(57)【要約】  本発明の目的は、曲げ負荷を受ける円筒構造物に複数個の欠陥が生じている場合に、延性破壊に対して、簡便な構造物の崩壊荷重の評価方法および装置を提供することにある。本発明は、複数個の欠陥のうち最大の面積を有する欠陥を単一欠陥として崩壊荷重を算出した結果と、複数個の欠陥を複数個の欠陥に相当する貫通欠陥に置き換えて崩壊荷重を算出した結果とを比較して、最小の崩壊荷重を構造物の崩壊荷重とすることを特徴とする評価方法および装置である。
2015122000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の周方向欠陥が存在する円筒構造物が曲げ負荷を受けた場合の延性破壊の評価方法において、
前記円筒構造物の同一面内の複数個の欠陥の中で最大の面積を有する欠陥を単一欠陥と見なして算出した第一の崩壊荷重と、
前記円筒構造物の同一面内の複数個の欠陥を複数個の欠陥に相当する対称な貫通欠陥にモデル化して算出した第二の崩壊荷重と、
前記第一及び第二の崩壊荷重を比較して、最小となる崩壊荷重を円筒構造物の崩壊荷重とすることを特徴とする延性破壊の評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載の延性破壊の評価方法において、
前記曲げ負荷の回転軸について、前記複数欠陥が存在する周方向断面内の引張応力が支配的となる１８０度の領域に存在する、前記複数欠陥の面積の合計が最大となる範囲に存在する前記複数欠陥のみを考慮することを特徴とする延性破壊の評価方法。
【請求項３】
複数個の周方向欠陥が存在する円筒構造物が曲げ負荷を受けた場合の延性破壊の評価装置において、
前記複数の欠陥のうちの最大の面積を有する欠陥を選択して崩壊荷重を算出および前記複数欠陥を複数の貫通欠陥にモデル化して崩壊荷重を算出する崩壊荷重演算部と、
前記算出した崩壊荷重の最小値を選択する崩壊荷重判定部を備えることを特徴とする、延性破壊の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過大な曲げ負荷を受けた際の損傷モードとして延性破壊が想定される円筒構造物における崩壊荷重の評価方法および装置に関する。
【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、溶接が広く利用されている。そして、溶接による溶接部近傍には、残留応力が発生することがある。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、同一面または近接する箇所に複数個の亀裂状の欠陥が生じることがある。この複数個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、複数個の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、配管の破壊評価装置において、いずれかの横断面を評価対象に設定する設定部と、横断面に存在するき裂の領域を設定する設定部と、配管に作用する曲げモーメントに対する中立軸を設定する設定部と、中立軸の方位を変更する変更部と、中立軸に対応する曲げモーメントが作用する場合の亀裂の前縁に沿う破壊力学パラメータを演算する演算部と、破壊力学パラメータの分布曲線の極大値を検出する検出部と、極大値が最大値を取り得る評価用中立軸を選択する選択部と、評価用中立軸に対応する曲げモーメントの作用による破壊について評価する評価部と、を備えることで、管の健全性を評価するにあたり過度な保守性を排除して、現実的で合理的な配管の破壊評価技術が提供され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２０１１−２７４９３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、複数個の欠陥が生じることがある。曲げ負荷を受ける円筒構造物に複数個の欠陥が存在する場合、曲げ負荷の方向により破壊に至る崩壊荷重の値が異なる。このため、特許文献１では、複数個の欠陥が存在する配管の破壊評価において、曲げモーメントに対する中立軸を設定して、この中立軸の方位を変更して、変更した各中立軸に対して破壊力学パラメータを演算している。特許文献１に記載の技術においては、適切な破壊評価の結果を得るためには、最もクリティカルな欠陥に対して、１０以上１００以下となる程度の繰り返し計算が必要とされる。ただし、構造物に存在する欠陥の数が増加するほど、欠陥同士の位置関係が破壊時の崩壊荷重に影響するため、クリティカルな欠陥を判断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、曲げ負荷を受ける円筒構造物に複数個の欠陥が生じている場合に、延性破壊に対して、簡便な構造物の崩壊荷重の評価方法およ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】
【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、複数個の欠陥のうち最大の面積を有する欠陥を単一欠陥として崩壊荷重を算出した結果と、複数個の欠陥を複数個の欠陥に相当する貫通欠陥に置き換えて崩壊荷重を算出した結果を比較して、最小の崩壊荷重を構造物の崩壊荷重と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、曲げ負荷を受けて円筒構造物に複数個の欠陥が生じている場合の延性破壊に対して崩壊荷重の評価方法および装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の延性破壊の評価方法を適用可能な欠陥を有する円筒を示す図である。
【図２】２個の欠陥に対する相当貫通欠陥のモデル化方法を示す図である。
【図３】欠陥を有する円筒が曲げ負荷により延性破壊する際の応力状態を示す図である。
【図４】延性破壊の評価方法において、複数個の欠陥のうち評価対象とする欠陥の決定方法を示す図である。
【図５】引張応力が支配的となる１８０度の領域に存在する欠陥のみを考慮する妥当性を示すための例題を示す図である。
【図６】図５の欠陥を有する円筒に対する例題の評価条件を示す表である。
【図７】図５の欠陥を有する円筒に対する例題の評価結果を示すグラフである。
【図８】複数個の欠陥に対して２個の対称な欠陥にモデル化する方法を示す図である。
【図９】複数個の欠陥に対して３個の対称な欠陥にモデル化する方法を示す図である。
【図１０】本実施形態の延性破壊の評価方法を実施可能な装置を示す図である。
【図１１】本実施形態の延性破壊の評価方法の処理フローを示す図である。
【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]
本実施形態の延性破壊の評価方法（本実施形態の評価方法）は、配管等の円筒構造物に複数個の欠陥が存在するときに、曲げ負荷を受けて当該構造物が延性破壊に伴い崩壊する際の崩壊荷重を算出するものである。即ち、複数個の欠陥を有する構造物に対し、崩壊荷重を越える荷重が負荷されると、欠陥から延性亀裂が進展し、構造物が崩壊に至る。また、本実施形態の評価方法は、曲げ負荷を受けて延性破壊が想定される円筒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】
延性破壊に対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、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。このため、欠陥の個数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、配管等の円筒構造物に複数個の欠陥が存在するときに、曲げ負荷による当該構造物の延性破壊に伴う崩壊荷重について、相当欠陥に置き換える評価方法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。
【００１４】
以下、はじめに、本実施形態の延性破壊の評価方法を説明する。次いで、後記する［３．本実施形態の延性破壊の評価方法において評価対象とする欠陥の決定方法］、［４．本実施形態の延性破壊の評価方法において相当する貫通欠陥の決定方法］において、延性破壊の評価方法における、対象欠陥の選択方法および、相当する貫通欠陥の決定方法を説明する。
【００１５】
［２．本実施形態の延性破壊の評価方法］
図１は、本実施形態の延性破壊の評価方法を適用可能な欠陥を有する円筒を示す図である。図１（ａ）は全体図、図１（ｂ）は欠陥の存在する断面図である。
【００１６】
図１（ａ）に示した円筒１は、円筒１の中心軸の軸方向５に垂直な断面２に、亀裂状の欠陥１１、１２を有している。なお、ｘ方向８、ｙ方向９およびｚ方向１０で表現する直交座標系７について、ｚ方向１０が軸方向５に一致するように定義する。また、円筒１はｚ方向１０に垂直な軸、例えばｘ方向８を回転軸とする曲げモーメント６を受ける。断面２に存在する欠陥１１、１２は、超音波探傷などの検査方法により、欠陥深さａ1１５、ａ2１６欠陥長さまたは角度θ1１７、θ2１８、並びに欠陥１１、１２間の距離または角度α１９を計測する。なお、円筒１が曲げモーメント６を受ける場合の破壊評価において、欠陥１１、１２が断面２に対して角度を有する場合、断面２上に投影した寸法を計測する。円筒１の断面２における厚さ１３および平均半径Ｒm１４についても、設計図面、計測などから値を得る。
【００１７】
図２は、延性破壊の評価方法において、２個の欠陥に対する相当貫通欠陥のモデル化方法を示す図である。図２（ａ）に示した欠陥１１、１２は、欠陥深さａ1１５、ａ2１６、欠陥角度θ1１７、θ2１８および欠陥間角度α１９から、図２（ｂ）の通り、矩形状の欠陥２１、２２にモデル化する。すなわち矩形状の欠陥２１、２２は、欠陥１１、１２がそれぞれ隠れる大きさの周方向及び径方向に広がった面積とする。次に、図２（ｃ）の通り、欠陥２１、２２は以下の式により、軸４について対称な２個の貫通欠陥２３にモデル化する。
θeq＝（ａ1θ1＋ａ2θ2）／２ｔ  ・・・式（１）
αeq＝α＋（θ1＋θ2）／２−θeq  ・・・式（２）
ここで、θeqは貫通欠陥２３の欠陥長さに相当する角度θeq２４、αeqは貫通欠陥２３間の角度αeq２５を表す。また、図２（ｄ）は、欠陥２１、２２の中で最大の面積を有する欠陥２１を、単一欠陥としてモデル化した。
【００１８】
図３は、欠陥を有する円筒が曲げ負荷により延性破壊する際の応力状態を示す図である。円筒１が延性材料から成るまたは十分な靭性を有する環境で使用される場合、円筒１が過大な負荷を受けた場合に想定される損傷モードは延性破壊に伴う塑性崩壊であることが想定される。工学的な塑性崩壊の評価においては、曲げモーメント６を受けて円筒１が塑性崩壊する時の断面２上の引張応力３１、圧縮応力３２の分布は、流動応力σfにより図３（ａ）の通り表現される。ここで、流動応力σfは、一般的に、材料の降伏応力σyと引張強さσuの平均値で定義される。ここで、曲げモーメント６が、２個の欠陥２３が対称となる軸４と垂直な軸３を回転軸として負荷されるとする。この時、断面２上にモデル化した貫通欠陥２３を考慮すると、断面２における引張応力３１と圧縮応力３２の中立軸３４は軸３と一致しない。中立軸３４の角度β３５は、断面２における引張応力３１、圧縮応力３２の釣り合いから算出される。ここで、円筒１に内圧ｐ３３が負荷されるとすると、塑性崩壊時の中立軸３４の角度β３５は以下の式で表現される。
β＝１／２（π−θeq−πｐＲm／２ｔσf）  ・・・式（３）
ここで、πは円周率であり、角度の単位はｒａｄである。さらに、曲げモーメント６との釣り合いから、塑性崩壊時の曲げモーメントＭC６は以下の式で表現される。
ＭC＝２σfＲm2ｔ｛２ｓｉｎβ＋ｓｉｎαeq−ｓｉｎ（αeq＋θeq）}  ・・・式（４）
ここで、応力の単位をＭＰａ、長さの単位をｍｍとすると、曲げモーメントの単位はＮｍｍとなる。また、円筒１の断面２に図２（ｄ）に示した欠陥２１が単一欠陥として存在することを想定すると、同様に中立軸３４の角度β３５は以下の式で表現される。
β＝１／２（π−a1θ1／２t−πｐＲm／２ｔσf）  ・・・式（５）
さらに、欠陥２１に対する塑性崩壊時の曲げモーメントＭC６は以下の式で表現される。
ＭC＝２σfＲm2ｔ｛２ｓｉｎβ−（ａ1／ｔ）ｓｉｎ（θ1／２）}  ・・・式（６）
図２（ａ）に示した欠陥１１、１２を有する円筒１に対する延性破壊評価では、図２（ｃ）に示した２個の対称な貫通欠陥２３に対して式（３）および式（４）から算出される塑性崩壊時の曲げモーメントＭC６と、図２（ｄ）に示した最大の面積を有する欠陥２１を単一欠陥と見なして式（５）および式（６）から算出される性崩壊時の曲げモーメントＭC６を比較して、低い値となる塑性崩壊時の曲げモーメントＭC６を、図１（ａ）に対する塑性崩壊時の曲げモーメントＭC６として評価する。
【００１９】
［３．本実施形態の延性破壊の評価方法において評価対象とする欠陥の決定方法］
図４は、延性破壊の評価方法において、複数個の欠陥のうち評価対象とする欠陥の決定方法を示す図である。
【００２０】
図４（ａ）に示した通り、円筒１の断面２に複数個の欠陥４１、４２、４３、４４が存在する場合は、前述の［２．本実施形態の延性破壊の評価方法］に従って、図４（ｂ）に示す通り、複数個の欠陥４１、４２、４３、４４の其々を、矩形状の欠陥６１、６２、６３、６４にモデル化する。次に、曲げモーメント６の回転軸となる軸３に対して、引張応力が支配的となる１８０度の領域に存在する欠陥６１、６２、６３、６４の面積の合計が最大となる軸３の角度を、図４（ｃ）の通り決定する。ここで、図４（ｃ）では、欠陥６１、６２、６３、６４の面積の合計が最大となる軸３の角度が存在するが、この角度の違いは本実施形態の延性破壊の評価方法に対する影響は無視できるため、問題とならない。この時に、軸３に対して、引張応力が支配的となる１８０度の領域に存在する欠陥６１、６２のみを、延性破壊の評価方法において考慮する。欠陥６１、６２に対しては、前述の［２．本実施形態の延性破壊の評価方法］に従って、塑性崩壊時の曲げモーメントＭC６を評価する。
【００２１】
図５は、引張応力が支配的となる１８０度の領域に存在する欠陥のみを考慮する妥当性を示すための例題を示す図である。配管１に対して曲げモーメント６は軸３を回転軸として負荷され、欠陥７１が存在する領域で引張応力が支配的となる。この時、欠陥７１、７２を亀裂状の欠陥として想定すると、圧縮応力の領域では、欠陥７１、７２は閉口するため、塑性崩壊時の曲げモーメントＭC６に影響しない。このため、圧縮応力の領域に存在する欠陥は、延性破壊の評価において無視できる。ただし、図３に示した塑性崩壊時の応力状態の通り、欠陥の存在に伴い、中立軸３４は軸３と一致しない。このため、軸３上に存在する欠陥７２について、その一部または全てが引張応力の領域に存在するか確認するためには、一般的に、中立軸３４の角度β３５を例えば０．１度毎に変化させて断面２の応力の釣り合い式を解く必要がある。ここでは、図５（ａ）について、中立軸３４の角度β３５を厳密に求めた場合と、図５（ｂ）について、軸３に対して引張応力が支配的となる１８０度の領域に存在する欠陥７１と欠陥７２の一部を考慮して塑性崩壊時の曲げモーメントＭC６を算出する。
【００２２】
図６は、図５の欠陥を有する円筒に対する例題の評価条件を示す表である。軸３に対して引張応力が支配的となる１８０度の領域に存在する欠陥を考慮することの影響は、欠陥７１、７２の寸法により異なると考えられるため、欠陥７１、７２の欠陥角度を２０度から６０度まで変化させた評価条件を想定した。また、欠陥７１、７２の欠陥深さ７５、７６は、円筒１の厚さｔの７５％とした。
【００２３】
図７は、図５の欠陥を有する円筒に対する例題の評価結果を示すグラフである。評価Ａの結果８７は、図５（ａ）、評価Ｂの結果８８は、図５（ｂ）に其々対応している。各評価番号８１は、図６の表に示した評価条件に対応しており、算出した塑性崩壊時の曲げモーメントＭC６は、各評価条件の評価Ａの結果８７に対して正規化した。すなわち、評価Ａの結果８７は全て１．００となる。これに対して、評価Ｂの結果８８は、１．００から１．０１となった。すなわち、厳密に中立軸３４の角度β３５を求めた場合と、引張応力が支配的となる１８０度の領域に存在する欠陥のみを考慮した場合で、その差は１％程度であり、工学的には無視できることがわかった。
【００２４】
このため、図４に示した円筒１の断面２に複数個の欠陥４１、４２、４３、４４が存在する場合は、曲げモーメント６の回転軸３に対して、引張応力が支配的となる１８０度の領域に存在する欠陥６１、６２、６３、６４の面積の合計が最大となる軸３の角度を、図４（ｃ）の通り決定して、軸３に対して、引張応力が支配的となる１８０度の領域に存在する欠陥６１、６２のみを、延性破壊の評価方法において考慮する。
【００２５】
［４．本実施形態の延性破壊の評価方法において相当する貫通欠陥の決定方法］
図８は、複数個の欠陥に対して２個の対称な欠陥にモデル化する方法を示す図である。また、図９は、複数個の欠陥に対して３個の対称な欠陥にモデル化する方法を示す図である。
【００２６】
図８（ａ）の通り、円筒１の断面２に回転軸３に対して引張応力が支配的となる領域に、複数個の欠陥１０１、１０２、１０３、１０４が存在する。この時、例えば欠陥１０３の位置は、回転軸３からの角度Φ3１０６により定義する。同様に欠陥１０１、１０２、１０４の位置についても、回転軸３からの角度Φにより定義する。なお、角度Φは、必ずしも回転軸３からの角度である必要はない。欠陥１０１、１０２、１０３、１０４を、相当する２個の貫通欠陥１１０または３個の貫通欠陥１１７、１１８にモデル化するために、１８０度の領域を図８（ｂ）に示した９０度毎の２つの範囲１０８、１０９、もしくは、６０度毎の３つの範囲１１４、１１５、１１６に分割する。例えば、図８（ｂ）に示した９０度の範囲１０８に対して、相当する貫通欠陥の欠陥長さに相当する角度θeqは、以下の式により算出される。
θeq＝Ｓｕｍ（ａkθk／ｔ）  ・・・式（７）
ここで、９０度の範囲１０８にｎ個の欠陥が存在する場合は、Ｓｕｍ（ａkθk）はａ1θ1からａnθnまでの総和を表す。なお、θkは、範囲１０８に存在する欠陥角度θとなる。すなわち、θが６０度の欠陥のうち、範囲１０８にその半分の３０度が存在する場合は式（７）ではθは３０度として扱う。さらに、欠陥の位置を表す角度Φeqは、以下の式により算出される。
Φeq＝Ｓｕｍ｛（Φk＋θk／２）ａkθk｝／Ｓｕｍ（ａkθk）  ・・・式（８）
ここで、式（７）および式（８）により算出した欠陥角度θeqおよび角度Φeqについて、範囲１０８の貫通欠陥をθ1eqおよびΦ1eq、範囲１０９の貫通欠陥をθ2eqおよびΦ2eqとする。この時、９０度毎の範囲１０８、１０９に対して算出した貫通欠陥を、軸４について対称な２個の貫通欠陥１１０にモデル化するため、以下の式により欠陥角度θeq１１１および欠陥間角度αeq１１２が算出される。
θeq＝（θ1eq＋θ2eq）／２  ・・・式（９）
αeq＝（Φ2eq−Φ1eq−θ1eq）  ・・・式（１０）
式（７）から式（１０）によりモデル化した軸４について対称な２個の貫通欠陥１１０に対しては、前述の［２．本実施形態の延性破壊の評価方法］に従って、塑性崩壊時の曲げモーメントＭC６を評価する。
【００２７】
図９（ｂ）の通り、６０度毎の３つの範囲１１４、１１５、１１６に分割する場合、各範囲１１４、１１５、１１６に対して、式（７）および式（８）により欠陥角度θeqおよび角度Φeqを算出する。さらに、範囲１１５における貫通欠陥１１７は、欠陥角度θ1eqとして、軸４が中心となるように配置される。範囲１１４および範囲１１６については、式（９）および式（１０）により軸４について対称な２個の貫通欠陥１１８にモデル化される。ここで、式（１０）から算出される、範囲１１４と範囲１１６の貫通欠陥１１８間の角度をα´eqとすると、図９（ｂ）における欠陥間角度αeq１２１は、以下の式により算出される。
αeq＝（α´eq−θ1eq）／２  ・・・式（１１）
図９（ｂ）の通り、モデル化した軸４について対称な３個の貫通欠陥１１７、１１８については、以下の式により塑性崩壊時の中立軸３４の角度β３５および曲げモーメントＭC６は以下の式により算出される。
β＝１／２（π−θ1eq／２−θ2eq−πｐＲm／２ｔσf）  ・・・式（１２）
ＭC＝２σfＲm2ｔ｛２ｓｉｎβ＋ｓｉｎ（θ1eq／２＋αeq）−ｓｉｎ（θ1eq／２）−ｓｉｎ（θ1eq／２＋αeq＋θ2eq）}  ・・・式（１３）
軸４について対称な３個の貫通欠陥１１７、１１８にモデル化する場合、式（１２）および式（１３）から算出される崩壊時の曲げモーメントＭC６と、最大の面積を有する欠陥を単一欠陥と見なして式（５）および式（６）から算出される性崩壊時の曲げモーメントＭC６を比較して、低い値を塑性崩壊時の曲げモーメントＭC６として評価する。
【００２８】
同様に、円筒１の断面２に回転軸３に対して引張応力が支配的となる１８０度領域を４分割以上して、塑性崩壊時の曲げモーメントＭC６を評価することも可能である。
【００２９】
このモデル化方法の妥当性を確認するため、４個の欠陥を想定して塑性崩壊時の曲げモーメントＭC６を評価した。４個の欠陥は、角度Φ1が０度の位置に欠陥深さ比ａ1／ｔが０．６および欠陥角度θ1が２０度、Φ2が４０度の位置にａ2／ｔが０．４およびθ2が１０度、Φ3が７０度の位置にａ3／ｔが０．６およびθ3が６０度、並びにΦ4が１５０度の位置にａ4／ｔが０．８およびθ4が３０度を想定した。すなわち、欠陥は１８０度の範囲に存在することから、全ての欠陥を延性破壊評価で考慮する。図８に示した２個の貫通欠陥のモデル化および図９に示した３個の貫通欠陥のモデル化により塑性崩壊時の曲げモーメントＭC６を、想定した欠陥形状に対して直接算出した塑性崩壊時の曲げモーメントＭC６により除すると、いずれのモデル化においても１．００となった。このため、本例題では、モデル化による塑性崩壊時の曲げモーメントＭC６への影響は１％以下であり、本実施形態の延性破壊の評価方法の妥当性が確認された。
【００３０】
［５．本実施形態の延性破壊の評価方法および装置］
次に、本実施形態の延性破壊の評価方法を実施可能な装置について説明する。本実施形態の装置は、欠陥が複数存在する円筒構造物が曲げ負荷を受ける場合に、欠陥から延性亀裂が進展することにより崩壊が想定される場合の崩壊荷重を算出するものである。ここで、崩壊荷重から、崩壊時の曲げモーメント、曲げ応力などが算出可能である。
【００３１】
図１０は、本実施形態の延性破壊の評価方法を実施可能な装置を示す図である。図１０の通り、入力装置２００、記憶装置２１０、崩壊荷重演算装置２２０、崩壊荷重判定装置２３０および出力装置２４０から成る。入力装置は、キーボード、マウスなどにより、円筒形状２０１、負荷条件２０２、欠陥形状２０３および材料物性２０４を入力する。ここで、材料物性２０４は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）などにより構成される記憶装置に保存された材料物性データベース２１１から選択することも可能である。入力装置２００への円筒形状２０１、負荷条件２０２、欠陥形状２０３、材料物性２０４の入力は、記憶装置２１０の入力データ部２１２に記憶される。記憶装置から、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などを備える崩壊荷重演算装置２２０に、入力データ部２１２の入力データから情報が展開され、単一欠陥選択部２２１では、複数個の欠陥の中で最大の面積を有する欠陥を単一欠陥と見なして、前述の［２．本実施形態の延性破壊の評価方法］の方法により、崩壊荷重算出部２２２では単一欠陥に対する崩壊荷重を算出する。また、複数欠陥のモデル化部２２３では、前述の［２．本実施形態の延性破壊の評価方法］から［４．本実施形態の延性破壊の評価方法において相当する貫通欠陥の決定方法］までの方法により、崩壊荷重算出部２２４では欠陥の面積が等しく中心軸が一致する対象な貫通欠陥にモデル化して算出した崩壊荷重を求める。崩壊荷重算出部２２２、２２４の結果は、崩壊荷重計算結果部２１３に記憶され、崩壊荷重判定装置２３０により、最小となる崩壊荷重を決定する。この結果は、ディスプレイなどにより構成される出力装置２４０により表示される。
【００３２】
図１１は、本実施形態の延性破壊の評価方法の処理フローを示す図である。Ｓ０００で延性破壊の評価を開始する。Ｓ０００１〜Ｓ０００４では、円筒形状（外径Ｄ0、厚さｔ）、負荷条件（内圧ｐ）、欠陥形状（欠陥深さａ1、ａ2、欠陥角度θ1、θ2、欠陥間角度α）、材料物性（降伏応力σy、引張強さσu、流動応力σf）を設定する。Ｓ００５では、欠陥を矩形状欠陥にモデル化する。Ｓ００６では、［４．本実施形態の延性破壊の評価方法において相当する貫通欠陥の決定方法］により評価対象とする欠陥の決定を行う。Ｓ００７〜Ｓ００８では、複数個の欠陥の中で最大の面積を有する欠陥を単一欠陥と見なして、前述の方法により、崩壊荷重算出する。Ｓ００９〜Ｓ０１０では、複数個の欠陥の中で最大の面積を有する欠陥を単一欠陥と見なして、前述の［２．本実施形態の延性破壊の評価方法］から［４．本実施形態の延性破壊の評価方法において相当する貫通欠陥の決定方法］の方法により、欠陥の面積が等しく中心軸が一致する対象な貫通欠陥にモデル化して算出した崩壊荷重を求める。Ｓ０１１では最小となる崩壊荷重を決定し、Ｓ０１２では結果を表示する。
【００３３】
以上、本発明によれば、曲げ負荷を受ける円筒構造物に複数個の欠陥が生じている場合に、延性破壊に対して、簡便な構造物の崩壊荷重の評価方法および装置を提供することが可能となる。
【００３４】
なお、欠陥が曲げ負荷で欠陥が引張応力を受ける場合は低い荷重で破壊し、円筒を周方向に１８０度回転させて欠陥が圧縮応力域にある場合は、より高い荷重で破壊することになる。ただし、単一の欠陥の場合には簡単な評価で可能だが、複数個の欠陥になると相互作用があるため、最も低い荷重で破壊する負荷方向を特定することが困難となる。このため、本発明では、複数貫通欠陥に対しては、ある一方向に負荷した場合の荷重を算出するが、条件によっては、このある一方向に負荷した場合の破壊荷重と、実際の最小破壊荷重に乖離が生じ場合がある。この場合は、実際の最小破壊荷重は、単一欠陥に対して評価した破壊荷重に近くなるため、前記複数個の欠陥の中で最大の面積を有する欠陥を単一欠陥と見なして評価した崩壊荷重と、前記複数個の欠陥に相当する対称な貫通欠陥にモデル化して算出した崩壊荷重を算出して比較することで、簡便な構造物の崩壊荷重の評価が可能となっている。
【００３５】
また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１：円筒
２：軸方向に垂直な欠陥断面
６：曲げモーメント
１１、１２：欠陥
２３：モデル化した貫通欠陥
【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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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年7月28日(2014.7.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の周方向欠陥が存在する円筒構造物が曲げ負荷を受けた場合の延性破壊の評価方法において、
前記円筒構造物の同一面内の複数個の欠陥の中で最大の面積を有する欠陥を矩形状の単一欠陥と見なして算出した第一の崩壊荷重と、
前記円筒構造物の同一面内の複数個の欠陥を複数個の欠陥に相当する対称な矩形状の貫通欠陥にモデル化して算出した第二の崩壊荷重と、
前記第一及び第二の崩壊荷重を比較して、最小となる崩壊荷重を円筒構造物の崩壊荷重とすることを特徴とする延性破壊の評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載の延性破壊の評価方法において、
前記曲げ負荷の回転軸について、前記複数欠陥が存在する周方向断面内の引張応力が支配的となる１８０度の領域に存在する、前記複数欠陥の面積の合計が最大となる範囲に存在する前記複数欠陥のみを考慮することを特徴とする延性破壊の評価方法。
【請求項３】
複数個の周方向欠陥が存在する円筒構造物が曲げ負荷を受けた場合の延性破壊の評価装置において、
前記複数の欠陥のうちの最大の面積を有する欠陥を矩形状の単一欠陥と見なして選択し崩壊荷重を算出および前記複数欠陥を複数の矩形状の貫通欠陥にモデル化して崩壊荷重を算出する崩壊荷重演算部と、
前記算出した崩壊荷重の最小値を選択する崩壊荷重判定部を備えることを特徴とする、延性破壊の評価装置。
【国際調査報告】
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