(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
残留応力・残留ひずみがある部位に対し、破壊力学パラメータを用いてき裂の進展を予測する場合のき裂進展解析方法であって、
残留応力解析用のメッシュ分割を使用して初期残留応力を算出するステップと、初期き裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記初期き裂の前縁形状に応じてメッシュの再分割を行い、この再分割したメッシュ上に前記ステップで算出した初期残留応力を貼り付けるステップと、前記初期き裂の前縁の手前の節点を解放することにより、前記初期き裂を導入した場合の残留応力を算出し、この残留応力に基づいて破壊力学パラメータを求めるステップとを有する初期形状作成・初期計算ブロックと、
この初期形状作成・初期計算ブロックで求めた破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展方向と進展量を予測し、また、メッシュ再作成・節点解放ブロックで求めた破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展方向と進展量を予測する進展予測ブロックと、
この進展予測ブロックで予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬し、この進展後のき裂形状に対して破壊力学パラメータを求めるステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックとを有してなることを特徴とするき裂進展解析方法。
【請求項２】
残留応力・残留ひずみがあり、き裂の進展挙動が予め分かっている場合のき裂進展解析方法であって、
残留応力解析用のメッシュ分割を使用して初期残留応力を算出するステップと、初期き裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記初期き裂の前縁形状に応じてメッシュの再分割を行い、この再分割したメッシュ上に前記ステップで算出した初期残留応力を貼り付けるステップと、前記初期き裂の前縁の手前の節点を解放することにより、前記初期き裂を導入した場合の残留応力を算出するステップとを有する初期形状作成・初期計算ブロックと、
進展後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記進展後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記進展後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬するステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックとを有してなることを特徴とするき裂進展解析方法。
【請求項３】
残留応力・残留ひずみがなく、破壊力学パラメータを用いてき裂の進展を予測する場合のき裂進展解析方法であって、
メッシュ再作成・節点解放ブロックで求めた破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展方向と進展量を予測する進展予測ブロックと、
この進展予測ブロックで予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬し、この進展後のき裂形状に対して破壊力学パラメータを求めるステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックとを有してなることを特徴とするき裂進展解析方法。
【請求項４】
残留応力・残留ひずみがなく、き裂の進展予測が予め分かっている場合のき裂進展解析方法であって、
予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・歪み等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬するステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックを有してなることを特徴とするき裂進展解析方法。
【請求項５】
残留応力・残留ひずみがある部位に対し、破壊力学パラメータを用いてき裂の進展を予測するき裂進展解析装置であって、
残留応力解析用のメッシュ分割を使用して初期残留応力を算出するステップと、初期き裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記初期き裂の前縁形状に応じてメッシュの再分割を行い、この再分割したメッシュ上に前記ステップで算出した初期残留応力を貼り付けるステップと、前記初期き裂の前縁の手前の節点を解放することにより、前記初期き裂を導入した場合の残留応力を算出し、この残留応力に基づいて破壊力学パラメータを求めるステップとを有する初期形状作成・初期計算ブロックと、
この初期形状作成・初期計算ブロックで求めた破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展方向と進展量を予測し、また、メッシュ再作成・節点解放ブロックで求めた破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展方向と進展量を予測する進展予測ブロックと、
この進展予測ブロックで予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬し、この進展後のき裂形状に対して破壊力学パラメータを求めるステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックとを有する構成であることを特徴とするき裂進展解析装置。
【請求項６】
残留応力・残留ひずみがあり、き裂の進展挙動が予め分かっている場合のき裂進展解析を行うき裂進展解析装置であって、
残留応力解析用のメッシュ分割を使用して初期残留応力を算出するステップと、初期き裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記初期き裂の前縁形状に応じてメッシュの再分割を行い、この再分割したメッシュ上に前記ステップで算出した初期残留応力を貼り付けるステップと、前記初期き裂の前縁の手前の節点を解放することにより、前記初期き裂を導入した場合の残留応力を算出するステップとを有する初期形状作成・初期計算ブロックと、
進展後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記進展後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記進展後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬するステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックとを有してなる構成であることを特徴とするき裂進展解析装置。
【請求項７】
残留応力・残留ひずみがなく、破壊力学パラメータを用いてき裂の進展を予測するき裂進展解析装置であって、
メッシュ再作成・節点解放ブロックで求めた破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展方向と進展量を予測する進展予測ブロックと、
この進展予測ブロックで予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬し、この進展後のき裂形状に対して破壊力学パラメータを求めるステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックとを有してなる構成であることを特徴とするき裂進展解析装置。
【請求項８】
残留応力・残留ひずみがなく、き裂の進展予測が予め分かっている場合のき裂進展解析を行うき裂進展解析装置であって、
予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・歪み等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬するステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックを有してなる構成であることを特徴とするき裂進展解析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はき裂進展解析方法及び装置に関し、配管の突合せ溶接部や板状部材などに生じたき裂の進展を解析する場合に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１（ａ）は板状部材にき裂が発生した状態の例を示す斜視図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面拡大図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面拡大図である。
【０００３】
例えば図１１（ａ）に示すように板状部材１の下面１ａにき裂２が発生した場合、この板状部材１に対して図中に矢印で示すような応力σが繰り返し作用すると、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に一点鎖線で示すようにき裂２は徐々に進展していく。
【０００４】
このような疲労き裂の進展を解析（有限要素解析）する場合、これまでは応力拡大係数のデータベースを用いた簡易進展解析（２次元）が主であったが、現在、３次元ＦＥＭ解析で応力拡大係数、き裂進展量を計算し、き裂を自動的に進める解析方法が実用化されつつある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来、３次元ＦＥＭ解析によりき裂進展解析を実施する場合には、き裂の進展にともなってメッシュ（要素）を再分割し、しかも、メッシュを再分割するたびに最初から（初期き裂の状態から）解析をし直す必要があるため、非常に労力と時間を要していた。
【０００６】
従って、本発明は上記の事情に鑑み、容易にき裂の進展解析（有限要素解析）を行うことができるき裂進展解析方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１発明のき裂進展解析方法は、残留応力・残留ひずみがある部位に対し、破壊力学パラメータを用いてき裂の進展を予測する場合のき裂進展解析方法であって、
残留応力解析用のメッシュ分割を使用して初期残留応力を算出するステップと、初期き裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記初期き裂の前縁形状に応じてメッシュの再分割を行い、この再分割したメッシュ上に前記ステップで算出した初期残留応力を貼り付けるステップと、前記初期き裂の前縁の手前の節点を解放することにより、前記初期き裂を導入した場合の残留応力を算出し、この残留応力に基づいて破壊力学パラメータを求めるステップとを有する初期形状作成・初期計算ブロックと、
この初期形状作成・初期計算ブロックで求めた破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展方向と進展量を予測し、また、メッシュ再作成・節点解放ブロックで求めた破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展方向と進展量を予測する進展予測ブロックと、
この進展予測ブロックで予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬し、この進展後のき裂形状に対して破壊力学パラメータを求めるステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックとを有してなることを特徴とする。
【０００８】
また、第２発明のき裂進展解析方法は、残留応力・残留ひずみがあり、き裂の進展挙動が予め分かっている場合のき裂進展解析方法であって、
残留応力解析用のメッシュ分割を使用して初期残留応力を算出するステップと、初期き裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記初期き裂の前縁形状に応じてメッシュの再分割を行い、この再分割したメッシュ上に前記ステップで算出した初期残留応力を貼り付けるステップと、前記初期き裂の前縁の手前の節点を解放することにより、前記初期き裂を導入した場合の残留応力を算出するステップとを有する初期形状作成・初期計算ブロックと、
進展後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記進展後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記進展後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬するステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックとを有してなることを特徴とする。
【０００９】
また、第３発明のき裂進展解析方法は、残留応力・残留ひずみがなく、破壊力学パラメータを用いてき裂の進展を予測する場合のき裂進展解析方法であって、
メッシュ再作成・節点解放ブロックで求めた破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展方向と進展量を予測する進展予測ブロックと、
この進展予測ブロックで予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬し、この進展後のき裂形状に対して破壊力学パラメータを求めるステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックとを有してなることを特徴とする。
【００１０】
また、第４発明のき裂進展解析方法は、残留応力・残留ひずみがなく、き裂の進展予測が予め分かっている場合のき裂進展解析方法であって、
予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・歪み等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬するステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックを有してなることを特徴とする。
【００１１】
また、第５発明のき裂進展解析装置は、残留応力・残留ひずみがある部位に対し、破壊力学パラメータを用いてき裂の進展を予測するき裂進展解析装置であって、
残留応力解析用のメッシュ分割を使用して初期残留応力を算出するステップと、初期き裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記初期き裂の前縁形状に応じてメッシュの再分割を行い、この再分割したメッシュ上に前記ステップで算出した初期残留応力を貼り付けるステップと、前記初期き裂の前縁の手前の節点を解放することにより、前記初期き裂を導入した場合の残留応力を算出し、この残留応力に基づいて破壊力学パラメータを求めるステップとを有する初期形状作成・初期計算ブロックと、
この初期形状作成・初期計算ブロックで求めた破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展方向と進展量を予測し、また、メッシュ再作成・節点解放ブロックで求めた破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展方向と進展量を予測する進展予測ブロックと、
この進展予測ブロックで予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬し、この進展後のき裂形状に対して破壊力学パラメータを求めるステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックとを有する構成であることを特徴とする。
【００１２】
また、第６発明のき裂進展解析装置は、残留応力・残留ひずみがあり、き裂の進展挙動が予め分かっている場合のき裂進展解析を行うき裂進展解析装置であって、
残留応力解析用のメッシュ分割を使用して初期残留応力を算出するステップと、初期き裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記初期き裂の前縁形状に応じてメッシュの再分割を行い、この再分割したメッシュ上に前記ステップで算出した初期残留応力を貼り付けるステップと、前記初期き裂の前縁の手前の節点を解放することにより、前記初期き裂を導入した場合の残留応力を算出するステップとを有する初期形状作成・初期計算ブロックと、
進展後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記進展後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記進展後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬するステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックとを有してなる構成であることを特徴とする。
【００１３】
また、第７発明のき裂進展解析装置は、残留応力・残留ひずみがなく、破壊力学パラメータを用いてき裂の進展を予測するき裂進展解析装置であって、
メッシュ再作成・節点解放ブロックで求めた破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展方向と進展量を予測する進展予測ブロックと、
この進展予測ブロックで予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬し、この進展後のき裂形状に対して破壊力学パラメータを求めるステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックとを有してなる構成であることを特徴とする。
【００１４】
また、第８発明のき裂進展解析装置は、残留応力・残留ひずみがなく、き裂の進展予測が予め分かっている場合のき裂進展解析を行うき裂進展解析装置であって、
予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・歪み等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬するステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックを有してなる構成であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１６】
図１及び図２は本発明の実施の形態に係るき裂進展自動化システムのシステム構成図であり、図１のＡ部は図２のＡ部につながる。これらの図に示すように本実施の形態のき裂進自動化システムは（１）の初期形状作成・初期計算ブロック、（２）の進展予測ブロック、及び、（３）のメッシュ再作成・節点解放ブロックを有する構成となっている。
【００１７】
例えば図１及び図３に示すような配管１１の突合せ溶接部１２に残留応力・残留ひずみがある部位に対し、破壊力学パラメータ（Ｋ値、ΔＫ値など）を用いて、図３に一点鎖線で示すようなき裂１３の進展を予測する場合には、解析ツールとして（１）＋（２）＋（３）のブロックを用いることにより、コンピュータ（き裂進展解析装置）で自動的にき裂の進展解析を行う。
【００１８】
以下、これらの各ブロックの処理内容を図１，図２及び図４〜図１０に基づいて説明する。なお、図４及び図５において、図４（ａ）は図４（ｂ）のＤ−Ｄ線矢視図、図４（ｃ）は図４（ｄ）のＥ−Ｅ線矢視図、図４（ｅ）は図４（ｆ）のＦ−Ｆ線矢視図、図５（ａ）は図５（ｂ）のＧ−Ｇ線矢視図、図５（ｃ）は図５（ｄ）のＨ−Ｈ線矢視図、図５（ｅ）は図５（ｆ）のＩ−Ｉ線矢視図である。また、図４及び図５には説明の便宜ために簡略的なメッシュ分割例を示し、図６〜図９には実際のメッシュ分割例を示している。
【００１９】
＜初期形状作成・初期計算ブロック＞
図１に示すように（１）の初期形状作成・初期計算ブロックでは、まず、ステップＳ１において、残留応力解析用のメッシュ分割を使用して、熱弾塑性解析により、初期残留応力を算出する。
【００２０】
例えば図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すような残留応力解析用のメッシュ分割とし、このメッシュ分割を使用して、熱弾塑性解析により、初期残留応力を算出する。図６には、このときの実際の残留応力解析用のメッシュ分割例（図中の実線）と、このメッシュ分割を用いて算出した初期残留応力の分布例（図中の点線）を示す。なお、図６では単に応力分布の境界部を点線で示しているだけであるが、実際には応力の大きさごとに赤、黄などに色分けをして応力分布を表すようになっている。このことは図７〜図９においても同様である。
【００２１】
続いて、ステップＳ２では、任意に設定した初期き裂の前縁（先端）の形状を考慮してメッシュの再分割を行う。即ち、前記初期き裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記初期き裂の前縁形状に応じてメッシュの再分割を行う。なお、初期き裂は入力値として与える。また、このときに初期き裂部の節点は、後で解放（切り離して）してき裂を進展させる（初期き裂を模擬する）ことができるようにする。その後、この再分割したメッシュ上にステップＳ１で算出した初期残留応力を貼り付ける（設定する）。
【００２２】
例えば図４（ｃ）及び図４（ｄ）に示すように初期き裂の前縁１３Ａの形状を設定した場合、この初期き裂の前縁１３Ａ上にメッシュの節点１４Ａが位置するように初期き裂の前縁１３Ａの形状に応じてメッシュを再分割する。また、このときに初期き裂部、即ち、初期き裂の前縁１３Ａの手前（内側）の節点１４Ｂは、後で解放してき裂を進展させる（初期き裂を模擬する）ことができるようにする。その後、この再分割したメッシュ上に算出した初期残留応力を貼り付ける。図７には、このメッシュ再分割による実際のメッシュ分割の例（実線）と、これに貼り付けた初期残留応力分布の例（点線）を示す。
【００２３】
次に、ステップＳ３及びステップＳ４若しくはステップＳ５では、初期き裂部、即ち、初期き裂の前縁の手前の節点を解放することにより、初期き裂を導入した場合の残留応力を算出し、この残留応力に基づいて破壊力学パラメータＫ（応力拡大係数）又はΔＫ（応力拡大係数の変動範囲）を求める。ＳＣＣき裂の場合、即ち、連続的な荷重（配管の内圧など）によるき裂の進展を解析する場合にはステップＳ４で破壊力学パラメータとしてＫを求める。疲労き裂の場合、即ち、繰り返し荷重によるき裂の進展を解析する場合にはステップＳ５で破壊力学パラメータとして繰り返し荷重に対するΔＫを求める。
【００２４】
図４（ｅ）及び図４（ｆ）に示す例では、初期き裂の前縁１３Ａの手前の節点１４Ｂを解放する。なお、図４（ｅ）及び図４（ｆ）では、この解放した節点１４Ｂを白丸で示し、且つ、解放部のメッシュは点線で示している。そして、このメッシュ分割に基づき、初期き裂を導入した場合の残留応力を算出し、この残留応力に基づいて破壊力学パラメータＫ又はΔＫを求める。この破壊力学パラメータはき裂前縁上の各節点で求める。図８には、このときの実際のメッシュ分割例（実線）と、メッシュ分割に基づいて算出した残留応力分布の例（点線）を示す。
【００２５】
＜進展予測ブロック＞
図２に示すように（２）の進展予測ブロックでは、ステップＳ１１において、（１）の初期形状作成・初期計算ブロックで求めた破壊力学パラメータＫ又はΔＫに基づいて、き裂進展則から、き裂の進展方向と進展量を予測し、また、（３）のメッシュ再作成・節点解放ブロックで求めた破壊力学パラメータＫ又はΔＫに基づいて、き裂進展則から、き裂の進展方向と進展量を予測する。き裂進展則は周知のものであり、例えば下記のように表される。
（Ｋの場合）      ｄａ／ｄＴ＝Ｃ1 ・Ｋm1
（ΔＫの場合）    ｄａ／ｄＮ＝Ｃ2 ・ΔＫm2
ａ：進展量
Ｔ：時間
Ｎ：変動荷重の回数
Ｃ1 ，Ｃ2 ，ｍ1,ｍ2 ：定数
【００２６】
具体的には、まず、（１）の初期形状作成・初期計算ブロックで求めた破壊力学パラメータＫ又はΔＫに基づいて、き裂の進展方向と進展量を予測する。その後は、（３）のメッシュ再作成・節点解放ブロックで求めた破壊力学パラメータＫ又はΔＫに基づいて、き裂の進展方向と進展量を予測する処理を繰り返し行う。そして、このき裂進展予測よってき裂の進展方向と進展量を予測することにより、予測後のき裂の前縁形状を求める。例えば図５（ａ）及び図５（ｂ）に一点鎖線で示すような予測後のき裂の前縁１３Ｂを求める。なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すメッシュ分割は図４（ｅ）及び図４（ｆ）に示すメッシュ分割と同じものである。
【００２７】
＜メッシュ再作成・節点解放ブロック＞
図２に示す（３）の連続の（メッシュ再作成、節点解放などの処理を繰り返し行う）メッシュ再作成・節点解放ブロックでは、まず、ステップＳ２１において、（２）の進展予測ブロックで予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成（再分割）する。
【００２８】
この場合、例えば、図１０に示すように、予測前のき裂の前縁１３Ａ上と予測後のき裂の前縁１３Ｂ上にメッシュの節点１４Ａ，１４Ｃがそれぞれあり、この予測前のき裂前縁１３Ａと予測後のき裂前縁１３Ｂの形状に対応するようにメッシュを再作成すればよい。また、予測後のき裂前縁の手前（内側）の節点、即ち、予測前のき裂前縁上の節点や予測前のき裂前縁と予測後のき裂前縁の間の節点は、後で解放してき裂を進展させることができるようにする。図１０に示す例では、予測前のき裂前縁１３Ａと予測後のき裂前縁１３Ｂとの間のメッシュ分割数が等しくなるようにメッシュを再作成しているが、必ずしもその必要はなく、任意のメッシュ形状で分割でき、分割数を等しくする必要はない。
【００２９】
図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示す例では、予測後のき裂の前縁１３Ｂ上にメッシュの節点が位置するようにこの予測後のき裂の前縁１３Ｂの形状に応じてメッシュを再作成する。この場合、予測前のき裂の前縁１３Ａ上の節点１４Ａは、後で解放してき裂を進展させることができるようにする。また、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示す例では予測前のき裂前縁１３Ａと予測後のき裂前縁１３Ｂとの間に節点がないが、この前縁１３Ａ，１３Ｂ間をもっと細かくメッシュ分割して、前縁１３Ａ，１３Ｂ間にもメッシュの節点を設けてもよい。この場合、前縁１３Ａ，１３Ｂ間の節点も、後で解放してき裂を進展させることができるようにする。
【００３０】
続いて、ステップＳ２２では、ステップＳ２１で再作成後のメッシュに古いメッシュ（再作成前のメッシュ）の応力・ひずみ等の情報量（状態量）を貼り付ける。例えば図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示すような再作成後のメッシュに図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すような再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付ける。
【００３１】
次に、ステップＳ２３では、予測後のき裂前縁の手前にある節点、即ち、予測前のき裂前縁上の節点や予測前のき裂前縁と予測後のき裂前縁の間の節点を解放して、き裂の進展を模擬する。予測後のき裂の前縁上に節点が位置するようにメッシュを再作成しているため、このように予測後のき裂前縁の手前の節点を解放して予測後のき裂の前縁までき裂を進展させることができる。このとき節点が解放されることにより、予測後のき裂前縁の手前部分の応力は解放され、予測後のき裂の前縁部分の応力が最も大きくなる。そして、この進展後のき裂形状に対して破壊力学パラメータＫ又はΔＫを求める。この破壊力学パラメータはき裂前縁上の各節点で求める。
【００３２】
図５（ｅ）及び図５（ｆ）に示す例では、予測前のき裂の前縁１３Ａ上の節点１４Ａを解放することにより、き裂の進展を模擬する。なお、図５（ｅ）及び図５（ｆ）では、この解放した節点１４Ａを白丸で示し、且つ、解放部のメッシュは点線で示している。また、図示は省略するが、予測前のき裂前縁１３Ａと予測後のき裂前縁１３Ｂとの間にも節点を設けた場合には、この節点も解放して、き裂の進展を模擬する。そして、この進展後のき裂形状に対して破壊力学パラメータＫ又はΔＫを求める。
【００３３】
ここで求めた破壊力学パラメータＫ又はΔＫは、先にも述べたように（２）の進展予測ブロックにおけるき裂進展予測（き裂の進展方向と進展量の予測）に利用する。以後は、上記のような（２）の進展予測ブロックの処理と（３）のメッシュ再作成・節点解放ブロックの処理とを繰り返すことにより、順次き裂を進展させる。
【００３４】
図９には、配管の板厚ｔの半分までき裂が進展したときの実際のメッシュ分割例（実線）と、応力分布例（点線）とを示す。なお、図６〜図８では配管溶接部の内周面側に発生したき裂の進展を解析する場合のメッシュ分割例を示しているのに対し、図９では配管溶接部の外周面側に発生したき裂の進展を解析する場合のメッシュ分割例を示している。また、図９では配管溶接部の右半分のメッシュ分割のみを示し左半分については図示を省略している。
【００３５】
以上のように、本実施の形態のき裂進展解析方法によれば、破壊力学パラメータＫ又はΔＫに基づいてき裂の進展を予測し、しかも、この予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再分割することにより、予測後のき裂前縁の手前の節点を解放して予測後のき裂前縁までき裂を進展させることができるようにしたため、従来のように最初から（初期き裂の状態から）解析をし直す必要がなく、き裂を順次進展させて解析を行うことができる。このため３次元ＦＥＭによるき裂進展解析が容易且つ短時間で行えるようになり、例えば実機の配管溶接部のき裂進展予測を容易にモニタリングすることができるようになる。
【００３６】
ところで、上記では解析ツールとして（１）＋（２）＋（３）のブロックを用いて、構造物の溶接部などのように残留応力・残留ひずみがある部位に対し、破壊力学パラメータを用いてき裂の進展予測解析（事前予測解析）をする場合について説明したが、本発明は、これに限定するものではない。
【００３７】
残留応力・残留ひずみがあり、き裂の進展挙動が予め分かっている場合、即ち、例えば構造物の溶接部に対するき裂進展挙動評価（事後解析）を行う場合には、解析ツールとして（１）＋（３）のブロックを用いることにより、コンピュータ（き裂進展解析装置）で自動的にき裂の進展解析を行う。
【００３８】
この場合、具体的には（１）の初期形状作成・初期計算ブロックでは、上記のように残留応力解析用のメッシュ分割を使用して初期残留応力を算出するステップと、初期き裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記初期き裂の前縁形状に応じてメッシュの再分割を行い、この再分割したメッシュ上に前記ステップで算出した初期残留応力を貼り付けるステップと、前記初期き裂の前縁の手前の節点を解放することにより、前記初期き裂を導入した場合の残留応力を算出するステップとを有する。
【００３９】
（３）の連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックでは、進展後（予測後）のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記進展後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記進展後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬するステップとを有する。
【００４０】
この場合にはき裂の進展挙動が予め分かっているため、（２）の進展予測ブロックによるき裂進展予測は行う必要がなく、予め分かっているき裂の進展挙動を入力しておき、これを用いて進展後（予測後）のき裂の前縁を順次設定すればよい。
【００４１】
また、残留応力・残留ひずみがなく、破壊力学パラメータを用いてき裂の進展を予測する場合、即ち、例えば通常の構造物（母材部）のき裂進展予測をするような場合には、解析ツールとして（２）＋（３）のブロックを用いることにより、コンピュータ（き裂進展解析装置）で自動的にき裂の進展解析を行う。
【００４２】
この場合、具体的には（２）の進展予測ブロックでは、（３）のメッシュ再作成・節点解放ブロックで求めた破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展方向と進展量を予測する。
【００４３】
（３）の連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックでは、（２）の進展予測ブロックで予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬し、この進展後のき裂形状に対して破壊力学パラメータを求めるステップとを有する。
【００４４】
この場合には残留応力・残留ひずみがないため、（１）の初期形状作成・初期計算ブロックでの処理は不要となる。なお、この場合も初期き裂は入力して任意に設定する。（３）のメッシュ再作成・節点解放ブロックでは、始め、この初期き裂の前縁上に節点が位置するように初期き裂の前縁形状に応じてメッシュ分割をし、このメッシュに応力・ひずみ等の状態量を貼り付けて、破壊力学パラメータＫ又はΔＫを求める。
【００４５】
また、残留応力・残留ひずみがなく、き裂の進展予測が予め分かっている場合、即ち、例えばレーザ加工や放電加工或いはせん断加工などで予め決めたとおりに切断や穴あけ（この場合は切断部や穴あけ部がき裂に相当する）などの加工を行うときのようにき裂の進展が予め予測できる場合には、解析ツールとして（３）のブロックを用いることにより、コンピュータ（き裂進展解析装置）で自動的にき裂の進展解析を行う。
【００４６】
この場合、具体的には（３）の連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックでは、予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・歪み等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬するステップとを有する。
【００４７】
この場合には残留応力・残留ひずみがないため、（１）の初期形状作成・初期計算ブロックでの処理は不要となる。また、き裂の進展予測が予め分かっているため、（２）の進展予測ブロックによるき裂進展予測も行う必要がなく、予め分かっているき裂の進展予測を入力しておき、これを用いて予測後のき裂の前縁を順次設定すればよい。なお、この場合も初期き裂は入力して任意に設定する。（３）のメッシュ再作成・節点解放ブロックでは、始め、この初期き裂の前縁上に節点が位置するように初期き裂の前縁形状に応じてメッシュ分割をし、このメッシュに応力・ひずみ等の状態量を貼り付ける。
【００４８】
これらの場合にも、上記と同様、予測後（進展後）のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再分割することにより、予測後のき裂前縁の手前の節点を解放して予測後のき裂前縁までき裂を進展させることができるようにしたため、従来のように最初から（初期き裂の状態から）解析をし直す必要がなく、き裂を順次進展させて解析を行うことができる。このため３次元ＦＥＭによるき裂進展解析が容易且つ短時間で行えるようになる。
【００４９】
なお、上記では破壊力学パラメータとしてＫ又はΔＫを用いているが、本発明に用いる破壊力学パラメータとしては、これらに限らず、他のパラメータ（例えばＪ）であってもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態とともに具体的に説明したように、第１発明のき裂進展解析方法は、残留応力・残留ひずみがある部位に対し、破壊力学パラメータを用いてき裂の進展を予測する場合のき裂進展解析方法であって、
残留応力解析用のメッシュ分割を使用して初期残留応力を算出するステップと、初期き裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記初期き裂の前縁形状に応じてメッシュの再分割を行い、この再分割したメッシュ上に前記ステップで算出した初期残留応力を貼り付けるステップと、前記初期き裂の前縁の手前の節点を解放することにより、前記初期き裂を導入した場合の残留応力を算出し、この残留応力に基づいて破壊力学パラメータを求めるステップとを有する初期形状作成・初期計算ブロックと、
この初期形状作成・初期計算ブロックで求めた破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展方向と進展量を予測し、また、メッシュ再作成・節点解放ブロックで求めた破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展方向と進展量を予測する進展予測ブロックと、
この進展予測ブロックで予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬し、この進展後のき裂形状に対して破壊力学パラメータを求めるステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックとを有してなることを特徴とする。
【００５１】
従って、この第１発明のき裂進展解析方法によれば、破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展を予測し、しかも、この予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再分割することにより、予測後のき裂前縁の手前の節点を解放して予測後のき裂前縁までき裂を進展させることができるようにしたため、従来のように最初から（初期き裂の状態から）解析をし直す必要がなく、き裂を順次進展させて解析を行うことができる。このため３次元ＦＥＭによるき裂進展解析が容易且つ短時間で行えるようになり、例えば実機の配管溶接部のき裂進展予測を容易にモニタリングすることができるようになる。
【００５２】
また、第２発明のき裂進展解析方法は、残留応力・残留ひずみがあり、き裂の進展挙動が予め分かっている場合のき裂進展解析方法であって、
残留応力解析用のメッシュ分割を使用して初期残留応力を算出するステップと、初期き裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記初期き裂の前縁形状に応じてメッシュの再分割を行い、この再分割したメッシュ上に前記ステップで算出した初期残留応力を貼り付けるステップと、前記初期き裂の前縁の手前の節点を解放することにより、前記初期き裂を導入した場合の残留応力を算出するステップとを有する初期形状作成・初期計算ブロックと、
進展後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記進展後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記進展後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬するステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックとを有してなることを特徴とする。
【００５３】
第３発明のき裂進展解析方法は、残留応力・残留ひずみがなく、破壊力学パラメータを用いてき裂の進展を予測する場合のき裂進展解析方法であって、
メッシュ再作成・節点解放ブロックで求めた破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展方向と進展量を予測する進展予測ブロックと、
この進展予測ブロックで予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬し、この進展後のき裂形状に対して破壊力学パラメータを求めるステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックとを有してなることを特徴とする。
【００５４】
第４発明のき裂進展解析方法は、残留応力・残留ひずみがなく、き裂の進展予測が予め分かっている場合のき裂進展解析方法であって、
予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・歪み等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬するステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックを有してなることを特徴とする。
【００５５】
従って、これらの第２，第３又は第４発明のき裂進展解析方法においても、上記の第１発明と同様、予測後（進展後）のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再分割することにより、予測後のき裂前縁の手前の節点を解放して予測後のき裂前縁までき裂を進展させることができるようにしたため、従来のように最初から（初期き裂の状態から）解析をし直す必要がなく、き裂を順次進展させて解析を行うことができる。このため３次元ＦＥＭによるき裂進展解析が容易且つ短時間で行えるようになる。
【００５６】
また、第５発明のき裂進展解析装置は、残留応力・残留ひずみがある部位に対し、破壊力学パラメータを用いてき裂の進展を予測するき裂進展解析装置であって、
残留応力解析用のメッシュ分割を使用して初期残留応力を算出するステップと、初期き裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記初期き裂の前縁形状に応じてメッシュの再分割を行い、この再分割したメッシュ上に前記ステップで算出した初期残留応力を貼り付けるステップと、前記初期き裂の前縁の手前の節点を解放することにより、前記初期き裂を導入した場合の残留応力を算出し、この残留応力に基づいて破壊力学パラメータを求めるステップとを有する初期形状作成・初期計算ブロックと、
この初期形状作成・初期計算ブロックで求めた破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展方向と進展量を予測し、また、メッシュ再作成・節点解放ブロックで求めた破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展方向と進展量を予測する進展予測ブロックと、
この進展予測ブロックで予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬し、この進展後のき裂形状に対して破壊力学パラメータを求めるステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックとを有する構成であることを特徴とする。
【００５７】
従って、この第５発明のき裂進展解析装置によれば、破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展を予測し、しかも、この予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再分割することにより、予測後のき裂前縁の手前の節点を解放して予測後のき裂前縁までき裂を進展させることができるようにしたため、従来のように最初から（初期き裂の状態から）解析をし直す必要がなく、き裂を順次進展させて解析を行うことができる。このため３次元ＦＥＭによるき裂進展解析が容易且つ短時間で行えるようになり、例えば実機の配管溶接部のき裂進展予測を容易にモニタリングすることができるようになる。
【００５８】
また、第６発明のき裂進展解析装置は、残留応力・残留ひずみがあり、き裂の進展挙動が予め分かっている場合のき裂進展解析を行うき裂進展解析装置であって、
残留応力解析用のメッシュ分割を使用して初期残留応力を算出するステップと、初期き裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記初期き裂の前縁形状に応じてメッシュの再分割を行い、この再分割したメッシュ上に前記ステップで算出した初期残留応力を貼り付けるステップと、前記初期き裂の前縁の手前の節点を解放することにより、前記初期き裂を導入した場合の残留応力を算出するステップとを有する初期形状作成・初期計算ブロックと、
進展後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記進展後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記進展後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬するステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックとを有してなる構成であることを特徴とする。
【００５９】
また、第７発明のき裂進展解析装置は、残留応力・残留ひずみがなく、破壊力学パラメータを用いてき裂の進展を予測するき裂進展解析装置であって、
メッシュ再作成・節点解放ブロックで求めた破壊力学パラメータに基づいてき裂の進展方向と進展量を予測する進展予測ブロックと、
この進展予測ブロックで予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・ひずみ等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬し、この進展後のき裂形状に対して破壊力学パラメータを求めるステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックとを有してなる構成であることを特徴とする。
【００６０】
また、第８発明のき裂進展解析装置は、残留応力・残留ひずみがなく、き裂の進展予測が予め分かっている場合のき裂進展解析を行うき裂進展解析装置であって、
予測後のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように前記予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再作成するステップと、この再作成後のメッシュに再作成前のメッシュの応力・歪み等の状態量を貼り付けるステップと、前記予測後のき裂前縁の手前に設けた節点を解放して、き裂の進展を模擬するステップとを有する連続のメッシュ再作成・節点解放ブロックを有してなる構成であることを特徴とする。
【００６１】
従って、これらの第６，第７又は第８発明のき裂進展解析装置においても、上記の第５発明と同様、予測後（進展後）のき裂の前縁上にメッシュの節点が位置するように予測後のき裂の前縁形状に応じてメッシュを再分割することにより、予測後のき裂前縁の手前の節点を解放して予測後のき裂前縁までき裂を進展させることができるようにしたため、従来のように最初から（初期き裂の状態から）解析をし直す必要がなく、き裂を順次進展させて解析を行うことができる。このため３次元ＦＥＭによるき裂進展解析が容易且つ短時間で行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るき裂進展自動化システムのシステム構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るき裂進展自動化システムのシステム構成図である。
【図３】配管溶接部におけるき裂進展の様子を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るき裂進展解析方法の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るき裂進展解析方法の説明図である。
【図６】実際のメッシュ分割例を示す図である。
【図７】実際のメッシュ分割例を示す図である。
【図８】実際のメッシュ分割例を示す図である。
【図９】実際のメッシュ分割例を示すである。
【図１０】本発明の実施の形態に係るき裂進展解析方法の説明図である。
【図１１】板状部材におけるき裂進展の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１１  配管
１２  溶接部
１３  き裂（前縁）
１３Ａ，１３Ｂ  き裂の前縁
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ  メッシュの節点
【図１】
0003861037.tif 000002
【図２】
0003861037.tif 000003
【図３】
0003861037.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003861037.tif 000008
【図８】
0003861037.tif 000009
【図９】
0003861037.tif 000010
【図１０】
0003861037.tif 000011
【図１１】
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