JP2010003154A

JP2010003154A - 異方性材の等価板厚決定方法

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Publication number: JP2010003154A
Application number: JP2008162099A
Authority: JP
Inventors: Takehisa Yamada; 剛久山田; Kosuke Yoshida; 公亮吉田; Yasutaro Ito; 康太郎伊藤; Yoichi Yamashita; 洋一山下
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2010-01-07
Anticipated expiration: 2028-06-20
Also published as: JP5003609B2

Abstract

【課題】２軸方向の面外変形が重畳した変形挙動を表現可能な等価板厚を得る。
【解決手段】ボイラ火炉の炉壁用のパネルの試験体を用いて４点支持１点押し試験を行い、その中央の撓み量を実測する（Ｓ１）。パネルの試験体の引張試験を行い、パネルの面内の２軸方向についてのヤング率Ｅ_ｘ，Ｅ_ｙとポアソン比ν_ｘｙを算出する（Ｓ２）。パネルの三次元解析モデルを用いた有限要素解析により、パネルの３軸方向の横弾性係数Ｇ_ｘｙ，Ｇ_ｙｚ，Ｇ_ｚｘの解析値を算出する（Ｓ３）。その後、異方性係数としてＥ_ｘ，Ｅ_ｙ，ν_ｘｙ，Ｇ_ｘｙ，Ｇ_ｙｚ，Ｇ_ｚｘをインプットしたシェル要素について、４点支持１点押し試験の有限要素解析を、板厚の設定を変えて行い（Ｓ４）、シェル要素中央の撓み量の解析値が、パネルの試験体で得られた中央の撓み量の実測値と合致するときのシェル要素に設定されている板厚を、パネルの等価板厚として決定する（Ｓ５）。
【選択図】図１

Description

本発明は、異方性材を用いた構造物の健全性評価を有限要素解析により実施する際にインプットすることが必要とされる異方性材における等価板厚を求めるために用いる異方性材の等価板厚決定方法に関するものである。

一般に、ボイラ火炉の炉壁は、熱効率を向上させるために、図７に示す如く、所要間隔で配置した多数の炉壁管２同士を、フィン３を介して平面的に連結してなる構造のパネル１を基本構造として、上記パネル１における各炉壁管２に、図示しない加熱した蒸気を循環させ、火炉壁内部の燃焼による熱で炉壁管２内の蒸気圧を高め、熱効率を向上させている（たとえば、特許文献１参照）。

更には、効率向上のために、上記ボイラ火炉の四方の炉壁を構成するパネル１における炉壁管２を、ヘリカル構造（螺旋構造）にして用いる場合もある。

ところで、一般に、大型構造物の健全性を評価するための手法の１つとして、有限要素解析（ＦＥＭ）を用いた全体解析による健全性評価が広く行われている。そのため、この種の有限要素解析を上記ボイラ火炉の健全性評価に適用することが考えられる。

しかし、上記ボイラ火炉は、炉壁を構成している上記パネル１が上述したように炉壁管２とフィン３とからなる複雑な構造を有していると共に、ボイラ火炉自体が大型であるため、有限要素解析を行うためのモデル化に関し、ボイラ火炉の炉壁全体の三次元解析モデルを詳細に作成して解析を実行しようとすると、三次元ＦＥＭメッシュの分割数が多大になってしまい、計算量が膨大となるため実用的ではない。

そこで、計算効率上の観点から、メッシュ分割数の増大を回避できるようにするために、上記ボイラ火炉の炉壁を構成する上記炉壁管２とフィン３とからなるパネル１を平板に見立てたシェル要素を用いて有限要素解析することにより上記ボイラ火炉の健全性の評価を行うことが考えられる。

なお、上記ボイラ火炉の炉壁を構成しているパネル１は、上記炉壁管２とフィン３からなる構造としてあることに起因して、方向によって、たとえば、炉壁管２の延びる方向に平行な方向と、それに直角な方向とでは、強度特性及び剛性が大きく異なるいわゆる異方性材となっている。そのために、上記パネル１を平板に見立てたシェル要素を用いてボイラ火炉の健全性を評価するための有限要素解析を実施する場合には、シェル要素に上記異方性材であるパネル１と同様の異方性を与えるために、ヤング率、ポアソン比及び横弾性係数のような異方性係数をインプットすることが必要とされると同時に、上記異方性材であるパネル１の等価板厚をインプットすることが必要とされる。

特開２００５−１８８７８２号公報

ところが、上記ボイラ火炉の炉壁を構成するパネル１のような異方性材の等価板厚を正しく決定するための手段は従来特に提案されていないというのが実状である。

すなわち、等方性材の場合は、梁状の試験体について、該試験体の両端を下方より支持した状態で、中央部の１個所又は２個所に対し上方から所定の荷重を負荷する３点曲げ又は４点曲げの曲げ試験を行い、この所定荷重の曲げ試験の際に生じる上記試験体の曲げ（撓み量）から等価板厚を算出することができる。

したがって、異方性材の変形が、一方向にしか生じないような限定された使用条件の場合であれば、該異方性材について、上記等方性材の場合と同様に３点曲げ又は４点曲げによる曲げ試験を用いた手法で等価板厚を算出し、この等価板厚を有限要素解析で用いることが可能である。しかし、異方性材にて２軸方向の面外変形が重畳するような場合は、上記３点曲げ又は４点曲げにより決定した等価板厚では変形等（解析の出力値：応力、反力、変形量、歪量等）を正しく表現できないという問題がある。

そこで、本発明は、異方性材の２つの面外変形が重畳した変形挙動を表現可能な異方性材の等価板厚を決定することができて、ボイラ火炉の炉壁のような異方性材により形成される大規模な構造物の有限要素解析をシェル要素を用いて実施可能とするための異方性材の等価板厚決定方法を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、所要の形状とした異方性材の試験体について所定荷重による４点支持１点押し試験を行って該異方性材の撓み量を計測し、異方性材の試験体を用いた該異方性材の面内における２軸方向への引張試験の結果から異方性材の上記２軸方向に関するヤング率及びポアソン比をそれぞれ算出し、更に、上記異方性材の三次元解析モデルを用いて異方性材の面内における２軸方向とこれらに垂直な１軸方向について剪断方向の荷重を作用させるときに生じる歪をそれぞれ解析することで異方性材の３軸方向の横弾性係数を解析的に算出し、次いで、上記異方性材の試験体と同様の形状に設定し且つ異方性係数として上記各ヤング率とポアソン比と各横弾性係数をインプットした平板状のシェル要素について、上記異方性材の試験体に実施したと同様の試験条件の下での４点支持１点押し試験の有限要素解析を、該シェル要素の板厚の設定を変化させながら行い、このシェル要素についての４点支持１点押し試験解析による該シェル要素の撓み量の解析値が、上記異方性材の試験体について実施した４点支持１点押し試験による該異方性材の撓み量の実測値と合致するようになるときの上記シェル要素の設定板厚を、上記異方性材の等価板厚として決定するようにする。

又、請求項２に対応して、所要の形状に設定した異方性材の三次元解析モデルについて所定荷重による４点支持１点押し試験の有限要素解析を行って該異方性材に生じる撓み量を解析的に求め、異方性材の三次元解析モデルを用いた該異方性材の面内における２軸方向へ引張試験の有限要素解析を行って異方性材の上記２軸方向に関するヤング率及びポアソン比をそれぞれ解析的に算出し、更に、上記異方性材の三次元解析モデルを用いて異方性材の面内における２軸方向とこれらに垂直な１軸方向について剪断方向の荷重を作用させるときに生じる歪をそれぞれ解析することで異方性材の３軸方向の横弾性係数を解析的に算出し、次いで、上記４点支持１点押し試験の解析対象とした異方性材の三次元解析モデルと同様の形状に設定し且つ異方性係数として上記各ヤング率とポアソン比と各横弾性係数をインプットした平板状のシェル要素について、上記異方性材の三次元解析モデルを解析対象とした場合と同様の試験条件の下での４点支持１点押し試験の有限要素解析を、該シェル要素の板厚の設定を変化させながら行い、このシェル要素についての４点支持１点押し試験解析による該シェル要素の撓み量の解析値が、上記異方性材の三次元解析モデルについて実施した４点支持１点押し試験解析による該異方性材に生じる撓み量の解析値と合致するようになるときの上記シェル要素の設定板厚を、上記異方性材の等価板厚として決定するようにする。

更に、上記各構成における４点支持１点押し試験を、試験対象の四隅を片側から点で支持した状態にて、該試験対象の中央一点に反対側から荷重を加えるものとするようにする。

上述の各構成における異方性材を、多数の炉壁管をフィンを介して平面的に連結してなるボイラ火炉の炉壁用のパネルとするようにする。

本発明の異方性材の等価板厚決定方法によれば、以下のような優れた効果を発揮する。（１）所要の形状とした異方性材の試験体について所定荷重による４点支持１点押し試験を行って該異方性材の撓み量を計測し、異方性材の試験体を用いた該異方性材の面内における２軸方向への引張試験の結果から異方性材の上記２軸方向に関するヤング率及びポアソン比をそれぞれ算出し、更に、上記異方性材の三次元解析モデルを用いて異方性材の面内における２軸方向とこれらに垂直な１軸方向について剪断方向の荷重を作用させるときに生じる歪をそれぞれ解析することで異方性材の３軸方向の横弾性係数を解析的に算出し、次いで、上記異方性材の試験体と同様の形状に設定し且つ異方性係数として上記各ヤング率とポアソン比と各横弾性係数をインプットした平板状のシェル要素について、上記異方性材の試験体に実施したと同様の試験条件の下での４点支持１点押し試験の有限要素解析を、該シェル要素の板厚の設定を変化させながら行い、このシェル要素についての４点支持１点押し試験解析による該シェル要素の撓み量の解析値が、上記異方性材の試験体について実施した４点支持１点押し試験による該異方性材の撓み量の実測値と合致するようになるときの上記シェル要素の設定板厚を、上記異方性材の等価板厚として決定するようにしてあるので、異方性材について、平面内の２軸方向の強度特性及び剛性が大きく異なるという異方特性を考慮した変形挙動を表現可能なシェル要素の等価板厚を正しく決定することができる。
（２）よって、異方性材により構築する大規模な構造物の有限要素解析を、上記各ヤング率とポアソン比と各横弾性係数を異方性係数としてインプットし、更に、上記等価板厚をインプットしたシェル要素を用いて、簡易的に解析し、検討することが可能になる。
（３）所要の形状に設定した異方性材の三次元解析モデルについて所定荷重による４点支持１点押し試験の有限要素解析を行って該異方性材に生じる撓み量を解析的に求め、異方性材の三次元解析モデルを用いた該異方性材の面内における２軸方向へ引張試験の有限要素解析を行って異方性材の上記２軸方向に関するヤング率及びポアソン比をそれぞれ解析的に算出し、更に、上記異方性材の三次元解析モデルを用いて異方性材の面内における２軸方向とこれらに垂直な１軸方向について剪断方向の荷重を作用させるときに生じる歪をそれぞれ解析することで異方性材の３軸方向の横弾性係数を解析的に算出し、次いで、上記４点支持１点押し試験の解析対象とした異方性材の三次元解析モデルと同様の形状に設定し且つ異方性係数として上記各ヤング率とポアソン比と各横弾性係数をインプットした平板状のシェル要素について、上記異方性材の三次元解析モデルを解析対象とした場合と同様の試験条件の下での４点支持１点押し試験の有限要素解析を、該シェル要素の板厚の設定を変化させながら行い、このシェル要素についての４点支持１点押し試験解析による該シェル要素の撓み量の解析値が、上記異方性材の三次元解析モデルについて実施した４点支持１点押し試験解析による該異方性材に生じる撓み量の解析値と合致するようになるときの上記シェル要素の設定板厚を、上記異方性材の等価板厚として決定するようにすることによっても、上記（１）（２）と同様の効果を得ることができる。更には、実際の異方性材を用いた試験を行う必要をなくすことが可能になる。
（４）上記（１）（３）の構成における４点支持１点押し試験を、試験対象の四隅を片側から点で支持した状態にて、該試験対象の中央一点に反対側から荷重を加えるものとするようにすることにより、所要の四角形状とした異方性材の試験体や、異方性材の三次元解析モデルについて、面内の２軸方向の面外変形が重畳した撓み量を正確に求めることができるようになるため、異方性材の２つの面外変形が重畳した変形挙動を表現可能な異方性材の等価板厚をより確実に決定することができる。
（５）異方性材を、多数の炉壁管をフィンを介して平面的に連結してなるボイラ火炉の炉壁用のパネルとするようにすることにより、上記パネルによって構築される大規模なボイラ火炉の炉壁の有限要素解析を、各種異方性係数と等価板厚をインプットしたシェル要素を用いて、簡易的に解析し、検討することが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１乃至図５は本発明の異方性材の等価板厚決定方法の実施の一形態として、異方性材の一例として、図７に示したと同様のボイラ火炉の炉壁として用いるパネル１の等価板厚の決定に適用する場合を示すもので、以下のようにしてある。

すなわち、上記パネル１を所要サイズの方形の試験体とし、該方形のパネル１の試験体について、４点支持１点押し試験を行う（ステップ１：Ｓ１）。

具体的には、図２に示す如く、上記方形としてあるパネル１の四隅を、たとえば、半球形状の頂部を備えた４基の支持部材４上にそれぞれ点接触で支持させた状態とし、この状態にて、上記パネル１の中央に、下端部を半球形状としてなる押圧部材５を上方より点接触させると共に所定の荷重で押し付け、この所定荷重で上方より押されている上記パネル１の中央における撓み量のデータを得るようにする。これにより、４点支持１点押し試験で得られる上記パネル１の中央の撓み量には、該パネル１の炉壁管２の延びる方向に平行な方向と、炉壁管２に直角な方向の２軸方向の面外変形が重畳した変形挙動が表現されていることになる。

又、上記パネル１の別の試験体を用いて、図３（イ）に示す如く、炉壁管２の延びる方向と平行な方向への所定荷重による引張試験と、図３（ロ）に示す如く、炉壁管２と直角な方向への所定荷重による引張試験とをそれぞれ行うことで、上記パネル１の面内における炉壁管２と平行な方向と、炉壁管２に直角な方向の２軸方向に関するヤング率Ｅ_ｘ，Ｅ_ｙ及びポアソン比ν_ｘｙをそれぞれ算出する（図１のステップ２：Ｓ２）。

更に、図４に示す如く、上記パネル１について、有限要素解析を行うための部分的な三次元解析モデルを詳細に作成し、このパネル１の三次元解析モデルを用いて、上記炉壁管２の延びる方向と平行な方向と、パネル１の存在する平面内で且つ炉壁管２に直角な方向と、パネル１の存在する平面に垂直な方向の３軸方向についてそれぞれ剪断方向の力を作用させるときの挙動を解析して（なお、図４では、パネル１の存在する平面内で且つ炉壁管２に直角な方向に荷重を作用させた場合に生じる挙動のみが示してある。）、上記３軸方向の各方向についての横弾性係数Ｇ_ｘｙ，Ｇ_ｙｚ，Ｇ_ｚｘをそれぞれ解析的に算出する（図１のステップ３：Ｓ３）。

次いで、図５に示すように、有限要素解析を行うために上記パネル１と同様の方形に設定した平板状のシェル要素６に、上記ステップ２（Ｓ２）で求めたヤング率Ｅ_ｘ，Ｅ_ｙとポアソン比ν_ｘｙ及びステップ３（Ｓ３）で求めた横弾性係数Ｇ_ｘｙ，Ｇ_ｙｚ，Ｇ_ｚｘを異方性係数としてインプットした条件の下で、該シェル要素６について上記ステップ１（Ｓ１）でパネル１に対して実施した４点支持１点押し試験と同様の条件（支持位置、荷重作用位置、荷重量）での４点支持１点押し試験の有限要素解析を、上記シェル要素６の板厚ｔを変化させながら行い（図１のステップ４：Ｓ４）、このシェル要素６についての４点支持１点押し試験解析によって得られるシェル要素６の中央での撓み量の解析値が、上記ステップ１（Ｓ１）で実施したパネル１の試験体による４点支持１点押し試験で実測された該パネル１中央の撓み量と一致するように、上記シェル要素６の板厚ｔを合わせ込み、このシェル要素６についての４点支持１点押し試験解析によって得られるシェル要素６中央での撓み量の解析値が、上記ステップ１（Ｓ１）で実施したパネル１の試験体による４点支持１点押し試験で実測されたパネル１中央の撓み量と合致するようになるときの上記シェル要素６に設定されている板厚ｔを、上記パネル１の等価板厚として決定するようにする（図１のステップ５：Ｓ５）。

なお、図２乃至図４にて図７に示したものと同一のものには同一符号が付してある。

このように、本発明の異方性材の等価板厚決定方法によれば、ボイラ火炉の炉壁に用いられる炉壁管２とフィン３からなる異方性材としてのパネル１について、異方特性を考慮した変形挙動、具体的には、該パネル１が外力を受けて撓むときにおける炉壁管２の延びる方向に平行な方向と、炉壁管２に直角な方向の２軸方向の面外変形が重畳した変形挙動を表現可能なシェル要素６の等価板厚を正しく決定することができる。

したがって、ボイラ火炉の炉壁の如き大規模な構造物の有限要素解析を、上記ステップ２（Ｓ２）で求めたヤング率Ｅ_ｘ，Ｅ_ｙとポアソン比ν_ｘｙ及びステップ３（Ｓ３）で求めた横弾性係数Ｇ_ｘｙ，Ｇ_ｙｚ，Ｇ_ｚｘを異方性係数としてインプットし、更に、上記ステップ５（Ｓ５）で決定された等価板厚をインプットしたシェル要素６を用いて、簡易的に解析し、検討することが可能になる。

次に、図６は本発明の実施の他の形態を示すもので、図１乃至図５に示したと同様の構成において、図１におけるステップ１（Ｓ１）にて実際のパネル１の試験体を用いた４点支持１点押し試験を行って該パネル１の中央の撓み量を実測すると共に、ステップ２（Ｓ２）にて実際のパネル１の試験体を用いた引張試験を行って、その結果を基にパネル１の面内における２軸方向のヤング率Ｅ_ｘ，Ｅ_ｙとそのポアソン比ν_ｘｙを算出する構成に代えて、先ず、上記パネル１について、有限要素解析を行うための三次元解析モデルを図２に示した試験体と同様なサイズとして詳細に作成し、このパネル１の三次元解析モデルを用いて、上記図１のステップ１（Ｓ１）で行う４点支持１点押し試験と同様の条件（支持位置、荷重作用位置、荷重量）での４点支持１点押し試験の有限要素解析を行って、このパネル１の三次元解析モデルの中央に生じる撓み量の解析値を求める（ステップ１ａ：Ｓ１ａ）。

次に、上記パネル１について作成した有限要素解析を行うための詳細な三次元解析モデルについて、図１におけるステップ２で実施したと同様の引張荷重を作用させる引張試験を行うときの挙動についての有限要素解析を行って、その解析結果から、上記パネル１の面内における炉壁管２と平行な方向と、炉壁管２に直角な方向の２軸方向に関するヤング率Ｅ_ｘ，Ｅ_ｙ及びポアソン比ν_ｘｙをそれぞれ解析的に算出するようにする（ステップ２ａ：Ｓ２ａ）。

その後は、図１のステップ３（Ｓ３）〜ステップ５（Ｓ５）と同様に、上記パネル１について作成した有限要素解析を行うための部分的な詳細な三次元解析モデルを用いて、炉壁管２の延びる方向と平行な方向と、パネル１の存在する平面内で且つ炉壁管２に直角な方向と、パネル１の存在する平面に垂直な方向の３軸方向の各方向についての横弾性係数Ｇ_ｘｙ，Ｇ_ｙｚ，Ｇ_ｚｘをそれぞれ解析的に算出した後（ステップ３ａ：Ｓ３ａ）、上記パネル１と同様の方形に設定した平板状のシェル要素６に、上記ステップ２ａ（Ｓ２ａ）で求めたヤング率Ｅ_ｘ，Ｅ_ｙとポアソン比ν_ｘｙ及びステップ３ａ（Ｓ３ａ）で求めた横弾性係数Ｇ_ｘｙ，Ｇ_ｙｚ，Ｇ_ｚｘを異方性係数としてインプットした条件の下で、該シェル要素６について上記ステップ１ａ（Ｓ１ａ）でパネル１の三次元解析モデルに対し実施した４点支持１点押し試験と同様の条件（支持位置、荷重作用位置、荷重量）での４点支持１点押し試験の有限要素解析を、上記シェル要素６の板厚ｔを変化させながら行い（ステップ４ａ：Ｓ４ａ）、このシェル要素６についての４点支持１点押し試験解析によって得られるシェル要素６の中央での撓み量の解析値が、上記ステップ１ａ（Ｓ１ａ）でパネル１の三次元解析モデルについて行った４点支持１点押し試験解析で解析的に算出されたパネル１中央の撓み量と一致するように、上記シェル要素６の板厚ｔを合わせ込み、両者の撓み量の解析値が合致するようになるときの上記シェル要素６に設定されている板厚ｔを、パネル１の等価板厚として決定するようにする（ステップ５ａ：Ｓ５ａ）。

このように、本実施の形態の異方性材の等価板厚決定方法によっても、炉壁管２とフィン３からなる異方性材としてのパネル１（図２参照）について、炉壁管２の延びる方向に平行な方向と、炉壁管２に直角な方向の２軸方向の面外変形が重畳した変形挙動を表現可能なシェル要素６（図５参照）の等価板厚を正しく決定することができて、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。しかも、実際のパネルを用いた試験を行う必要をなくすことが可能になる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、図１におけるステップ１（Ｓ１）とステップ２（Ｓ２）とステップ３（Ｓ３）の処理は、順序を適宜入れ替えたり、あるいは、処理を同時に進行させるようにしてもよい。同様に、図６におけるステップ１ａ（Ｓ１ａ）とステップ２ａ（Ｓ２ａ）とステップ３ａ（Ｓ３ａ）の処理は、順序を適宜入れ替えたり、あるいは、処理を同時に進行させるようにしてもよい。

有限要素解析等を行うために用いる等価板厚を求めることが所望される異方性材であれば、ボイラ火炉の炉壁に用いるパネル１以外のいかなる異方性材の等価板厚の決定（導出）にも適用でき、更には、面内における２軸方向における強度特性及び剛性が大きく異なる異方性に加えて、繊維強化プラスチック等のように、板厚方向にも異方性を有する異方性材の等価板厚の決定（導出）にも適用してもよい。

４点支持１点押し試験の実施対象とする異方性材の試験体、並びに、４点支持１点押し試験の解析対象とする異方性材の三次元解析モデル及びシェル要素の形状は、実際に異方性材を用いて構造物を構築する際における該異方性材の全体形状の縦横比に応じて、方形以外の任意の縦横比としてもよい。このようにすれば、異方性材が面内における２軸方向の強度特性及び剛性が大きく異なることに起因して、異方性材の使用形状の縦横比が変化すると、該異方性材の２軸方向の面外変形がそれぞれ変化するため、この２方向の面外変形が重畳することで生じる変形（撓み量）にも影響が生じるが、この影響を考慮した異方性材の等価板厚を決定することが可能になる。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の異方性材の等価板厚決定方法の実施の一形態における処理手順を示すフロー図である。図１のステップ１で行う４点支持１点押し試験を示す概要図である。図１のステップ２で行う引張試験を示すもので、（イ）はボイラ火炉の炉壁用のパネルを炉壁管の延びる方向と平行な方向に引っ張る場合を、（ロ）はパネルを炉壁管と直角な方向へ引っ張る場合をそれぞれ示す概要図である。図１のステップ３で行うパネルの三次元解析モデルに対する剪断方向の荷重を作用させる状態を示す概要図である。図１のステップ４における４点支持１点押し試験の解析対象とするシェル要素を示す概要図である。本発明の実施の他の形態における処理手順を示すフロー図である。ボイラ火炉の炉壁として用いられているパネルを示す概要図である。

符号の説明

１パネル（異方性材）
２炉壁管
３フィン
６シェル要素

Claims

所要の形状とした異方性材の試験体について所定荷重による４点支持１点押し試験を行って該異方性材の撓み量を計測し、異方性材の試験体を用いた該異方性材の面内における２軸方向への引張試験の結果から異方性材の上記２軸方向に関するヤング率及びポアソン比をそれぞれ算出し、更に、上記異方性材の三次元解析モデルを用いて異方性材の面内における２軸方向とこれらに垂直な１軸方向について剪断方向の荷重を作用させるときに生じる歪をそれぞれ解析することで異方性材の３軸方向の横弾性係数を解析的に算出し、次いで、上記異方性材の試験体と同様の形状に設定し且つ異方性係数として上記各ヤング率とポアソン比と各横弾性係数をインプットした平板状のシェル要素について、上記異方性材の試験体に実施したと同様の試験条件の下での４点支持１点押し試験の有限要素解析を、該シェル要素の板厚の設定を変化させながら行い、このシェル要素についての４点支持１点押し試験解析による該シェル要素の撓み量の解析値が、上記異方性材の試験体について実施した４点支持１点押し試験による該異方性材の撓み量の実測値と合致するようになるときの上記シェル要素の設定板厚を、上記異方性材の等価板厚として決定するようにすることを特徴とする異方性材の等価板厚決定方法。
所要の形状に設定した異方性材の三次元解析モデルについて所定荷重による４点支持１点押し試験の有限要素解析を行って該異方性材に生じる撓み量を解析的に求め、異方性材の三次元解析モデルを用いた該異方性材の面内における２軸方向へ引張試験の有限要素解析を行って異方性材の上記２軸方向に関するヤング率及びポアソン比をそれぞれ解析的に算出し、更に、上記異方性材の三次元解析モデルを用いて異方性材の面内における２軸方向とこれらに垂直な１軸方向について剪断方向の荷重を作用させるときに生じる歪をそれぞれ解析することで異方性材の３軸方向の横弾性係数を解析的に算出し、次いで、上記４点支持１点押し試験の解析対象とした異方性材の三次元解析モデルと同様の形状に設定し且つ異方性係数として上記各ヤング率とポアソン比と各横弾性係数をインプットした平板状のシェル要素について、上記異方性材の三次元解析モデルを解析対象とした場合と同様の試験条件の下での４点支持１点押し試験の有限要素解析を、該シェル要素の板厚の設定を変化させながら行い、このシェル要素についての４点支持１点押し試験解析による該シェル要素の撓み量の解析値が、上記異方性材の三次元解析モデルについて実施した４点支持１点押し試験解析による該異方性材に生じる撓み量の解析値と合致するようになるときの上記シェル要素の設定板厚を、上記異方性材の等価板厚として決定するようにすることを特徴とする異方性材の等価板厚決定方法。
４点支持１点押し試験を、試験対象の四隅を片側から点で支持した状態にて、該試験対象の中央一点に反対側から荷重を加えるものとする請求項１又は２記載の異方性材の等価板厚決定方法。
異方性材を、多数の炉壁管をフィンを介して平面的に連結してなるボイラ火炉の炉壁用のパネルとする請求項１、２又は３記載の異方性材の等価板厚決定方法。