(57)【要約】【課題】ウォータジェットピーニングの施工効率を高める。【解決手段】施工対象へのウォータジェットピーニングの施工条件を定める条件設定工程（Ｓ２）と、ノズルモデルから施工対象モデルへ液体を噴出させたときの噴流を解析して、施工対象モデルの表面における各位置での、液体の単位体積に含まれる気泡の体積率であるボイド率、及び液体の単位体積中で単位時間に崩壊する気泡の体積である崩壊率を求める解析工程（Ｓ６）と、各位置でのボイド率と崩壊率との積である衝撃圧相関値を求める衝撃圧相関値算出工程（Ｓ９）と、各位置での衝撃圧相関値から、施工対象モデルの表面上で衝撃圧相関値が予め定められた値より大きくなる有効処理範囲を求める範囲算出工程（Ｓ１０）と、を実行する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
施工対象へのウォータジェットピーニングの施工条件を定める条件設定工程と、
ノズルモデルから施工対象モデルへ液体を噴出させたときの噴流を、前記施工条件に応じて解析して、施工対象モデルの表面における各位置での、前記液体の単位体積に含まれる気泡の体積率であるボイド率、及び前記液体の単位体積中で単位時間に崩壊する前記気泡の体積である崩壊率を求める解析工程と、
前記各位置での前記ボイド率と前記崩壊率との積である衝撃圧相関値を求める衝撃圧相関値算出工程と、
前記各位置での前記衝撃圧相関値から、前記施工対象モデルの表面上で前記衝撃圧相関値が予め定められた値より大きくなる有効処理範囲を求める範囲算出工程と、
を実行するウォータジェットピーニングの事前評価方法。
【請求項２】
前記予め定められた値は０である、
請求項１に記載のウォータジェットピーニングの事前評価方法。
【請求項３】
前記範囲算出工程で求められた前記有効処理範囲が目的の処理範囲との関係で適切な範囲であるか否かを判断する判断工程を実行し、
前記判断工程で、前記範囲算出工程で求めた前記有効処理範囲が前記目的の処理範囲との関係で適切な範囲でないと判断すると、前記条件設定工程で定めた前記施工条件を変更してから、前記衝撃圧相関値算出工程及び前記範囲算出工程を再度実行する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のウォータジェットピーニングの事前評価方法。
【請求項４】
前記条件設定工程は、前記ノズルモデルの形状を特定するノズルモデル設定工程を含み、
前記判断工程で、前記範囲算出工程で求めた前記有効処理範囲が前記目的の処理範囲との関係で適切な範囲でないと判断すると、前記ノズルモデル設定工程で特定した前記ノズルモデルの形状を変更してから、前記衝撃圧相関値算出工程、前記範囲算出工程を再度実行する、
ことを特徴とする請求項３に記載のウォータジェットピーニングの事前評価方法。
【請求項５】
前記範囲算出工程で求めた前記有効処理範囲を出力する出力工程を実行する、
請求項１から４のいずれか一項に記載のウォータジェットピーニングの事前評価方法。
【請求項６】
請求項３又は４に記載のウォータジェットピーニングの事前評価方法を実行し、
前記判断工程で、前記範囲算出工程で求めた前記有効処理範囲が前記目的の処理範囲との関係で適切な範囲であると判断すると、前記条件設定工程で定めた前記施工条件で前記施工対象に対してウォータジェットピーニングを実行する、
ことを特徴とするウォータジェットピーニングの施工方法。
【請求項７】
施工対象へのウォータジェットピーニングの施工条件を受け付ける条件受付工程と、
ノズルモデルから施工対象モデルへ液体を噴出させたときの噴流を、前記施工条件に応じて解析して、施工対象モデルの表面における各位置での、前記液体の単位体積に含まれる気泡の体積率であるボイド率、及び前記液体の単位体積中で単位時間に崩壊する前記気泡の体積である崩壊率を求める解析工程と、
前記各位置での前記ボイド率と前記崩壊率との積である衝撃圧相関値を求める衝撃圧相関値算出工程と、
前記各位置での前記衝撃圧相関値から、前記施工対象モデルの表面上で前記衝撃圧相関値が予め定められた値より大きくなる有効処理範囲を求める範囲算出工程と、
をコンピュータに実行させるウォータジェットピーニングの事前評価プログラム。
【請求項８】
前記予め定められた値は０である、
請求項７に記載のウォータジェットピーニングの事前評価プログラム。
【請求項９】
前記施工対象モデルの表面上での目的の処理範囲を受け付ける目的範囲受付工程と、
前記範囲算出工程で求められた前記有効処理範囲が前記目的の処理範囲との関係で適切な範囲であるか否かを判断する判断工程と、を前記コンピュータに実行させ、
前記判断工程で、前記範囲算出工程で求められた前記有効処理範囲が前記目的の処理範囲との関係で適切な範囲でないと判断されると、前記条件受付工程を前記コンピュータに再度実行させてから、前記衝撃圧相関値算出工程及び前記範囲算出工程を前記コンピュータに再度実行させる、
請求項７又は８に記載のウォータジェットピーニングの事前評価プログラム。
【請求項１０】
前記条件設定工程は、前記ノズルモデルの形状を特定するノズルモデル設定工程を含み、
前記判断工程で、前記範囲算出工程で求められた前記有効処理範囲が前記目的の処理範囲との関係で適切な範囲でないと判断されると、前記ノズルモデル設定工程を前記コンピュータに再度実行させてから、前記衝撃圧相関値算出工程及び前範囲算出工程を前記コンピュータに再度実行させる、
請求項９に記載のウォータジェットピーニングの事前評価プログラム。
【請求項１１】
前記範囲算出工程で求められた前記有効処理範囲を前記コンピュータの出力装置から出力させる出力工程を前記コンピュータに実行させる、
請求項７から１０のいずれか一項に記載のウォータジェットピーニングの事前評価プログラム。
【請求項１２】
前記コンピュータと、
前記コンピュータにインストールされている請求項７から１１のいずれか一項に記載されたウォータジェットピーニングの事前評価プログラムと、
を備えているウォータジェットピーニングの事前評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォータジェットピーニングの事前評価方法、この方法を実行するためのプログラム、この方法を実行する装置、及びウォータジェットピーニングの施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物の応力腐食割れを抑制するため、この構造物に対してウォータジェットピーニング（以下、ＷＪＰとする）が施されることがある。このＷＪＰは、ノズルから構造物の表面に対して高圧水を噴射し、この高圧水中で発生する微細な気泡が崩壊することで生じる衝撃波を構造物の表面に当て、この衝撃波で表面を含む領域を塑性変形させ、この表面に生じている引張残留応力を圧縮残留応力に変換する技術である。
【０００３】
ＷＪＰを施工する部位は、多くの場合、水中に没しており、このＷＪＰの施工後に施工部位おける残留応力を計測できない。このため、以下の特許文献１では、施工部位の残留応力を予測する方法を開示している。この方法では、ノズルから噴出する噴流を解析して、気泡の気泡内圧と気泡数密度の予測結果に基づいて施工面上の気泡の崩壊圧を推定し、この崩壊圧を用いて施工面上の残留応力を予測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５０１１４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したように、ＷＪＰを施工する部位は、多くの場合、水中に没しており、このＷＪＰの施工後に施工部位おける残留応力を計測できないため、施工対象中の広い部位を施工する場合、ノズルから噴出する噴流が十分にオーバーラップするように、ノズルを走査している。よって、従来技術では、ＷＪＰの施工効率が低いという問題点がある。さらに、施工対象物の形状が複雑である場合には、実物模型を用いた施工条件や施工装置の仕様を決定する必要があり、施工条件等の決定に時間及び労力を要するという問題点もある。
【０００６】
そこで、本発明は、このような従来技術の問題点に着目し、施工条件や施工装置の仕様を迅速に決定して、ＷＪＰの施工効率を高めることができる技術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】
【０００７】
上記問題点を解決するための発明に係る一態様としてのＷＪＰの事前評価方法は、
施工対象へのＷＪＰの施工条件を定める条件設定工程と、ノズルモデルから施工対象モデルへ液体を噴出させたときの噴流を、前記施工条件に応じて解析して、施工対象モデルの表面における各位置での、前記液体の単位体積に含まれる気泡の体積率であるボイド率、及び前記液体の単位体積中で単位時間に崩壊する前記気泡の体積である崩壊率を求める解析工程と、前記各位置での前記ボイド率と前記崩壊率との積である衝撃圧相関値を求める衝撃圧相関値算出工程と、前記各位置での前記衝撃圧相関値から、前記施工対象モデルの表面上で前記衝撃圧相関値が予め定められた値より大きくなる有効処理範囲を求める範囲算出工程と、を実行する。
【０００８】
気泡のボイド率と気泡の崩壊率との積は、経験則として気泡が崩壊した際の衝撃圧に比例する。このため、気泡のボイド率と気泡の崩壊率との積は、衝撃圧相関値として扱うことができる。当該事前評価方法では、施工対象モデルの表面上の各位置での衝撃圧相関値から、施工対象モデルの表面上で衝撃圧相関値が予め定められた値より大きくなる有効処理範囲を求める。この有効処理範囲は、衝撃圧相関値が予め定められた値より大きい範囲であるから、有効なＷＪＰの処理が施される範囲となる。このように、当該事前評価方法では、施工対象物の表面上で有効な処理が施される範囲を推定することができるため、この推定された範囲に応じて、ＷＪＰの施工条件を定めることで、ＷＪＰの施工効率を高めることができる。
【０００９】
ここで、前記ＷＪＰの事前評価方法において、前記予め定められた値は０であってもよい。
【００１０】
また、以上のいずれかの前記ＷＪＰの事前評価方法において、前記範囲算出工程で求められた前記有効処理範囲が目的の処理範囲との関係で適切な範囲であるか否かを判断する判断工程を実行し、前記判断工程で、前記範囲算出工程で求めた前記有効処理範囲が前記目的の処理範囲との関係で適切な範囲でないと判断すると、前記条件設定工程で定めた前記施工条件を変更してから、前記衝撃圧相関値算出工程及び前記範囲算出工程を再度実行してもよい。
【００１１】
当該事前評価方法では、判断工程の判断結果に応じてＷＪＰの施工条件を繰り返して設定するので、より適切なＷＪＰの施工条件を設定することができる。
また、前記判断工程を実行する前記ＷＪＰの事前評価方法において、前記条件設定工程は、前記ノズルモデルの形状を特定するノズルモデル設定工程を含み、前記判断工程で、前記範囲算出工程で求めた前記有効処理範囲が前記目的の処理範囲との関係で適切な範囲でないと判断すると、前記ノズルモデル設定工程で特定した前記ノズルモデルの形状を変更してから、前記衝撃圧相関値算出工程、前記範囲算出工程を再度実行してもよい。
【００１２】
当該事前評価方法では、適切なノズルの形状を設定することができる。
【００１３】
また、以上のいずれかの前記ＷＪＰの事前評価方法において、前記範囲算出工程で求めた前記有効処理範囲を出力する出力工程を実行してもよい。
【００１４】
上記問題点を解決するための発明に係る一態様としてのＷＪＰの施工方法は、
前記判断工程を実行するいずれかの前記ＷＪＰの事前評価方法を実行し、前記判断工程で、前記範囲算出工程で求めた前記有効処理範囲が前記目的の処理範囲との関係で適切な範囲であると判断すると、前記条件設定工程で定めた前記施工条件で前記施工対象に対してＷＪＰを実行する。
【００１５】
上記問題点を解決するための発明に係る一態様としてのＷＪＰの事前評価プログラムは、
施工対象へのＷＪＰの施工条件を受け付ける条件受付工程と、ノズルモデルから施工対象モデルへ液体を噴出させたときの噴流を、前記施工条件に応じて解析して、施工対象モデルの表面における各位置での、前記液体の単位体積に含まれる気泡の体積率であるボイド率、及び前記液体の単位体積中で単位時間に崩壊する前記気泡の体積である崩壊率を求める解析工程と、前記各位置での前記ボイド率と前記崩壊率との積である衝撃圧相関値を求める衝撃圧相関値算出工程と、前記各位置での前記衝撃圧相関値から、前記施工対象モデルの表面上で前記衝撃圧相関値が予め定められた値より大きくなる有効処理範囲を求める範囲算出工程と、をコンピュータに実行させる。
【００１６】
ここで、前記ＷＪＰの事前評価プログラムにおいて、前記予め定められた値は０であってもよい。
【００１７】
また、以上のいずれかの前記ＷＪＰの事前評価プログラムにおいて、前記施工対象モデルの表面上での目的の処理範囲を受け付ける目的範囲受付工程と、前記範囲算出工程で求められた前記有効処理範囲が前記目的の処理範囲との関係で適切な範囲であるか否かを判断する判断工程と、を前記コンピュータに実行させ、前記判断工程で、前記範囲算出工程で求められた前記有効処理範囲が前記目的の処理範囲との関係で適切な範囲でないと判断されると、前記条件受付工程を前記コンピュータに再度実行させてから、前記衝撃圧相関値算出工程及び前記範囲算出工程を前記コンピュータに再度実行させてもよい。
【００１８】
また、前記判断工程を前記コンピュータに実行させるＷＪＰの事前評価プログラムにおいて、前記条件設定工程は、前記ノズルモデルの形状を特定するノズルモデル設定工程を含み、前記判断工程で、前記範囲算出工程で求められた前記有効処理範囲が前記目的の処理範囲との関係で適切な範囲でないと判断されると、前記ノズルモデル設定工程を前記コンピュータに再度実行させてから、前記衝撃圧相関値算出工程及び前範囲算出工程を前記コンピュータに再度実行させてもよい。
【００１９】
また、以上のいずれかの前記ＷＪＰの事前評価プログラムにおいて、前記範囲算出工程で求められた前記有効処理範囲を前記コンピュータの出力装置から出力させる出力工程を前記コンピュータに実行させてもよい。
【００２０】
上記問題点を解決するための発明に係る一態様としてのＷＪＰの事前評価装置は、
前記コンピュータと、前記コンピュータにインストールされている以上のいずれかの前記ＷＪＰの事前評価プログラムと、を備えている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、施工対象物の表面上で有効な処理が施される範囲を推定することができるため、試験によらず、この推定された範囲に応じてＷＪＰの施工条件を迅速に定めることができる。この結果、本発明によれば、ＷＪＰの施工効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る一実施形態におけるＷＪＰ事前評価装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明に係る一実施形態におけるＷＪＰの事前評価方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る一実施形態におけるノズル又はノズルモデルと施工対象物又は施工対象モデルとの関係を示す説明図である。
【図４】本発明に係る一実施形態におけるノズルの形状を示す説明図である。
【図５】本発明に係る一実施形態で、施工対象物（施工対象モデル）の表面が平面で、この平面の一点からの法線とノズル（ノズルモデル）の噴射軸とが重なっている場合における、衝撃圧相関値と実験で得た衝撃圧と実験で得た残留応力との関係を示すグラフである。
【図６】本発明に係る一実施形態における解析で得られた有効処理範囲の直径と実験で得られた衝撃圧が０より大きい領域の直径との関係を示すグラフである。
【図７】本発明に係る一実施形態における有効処理範囲と目的処理範囲との関係を示す説明図である。
【図８】本発明に係る一実施形態で、ノズルを走査する場合のノズル又はノズルモデルと施工対象物又は施工対象モデルとの関係を示す説明図である。
【図９】本発明に係る一実施形態で、ノズルを走査する場合の有効処理範囲と目的処理範囲との関係を示す説明図である。
【図１０】本発明に係る一実施形態の変形例におけるＷＪＰの事前評価方法の手順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】
【００２３】
以下、本発明に係る一実施形態及びその変形例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
「実施形態」
本発明の一実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。
【００２５】
本実施形態のＷＪＰ事前評価装置１０は、施工対象物にＷＪＰを施す前に、このＷＪＰの施工結果を事前に評価する装置である。このＷＪＰ事前評価装置１０は、図１に示すように、コンピュータであり、各種演算を行うＣＰＵ２０と、ＣＰＵ２０のワークエリア等になるメモリ１３と、ハードディスクドライブ装置等の補助記憶装置３０と、キーボードやマウス等の入力装置１１と、表示装置（出力装置）１２と、入力装置１１及び表示装置１２の入出力インタフェース１４と、ネットワークを介して外部と通信するための通信インタフェース１５と、ディスク型記憶媒体Ｄに対してデータの記憶処理や再生処理を行う記憶・再生装置１６と、を備えている。
【００２６】
補助記憶装置３０には、施工対象物へのＷＪＰの施工結果を事前に評価するためのＷＪＰ事前評価プログラム３４と、ＯＳ（Operating System）プログラム３７とが予め格納されている。すなわち、本実施形態のＷＪＰ事前評価装置１０は、コンピュータにＷＪＰ事前評価プログラム３４をインストールしたものである。ＷＪＰ事前評価プログラム３４は、ＷＪＰの施工で生じる噴流を解析する流れ解析モジュール３５と、この流れ解析モジュール３５での解析結果に基づいてＷＪＰによる処理範囲を求める処理範囲解析モジュール３６と、を有する。これらのプログラム３４,３７は、例えば、記憶・再生装置１６を介して、ディスク型記憶媒体Ｄから補助記憶装置３０に取り込まれる。なお、これらのプログラム３４,３７は、通信インタフェース１５を介して外部の装置から補助記憶装置３０に取り込まれてもよい。
【００２７】
補助記憶装置３０には、さらに、ＷＪＰ事前評価プログラム３４の実行過程で、各種データが格納される。具体的に、ＷＪＰの施工条件データ３１と、ＷＪＰの施工で生じる噴流の解析結果である流れ解析データ３２と、ＷＪＰの処理範囲データ３３とが格納される。
【００２８】
ＣＰＵ２０は、機能的に、流れ解析モジュール３５による噴流の解析に必要な各種パラメータを受け付けるパラメータ受付部２１と、ＷＪＰの施工条件を受け付ける条件受付部２２と、ＷＪＰの施工で生じる噴流を解析する流れ解析部２３と、施工対象物に関する目的の処理範囲を受け付ける目的範囲受付部２４と、噴流中に生じる気泡のボイド率及び崩壊率を求めるボイド率・崩壊率算出部２５と、施工対象の表面に加わるであろう衝撃圧の相関値を求める衝撃圧相関値算出部２６と、施工対象の表面上で有効な処理が施される範囲になるであろう有効処理範囲を求める範囲算出部２７と、有効処理範囲が目的処理範囲に対して適切な範囲であるか否かを判断する判断部２８と、有効処理範囲を表示装置１２に表示させる出力部２９と、を有する。
【００２９】
なお、ボイド率、崩壊率、衝撃圧相関値、有効処理範囲については、後ほど詳細に説明する。
【００３０】
ＣＰＵ２０の以上の各機能部は、いずれも、ＣＰＵ２０が補助記憶装置３０に格納されているＷＪＰ事前評価プログラム３４を実行することで機能する。より具体的には、ＷＪＰ事前評価プログラム３４の流れ解析モジュール３５の実行で、パラメータ受付部２１、条件受付部２２、流れ解析部２３が機能する。また、ＷＪＰ事前評価プログラム３４の処理範囲解析モジュール３６の実行で、目的範囲受付部２４、ボイド率・崩壊率算出部２５、衝撃圧相関値算出部２６、範囲算出部２７、判断部２８、出力部２９が機能する。
【００３１】
次に、図２に示すフローチャートに従って、本実施形態におけるＷＪＰの事前評価方法の実行手順について説明する。なお、以下では、説明を簡略化するため、施工対象物の表面は平面であり、この表面上の一点に向かってノズルから水を噴射するものとする。
【００３２】
まず、評価者は、ＷＪＰ事前評価装置１０の入力装置１１を操作して、流れ解析モジュール３５の各種パラメータを設定する。言い換えると、コンピュータであるＷＪＰ事前評価装置１０のパラメータ受付部２１は、流れ解析モジュール３５の各種パラメータを受け付ける（Ｓ１：プログラムのパラメータ設定工程（パラメータ受付工程））。
【００３３】
本実施形態の流れ解析モジュール３５は、乱流を数値解析するためのＬＥＳ（Large  Eddy  Simulation）モデルと、水と水中に存在する多数の気泡の挙動を数値解析するための２相流モデルと、気泡の発生や消滅等を含む気泡の挙動を数値解析するためのキャビテーションモデルを採用している。このパラメータ設定工程（Ｓ１）では、例えば、蒸発係数、凝縮係数、気泡核生成部位体積率、気泡径を設定する。また、このパラメータ設定工程（Ｓ１）では、雰囲気気圧（施工部位の水深）、水の密度及び粘性、飽和蒸気圧をＷＪＰ施工時におけるこれらの値と同じ値を設定する。さらに、このパラメータ設定工程（Ｓ１）では、蒸気が例えば理想気体であると仮定した蒸気の密度を設定する。
【００３４】
ＷＪＰ事前評価装置１０のパラメータ受付部２１は、これらのパラメータを受け付けると、メモリ１３上に展開されている流れ解析モジュール３５の該当箇所に、各パラメータを設定する。
【００３５】
次に、評価者は、ＷＪＰ事前評価装置１０の入力装置１１を操作して、ＷＪＰの施工条件をＷＪＰ事前評価装置１０に設定する。言い換えると、コンピュータであるＷＪＰ事前評価装置１０の条件受付部２２が、ＷＪＰの施工条件を受け付ける（Ｓ２：条件設定工程（条件受付工程））。この条件設定工程（Ｓ２）は、モデル設定工程（モデルの数値データ受付工程）（Ｓ３）と、ＷＪＰ実施条件設定工程（ＷＪＰ実施条件受付工程）（Ｓ４）とを含む。
【００３６】
モデル設定工程（Ｓ３）では、条件受付部２２が、施工対象物４０のモデルである施工対象モデル４５（図３参照）が存在する空間の座標系、この施工対象モデル４５を確定する数値データ、及び施工対象物４０に水を噴射するノズル５０のモデルであるノズルモデル５５（図３参照）を確定する数値データを受け付け、これらを施工条件データ３１の一部として補助記憶装置３０に格納する。
【００３７】
但し、前述したように、ここでは、施工対象物４０の表面が平面で、この平面の一点に向かってノズル５０から水が噴射されるので、モデル設定工程（Ｓ３）では、施工対象モデル４５の表面が平面であることを除いて、具体的な数値データを特に設定しない。
【００３８】
水を噴射するノズル５０は、例えば、図４に示すように、円柱形状の部材の一方の端面から他方の端面へ貫く噴射軸Ａｉに沿って流路が形成されているものである。一方の端面における流路の開口が入口５１ｉを成し、他方の端面における流路の開口が出口５１ｏを成す。この流路には、出口５１ｏ側に向かうに連れて流路径が次第に小さくなる縮径部５２と、縮径部５２で小さくなった流路径が維持される小径部５３と、小径部５３から出口５１ｏに向かうに連れて次第に流路径が大きくなる拡径部５４とがある。ノズルモデル５５は、以上で説明したノズル５０と同形状のモデルである。
【００３９】
モデル設定工程（Ｓ３）では、例えば、ノズル５０の入口流路径ｄｉ、小径部５３の流路径ｄｓ、出口流路径ｄｏ、噴射軸方向における縮径部５２の長さＮｉ、同方向における小径部５３の長さＮｓ、同方向における拡径部５４の長さＮｏを設定する。なお、本実施形態では、ノズル５０の形状として以上で説明した形状のものを用いているが、他の形状のものを用いてもよい。
【００４０】
モデル設定工程（Ｓ３）において設定する前述の座標系は、例えば、図３に示すように、ノズルモデル５５の噴射軸Ａｉと施工対象モデル４５の表面とが交差する点を原点とし、原点から噴射軸Ａｉが延びる方向をＺ軸、このＺ軸に垂直な軸をＸ軸、Ｚ軸及びＸ軸に垂直な軸をＹ軸とするＸＹＺ座標系である。なお、ＸＹＺ座標系は、ノズルモデル５５の初期位置における噴射軸Ａｉ上の出口５１ｏの位置を原点としてもよい。
【００４１】
ＷＪＰ実施条件設定工程（Ｓ４）では、条件受付部２２が、ＷＪＰ実施条件として、例えば、ノズル５０からの噴流の吐出圧、ノズル５０からの噴流の流量、噴流の噴射距離（ノズル５０の出口５１ｏから施工対象物４０の表面までの距離）Ｓ（図３参照）、ノズル５０の噴射軸Ａｉに対する施工対象物４０の表面の法線の角度θ、施工対象の表面の水深Ｄ、水の温度、ノズル５０からの水の噴射時間等を受け付け、これらを施工条件データ３１の一部として補助記憶装置３０に格納する。
【００４２】
条件設定工程（Ｓ２）が完了すると、評価者は、ＷＪＰ事前評価装置１０の入力装置１１を操作して、施工対象モデル４５の表面上に、ＷＪＰでの目的処理範囲を設定する（Ｓ５：目的処理範囲の設定工程（目的処理範囲の受付工程））。ここで、目的処理範囲とは、ＷＪＰを実行する施工対象の表面上で、例えば、残留応力が０以下になってほしい範囲である。なお、残留応力が正であるとは、この残留応力が引張残留応力でることを示し、残留応力が負であるとは、この残留応力が圧縮残留応力であることを示す。仮に、前述したように、施工対象物４０の表面が平面で、この平面の一点からの法線とノズル５０の噴射軸Ａｉとが重なっている場合（ノズル５０の噴射軸Ａｉが平面に対して垂直）、目的処理範囲Ｒｔは、図３及び図７に示すように、施工対象物４０の表面の一点である座標系の原点を中心として円形の領域となる。
【００４３】
目的処理範囲Ｒｔの設定工程（Ｓ５）が完了すると、ＷＪＰ事前評価装置１０によって、条件設定工程（Ｓ２）で設定された条件下での噴流の解析が実行される（Ｓ５：解析工程）。この解析工程（Ｓ６）は、流れ解析工程（Ｓ７）とボイド率及び崩壊率の算出工程（Ｓ８）を含む。
【００４４】
流れ解析工程（Ｓ７）では、流れ解析部２３が、条件設定工程（Ｓ２）で設定された条件下での噴流を解析して、施工対象モデル４５の表面上での各時刻における気泡の発生数及び気泡の消滅数を求め、この解析結果を流れ解析データ３２として補助記憶装置３０に格納する。
【００４５】
この流れ解析工程（Ｓ７）では、施工対象モデル４５の表面上での各時刻における気泡の発生数及び気泡の消滅数を以下のように求める。
【００４６】
パラメータ設定工程（Ｓ１）で設定した２相流モデル、およびキャビテーションモデルを使用して、条件設定工程（Ｓ２）にて設定された条件にて、非定常ＬＥＳ（Large  Eddy  Simulation）解析を実施する。解析は十分な統計情報が得られるまでの時間実施する。この解析は、例えば、ＡＮＳＹＳ社の解析コードＦＬＵＥＮＴ等の計算機能を用いて実施することができる。また、キャビテーションモデルについては、例えば、Ｐｈｉｌｉｐ Ｊ. Ｚｗａｒｔ, Ａｎｄｒｅｗ Ｇ. Ｇｅｒｂｅｒ, Ｔｈａｂｅｔ Ｂｅｌａｍｒｉ:“Ａ Ｔｗｏ―Ｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ Ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃｓ”ＩＣＭＦ ２００４ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ, Ｙｏｋｏｈａｍａ, Ｊａｐａｎ, Ｍａｙ ３０―Ｊｕｎｅ ３, ２００４ Ｐａｐｅｒ Ｎo.１５２にて述べられているものを使用することが可能である。
【００４７】
流れ解析工程（Ｓ７）が完了すると、ボイド率・崩壊率算出部２５が施工対象モデル４５の表面上の各位置での気泡に関するボイド率及び崩壊率を算出する（Ｓ８：ボイド率及び崩壊率の算出工程）。ここで、ボイド率とは、水の単位体積に含まれる気泡の体積率であり、崩壊率とは、水の単位体積中で単位時間に崩壊する気泡の体積である。ボイド率・崩壊率算出部２５は、補助記憶装置３０に格納されている流れ解析データ３２を用いて、施工対象モデル４５の表面上の各位置における水の単位体積中で、噴射時間中における気泡の単位時間毎の体積率を求める。そして、ボイド率・崩壊率算出部２５は、単位時間毎の体積率の平均値をボイド率とする。また、ボイド率・崩壊率算出部２５は、補助記憶装置３０に格納されている流れ解析データ３２を用いて、施工対象モデル４５の表面上の各位置における水の単位体積中で、各時刻における気泡の消滅数から、施工対象モデル４５の表面上の各位置における水の単位体積中で、該当時刻を含む単位時間で崩壊する気泡の体積を求める。そして、ボイド率・崩壊率算出部２５は、各単位時間で崩壊する気泡の体積の平均値を崩壊率とする。
【００４８】
解析工程（Ｓ６）が完了すると、衝撃圧相関値算出部２６が施工対象モデル４５の表面上の各位置での衝撃圧相関値を算出する（Ｓ９：衝撃圧相関値算出工程）。
【００４９】
衝撃圧Ｐは、経験則として、以下の式に示すように、気泡の崩壊率ηと、気泡のボイド率ｆと、水深と噴流の流量に依存する係数ｋの積で表すことができる。
Ｐ＝ｋ×η×ｆ
【００５０】
そこで、本実施形態では、衝撃圧相関値Ｐｃとして、気泡の崩壊率ηと気泡のボイド率ｆとの積を採用する。よって、衝撃圧相関値算出部２６は、施工対象モデル４５の表面上の該当位置でのボイド率と該当位置での崩壊率と掛けて、該当位置での衝撃圧相関値Ｐｃを求める。
【００５１】
施工対象モデル４５の表面上の各位置での衝撃圧相関値Ｐｃが算出されると、範囲算出部２７が、施工対象モデル４５の表面上で衝撃圧相関値Ｐｃが予め定められた値より大きくなる有効処理範囲を求める（Ｓ１０：有効処理範囲の算出工程）。ここでは、衝撃圧相関値Ｐｃが０より大きい範囲を有効処理範囲とする。
【００５２】
ここで、施工対象（施工対象モデル４５）の表面上における各位置での衝撃圧相関値（＝ボイド率×崩壊圧）Ｐｃと、実験で得た衝撃圧と、実験で得た残留応力との関係について、図５を用いて説明する。
【００５３】
施工対象物４０（施工対象モデル４５）の表面が平面で、この平面の一点からの法線とノズル５０の噴射軸Ａｉとが重なっている場合、図５に示すように、施工対象物４０の表面上であって、噴射軸Ａｉ上の点、つまりＸＹＺ座標系の原点からＸ軸方向の±ｘ１の位置までの範囲、及び原点からＹ軸方向の±ｙ１の位置までの範囲内では、衝撃圧相関値（＝ボイド率×崩壊圧）Ｐｃが０より大きくなる。このため、この場合、原点を中心として以上の範囲が有効処理範囲となる。
【００５４】
ここで、衝撃圧相関値（＝ボイド率×崩壊圧）Ｐｃが０より大きい有効処理範囲と、実験で得られた衝撃圧が０より大きい範囲との関係について、図６を用いて説明する。
【００５５】
図３に示すように、施工対象物４０の表面は平面であり、ノズル５０の噴射軸Ａｉに対する施工対象物４０の表面の法線の角度θが０°で、施工対象物４０の表面とノズル５０の噴射軸Ａｉとの交点の一点にノズル５０から水を噴射する場合、有効処理範囲及び衝撃圧が０より大きい範囲は、いずれも、施工対象物４０の表面とノズル５０の噴射軸Ａｉとの交点を中心とした円形の領域になる。この場合、図６に示すように、有効処理範囲の直径と、実験で得られた衝撃圧が０より大きい範囲の直径とは、ほぼ一致する。よって、衝撃圧相関値（＝ボイド率×崩壊圧）Ｐｃが０より大きい有効処理範囲を衝撃圧が０より大きい範囲として扱っても何ら問題はない。なお、この施工対象物４０は、ＸＪＰの施工前の表面における残留応力が、全面にわたって引張残留応力σ１となるよう予め加工されている。
【００５６】
この有効処理範囲内では、図５に示すように、実験で得られた衝撃圧が０よりも大きくなり、残留応力が０又は負の値、つまり残留応力が０又は圧縮残留応力になる。一方、ＸＹＺ座標系の原点からＸ軸方向の±ｘ１の位置よりも遠い範囲、及び原点からＹ軸方向の±ｙ１の位置よりも遠い範囲では、実験で得られる衝撃圧が実質的に０で、残留応力が正の値、つまり残留応力が引張残留応力になる。但し、原点からＸ軸方向の±ｘ１の位置よりも遠い範囲、及び原点からＹ軸方向の±ｙ１の位置よりも遠い範囲でも、±ｘ１の位置に近い範囲、及びＹ軸方向の±ｙ１に近い範囲では、ＷＪＰの施工前の残留応力σ１と比べて残留応力が減少している。これは実際に衝撃圧が発生していない領域においても、表面の塑性変形による残留応力場の影響が及ぶためである。なお、衝撃圧が実質的に０である範囲である、原点からＸ軸方向の±ｘ０の位置よりも近い範囲、及び原点からＹ軸方向の±ｙ０の位置よりも近い範囲でも、圧縮残留応力が得られているのは、上記理由による。引張残留応力は、原点から遠ざかるに連れて次第に大きくなり、ＸＹＺ座標系の原点からＸ軸方向の±ｘ２の位置、及び原点からＹ軸方向の±ｙ２の位置では、残留応力がＷＪＰの実施前と同じ値σ１になる。
【００５７】
以上のように、衝撃圧相関値（＝ボイド率×崩壊圧）Ｐｃが０より大きな範囲を有効処理範囲とすると、この範囲内では、残留応力が０又は圧縮残留応力になる。なお、衝撃圧相関値（＝ボイド率×崩壊圧）Ｐｃが０より大きい有効処理範囲と、残留応力が０又は圧縮残留応力になる範囲とが一致するという関係は、施工対象物の形状や施工条件が変化しても変わらない。また、有効処理範囲は、衝撃圧相関値（＝ボイド率×崩壊圧）Ｐｃが０より大きな正の値よりも大きな範囲であってもよい。この場合、この有効処理範囲内では、残留応力が圧縮残留応力のみになる。
【００５８】
以上のように、有効処理範囲が求められると、出力部２９は、例えば、図７に示すように、施工対象モデル４５の表面上に有効処理範囲Ｒｅ及び目的処理範囲Ｒｔを描いた画面を表示装置に表示させる（Ｓ１１：出力工程）。
【００５９】
表示装置に有効処理範囲Ｒｅ及び目的処理範囲Ｒｔが表示されると、判断部２８は、有効処理範囲Ｒｅが目的処理範囲Ｒｔに対して適切な範囲か否か、具体的には、有効処理範囲Ｒｅが目的処理範囲Ｒｔの全てを含むか否かを判断する（Ｓ１２：判断工程）。
【００６０】
判断部２８により、有効処理範囲Ｒｅが目的処理範囲Ｒｔの全てを含まず、有効処理範囲Ｒｅが適切な範囲ではないと判断されると、ＷＪＰ事前評価装置１０は、条件設定工程（Ｓ２）に戻る。評価者は、表示装置の表示内容を見て、ＷＪＰ事前評価装置１０の入力装置１１を操作し、ＷＪＰの施工条件をＷＪＰ事前評価装置１０に改めて設定する。
【００６１】
この条件設定工程（Ｓ２）では、基本的に、ＷＪＰ実施条件設定工程（Ｓ４）で、ＷＪＰ実施条件を変更する。但し、この条件設定工程（Ｓ２）では、必要に応じて、モデル設定工程（Ｓ３）で、ノズルモデル５５の形状データを変更してもよい。
【００６２】
この条件設定工程（Ｓ２）が完了すると、以上と同様に、ステップ５〜ステップ１２の処理が実行される。なお、目的処理範囲Ｒｔの設定工程（Ｓ５）では、改めて目的処理範囲Ｒｔを設定しなくてもよい。
【００６３】
判断部２８により、有効処理範囲Ｒｅが目的処理範囲Ｒｔに対して適切な範囲であると判断されると、ＷＪＰ事前評価が終了する。評価者は、その後、有効処理範囲Ｒｅが適切であると判断された際のＷＪＰの施工条件で、施工対象物４０に対してＷＪＰを施工する。
【００６４】
以上のように、本実施形態では、施工対象物４０にＷＪＰを施す前に、施工対象物４０の表面上で有効な処理が施される範囲を推定することができる。このため、本実施形態では、この推定された範囲に応じて、ＷＪＰの施工条件を定めることで、ＷＪＰの施工効率を高めることができる。
【００６５】
ところで、以上の実施形態は、施工対象物４０の表面の一点に向かってノズル５０から水を噴射する例である。しかしながら、実際には、施工対象物４０の表面に沿ってノズル５０を走査し、表面上の広い範囲にわたってＷＪＰを施すことが多い。そこで、施工対象物４０の表面に沿ってノズル５０を走査する例について、以下で簡単に説明する。
【００６６】
施工対象物４０の表面に沿ってノズル５０を走査する場合も、図２に示す手順と同様の手順でＷＪＰ事前評価が実行される。但し、条件設定工程（Ｓ２）、目的処理範囲の設定工程（Ｓ５）及び判断工程（Ｓ１２）での処理内容が、以上の実施形態と若干異なる。
【００６７】
条件設定工程（Ｓ２）のモデル設定工程（Ｓ３）では、条件受付部２２が施工対象モデル４５の形状を確定する数値データを受け付け、これを施工条件データ３１の一部として補助記憶装置３０に格納する。施工対象モデル４５の表面が平面である場合でも、ここでは、この平面の外枠を確定するため、外枠の位置座標を設定する。例えば、図８に示すように、平面の外枠形状が長方形である場合には、ＸＹＺ座標系で、長方形の各角４１の位置座標を設定する。なお、この場合も、ＸＹＺ座標系は、初期位置におけるノズルモデル５５の噴射軸Ａｉと施工対象モデル４５の表面とが交差する点を原点とし、この噴射軸ＡｉをＺ軸とする。但し、前述したように、ノズルモデル５５の初期位置における噴射軸Ａｉ上の出口５１ｏの位置を原点としてもよい。
【００６８】
条件設定工程（Ｓ２）のＷＪＰ実施条件設定工程（Ｓ４）では、条件受付部２２が、ＷＪＰ実施条件として、前述の場合と同様、ノズル５０からの噴流の吐出圧、ノズル５０からの噴流の流量、噴流の噴射距離（ノズル５０の出口５１ｏから施工対象物４０の表面までの距離）Ｓ、ノズル５０の噴射軸Ａｉに対する施工対象物４０の表面の法線の角度θ、施工対象の表面の水深Ｄ、水の温度を受け付け、これらを施工条件データ３１の一部として補助記憶装置３０に格納する。さらに、条件受付部２２は、前述のＸＹＺ座標系におけるノズル５０の移動経路Ｃ及びノズル５０の移動速度を受け付け、これらも施工条件データ３１の一部として補助記憶装置３０に格納する。なお、噴流の噴射距離Ｓは、ノズル５０の移動経路Ｃが定まれば、必然的に定まるので、この噴射距離Ｓを別途設定しなくてもよい。また、ノズル５０の噴射軸Ａｉに対する施工対象物４０の表面の法線の角度θがノズル５０の位置に応じて変化する場合には、ノズル５０の位置毎にこれを設定する。また、施工対象物４０の表面の水深Ｄとしては、例えば、ＸＹＺ座標系の原点の水深を設定する。
【００６９】
目的処理範囲Ｒｔの設定工程（Ｓ５）では、評価者は、図８及び図９に示すように、ＷＪＰ事前評価装置１０の入力装置１１を操作して、施工対象モデル４５の表面上で、移動するノズル５０の噴射軸Ａｉと施工対象モデル４５の表面との交点の軌跡Ｌに沿って、ＷＪＰでの目的処理範囲Ｒｔを設定する。
【００７０】
判断工程（Ｓ１２）では、前述の場合と同様、判断部２８により、有効処理範囲Ｒｅが目的処理範囲Ｒｔの全てを含むか否かを判断される。この判断工程（Ｓ１２ａ）では、さらに、有効処理範囲Ｒｅが目的処理範囲Ｒｔの全てを含むが、隣り合う有効処理範囲Ｒｅのオーバーラップ量ＯＬが予め定められた値以下であるか否かも、判断部２８により判断されてもよい。
【００７１】
例えば、図９に示すように、ノズル５０を（＋）Ｙ方向に走査した後、ノズル５０をＸ方向にシフトしてから（−）Ｙ方向に走査する場合、ノズル５０を（＋）Ｙ方向に走査したときの有効処理範囲Ｒｅと、ノズル５０を（−）Ｙ方向に走査したときの有効処理範囲Ｒｅとのオーバラップ量ＯＬが予め定められた値以下であるか否かについて、判断部２８により判断される。仮に、有効処理範囲Ｒｅが目的処理範囲Ｒｔの全てを含むものの、隣り合う有効処理範囲Ｒｅのオーバーラップ量ＯＬが予め定められた値より大きい場合には、有効処理範囲Ｒｅが適切でないとして、条件設定工程（Ｓ２）に戻る。
【００７２】
「変形例」
以上の実施形態では、目的処理範囲の設定工程（Ｓ４）を条件設定工程（Ｓ３）後であって、解析工程（Ｓ６）前に実施する。しかしながら、施工対象モデル４５の設定及びＸＹＺ座標系の設定後であって、判断工程（Ｓ１２）の前であれば、この目的処理範囲Ｒｔの設定工程（Ｓ４）をどの段階で実行してもよい。
【００７３】
以上の実施形態では、出力工程（Ｓ１１）を実施するが、この出力工程（Ｓ１１）を実施しなくてもよい。但し、評価者に対する便宜上、この出力工程（Ｓ１１）を実行することが好ましい。
【００７４】
以上の実施形態では、ＷＪＰ事前評価装置１０に対して、目的処理範囲の設定工程（Ｓ５）を実行し、この工程（Ｓ５）で設定された目的処理範囲Ｒｔに基づいて、ＷＪＰ事前評価装置１０が有効処理範囲Ｒｅに関する判断工程（Ｓ１２）を実行する。しかしながら、図１０のフローチャートに示すように、目的処理範囲の設定工程（Ｓ５）を実行せず、評価者自らが有効処理範囲Ｒｅに関する判断工程（Ｓ１２ａ）を実行し、有効処理範囲Ｒｅが不適切である場合に、条件設定工程（Ｓ２）に戻るようにしてもよい。なお、図１０中、二点破線で囲んだ処理は、ＷＪＰ事前評価装置１０での処理が実行される処理であり、二点破線で囲まれていない処理は、評価者自らが行う処理である。
【符号の説明】
【００７５】
１０：ＷＪＰ事前評価装置、１１：入力装置、１２：表示装置（出力装置）、１３：メモリ、２０：ＣＰＵ、２１：パラメータ受付部、２２：条件受付部、２３：流れ解析部、２４：目的範囲受付部、２５：ボイド率・崩壊率算出部、２６：衝撃圧相関値算出部、２７：範囲算出部、２８：判断部、２９：出力部、３０：補助記憶装置、３１：施工条件データ、３２：流れ解析データ、３３：処理範囲データ、３４：ＷＪＰ事前評価プログラム、３５：流れ解析モジュール、３６：処理範囲解析モジュール、４０：施工対象物、４５：施工対象モデル、５０：ノズル、５５：ノズルモデル
【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】
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【図１０】
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