CN104685337A - 龟裂进展推定方法以及信息处理装置 - Google Patents

龟裂进展推定方法以及信息处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种龟裂进展推定方法以及信息处理装置，准确且简易地推定在部件中产生的龟裂的进展。信息处理装置(100)预先存储要推定龟裂的进展的部件的每个部位(R部、缺口部、外周部等)的在没有产生龟裂的情况下的深度方向的应力分布Δσ(a)、进展的龟裂的深度和蠕变贡献度之间的关系、以及蠕变贡献度和帕里斯法则的常数C、m之间的关系，从用户接受部件的预定部位的指定，根据以下的关系推定预定部位的龟裂的进展，da/dN＝C·(ΔK)m、ΔK＝Δσ(a)·(π·a)1/2，其中，a是龟裂深度，N是重复应力的产生次数，C、m是与上述部件对应地确定的常数，ΔK是应力放大系数范围。

Description

龟裂进展推定方法以及信息处理装置
技术领域
本发明涉及一种龟裂进展推定方法以及信息处理装置，特别涉及用于准确且简易地推定在部件中产生的龟裂的进展的技术。
背景技术
在专利文献1中，记载了为了评价因蠕变疲劳损伤造成的设备寿命，根据在设备的变动负荷状态下产生的应变计算塑性应变增量Δεp，根据在设备的恒定负荷状态下产生的应变的增加量计算蠕变应变增量Δεc，使用Δεp计算疲劳损伤φp，使用Δεc计算蠕变损伤φc，评价设备的寿命。
在专利文献2中，记载了在蠕变龟裂进展评价中，根据输入信息和数据库的温度/应力分析数据进行温度和应力的分析，根据分析信息、非破坏数据、蠕变龟裂进展寿命分析数据分析蠕变龟裂进展寿命，根据分析信息判定高温设备对象物品的更换时期。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-216983号公报
专利文献2：日本特开2008-3009号公报
发明内容
发明要解决的问题
一般，对龟裂的发生和进展分别进行在火力发电站、原子能发电站的蒸汽涡轮机、锅炉等在高温下使用的构造物中产生的龟裂的分析。另外，在现场实际发现了龟裂的发生的情况下，大多马上进行切去龟裂位置的运用，不一定掌握龟裂的进展行为。
另外，如果要准确地进行龟裂的进展的推定，则例如必须实施基于有限元法(FEM)的数值分析，但必须通过推定对进展的龟裂的每个深度重新切割网眼(FEM模型)，因此需要很大劳力，另外必须使用高性能的信息处理装置，是不经济的。
本发明就是鉴于这样的背景而提出的，其目的在于：提供一种能够准确并且简易地推定在部件中产生的龟裂的进展的龟裂进展推定方法以及信息处理装置。
用于解决问题的手段
用于解决上述问题的本发明之一是一种推定在部件中产生的龟裂的进展的方法，其中，
信息处理装置存储部件的每个部位的在没有产生龟裂的情况下的深度方向的应力分布Δσ(a)、进展的龟裂的深度和蠕变贡献度之间的关系、以及上述蠕变贡献度和帕里斯法则的参数C、m之间的关系，
从用户接受部件的预定部位的指定，
取得与上述预定部位有关的上述深度方向的应力分布Δσ(a)，
根据针对上述预定部位存储的龟裂的深度和蠕变贡献度之间的上述关系取得与上述预定部位有关的进展的龟裂的深度下的蠕变贡献度，
根据针对上述预定部位存储的蠕变贡献度和帕里斯法则的参数C、m之间的上述关系取得与所取得的上述蠕变贡献度对应的上述参数C、m，
根据以下的关系推定上述预定部位的龟裂的进展，
da/dN＝C·(ΔK)m
ΔK＝Δσ(a)·(π·a)1/2
(其中，a是龟裂深度，N是重复应力的产生次数，C、m是与上述部件对应地确定的常数，ΔK是应力放大系数范围)。
根据本发明，与进展的龟裂的深度下的蠕变贡献度对应地适当地取得参数C、m而推定龟裂的进展，因此能够准确并且简易地推定在部件中产生的龟裂的进展。另外，信息处理装置预先存储部件的每个部位的在没有产生龟裂的情况下的深度方向的应力分布Δσ(a)、进展的龟裂的深度和蠕变贡献度之间的关系、以及蠕变贡献度和帕里斯法则的参数C、m之间的关系，针对从用户接受的部件的预定部位，自动地取得深度方向的应力分布Δσ(a)、进展的龟裂的深度下的蠕变贡献度、以及与蠕变贡献度对应的上述参数C、m，推定预定部位的龟裂的进展，因此用户能够简易并且迅速地得到与预定部位的龟裂的进展有关的准确信息。
此外，信息处理装置例如根据上述部件的进展的龟裂的深度下的应力的时序变化、蠕变断裂特性、以及直到在上述部位产生龟裂为止的重复应力的产生次数的实测值，计算龟裂的深度和蠕变贡献度之间的上述关系。
这样根据部件的进展的龟裂的深度下的应力的时序变化求出龟裂的深度和蠕变贡献度之间的关系，因此能够对部件的进展的龟裂的每个深度考虑到变化的应力来准确地推定龟裂的进展。
另外，在上述龟裂进展推定方法中，信息处理装置从用户取得在上述预定部位的表面产生的龟裂的长度，根据上述龟裂的长度推定在上述预定部位产生的上述龟裂的深度，将推定出的上述龟裂的深度作为在推定上述预定部位的龟裂的进展时使用的初始值。
这样，信息处理装置根据用户指定的龟裂的长度自动地推定在预定部位产生的龟裂的深度，因此用户在不输入龟裂的深度的情况下也能够得到与龟裂的进展有关的信息。此外，考虑到线性破坏力学的经验法则和安全性，信息处理装置例如将龟裂的深度设为表面龟裂的长度的1/3。
另外，在上述龟裂进展推定方法中，上述信息处理装置在通过推定上述预定部位的龟裂的进展所得到的表示重复应力的次数N和龟裂的长度a之间的关系的曲线中包含龟裂的长度a相对于重复应力的次数N的变化急剧变化的部分的情况下，通过从原点向上述急剧变化的部分中的向上凸的部分引切线来修正上述曲线。由此，能够得到接近数值计算(例如ΔJc)的结果的良好的推定结果。
本发明的另一个是上述龟裂进展推定方法，
选出已知的多个应力-应变特性中的满足以下的关系的应力-应变特性，
1/Nf＝1/Npp+1/Ncp
Δεcp＝A2·Ncp -α2
Δεpp＝A1·Npp -α1
(其中，Nf是上述部位的已知的龟裂产生次数，Ncp是应变范围分割法中的cp型(拉伸蠕变应变+压缩塑性应变)的龟裂产生次数，Npp是应变范围分割法中的pp型(拉伸塑性应变+压缩塑性应变)的龟裂产生次数，Δεcp是应变范围分割法中的cp型的应变范围，Δεpp是应变范围分割法中的pp型的应变范围，A1、A2、α1、α2都是通过实验求出的常数)
根据选出的上述应力-应变特性，求出在上述部位没有产生龟裂的情况下的该部位的应力分布Δσ(0)，通过实施基于上述Δσ(0)的数值分析来求出上述部件的每个部位的在没有产生龟裂的情况下的其深度方向的上述应力分布Δσ(a)，
上述信息处理装置根据求出的上述应力分布Δσ(a)和以下的关系，推定上述部位的龟裂的进展，
da/dN＝C·(ΔK)m
ΔK＝Δσ(a)·(π·a)1/2
(其中，a是龟裂深度，N是重复应力的产生次数，C、m是与上述部件对应地确定的常数，ΔK是应力放大系数范围)。
根据本发明，只针对在要推定龟裂的进展的部位没有发生龟裂的情况下的该部位的应力分布Δσ(0)实施数值分析，对此后的龟裂的进展使用帕里斯法则进行推定，因此不伴随着巨大的数值计算就能够简易并且迅速地推定龟裂的进展。
根据本发明，与进展的龟裂的深度下的蠕变贡献度对应地适当地选择参数C、m，根据帕里斯法则推定龟裂的进展，因此能够提高龟裂进展的推定精度。
此外，上述信息处理装置例如存储上述部件的进展的龟裂的深度下的应力的时序变化、上述蠕变断裂特性、以及直到在上述部位发生龟裂为止的重复应力的产生次数的实测值，根据它们计算上述进展的龟裂的深度下的蠕变贡献度。
另外，上述信息处理装置例如存储帕里斯法则常数和保持时间之间的关系，确定上述关系中的该蠕变贡献度与计算出的上述进展的龟裂的深度下的蠕变贡献度一致的关系，根据所确定的关系决定上述参数C、m，使用所决定的参数C、m推定该深度下的龟裂的进展。
除此以外，根据具体实施方式栏以及附图来了解本申请所公开的问题及其解决方法。
发明效果
根据本发明，能够准确并且简易地推定在部件中产生的龟裂的进展。
附图说明
图1是表示信息处理装置100的主要硬件结构的图。
图2是表示信息处理装置100的主要功能的图。
图3是说明龟裂进展推定处理S300的流程图。
图4是在从用户接受信息的指定(输入)时信息处理装置100所显示的画面。
图5是应力-应变特性的一个例子。
图6是对象部位的深度方向的应力分布Δσ(a)的一个例子。
图7是进展的龟裂的深度下的应力的时序变化700的一个例子。
图8是蠕变断裂特性800的一个例子。
图9是帕里斯法则常数和保持时间之间的关系900的一个例子。
图10是表示与进展的龟裂的深度下的蠕变贡献度对应地决定帕里斯法则的常数C、m的例子的图。
图11是龟裂的进展的推定结果的一个例子。
图12是龟裂的进展的推定结果的一个例子。
图13是龟裂的进展的推定结果的一个例子。
图14是龟裂的进展的推定结果的一个例子(修正前)。
图15是龟裂的进展的推定结果的一个例子(修正后)。
图16是龟裂的进展的推定结果。
图17是信息处理装置100存储的在没有发生龟裂的情况下的深度方向的应力分布的一个例子。
图18是信息处理装置100存储的进展的龟裂的深度和蠕变贡献度之间的关系的一个例子。
图19是信息处理装置100存储的蠕变贡献度和帕里斯法则的常数C、m之间的关系的一个例子。
具体实施方式
以下，参照附图说明实施方式。
在图1中表示出作为一个实施方式说明的龟裂进展分析系统的实现所使用的信息处理装置100的主要硬件结构。本实施方式的龟裂进展分析系统，例如被用于在发电站(火力发电站、原子能发电站等)的蒸汽涡轮机、锅炉等在高温下使用的构造物、各种设备等部件中产生的高温龟裂、疲劳龟裂的分析、诊断。
如该图所示，信息处理装置100具备中央处理装置101(CPU、MPU等)、主存储装置102(ROM、RAM、NVRAM等)、辅助存储装置103(硬盘驱动器、光磁盘驱动器、SSD(固态驱动器等)、输入装置104(键盘、鼠标、触摸屏等)、输出装置105(液晶显示器、有机EL屏等)以及通信装置106(NIC(网络接口卡)等)。
在图2中表示出信息处理装置100所提供的主要功能。如该图所示，信息处理装置100提供应力-应变特性存储部201、龟裂产生次数存储部202、应力-应变特性选出部203、应力分布Δσ(0)计算部204、应力分布Δσ(a)计算部205、龟裂进展推定处理部206、蠕变贡献度计算部207、帕里斯法则常数决定部208、蠕变断裂特性存储部209以及帕里斯法则常数-保持时间存储部210的各功能。
此外，通过由中央处理装置101读出并执行存储在主存储装置102、辅助存储装置中的程序，或者通过信息处理装置100的硬件所具备的功能，来实现这些功能。
该图所示的功能中的应力-应变特性存储部201针对要推定龟裂的进展的部件的一个以上的部位(上述构造物的预定位置)，存储每个应力范围的多个应力-应变特性。
龟裂产生次数存储部202存储经由输入装置104等取得的、要推定龟裂的进展的部件(例如蒸汽涡轮机、锅炉。以下称为对象部件。)的一个以上的部位(例如R部、缺口部、外周部等)各自的龟裂的产生次数。
应力-应变特性选出部203针对对象部件的要推定龟裂的进展的预定的部位(以下称为对象部位)，选出应力-应变特性存储部201所存储的每个应力范围的多个应力-应变特性中的满足以下的关系的特性。
1/Nf＝1/Npp+1/Ncp……式1
Δεcp＝A2·Ncp -α2……式2
Δεpp＝A1·Npp -α1……式3
在此，Nf是对象部位的龟裂产生次数，Ncp是应变范围分割法中的cp型(拉伸蠕变应变+压缩塑性应变)的龟裂产生次数，Npp是应变范围分割法中的pp型(拉伸塑性应变+压缩塑性应变)的龟裂产生次数，Δεcp是应变范围分割法中的cp型的应变范围，Δεpp是应变范围分割法中的pp型的应变范围，A1、A2、α1、α2都是通过实验求出的常数(例如参照参考文献1「“超高圧高温プラントにおけるタービン止め弁/制御弁の損傷解析および材料評価”，火力原子力発電，Vol.35，No.11，Nov.1984，中代雅士ら，第48頁」)。
应力分布Δσ(0)计算部204根据通过应力-应变特性选出部203选出的应力-应变特性，求出在对象部位没有产生龟裂的情况下的对象部位的应力分布Δσ(0)(表面应力、表面应力范围)并存储。
应力分布Δσ(a)计算部205使用通过应力分布Δσ(0)计算部204求出的Δσ(0)实施数值分析(例如基于有限元法的分析(FEM))，求出在对象部位没有产生龟裂的情况下的对象部位的深度方向的应力分布Δσ(a)(图5、图17)。
龟裂进展推定处理部206根据通过应力分布Δσ(a)计算部205求出的应力分布Δσ(a)和以下的帕里斯法则，推定对象部位的龟裂的进展。
da/dN＝C·(ΔK)m……式4
ΔK＝Δσ(a)·(π·a)1/2……式5
此外，a是龟裂深度，N是重复应力的产生次数，C、m是与对象部件对应地确定的常数，ΔK是应力放大系数范围。
蠕变贡献度计算部207在通过龟裂进展推定处理部206进行的上述推定时，求出进展的龟裂的深度和蠕变贡献度之间的关系(图18)。
帕里斯法则常数决定部208根据蠕变贡献度计算部207求出的、进展的龟裂的深度和蠕变贡献度之间的关系(图18)、后述的蠕变贡献度和帕里斯法则的常数C、m之间的关系(图19)，决定在龟裂进展推定处理部206在进展的龟裂的深度下推定龟裂的进展时使用的帕里斯法则的常数C、m。
蠕变断裂特性存储部209存储后述的对象部件的蠕变断裂特性700(例如针对与对象部件相同的材料通过实验求出的蠕变断裂特性)(图6)。
帕里斯法则常数-保持时间存储部210存储帕里斯法则的常数C、m和保持时间之间的关系800(图8)。
图3是说明用户利用龟裂进展分析系统进行龟裂的进展的推定时信息处理装置100所进行的处理(以下称为龟裂进展推定处理S300。)的流程图。以下，与该图一起说明龟裂进展推定处理S300。
首先，信息处理装置100经由输入装置104从用户接受分析对象(对象部位、对象部位、材质等)、运转条件(蒸汽温度、蒸汽压力等)、与龟裂有关的信息(龟裂的产生状况等)的指定(S311)。
在图4中表示在上述接受时信息处理装置100在输出装置105中显示的画面的一个例子。如该图所示，在该例子中，信息处理装置100接受材质、产生部位作为分析对象，另外接受蒸汽温度和蒸汽压力作为运转条件，另外接受产生龟裂时的启动停止次数、当前的表面龟裂的长度、以及龟裂的深度(初始龟裂的深度)作为与龟裂有关的信息。
此外，对于图4的画面中的对象部位的应力分布Δσ(0)，用户也可以省略其指定(输入)。在用户省略了应力分布Δσ(0)的指定的情况下，信息处理装置100自动地根据应变范围分割法求出应力分布Δσ(0)(上述的应力分布Δσ(0)计算部204的功能)。
另外，在图4的画面中，用户可以针对龟裂的深度(初始龟裂的深度)省略指定(输入)。在用户省略了龟裂的深度的指定的情况下，信息处理装置100根据指定(输入)的表面龟裂的长度求出龟裂的深度。此外，信息处理装置例如考虑到线性破坏力学的经验法则以及安全性，将龟裂的深度设为表面龟裂的1/3。
接着，信息处理装置100取得针对接受的对象部位存储的、龟裂产生次数Nf、以及每个应力范围的多个应力-应变特性(S312、S313)。
在图5中表示应力-应变特性的一个例子(从参考文献1中摘录)。应力-应变特性存储部201对每个应力范围存储多个该图所示那样的应力-应变特性。
接着，信息处理装置100从取得的每个应力范围的多个应力-应变特性中选出满足上述式1～式3的关系的特性(S314)。然后，信息处理装置100根据选出的应力-应变特性，求出在对象部位没有产生龟裂的情况下的对象部位的应力分布Δσ(0)(S315)。
接着，信息处理装置100使用求出的Δσ(0)实施数值分析(例如基于有限元法的分析)，求出在对象部位没有产生龟裂的情况下的对象部位的深度方向的应力分布Δσ(a)(S316)。
在图6中表示这时求出的上述应力分布Δσ(a)的一个例子。在该例子中，根据通过上述数值分析求出的对象部位的龟裂深度方向的直线上的应力分布，求出Δσ(a)。在该例子中，求出在上述数值分析中压缩最大的时刻(tA)的应力分布ΔσA(a)的绝对值和在上述数值分析中拉伸最大的时刻(tB)的应力分布ΔσB(a)的绝对值的和，作为在对象部位没有产生龟裂的情况下的对象部位的应力分布Δσ(a)。
返回到图3，接着，信息处理装置100根据求出的应力分布Δσ(a)和上述帕里斯法则(式3、4)，推定对象部位的龟裂的进展(重复应力的产生次数N和龟裂的深度之间的关系)(S317～S319)。
在此，对象部件的形状、材料的性质、放置对象部件的环境(温度、压力等)一般与进展的龟裂的深度对应地变化。因此，在进行上述推定时，考虑到与由于重复应力的作用而进展的龟裂的深度对应地蠕变贡献度也变化。
具体地说，信息处理装置100在推定进展的龟裂的每个深度的龟裂的进展时，求出该龟裂的深度的蠕变贡献度，与求出的蠕变贡献度对应地决定(选择)帕里斯法则的常数C、m。
例如如图7所示，通过将实际作用于对象部位的应力(例如在蒸汽涡轮机的启动时、运转时、停止时作用于蒸汽涡轮机的预定部位的应力)简化而模拟所得的、进展的龟裂的深度下的应力的时序变化700、以及图8所示例的蠕变断裂特性800(该图从参考文献2“NIMS/CDS/No.31B/1994的p.10”摘录)代入到下式，来求出进展的龟裂的深度下的蠕变贡献度。
在此，t是时刻，Nr是到在对象部位产生龟裂为止作用的重复应力的产生次数，tr(Δσ(t))是使得作用应力Δσ(t)的情况下的断裂时间。
例如，对于对象部位的表面，在图7的时序变化700中，Δσ(tB)＝180MPa，Δσ(tC)＝20MPa，Δσ(tD)＝140MPa，Δσ(tB)＝180MPa持续时刻tA’-时刻tB’的3小时，Δσ(tC)＝20MPa持续时刻tB’-时刻tC的150小时，Δσ(tD)＝140MPa持续时刻tC-时刻tE的3小时。
在该情况下，根据图8的蠕变断裂特性800，能够取得与时刻tB的180Mpa对应的断裂时间(time to rupture)为20000小时，与时刻tC的20Mpa对应的断裂时间为1.0E+07(指数标记)小时，与时刻tD的140Mpa对应的断裂时间为50000小时，因此例如如果设重复应力的产生次数Nr为617次，则根据式6，进展的龟裂的深度下的蠕变贡献度为
另外，对于龟裂从对象部位的表面前进3mm的部分，在图7的时序变化700中，Δσ(tB)＝140MPa，Δσ(tC)＝15MPa，Δσ(tD)＝110MPa，Δσ(tB)＝140MPa持续时刻tA’-时刻tB’的3小时，Δσ(tC)＝15MPa持续时刻tB’-时刻tC的150小时，Δσ(tD)＝110MPa持续时刻tC-时刻tE的3小时。
在该情况下，根据图8的蠕变断裂特性800，能够取得与时刻tB的140Mpa对应的断裂时间(time to rupture)为4.0E+04小时，与时刻tC的20Mpa对应的断裂时间为3.0E+07小时，与时刻tD的110Mpa对应的断裂时间为1.0E+05小时，因此例如如果设重复应力的产生次数Nr为617次，则根据式6，进展的龟裂的深度下的蠕变贡献度为
另外，对于龟裂从对象部位的表面前进5mm的部分，在图7的时序变化700中，Δσ(tB)＝100MPa，Δσ(tC)＝10MPa，Δσ(tD)＝80MPa，Δσ(tB)＝100MPa持续时刻tA’-时刻tB’的3小时，Δσ(tC)＝10MPa持续时刻tB’-时刻tC的150小时，Δσ(tD)＝80MPa持续时刻tC-时刻tE的3小时。
在该情况下，根据图8的蠕变断裂特性800，能够取得与时刻tB的100Mpa对应的断裂时间(time to rupture)为1.5E+05小时，与时刻tC的10Mpa对应的断裂时间为1.0E+08小时，与时刻tD的80Mpa对应的断裂时间为2.5E+05小时，因此例如如果设Nr为617次，则根据式6，进展的龟裂的深度下的蠕变贡献度为
另外，对于龟裂从对象部位的表面前进10mm的部分，在图7的时序变化700中，Δσ(tB)＝70MPa，Δσ(tC)＝7MPa，Δσ(tD)＝56MPa，Δσ(tB)＝70MPa持续时刻tA’-时刻tB’的3小时，Δσ(tC)＝7MPa持续时刻tB’-时刻tC的150小时，Δσ(tD)＝56MPa持续时刻tC-时刻tE的3小时。
在该情况下，根据图8的蠕变断裂特性800，能够取得与时刻tB的70Mpa对应的断裂时间(time to rupture)为3.5E+05小时，与时刻tC的7Mpa对应的断裂时间为3.0E+10(指数标记)小时，与时刻tD的56Mpa对应的断裂时间为6.0E+05小时，因此例如如果设Nr为617次，则根据式6，进展的龟裂的深度下的蠕变贡献度为
信息处理装置100与这样求出的进展的龟裂的深度下的蠕变贡献度对应地，决定在推定龟裂的进展时使用的帕里斯法则的常数C、m。
图9是信息处理装置100存储的帕里斯法则常数和保持时间之间的关系900的一个例子。在该图中，除了保持10000分钟的数据以外，是针对由与实际设备(火力发电站的蒸汽涡轮机再热蒸汽阀弯曲部)相同的材料(Cr-Mo-V铸铜)构成的试验片在预定的环境下(温度：550℃，应力：±200Mpa)进行实测而得的数据。此外，根据保持1分钟乃至1000分钟的图表推定保持10000分钟的数据。
在此，可以如下这样求出与该图所示的数据(各直线)分别对应的蠕变贡献度。例如，在温度为550℃、应力为140MPa、保持时间为167小时的条件下，到试验片断裂为止的重复应力的产生次数是50次。在该情况下，根据图8的蠕变断裂特性800，取得50000小时作为只有蠕变损伤的情况下的断裂时间，因此保持10000分钟的数据的蠕变贡献度为
蠕变贡献度(保持10000分钟)＝50×(167/50000)＝17％
。
另外，例如如果在温度为550℃、应力为140MPa、保持时间为16.7小时的条件下，到试验片断裂为止的重复应力的产生次数是110次，则保持1000分钟的数据的蠕变贡献度为
蠕变贡献度(保持1000分钟)＝110×(16.7/50000)＝3.7％
。
另外，例如如果在温度为550℃、应力为140MPa、保持时间为1.67小时的条件下，到试验片断裂为止的重复应力的产生次数是422次，则保持100分钟的数据的蠕变贡献度为
蠕变贡献度(保持100分钟)＝110×(1.67/50000)＝1.4％
。
另外，例如如果在温度为550℃、应力为140MPa、保持时间为0.167小时的条件下，到试验片断裂为止的重复应力的产生次数是1025次，则保持10分钟的数据的蠕变贡献度为
蠕变贡献度(保持10个分钟)＝1025×(0.167/50000)＝0.34％
。
另外，例如如果在温度为550℃、应力为140MPa、保持时间为0.0167小时的条件下，到试验片断裂为止的重复应力的产生次数是2300次，则保持1分钟的数据的蠕变贡献度为
蠕变贡献度(保持1分钟)＝2300×(0.0167/50000)＝0.34％
。
信息处理装置100对照以上那样求出的各图表各自的蠕变贡献度(图9)、根据式6求出的蠕变贡献度，确定图9所示的各数据中的根据式6求出的蠕变贡献度和值对应的数据。此外，在上述对照时，根据需要进行对数插补。信息处理装置100决定(选择)根据这样确定的数据求出的常数C、m作为在进展的龟裂的深度下推定龟裂的进展时所使用的帕里斯法则的常数。
在图10中，表示与进展的龟裂的深度下的蠕变贡献度对应地决定帕里斯法则的常数C、m的例子。该图是以下的情况，即作为在进展的龟裂的深度下推定龟裂的进展时所使用的帕里斯法则的常数，在龟裂的深度为1mm以上、不满3mm时决定基于保持10000分钟的数据的帕里斯法则的常数C、m，在3mm以上、不满5mm时决定基于保持1000分钟的数据的帕里斯法则的常数C、m，在5mm以上、不满20mm时决定基于保持100分钟的数据的帕里斯法则的常数C、m。
返回到图3，信息处理装置100如果龟裂的进展的推定结束(S319：是)，则将其结果输出到输出装置105(S320)。此外，例如信息处理装置100根据重复应力的发生次数N超过了预定数的情况，结束龟裂的进展的推定。
图11～图13表示信息处理装置100输出的龟裂的进展的推定结果的一个例子。
图11是使用基于保持10000分钟的数据的帕里斯法则的常数C、m推定龟裂的深度为1mm以上、3mm以下之间(在超过3mm的范围不保证精度)的龟裂的进展的结果。根据该图可知，例如在发生了50次的重复应力时龟裂的深度达到3mm(3.0E-03m)。
图12是使用基于保持1000分钟的数据的帕里斯法则的常数C、m推定龟裂的深度为3mm以上、5mm以下之间(在不满3mm、以及超过5mm的范围不保证精度)的龟裂的进展的结果。根据该图可知，例如在龟裂的深度超过3mm后发生了19次的重复应力时龟裂的深度达到5mm(5.0E-03m)。
图13是使用基于保持100分钟的数据的帕里斯法则的常数C、m推定龟裂的深度为5mm以上、20mm以下之间(在不满5mm、以及超过20mm的范围不保证精度)的龟裂的进展的结果。根据该图可知，例如在龟裂的深度超过5mm后发生了500次的重复应力时龟裂的深度达到20.9mm(20.9E-03m)。另外，根据该图可以推定龟裂的深度为30.0mm(30.0E-03m)左右时龟裂的进展停止。
但是，在根据以上的方法推定龟裂的进展的情况下，例如如图14所示，有时龟裂的进展曲线急剧(进展曲线的切线的斜率超过预定的变化率)变化(在该图中，在N＝600～800次的范围内龟裂急剧地变化(进展))。但是，即使观察实际的实际设备的龟裂也没有发现这样的急剧的龟裂的进展。这大致可以认为由于对非线性的情况应用了线性模型而产生(在帕里斯法则中龟裂的进展与ΔK的8～10次方成正比，但在包含蠕变的情况下不会产生这样的结果)。
因此，在龟裂的进展曲线中存在这样的急剧变化的部分的情况下，信息处理装置100从原点向看到曲线的急剧变化的部分中的向上凸的部分引切线，用该切线(将原点附近(原点或其附近)和切点连接起来的线(在图14中用虚线表示的线))置换原来的进展曲线来作为进展曲线。例如在得到图14所示的进展曲线的情况下，信息处理装置100修正为图15所示那样的进展曲线。通过进行这样的修正，能够得到与实际的龟裂的进展(或ΔJc等的数值计算的结果)接近的进展曲线。
如以上说明的那样，在本实施方式的龟裂进展分析系统中，只针对在要推定龟裂的进展的部位没有产生龟裂的情况下的该部位的应力分布Δσ(0)实施数值分析，使用帕里斯法则推定此后的龟裂的进展，因此能够使用个人计算机等信息处理装置100准确并且简易地推定龟裂的进展。
另外，在火力发电站、原子能发电站的蒸汽涡轮机、锅炉等在高温下使用的构造物的龟裂的维修时，大多在发生龟裂时马上进行对其修补的运用，但根据本实施方式的龟裂进展分析系统，能够在发生了龟裂的情况下容易地推定此后的龟裂的进展。因此，在发生了龟裂时能够决定与该龟裂有关的对应(是否必须进行紧急的修补等)，能够高效地进行构造物的龟裂的维护。
另外，在本实施方式的龟裂进展分析系统中，与进展的龟裂的深度下的蠕变贡献度对应地适当地选择帕里斯法则常数C、m来推定龟裂的进展，因此能够高精度地推定龟裂的进展。另外，取得帕里斯法则常数C、m作为时间的函数C(t)、m(t)，将蠕变贡献度和保持时间关联起来，由此决定在进展的龟裂的深度下应该采用的帕里斯法则常数C、m，因此能够利用实测的帕里斯法则常数C、m和保持时间之间的关系(ΔK和da/dN之间的关系)，简易并且准确地推定龟裂的进展。此外，根据实测的帕里斯法则常数C、m和保持时间之间的关系推定与其他保持时间有关的帕里斯法则常数C、m和保持时间之间的关系，由此能够扩展能够推定龟裂的进展的范围。
另外，在本实施方式的龟裂进展分析系统中，信息处理装置100根据对实际作用于部件的应力进行简化所得的进展的龟裂的深度下的应力的时序变化，计算进展的龟裂的深度和蠕变贡献度之间的关系，因此能够使计算结果反映实际作用于部件的应力的时序变化，能够以接近实际的状况的形式计算进展的龟裂的深度和蠕变贡献度之间的关系。另外，简化实际作用于部件的应力来模拟进展的龟裂的深度下的应力的时序变化，因此与考虑到实际作用于部件的复杂的应力的情况相比，能够容易并且迅速地计算进展的龟裂的深度和蠕变贡献度之间的关系。
此外，如上述那样，信息处理装置100在用户省略了应力分布Δσ(0)的指定的情况下，根据应变范围分割法自动地求出应力分布Δσ(0)。另外，信息处理装置100在用户省略了龟裂的深度的指定的情况下，根据指定的表面龟裂的长度求出龟裂的深度。
在图16中，表示用户指定了应力分布Δσ(0)和龟裂的深度的双方的情况(符号151)、对应力分布Δσ(0)省略了指定，对龟裂的深度进行了指定的情况(符号152)、对应力分布Δσ(0)和龟裂的深度都省略了指定的情况(符号153)、数值计算(ΔJc)的情况(符号154)的各个情况相关的龟裂的进展的推定结果。如该图所示，可知在用户省略了应力分布Δσ(0)、龟裂的深度的指定的情况下，也能够高精度地推定龟裂的进展。
以上说明的实施方式是为了容易理解本发明而说明的，并不限定本发明。本发明当然能够不脱离其主要内容地进行变更、改进，并且其等价物包含在本发明中。
例如，信息处理装置100只要预先对每个对象部位(R部、缺口部、外周部等)求出没有产生龟裂的情况下的深度方向的应力分布Δσ(a)(图6)、进展的龟裂的深度和蠕变贡献度(根据式6求出)之间的关系、以及蠕变贡献度和帕里斯法则的常数C、m之间的关系并存储(数据库化)，用户就能够更简易并且迅速地得到龟裂的进展预测的结果。
在该情况下，在图17中表示信息处理装置100存储的在没有发生龟裂的情况下的深度方向的应力分布的一个例子，在图18中表示进展的龟裂的深度和蠕变贡献度之间的关系的一个例子。在图19中表示蠕变贡献度和帕里斯法则的常数C、m之间的关系的一个例子。
符号说明
100：信息处理装置；201：应力-应变特性存储部；202：龟裂产生次数存储部；203：应力-应变特性选出部；204：应力分布Δσ(0)计算部；205：应力分布Δσ(a)计算部；206：龟裂进展推定处理部；207：蠕变贡献度计算部；208：帕里斯法则参数选择部；209：蠕变断裂特性存储部；210：帕里斯法则常数-保持时间存储部；S300：龟裂进展推定处理；500：进展的龟裂的深度下的应力的时序变化；600：蠕变断裂特性；700：帕里斯法则常数和保持时间之间的关系。

Claims (12)

1.一种龟裂进展推定方法，是推定在部件中产生的龟裂的进展的方法，其特征在于，
信息处理装置，
存储部件的每个部位的在没有产生龟裂的情况下的深度方向的应力分布Δσ(a)、进展的龟裂的深度和蠕变贡献度之间的关系、以及上述蠕变贡献度和帕里斯法则的参数C、m之间的关系，
从用户接受部件的预定部位的指定，
取得与上述预定部位有关的上述深度方向的应力分布Δσ(a)，
根据针对上述预定部位存储的龟裂的深度和蠕变贡献度之间的上述关系，取得与上述预定部位有关的进展的龟裂的深度下的蠕变贡献度，
根据针对上述预定部位存储的蠕变贡献度和帕里斯法则的参数C、m之间的上述关系，取得与所取得的上述蠕变贡献度对应的上述参数C、m，
根据以下的关系推定上述预定部位的龟裂的进展，
da/dN＝C·(ΔK)m
ΔK＝Δσ(a)·(π·a)1/2
其中，a是龟裂深度，N是重复应力的产生次数，C、m是与上述部件对应地确定的常数，ΔK是应力放大系数范围。
2.根据权利要求1所述的龟裂进展推定方法，其特征在于，
根据上述部件的进展的龟裂的深度下的应力的时序变化、蠕变断裂特性、以及直到在上述部件的部位产生龟裂为止的重复应力的产生次数的实测值，计算上述信息处理装置所存储的龟裂的深度和蠕变贡献度之间的上述关系。
3.根据权利要求1或2所述的龟裂进展推定方法，其特征在于，
上述信息处理装置从用户取得在上述预定部位的表面产生的龟裂的长度，根据上述龟裂的长度推定在上述预定部位产生的上述龟裂的深度，将推定出的上述龟裂的深度作为在推定上述预定部位的龟裂的进展时使用的初始值。
4.根据权利要求3所述的龟裂进展推定方法，其特征在于，
上述信息处理装置推定将取得的在上述预定部位的表面产生的上述龟裂的长度乘以1/3所得的值，作为在上述预定部位产生的上述龟裂的深度。
5.根据权利要求1～4的任意一项所述的龟裂进展推定方法，其特征在于，
上述信息处理装置，在通过推定上述预定部位的龟裂的进展所得到的表示重复应力的次数N和龟裂的长度a之间的关系的曲线中包含龟裂的长度a相对于重复应力的次数N的变化而急剧变化的部分的情况下，通过从原点附近向上述急剧变化的部分中的向上凸的部分引切线来修正上述曲线。
6.根据权利要求1～5的任意一项所述的龟裂进展推定方法，其特征在于，
选出已知的多个应力-应变特性中的满足以下的关系的应力-应变特性，
1/Nf＝1/Npp+1/Ncp
Δεcp＝A2·Ncp -α2
Δεpp＝A1·Npp -α1
根据选出的上述应力-应变特性，求出在上述部位没有产生龟裂的情况下的该部位的应力分布Δσ(0)，通过实施基于上述Δσ(0)的数值分析来求出上述部件的每个部位的在没有产生龟裂的情况下的其深度方向的上述应力分布Δσ(a)，
其中，Nf是上述部位的已知的龟裂产生次数，Ncp是应变范围分割法中的cp型、即拉伸蠕变应变+压缩塑性应变的龟裂产生次数，Npp是应变范围分割法中的pp型、即拉伸塑性应变+压缩塑性应变的龟裂产生次数，Δεcp是应变范围分割法中的cp型的应变范围，Δεpp是应变范围分割法中的pp型的应变范围，A1、A2、α1、α2都是通过实验求出的常数，
上述信息处理装置根据求出的上述应力分布Δσ(a)和以下的关系，推定上述部位的龟裂的进展，
da/dN＝C·(ΔK)m
ΔK＝Δσ(a)·(π·a)1/2
α是龟裂深度，N是重复应力的产生次数，C、m是与上述部件对应地确定的常数，ΔK是应力放大系数范围。
7.一种具备CPU和存储器的信息处理装置，其特征在于，具备：
存储部件的每个部位的在没有产生龟裂的情况下的深度方向的应力分布Δσ(a)、进展的龟裂的深度和蠕变贡献度之间的关系、以及上述蠕变贡献度和帕里斯法则的参数C、m之间的关系的单元；
从用户接受部件的预定部位的指定的单元；
取得与上述预定部位有关的上述深度方向的应力分布Δσ(a)的单元；
根据针对上述预定部位存储的龟裂的深度和蠕变贡献度之间的上述关系，取得与上述预定部位有关的进展的龟裂的深度下的蠕变贡献度的单元；
根据针对上述预定部位存储的蠕变贡献度和帕里斯法则的参数C、m之间的上述关系，取得与所取得的上述蠕变贡献度对应的上述参数C、m的单元；以及
根据以下的关系推定上述预定部位的龟裂的进展的单元，
da/dN＝C·(ΔK)m
ΔK＝Δσ(a)·(π·a)1/2
其中，a是龟裂深度，N是重复应力的产生次数，C、m是与上述部件对应地确定的常数，ΔK是应力放大系数范围。
8.根据权利要求7所述的信息处理装置，其特征在于，
根据上述部件的进展的龟裂的深度下的应力的时序变化、蠕变断裂特性、以及直到在上述部位产生龟裂为止的重复应力的产生次数的实测值，计算龟裂的深度和蠕变贡献度之间的上述关系。
9.根据权利要求7或8所述的信息处理装置，其特征在于，具备：
从用户取得在上述预定部位的表面产生的龟裂的长度的单元；
根据上述龟裂的长度推定在上述预定部位产生的上述龟裂的深度的单元；以及
将推定出的上述龟裂的深度作为在推定上述预定部位的龟裂的进展时使用的初始值的单元。
10.根据权利要求9所述的信息处理装置，其特征在于，
推定将取得的在上述预定部位的表面产生的上述龟裂的长度乘以1/3所得的值，作为在上述预定部位产生的上述龟裂的深度。
11.根据权利要求7～10的任意一项所述的信息处理装置，其特征在于，具备：
在通过推定上述预定部位的龟裂的进展所得到的表示重复应力的次数N和龟裂的长度a之间的关系的曲线中包含龟裂的长度a相对于重复应力的次数N的变化而急剧变化的部分的情况下，通过从原点附近向上述急剧变化的部分中的向上凸的部分引切线来修正上述曲线的单元。
12.根据权利要求7～11的任意一项所述的信息处理装置，其特征在于，具备：
选出已知的多个应力-应变特性中的满足以下的关系的应力-应变特性，
1/Nf＝1/Npp+1/Ncp
Δεcp＝A2·Ncp -α2
Δεpp＝A1·Npp -α1
根据选出的上述应力-应变特性，求出在上述部位没有产生龟裂的情况下的该部位的应力分布Δσ(0)，通过实施基于上述Δσ(0)的数值分析来求出上述部件的每个部位的在没有产生龟裂的情况下的其深度方向的上述应力分布Δσ(a)的单元，
其中，Nf是上述部位的已知的龟裂产生次数，Ncp是应变范围分割法中的cp型、即拉伸蠕变应变+压缩塑性应变的龟裂产生次数，Npp是应变范围分割法中的pp型、即拉伸塑性应变+压缩塑性应变的龟裂产生次数，Δεcp是应变范围分割法中的cp型的应变范围，Δεpp是应变范围分割法中的pp型的应变范围，A1、A2、α1、α2都是通过实验求出的常数；以及
根据求出的上述应力分布Δσ(a)和以下的关系、即帕里斯法则，推定上述部位的龟裂的进展的单元，
da/dN＝C·(ΔK)m
ΔK＝Δσ(a)·(π·a)1/2
其中，a是龟裂深度，N是重复应力的产生次数，C、m是与上述部件对应地确定的常数，ΔK是应力放大系数范围。
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