ES2843681T3 - Método de estimación de esfuerzo residual y dispositivo de estimación de esfuerzo residual - Google Patents

Método de estimación de esfuerzo residual y dispositivo de estimación de esfuerzo residual Download PDF

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Keisuke Okita
Tomokazu Nakagawa
Mariko Yamada
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Abstract

Un método de estimación de esfuerzo residual basado en deformación inherente comprendiendo los pasos de: obtener un valor medido relacionado con el esfuerzo residual medido a partir de una pieza cortada (400) de una estructura recogida en una zona en la que la deformación inherente está distribuida uniformemente en un caso donde se supone que la deformación inherente está distribuida uniformemente en una dirección en la estructura (S1, S2); estimar una distribución bidimensional de la deformación inherente en una superficie de análisis (501) en una dirección que cruza dicha dirección en la estructura en base al valor medido obtenido (S5); estimar una distribución tridimensional de la deformación inherente en un modelo tridimensional de la estructura en la que múltiples puntos de cálculo están dispuestos tridimensionalmente transfiriendo cada punto de cálculo (a a e) de la distribución bidimensional estimada de la deformación inherente en la superficie de análisis (501) a dicha dirección a cada punto de cálculo (a' a e') en una superficie de transferencia (502) que cruza dicha dirección (S6); y calcular un valor estimado de esfuerzo residual en base a la distribución tridimensional estimada de la deformación inherente (S8).

Description

DESCRIPCIÓN
Método de estimación de esfuerzo residual y dispositivo de estimación de esfuerzo residual
Campo técnico
La presente invención se refiere a un método de estimación de esfuerzo residual y un dispositivo de estimación de esfuerzo residual para estimar el esfuerzo residual de una estructura en base a un método de deformación inherente.
Antecedentes de la invención
El esfuerzo residual generado en una estructura produce daño, como fisuras por fatiga, en algunos casos y es importante conocer exactamente la distribución del esfuerzo residual en la estructura. Como un método de estimar el esfuerzo residual de una estructura, se conoce un método que estima la distribución del esfuerzo residual de toda la estructura a partir de una distribución del esfuerzo residual medida en varios puntos en una superficie cortada de la estructura (consúltese el documento de patente 1). También se conoce un método que emplea un método de deformación inherente (consúltense los documentos de patente 2 y 3).
En el método de estimar el esfuerzo residual en base al método de deformación inherente de la técnica relacionada, se cortan dos tipos de piezas cortadas de una estructura, se mide la deformación elástica o el esfuerzo residual de cada pieza cortada medida, y el valor medido de la deformación elástica o esfuerzo residual de cada pieza cortada se aplica a procesamiento de análisis inverso en base a un método de elementos finitos. En el procesamiento de análisis inverso, la deformación inherente es aproximada con un método de cuadrados mínimos usando una función de distribución y se determina una distribución de deformación inherente en la estructura, calculando por ello la deformación residual de la estructura antes del corte a partir de la distribución de deformación inherente obtenida. El documento de patente 2 describe que se cortan piezas cortadas de una pieza T y una pieza L de una pieza de prueba de una estructura, y las respectivas pieza T y pieza L se cortan más y se dividen en una pluralidad de pequeñas piezas para medir la deformación elástica (liberada).
Lista de citas
Referencia de patentes
Documento de patente 1: JP H05223661 A
Documento de patente 2: JP 2005181172 A
Documento de patente 3: JP 2003121273 A
Resumen de la invención
Problemas que la invención ha de resolver
El trabajo de recoger una pieza cortada de una estructura es muy complicado y también aumentan los costos y el tiempo de trabajo. Cuando se incrementa el número de piezas cortadas a medir, se incorporan fácilmente errores de forma, errores de procesamiento y errores de medición, lo que deteriora la exactitud de la estimación del esfuerzo residual. Por otra parte, cuando el número de piezas cortadas a recoger es demasiado pequeño, el número de mediciones de deformación elástica o esfuerzo residual no es suficiente y por ello el esfuerzo residual de la estructura no puede estimarse con alta exactitud.
La presente invención se ha realizado teniendo en cuenta las circunstancias anteriores y su objeto primario es proporcionar un método de estimación de esfuerzo residual y un dispositivo de estimación de esfuerzo residual que pueden resolver los problemas anteriores.
Medios para resolver los problemas
Con el fin de resolver los problemas antes descritos, un método de estimación de esfuerzo residual según un aspecto de la presente invención incluye las características especificadas en la reivindicación 1.
Un dispositivo de estimación de esfuerzo residual según el otro aspecto de la presente invención incluye las características definidas en la reivindicación 6.
Otros desarrollos de la presente invención se exponen en las reivindicaciones dependientes.
Ventajas de la invención
Según la presente invención, es posible reducir el número de piezas cortadas a recoger para medir la deformación elástica o el esfuerzo residual sin deteriorar la exactitud de la estimación del esfuerzo residual.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra una configuración de una realización de un dispositivo de estimación de esfuerzo residual según la presente invención.
La figura 2 es una vista lateral que ilustra una configuración de un cigüeñal.
La figura 3 es una vista lateral que ilustra de forma ampliada el procesamiento plástico con respecto al cigüeñal. La figura 4A es una vista en sección transversal que ilustra un rango de procesamiento en un eje de muñón.
La figura 4B es una vista en sección transversal que ilustra un rango de procesamiento en un eje de muñequilla. La figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra el procedimiento de una realización de un método de estimación de esfuerzo residual según la presente invención.
La figura 6 es una vista en perspectiva que ilustra ejemplos de piezas cortadas recogidas de una estructura.
La figura 7 es una vista en sección transversal del eje de muñón para ilustrar la recogida de una pieza C.
La figura 8 es una vista esquemática que ilustra un ejemplo de medición del esfuerzo residual de una pieza cortada. La figura 9 es una vista en perspectiva que ilustra la transferencia de la deformación inherente a una dirección circunferencial en una superficie de análisis.
La figura 10 es una vista esquemática que ilustra la compensación de la deformación inherente en una superficie de transferencia.
Modos de realizar la invención
A continuación, se describirán realizaciones preferidas de la presente invención con referencia a los dibujos.
Se proporciona un dispositivo de estimación de esfuerzo residual según la presente invención para estimar, en un caso donde se supone que la deformación inherente está distribuida uniformemente en una dirección, una distribución bidimensional de la deformación inherente en una superficie de una estructura perpendicular a una dirección, transferir la distribución bidimensional estimada de la deformación inherente a la otra superficie perpendicular a una dirección, estimar una distribución tridimensional de la deformación inherente en la estructura, y estimar el esfuerzo residual de la estructura en base a la distribución tridimensional de la deformación inherente. [Configuración del dispositivo de estimación de esfuerzo residual]
Un dispositivo de estimación de esfuerzo residual 1 lo realiza un ordenador 10. Como se representa en la figura 1, el ordenador 10 incluye un cuerpo principal 11, una unidad de entrada 12 y una unidad de visualización 13. El cuerpo principal 11 incluye una CPU 111, una ROM 112, una RAM 113, un disco duro 115, un dispositivo de lectura 114, una interfaz de entrada/salida 116, y una interfaz de salida de imagen 117, y la CPU 111, la ROM 112, la RAM 113, el disco duro 115, el dispositivo de lectura 114, la interfaz de entrada/salida 116 y la interfaz de salida de imagen 117 están conectadas por un bus.
La CPU 111 puede ejecutar un programa de ordenador cargado en la RAM 113. Un programa de estimación de esfuerzo residual 110 que es un programa de ordenador para estimación de esfuerzo residual es ejecutado por la CPU 111 y así el ordenador 10 puede funcionar como el dispositivo de estimación de esfuerzo residual 1. El programa de estimación de esfuerzo residual 110 es un programa de proceso de análisis inverso basado en un método de elementos finitos y se puede estimar un estado de distribución de la deformación inherente en la estructura.
La ROM 112 está configurada por una ROM de máscara, una PROM, una EPROM, una EEPROM o análogos y está registrada con el programa de ordenador a ejecutar por la CPU 111 y los datos usados para el mismo.
La RAM 113 está configurada por una SRAM, una DRAM y análogos. La RAM 113 se usa para leer el programa de estimación de esfuerzo residual 110 registrado en el disco duro 115. Cuando la CPU 111 ejecuta el programa de ordenador, la RAM se emplea como una zona de trabajo de la CPU 111.
En el disco duro 115 se han instalado varios programas de ordenador a ejecutar por la CPU 111, por ejemplo, el sistema operativo, el programa de aplicación, y análogos, y los datos usados para la ejecución del programa de ordenador relevante. El programa de estimación de esfuerzo residual 110 también está instalado en el disco duro 115.
En el disco duro 115 está instalado un sistema operativo, tal como Windows (marca comercial registrada) fabricado y comercializado por US Microsoft Co., por ejemplo. En la descripción siguiente se supone que el programa de estimación de esfuerzo residual 110 según la realización opera en el sistema operativo.
El dispositivo de lectura 114 está configurado por una unidad de disco flexible, una unidad CD-ROM, una unidad DVD-ROM, o análogos, y puede leer el programa de ordenador o los datos registrados en un medio de registro portátil 120. El programa de estimación de esfuerzo residual 110 está almacenado en el medio de registro portátil 120 para hacer que el ordenador funcione como el dispositivo de estimación de esfuerzo residual. El ordenador 10 puede leer el programa de estimación de esfuerzo residual 110 del medio de registro portátil 120 e instalar el programa de estimación de esfuerzo residual 110 en el disco duro 115.
La interfaz de entrada/salida 116 está configurada, por ejemplo, por una interfaz serie tal como USB, IEEE 1394, o RS-232C, o análogos, una interfaz paralelo tal como SCSI, IDE, IEEE 1284, o análogos, y una interfaz analógica incluyendo un convertidor D/A, un convertidor A/D, y análogos. La unidad de entrada 12 incluyendo un teclado y un ratón está conectada a la interfaz de entrada/salida 116, y un usuario puede introducir datos al ordenador 10 usando la unidad de entrada 12.
La interfaz de salida de imagen 117 está conectada a la unidad de visualización 13 configurada por una LCD, un CRT, o análogos, y una señal vídeo según los datos de imagen enviados desde la CPU 111 es enviada a la unidad de visualización 13. La unidad de visualización 13 visualiza una imagen (pantalla) según la señal vídeo de entrada.
[Principio para la estimación de esfuerzo residual basada en el método de deformación inherente]
(1) Cálculo del esfuerzo residual empleando la deformación inherente
Cuando la deformación inherente es £q, el esfuerzo residual a puede ser expresado por la expresión siguiente.
Figure imgf000004_0001
Sin embargo, D representa una matriz de coeficiente elástico y £ representa todas las deformaciones que cumplen la relación de la expresión siguiente.
[Ecuación 1]
Figure imgf000004_0002
Aquí, IjdV representa una fracción de volumen en la zona de análisis y B representa una matriz de coeficiente para relacionar un desplazamiento de nodo u y £.
e = Bu (3)
En un caso donde la deformación inherente es conocida, el esfuerzo residual se obtiene de la siguiente manera. Las expresiones siguientes vienen dadas de las expresiones (2) y (3).
[Ecuación 2]
Ku = P (4)
Aquí,
K = jB ^ D B í / F (5)
P = Í B 7D £0d v (6)
K representa una matriz de rigidez y P representa un vector de carga generado por la deformación inherente.
Cuando u se obtiene resolviendo la expresión (4), el esfuerzo residual puede obtenerse a partir de las expresiones (3) y (1).
(2) Cálculo de la deformación inherente empleando el esfuerzo residual medido
N valores de esfuerzo residual medidos se expresan como Om. Correspondientemente, N valores de esfuerzo residual calculados obtenidos de la deformación inherente se expresan como Oc, y un residuo R entre el esfuerzo residual calculado y el esfuerzo residual medido se define por la expresión siguiente.
[Ecuación 3]
Figure imgf000005_0001
La deformación inherente en un punto arbitrario se expresa como la función lineal siguiente por parámetros a de la función de distribución M.
[Ecuación 4]
eq = Ma (8)
Aquí, M representa una función de coordenadas y las coordenadas pueden no ser lineales.
Cuando la deformación inherente se determina por la expresión (8), el esfuerzo residual medido se obtiene por el método de (1) anterior y, como resultado, puede obtenerse una expresión de relación lineal de la siguiente manera.
[Ecuación 5]
ac = Ha (9)
Aquí, H representa una matriz de coeficiente y su componente puede obtenerse obteniendo el esfuerzo residual dando un valor unitario a cada componente de a.
Cuando a se determina de tal manera que R sea el mínimo sustituyendo la expresión (9) en la expresión (7), se determina una distribución de deformación inherente en la que un error entre el esfuerzo residual medido y el esfuerzo residual calculado en el punto de medición es el mínimo.
[Operación del dispositivo de estimación de esfuerzo residual]
A continuación, se describirá la operación del dispositivo de estimación de esfuerzo residual 1 según la realización. El dispositivo de estimación de esfuerzo residual 1 realiza procesamiento de la estimación de esfuerzo residual como se describe más adelante para estimar el esfuerzo residual de la estructura.
La estructura se forma por procesamiento plástico. En este documento, se describirá un cigüeñal como un ejemplo de la estructura. Como se representa en la figura 2, un cigüeñal 200 está configurado de tal manera que un eje de muñón 201 y un eje de muñequilla 203 están conectados por un brazo de manivela 202. En el lugar de conexión del eje de muñón 201 y el brazo de manivela 202 y el lugar de conexión del eje de muñequilla 203 y el brazo de manivela 202, se genera fácilmente un esfuerzo grande durante el uso. Cuando se genera fácilmente esfuerzo residual de tensión en estos lugares de conexión, puede producirse daño tal como fisuras por fatiga. Con el fin de mejorar la duración a la fatiga, se realiza procesamiento plástico tal como procesamiento de laminado o martilleo por impacto en los lugares de conexión y se introduce esfuerzo de compresión residual.
La figura 3 es un diagrama que ilustra el procesamiento plástico con respecto al cigüeñal. En la figura 3 se ilustra un caso de procesamiento de laminado. En el procesamiento de laminado, en un estado en el que un rodillo 300 es empujado contra el lugar de conexión del eje de muñón 201 (o el eje de muñequilla 203) y el brazo de manivela 202, el eje de muñón 201 se gira. Así, en el lugar de conexión, se forma un filete 204 y se aplica esfuerzo de compresión residual de tal manera que el esfuerzo residual se distribuye uniformemente en la dirección circunferencial del eje de muñón 201.
El procesamiento por laminado se realiza en toda la circunferencia del eje de muñón 201 y se realiza en una parte del eje de muñequilla 203 en la dirección circunferencial. Como se representa en la figura 4a , el procesamiento por laminado se realiza en un rango de procesamiento en forma de aro 210 en toda la circunferencia del eje de muñón 201. Por lo tanto, el relleno 204 se forma en toda la circunferencia del eje de muñón 201. Por otra parte, como se representa en la figura 4B, el procesamiento por laminado se realiza en un rango de procesamiento 220 de 180° en el eje de muñequilla 203. Por lo tanto, el filete 204 se forma en un rango de 180° en el eje de muñequilla 203.
Como se ha descrito anteriormente, el esfuerzo residual de la estructura en la que el esfuerzo de compresión residual se aplica uniformemente en una dirección se estima usando el dispositivo de estimación de esfuerzo residual 1. La figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra el procedimiento de un método de estimación de esfuerzo residual según una realización.
Un usuario obtiene una pieza cortada cortando la estructura y mide el esfuerzo residual de la pieza cortada (paso S1). Específicamente, la estructura se corta finamente en una dirección para obtener una pieza cortada (pieza T) y se corta en una dirección perpendicular a dicha dirección para obtener una pieza cortada (pieza L).
Aquí, el esfuerzo residual es un valor obtenido multiplicando la deformación elástica por un módulo de Young, y midiendo la deformación elástica es equivalente a medir el esfuerzo residual. Consiguientemente, puede medirse la deformación elástica o el esfuerzo residual de la pieza cortada. En la realización se describirá un caso de medir el esfuerzo residual.
Como se representa en la figura 6, en un caso de una estructura axisimétrica, tal como un eje de muñón o un eje de muñequilla, a la que el esfuerzo de compresión residual se aplica uniformemente en la dirección circunferencial, se obtiene una pieza T cortando la estructura en una dirección radial. Si la deformación inherente se distribuye uniformemente en la dirección circunferencial, incluso en un caso donde se obtiene una pieza T a partir de cualquier parte en la dirección circunferencial, la deformación inherente no cambia. Consiguientemente, la pieza T a obtener solamente puede ser una. Consiguientemente, el número de piezas T a recoger puede reducirse. Así, es posible reducir la carga de trabajo del procesamiento de corte y la medición del esfuerzo residual de la pieza cortada.
Por otra parte, la distribución de deformación inherente en la dirección de eje longitudinal se complica. Consiguientemente, hay que recoger la pieza L en una pluralidad de lugares en la dirección de la longitud del eje. En caso de tener una superficie curvada como la parte de filete del cigüeñal, en lugar de la pieza L, puede recogerse una pieza cónica (a continuación, denominada “pieza C”) cortada en una dirección normal a la superficie curvada. Además, la pieza L y la pieza C no se recogen y solamente puede recogerse la pieza T. En la figura 7, cada vista es una vista en sección transversal cuando el eje de muñón se corta en la dirección de longitud del eje de rotación. Se obtiene una pieza C 500 cortando la estructura en una dirección normal a la superficie curvada del filete, es decir, en la dirección del radio del filete en forma de arco en la sección transversal. Dado que el eje de muñón tiene una forma axisimétrica, una sección transversal 501 de la pieza C 500 se extiende cónicamente alrededor del eje del centro de rotación del eje de muñón. Se recogen varias piezas C cambiando el ángulo central del filete (por ejemplo, de 20° a 110° cada 10°).
En un caso donde el esfuerzo de compresión residual se aplica uniformemente a una estructura en forma de varilla larga en una dirección en la dirección longitudinal, solamente puede recogerse una pieza T en una posición en la dirección longitudinal.
El usuario mide directamente el esfuerzo residual de la pieza cortada recogida como se ha descrito anteriormente con rayos X o análogos. En el caso de medir la deformación elástica, el usuario monta un extensímetro en la pieza cortada y además corta la pieza cortada en una pluralidad de pequeñas piezas para medir la deformación liberada (deformación elástica) de cada pieza pequeña. En la medición del esfuerzo residual o de la deformación liberada (deformación elástica), se miden múltiples componentes que son diferentes uno de otro.
La figura 8 ilustra un ejemplo en el que se mide el esfuerzo residual de la pieza T de la parte de filete del eje de muñón (o el eje de muñequilla). Una pieza T 400 tiene una sección transversal 401 perpendicular a la dirección circunferencial del eje de muñón (o el eje de muñequilla), y el usuario mide respectivos componentes o y Oz en una dirección r y una dirección z perpendiculares entre sí en la sección transversal 401. Generalmente, estos dos componentes son medidos en la pieza T y también se miden dos componentes de dirección perpendiculares entre sí en la pieza L (o la pieza C).
Se hace referencia de nuevo a la figura 5. El usuario introduce el esfuerzo residual de las piezas cortadas en el dispositivo de estimación de esfuerzo residual 1. La CPU 111 del dispositivo de estimación de esfuerzo residual 1 recibe el esfuerzo residual de las piezas cortadas introducido desde la unidad de entrada 12 (paso S2).
A continuación, la CPU 111 determina una función de distribución de deformación inherente (paso S3). Como la función de distribución, puede seleccionarse un polinomio multidimensional arbitrario o una serie trigonométrica. En este caso, la CPU 111 puede seleccionar automáticamente la función de distribución o el usuario puede designar una función de distribución deseada usando la unidad de entrada 12. En el dispositivo de estimación de esfuerzo residual 1, la función de distribución puede ponerse con antelación.
La función de distribución determinada en el paso S3 se proporciona para estimar la deformación inherente de la estructura en la que la deformación inherente se distribuye uniformemente en una dirección. Específicamente, la función de distribución es una función de distribución para expresar la distribución bidimensional de la deformación inherente de la sección transversal del eje de muñón (o el eje de muñequilla) perpendicular a la dirección circunferencial. Consiguientemente, la función de distribución para expresar la distribución de deformación inherente en la dirección circunferencial no se usa.
A continuación, la CPU 111 optimiza los parámetros de la función de distribución (paso S4). A continuación, el procesamiento del paso S4 se describirá en detalle.
La CPU 111 determina en primer lugar H en la expresión (9). Su procedimiento es el siguiente.
(a) Se pone a = [1, 0, 0, ..., 0]T y se obtiene £0= Ma.
(b) Se resuelve la expresión (4) y se obtiene u.
(c) Se obtiene £ mediante la expresión (3).
(d) Se obtiene a mediante la expresión (1).
(e) Se extraen N valores correspondientes al punto de medición del esfuerzo residual de los componentes de a y los valores extraídos se ponen en una primera columna de H.
(f) Se pone a = [0, 1, 0, ..., 0]Ty también se obtiene una segunda columna de H en el mismo procedimiento de (b) a (f).
A continuación, la CPU 111 determina “a” de tal manera que R de la expresión (7) sea el mínimo. Consiguientemente, se optimizan los parámetros de la función de distribución.
Además, la CPU 111 calcula una distribución bidimensional de la deformación inherente en una superficie de análisis perpendicular a una dirección en la que la deformación inherente se distribuye uniformemente en la estructura (paso S5).
En el procesamiento del paso S5, en un caso donde una parte del cigüeñal en la que el eje de muñequilla y el brazo de manivela están conectados uno a otro se pone como un objetivo a analizar, la superficie del eje de muñequilla perpendicular a la dirección circunferencial es una superficie de análisis. La CPU 111 obtiene la deformación inherente en un punto arbitrario de la superficie de análisis por la expresión (8).
A continuación, la CPU 111 transfiere la distribución bidimensional de la deformación inherente en la superficie de análisis calculada a la dirección circunferencial (la dirección en la que la deformación inherente se distribuye uniformemente) (paso S6). Entonces, en un caso donde el eje de muñón es un objetivo a analizar, la CPU 111 transfiere la deformación inherente en un rango de 360°, y en un caso donde el eje de muñequilla es un objetivo a analizar, la CPU 111 transfiere la deformación inherente en un rango de 180°. Consiguientemente, la deformación inherente puede ser transferida según un rango de procesamiento real.
Como se representa en la figura 9, el procesamiento del paso S6 se realiza en un modelo tridimensional (modelo analítico) de una estructura construida en un espacio tridimensional virtual. El modelo analítico se forma disponiendo una pluralidad de elementos tridimensionales (un tetraedro, un hexaedro, o análogos). Aquí, el punto de cálculo se coloca en el punto central del elemento tridimensional. En la figura 9, en los respectivos puntos de cálculo a a e en la superficie de análisis 501, se dan los valores de la deformación inherente estimada. Se considera un caso donde la deformación inherente es transferida a una superficie de transferencia 502 espaciada 0 de la superficie de análisis 501 alrededor de un eje z que es el centro de rotación. La CPU 111 transfiere los respectivos valores de la deformación inherente estimada en los puntos de cálculo a a e a los puntos de cálculo a' a e' correspondientes a los puntos de cálculo a a e en la superficie de transferencia. Es decir, los valores de deformación inherente en los puntos de cálculo a' a e' son los mismos que los respectivos valores de deformación inherente en los puntos de cálculo a a e. La CPU 111 realiza tal procesamiento sobre el rango de transferencia (en un caso del eje de muñón, en un rango de 360°, y en un caso del eje de muñequilla, en un rango de 180°).
En un caso donde el objetivo a analizar es una estructura en la que el esfuerzo de compresión se aplica uniformemente en una dirección del revestimiento, la CPU 111 transfiere la distribución bidimensional de la deformación inherente en la superficie de análisis perpendicular a la dirección del revestimiento a la dirección lineal. A continuación, en un caso donde un punto al que no se transfiere la deformación inherente (a continuación, se denomina “punto defectuoso”) está presente en el modelo analítico, la CPU 111 compensa la deformación inherente del punto defectuoso (paso S7).
El procesamiento del paso S7 se describirá empleando la figura 10. En la figura 10, en un caso donde el punto de cálculo P en la superficie de transferencia 502 es el punto defectuoso, la CPU 111 establece una zona circular de búsqueda 503 alrededor del punto defectuoso P.
La CPU 111 determina si el punto de cálculo de la superficie de análisis 501 está o no presente en la zona de búsqueda 503 cuando la superficie de análisis 501 se solapa con la superficie de análisis 502 desplazando 0 la superficie de análisis 501 alrededor del eje z. En un caso donde el punto de cálculo de la superficie de análisis 501 está presente en la zona de búsqueda 503, la CPU 111 compensa la deformación inherente en el punto defectuoso a partir del valor estimado de la deformación inherente en su punto de cálculo. En la compensación de la deformación inherente puede emplearse un método de interpolación conocido, un método de extrapolación, u otros métodos de estimación. Por ejemplo, el valor estimado de la deformación inherente en el punto de cálculo más próximo del punto defectuoso puede ponerse como un valor estimado de la deformación inherente en el punto defectuoso (interpolación contigua más próxima). En el caso de buscar dos o más puntos de cálculo, puede emplearse interpolación mediante splines, interpolación polinómica, interpolación lineal, y análogos (lo mismo se aplica al método de extrapolación), y el valor estimado de la deformación inherente en cada punto de cálculo puede promediarse.
En el procesamiento del paso S7, puede buscarse al menos un punto de cálculo y pueden buscarse múltiples puntos de cálculo.
En el caso donde el punto de cálculo de la superficie de análisis 501 no está presente en la zona de búsqueda 503, la CPU 111 establece una nueva zona de búsqueda un tamaño mayor que la zona de búsqueda para buscar el punto de cálculo. Posteriormente, la CPU 111 establece una zona de búsqueda que se incrementa gradualmente hasta que se busca el punto de cálculo.
Cuando las deformaciones inherentes de todos los puntos defectuosos se compensan en el paso S7, la CPU 111 calcula un valor estimado de esfuerzo residual (paso S8).
En el procesamiento del paso S8, la CPU 111 obtiene u resolviendo la expresión (4) de la deformación inherente en cada punto y el u obtenido se aplica a la expresión (3) para obtener £. Entonces, el £ obtenido se aplica a la expresión (1) para obtener a.
A continuación, la CPU 111 visualiza el valor estimado de esfuerzo residual obtenido en la unidad de visualización 13 (paso S9).
Después del paso S9, la CPU 111 finaliza el procesamiento.
Adoptando la configuración antes descrita, considerando la estructura en la que el esfuerzo residual se distribuye uniformemente en una dirección (la dirección circunferencial alrededor del eje, la dirección lineal, o análogos), el número de piezas cortadas a recoger para medir la deformación inherente puede reducirse sin deteriorar la exactitud de la estimación de esfuerzo residual.
(Otras realizaciones)
En la realización antes descrita, se describe la estimación del esfuerzo residual en la estructura que se somete a procesamiento plástico, pero la presente invención no se limita a ella. Se realiza procesamiento, tal como soldadura o tratamiento de calor, distinto del procesamiento plástico, y el esfuerzo residual en la estructura en la que la deformación inherente está presente uniformemente en una dirección también puede estimarse de la misma manera.
En la realización antes descrita, se describe la configuración en la que el esfuerzo residual se mide a partir de la pieza cortada de la estructura y el parámetro de la función de distribución se optimiza de tal manera que una diferencia entre el esfuerzo residual medido y el esfuerzo residual calculado por la función de distribución sea la mínima, pero la presente inversión no se limita a ella. Puede adoptarse una configuración en la que se mide la deformación liberada (deformación elástica) a partir de la pieza cortada de la estructura, y el parámetro de la función de distribución se optimiza de tal manera que una diferencia entre la deformación liberada medida y la deformación elástica calculada por la función de distribución sea la mínima.
Aplicabilidad industrial
El método de estimación de esfuerzo residual y el dispositivo de estimación de esfuerzo residual de la presente invención son un método de estimación de esfuerzo residual y un dispositivo de estimación de esfuerzo residual para estimar el esfuerzo residual de una estructura en base a un método de deformación inherente.
Descripción de los números y signos de referencia
1: Dispositivo de estimación de esfuerzo residual
10: Ordenador
12: Unidad de entrada
13: Unidad de visualización
110: Programa de estimación de esfuerzo residual
111: CPU
115: Disco duro
116: Interfaz de entrada/salida
117: interfaz de salida de imagen
200: Cigüeñal (estructura)
400: Pieza T (pieza cortada)
401: Sección transversal
500: Pieza C (pieza cortada)
501: Sección transversal
503: Zona de búsqueda

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Un método de estimación de esfuerzo residual basado en deformación inherente comprendiendo los pasos de: obtener un valor medido relacionado con el esfuerzo residual medido a partir de una pieza cortada (400) de una estructura recogida en una zona en la que la deformación inherente está distribuida uniformemente en un caso donde se supone que la deformación inherente está distribuida uniformemente en una dirección en la estructura (S1, S2);
estimar una distribución bidimensional de la deformación inherente en una superficie de análisis (501) en una dirección que cruza dicha dirección en la estructura en base al valor medido obtenido (S5);
estimar una distribución tridimensional de la deformación inherente en un modelo tridimensional de la estructura en la que múltiples puntos de cálculo están dispuestos tridimensionalmente transfiriendo cada punto de cálculo (a a e) de la distribución bidimensional estimada de la deformación inherente en la superficie de análisis (501) a dicha dirección a cada punto de cálculo (a' a e') en una superficie de transferencia (502) que cruza dicha dirección (S6); y calcular un valor estimado de esfuerzo residual en base a la distribución tridimensional estimada de la deformación inherente (S8).
2. El método de estimación de esfuerzo residual según la reivindicación 1,
donde, en el paso de obtener un valor medido relacionado con el esfuerzo residual, la deformación elástica o el esfuerzo residual medido en una superficie cortada (401) de la pieza cortada (400) que se corta en la dirección que cruza dicha dirección se obtiene como el valor medido.
3. El método de estimación de esfuerzo residual según la reivindicación 1 o 2,
donde, en el paso de estimar la distribución tridimensional de la deformación inherente, en un caso donde un punto de cálculo (P) al que no se transfiere el valor estimado de la deformación inherente está presente en la superficie de transferencia (502), la deformación inherente en el punto de cálculo (P) es compensada (S7) a partir del valor estimado de la deformación inherente en un punto de cálculo de la superficie de análisis (501) que está presente alrededor del punto de cálculo (P) al que no se transfiere el valor estimado de la deformación inherente cuando la superficie de análisis (501) se solapa con la superficie de transferencia (502).
4. El método de estimación de esfuerzo residual según la reivindicación 3,
donde, en el paso de estimar la distribución tridimensional de la deformación inherente, se establece una zona de búsqueda (503) alrededor del punto de cálculo (P) al que no se transfiere el valor estimado de la deformación inherente, y en un caso donde el punto de cálculo de la superficie de análisis (501) solapada con la superficie de transferencia (502) está presente en la zona de búsqueda (503), la deformación inherente en el punto de cálculo (P) al que no se transfiere el valor estimado de la deformación inherente es compensada a partir del valor estimado de la deformación inherente en el punto de cálculo de la superficie de análisis (501) en la zona de búsqueda (503).
5. El método de estimación de esfuerzo residual según la reivindicación 4,
donde, en el paso de estimar la distribución tridimensional de la deformación inherente, en un caso donde el punto de cálculo de la superficie de análisis (501) solapada con la superficie de transferencia (502) no está presente en la zona de búsqueda (503), se establece una nueva zona de búsqueda mayor que la zona de búsqueda previa.
6. Un dispositivo de estimación de esfuerzo residual (1) comprendiendo:
una unidad de entrada (12) configurada para recibir, en un caso donde se supone que la deformación inherente está distribuida uniformemente en una dirección en una estructura, una entrada de un valor medido relacionado con el esfuerzo residual medido de una pieza cortada (400) de la estructura recogida en una zona en la que la deformación inherente está distribuida uniformemente;
una primera unidad de estimación (11, S5) configurada para estimar una distribución bidimensional de la deformación inherente en una superficie de análisis (501) en una dirección que cruza dicha dirección en la estructura en base al valor medido recibido por la unidad de entrada (12);
una segunda unidad de estimación (11, S6) configurada para estimar una distribución tridimensional de la deformación inherente en un modelo tridimensional de la estructura en la que múltiples puntos de cálculo están dispuestos tridimensionalmente transfiriendo cada punto de cálculo (a a e) de la distribución bidimensional de la deformación inherente estimada por la primera unidad de estimación (11, S5) en la superficie de análisis (501) a dicha dirección a cada punto de cálculo (a' a e') en una superficie de transferencia (502) que cruza dicha dirección; y una unidad de visualización (13) configurada para visualizar un resultado de estimación de esfuerzo residual en base a la distribución tridimensional de la deformación inherente estimada por la segunda unidad de estimación (11, S6).
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