頻度の設定値における、評価対象材の最大欠陥寸法が推定される。推定した最大欠陥寸法は、評価対象材の構造設計や強度評価に用いられる。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態に係る欠陥寸法推定方法では、予め、複数の試験片を作成すると共に、各試験片に含まれる内在欠陥の最大欠陥寸法を求め、求めた各試験片の最大欠陥寸法に基づき、最大欠陥寸法と極値統計法に基づく分布関数（ここでは存在頻度）との関係を表す極値統計グラフを作成しておき、この極値統計グラフを用いて、所望の分布関数（ここでは存在頻度）の設定値に対する最大欠陥寸法を推定している。
【００４３】
従来は、最大欠陥寸法を推定する方法がなかったため、経験や実績により設定された不明確な安全率を含ませた最大欠陥寸法を用いるか、あるいは十分に安全側となるように設定した最大欠陥寸法を用いて構造設計や強度評価を行うしかなかった。
【００４４】
これに対して、本発明では、設計者（あるいは評価者）が設定した任意の存在頻度に対する最大欠陥寸法を推定することができるので、安全率の設定基準が明確となり、その結果、所望の裕度を考慮した適切な構造設計や強度評価を行うことが可能になる。換言すれば、本発明では、考慮する存在頻度（破壊確率）に応じた最大欠陥寸法を推定することができ、その結果、定量的な安全率が考慮された構造設計および強度評価が可能になり、特に、疲労強度評価、き裂進展解析等、最大欠陥寸法に強く依存する破壊現象の評価について、信頼性のある結果を得ることが期待できる。
【００４５】
上記実施の形態では、極値統計法に基づく分布関数として存在頻度を用いたが、これに限らず、下式（２）
ｙi＝−ｌｎ［−ｌｎ｛ｉ／（ｎ＋１）｝］      ・・・（２）
但し、ｎ：最大欠陥寸法のデータ数
ｉ：最大欠陥寸法を昇順に並べたときの順位（ｉ＝１〜ｎ）
で表される基準化変数（二重指数分布）を用いてもよいし、下式（３）
Ｐi＝（２ｉ−１）／２ｎ      ・・・（３）
但し、ｎ：最大欠陥寸法のデータ数
ｉ：最大欠陥寸法を昇順に並べたときの順位（ｉ＝１〜ｎ）
で表されるハーゼン分率を用いてもよい。ただし、極値統計法に基づく分布関数としては、最大欠陥寸法と極値統計法に基づく分布関数との関係をプロットしたときに、直線関係となるものを用いる必要がある。
【００４６】
特に、式（２）で表される基準化変数を用いる場合、基準化変数は下式（４）
Ｔ＝（Ａ＋Ａ0）／Ａ0      ・・・（４）
但し、Ａ：評価対象材の評価面積（危険面積）
Ａ0：試験片の評価面積（試験部の断面積）
で表される再現期間Ｔを用いて、下式（５）
ｙ＝−ｌｎ［−ｌｎ｛（Ｔ−１）／Ｔ｝］      ・・・（５）
のように表現することができるので、評価対象材の評価面積を考慮して最大欠陥寸法を推定することが可能となる。
【００４７】
具体的には、例えば、評価面積Ａ0の試験片を用いて図５に示すような極値統計グラフが得られた場合、評価対象材の評価面積Ａを式（４）に代入して再現期間Ｔを算出すると共に、得られた再現期間Ｔを式（５）に代入して基準化変数ｙを求め、得られた基準化変数ｙに対応する最大欠陥寸法を、極値統計グラフから求める。これにより、評価対象材の評価面積Ａを考慮した最大欠陥寸法を推定することが可能となる。
【００４８】
また、上記実施の形態では、鋳物材の最大欠陥寸法を推定する場合を説明したが、これに限らず、例えば、内在欠陥を含む溶接部分、あるいは使用により内部に欠陥が生じてしまうような構造物等にも、本発明は適用可能である。
【００４９】
このように、本発明は上記実施の形態に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で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５０】
１  欠陥寸法推定装置
２  測定値入力部
３  測定値記憶部
４  極値統計グラフ作成部
５  グラフ記憶部
６  評価対象材選択部
７  設定値入力部
８  最大欠陥寸法推定部
９  出力部
【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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