JP2011027493A - Apparatus, method and program for destructive evaluation of piping - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、配管の破壊評価技術に関し、特にき裂を有する配管の破壊強度の評価技術に関する。 The present invention relates to a pipe fracture evaluation technique, and more particularly to a fracture strength evaluation technique for a pipe having a crack.
応力腐食割れ等によるき裂が沸騰水型原子炉の配管に発生・進展した場合、その破壊強度を推定するための構造健全性評価法の開発及びその高精度化が進められている。この応力腐食割れ等による配管内のき裂は複雑な形状を有するのが現実であり、配管の破壊評価はこのき裂を単一で単純な形状にモデル化して実施するのが一般的である。 When cracks due to stress corrosion cracks occur and propagate in piping of boiling water reactors, the development of structural integrity assessment methods to estimate the fracture strength and the advancement of accuracy are being promoted. In fact, cracks in pipes due to stress corrosion cracking have a complex shape, and pipe fracture evaluation is generally performed by modeling this crack into a single simple shape. .
図11を参照して、従来の破壊評価における単純モデル化方法を説明する。
図11(A)は、配管の横断面2を示し、その内周面に開口する複数のき裂S1〜S6が表示されている。そして、これらき裂S1〜S6は、それぞれ破線で示されている扇形表面のき裂H1〜H6に規格化される。
この規格化されたき裂H1〜H6は、それぞれ周方向長さc1〜c6、半径方向深さa1〜a6と規定されている。
With reference to FIG. 11, a simple modeling method in conventional fracture evaluation will be described.
FIG. 11 (A) shows a
The standardized cracks H1 to H6 are defined as a circumferential length c1 to c6 and a radial depth a1 to a6, respectively.
さらに、これら規格化された複数のき裂H1〜H6は、図11(B)に示されるように周方向にずらして、周方向長さΣc(=c1+c2+…+c6)、半径方向深さamax(き裂H1〜H6のうち最大の深さのもの(図の場合amax=a4))の扇形モデル3に一体化する。
そして、横断面2にこの扇形モデル3のき裂が含まれると仮定して、その対称軸Yと直交するX軸周りに曲げモーメントが作用する配管の破壊強度特性が検討されていた(例えば、非特許文献1)。
Further, the plurality of standardized cracks H1 to H6 are shifted in the circumferential direction as shown in FIG. 11B to obtain a circumferential length Σc (= c1 + c2 +... + C6) and a radial depth a max. (The crack H1-H6 having the maximum depth (in the figure, a max = a4)) is integrated into the
Assuming that the
さらに、複数の周方向表面き裂を有する配管の破壊形態として塑性崩壊モードのみを対象とする破壊評価法も提唱されている。 Furthermore, a fracture evaluation method for only the plastic collapse mode has been proposed as a fracture mode of a pipe having a plurality of circumferential surface cracks.
しかし、前記したように横断面に存在する複数のき裂を一体化して扇型にした単純モデルで配管の破壊強度を評価することは、過度に保守的な評価といえる。
また、塑性崩壊モードのみを対象とした配管の破壊評価では、配管の材質によっては脆性破壊あるいは延性き裂進展を伴う弾塑性破壊が支配的な場合もあるために、現実の原子力発電プラントの配管の健全性を評価するには不十分である。
However, as described above, evaluating the fracture strength of a pipe with a simple model in which a plurality of cracks existing in a cross section are integrated into a fan shape is an overly conservative evaluation.
In addition, in pipe fracture assessments targeting only the plastic collapse mode, brittle fracture or elastoplastic fracture with ductile crack growth may dominate depending on the pipe material. It is not enough to assess the soundness of
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、配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を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a practical and rational piping destruction evaluation technique by eliminating excessive maintainability in evaluating the soundness of piping. And
本発明に係る配管の破壊評価装置は、配管におけるいずれかの横断面を評価対象に設定する評価断面設定部と、前記設定された横断面に存在するき裂の領域を設定するき裂領域設定部と、前記配管に作用する曲げモーメントに対する中立軸を前記横断面上に設定する中立軸設定部と、前記中立軸の方位を変更して設定させる軸方位変更部と、前記設定された中立軸に対応する曲げモーメントが作用する場合の前記き裂の前縁に沿う破壊力学パラメータを演算する破壊力学パラメータ演算部と、前記前縁の位置に対する前記破壊力学パラメータの分布曲線の極大値を検出する極大値検出部と、前記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、前記評価用中立軸に対応する前記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、を備えるものである。 The pipe fracture evaluation apparatus according to the present invention includes an evaluation cross-section setting unit that sets any cross section in the pipe as an evaluation target, and a crack area setting that sets a crack area existing in the set cross-section. A neutral axis setting unit that sets a neutral axis with respect to a bending moment acting on the pipe on the cross section, an axis direction changing unit that changes and sets the direction of the neutral axis, and the set neutral axis A fracture mechanics parameter calculation unit for calculating a fracture mechanics parameter along the front edge of the crack when a bending moment corresponding to the pressure acts, and detecting a local maximum value of the distribution curve of the fracture mechanics parameter with respect to the position of the front edge Evaluation is performed on a local maximum value detection unit, a selection unit that selects a neutral axis for evaluation in which the maximum value can take a maximum value, and destruction due to the action of the bending moment corresponding to the neutral axis for evaluation. Those comprising a valence unit.
本発明係る配管の破壊評価装置、方法、及びプログラムによれば、配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。 According to the pipe fracture evaluation apparatus, method, and program of the present invention, a practical and rational pipe fracture evaluation technique is provided by eliminating excessive maintainability in evaluating pipe soundness.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1の機能ブロック図に示すように、本発明が適用される配管の破壊評価システムは、き裂検出装置11と、曲げモーメント演算装置12と、入力端末13と、表示体14と、破壊評価装置20と、から構成されている。
このように構成される配管の破壊評価システムは、原子力発電所等のプラントシステム等の配管に含まれるき裂等の初期欠陥が経年的に成長し大規模損壊に至る危険性を早期に察知し、有効な対策を講じるのに必要な情報を提供するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
As shown in the functional block diagram of FIG. 1, a pipe fracture evaluation system to which the present invention is applied includes a
The pipe failure evaluation system constructed in this way detects the risk of initial defects such as cracks contained in pipes of plant systems such as nuclear power plants growing over time and leading to large-scale damage at an early stage. It provides information necessary to take effective measures.
き裂検出装置11は、配管1(図2)に含まれるき裂S1,S2…(図3)を計測するもので、き裂の検出原理として浸透探傷、蛍光探傷、磁粉探傷、過流探傷、放射線透過及び超音波探傷等の公知の方法を採用することができる。
曲げモーメント演算装置12は、配管1のレイアウト、配管1の支持方法、及び耐震規定の想定加速度等から、配管1における任意の横断面Wnに作用する曲げモーメントを演算するものである。
The
The bending
破壊評価装置20は、き裂検出装置11、曲げモーメント演算装置12及び入力端末13との相互間でデータをやりとりするインターフェース21と、データ蓄積部22と、き裂検出装置11からの取得データに基づき配管1内におけるき裂の形態及び位置を三次元情報化する三次元情報化部23と、評価断面設定部24と、断面設定変更部25と、き裂領域設定部26と、き裂領域規格化部27と、中立軸設定部28と、軸方位変更部29と、破壊力学パラメータ演算部30と、分布曲線生成部31と、極大値検出部32と、選択部33と、評価部34とから構成されている。
The
また、破壊評価装置20は、このような実行手段を含むコンピュータであって、プログラムに基づいて指定された演算やデータ処理を実行するものである場合も含まれる。
このように構成される破壊評価装置20は、き裂検出装置11、曲げモーメント演算装置12及び入力端末13から入力される情報に基づいて、配管の破壊評価に関する情報を表示体14に出力する。
Further, the
The
データ蓄積部22は、外部入力データ及び内部処理データを一時的に蓄積するもので、特に破壊力学パラメータを演算するのに必要な配管1の構成材料の応力とひずみの関係等のデータベースを蓄積するものである。
The
評価断面設定部24は、配管1を中心線(Z軸)に対して直角に切断される平面状(XY座標系)の横断面Wnのいずれかを評価対象に設定する。すなわち、三次元情報化部23により三次元情報化された配管1は、図3に示すように、複数のき裂S(S1,S2…)を含む状態で、任意の横断面Wnが選択的に二次元情報化される。
この二次元情報化された横断面Wnは、表示体14に表示されるとともに、入力端末13を操作して断面設定変更部25の機能により、他の横断面に切り替えられる。
ここで図3の横断面図には、配管1の周方向の内側表面に複数のき裂Sを有する断面が模式的に示されているが、き裂の数は単一であってもよくき裂の位置は外表面であってもよいものとする。
The evaluation
The cross section Wn converted into the two-dimensional information is displayed on the
Here, the cross-sectional view of FIG. 3 schematically shows a cross section having a plurality of cracks S on the inner surface in the circumferential direction of the
き裂領域設定部26は、設定された横断面Wnに存在するき裂Sの領域、特にき裂Sが進展する前縁を規定するものである。
また、き裂Sの面領域全体が横断面Wnに含まれている場合に限定されず、その面領域が横断面Wnに浅い角度で交差するものについては、この面領域を横断面Wnに投射させたき裂Sとして取り扱ってもよい。
なお、配管1に含まれるき裂Sのうち、その面領域が横断面Wnに直交するものについては、曲げモーメントの作用する配管1の破壊強度特性に影響を与えない。
The crack
Further, the present invention is not limited to the case where the entire surface area of the crack S is included in the cross section Wn. When the surface area intersects the cross section Wn at a shallow angle, this surface area is projected onto the cross section Wn. The crack S may be handled.
Of the cracks S contained in the
き裂領域規格化部27は、図7及び図8に示すように、き裂Sの領域を扇形D又は半だ円Eの形状に近似させるものである。
つまり、横断面Wnに表示されるき裂Sは複雑形状を有しているために、図7に示すように、個々のき裂Sを、深さと表面長さの等しい扇形Dで包絡させることとする。または、図8に示すように、個々のき裂Sを、深さと表面長さの等しい半だ円Eで包絡させることとする。
このようなモデル化により、き裂面積を大きく見積ることになるので、保守的な評価が可能となり、さらにき裂の形状が単純であるために破壊力学パラメータの数値解析に際して、解析モデルの作成が容易となる。
The crack
That is, since the crack S displayed on the cross section Wn has a complicated shape, as shown in FIG. 7, each crack S is enveloped by a sector D having the same depth and surface length. And Alternatively, as shown in FIG. 8, each crack S is enveloped by a semi-ellipse E having the same depth and surface length.
This modeling makes it possible to make a conservative evaluation because the crack area is greatly estimated, and because the crack shape is simple, an analytical model can be created for numerical analysis of fracture mechanics parameters. It becomes easy.
中立軸設定部28は、配管1を曲げるように作用する曲げモーメントMに対する中立軸を横断面Wn上に設定するものである。ここで中立軸とは、曲げモーメントが作用する横断面Wnにおいて、Z方向における歪を圧縮側と引張側に分ける境界線である。
図3において、曲げモーメントMに対し、横断面Wnの中心をZ軸が通る原点にとり、中立軸をX軸に一致させ、配管1の曲げ方向をY軸の負方向にとっているために、XY座標系の第1象限と第2象限において圧縮となり、第3象限と第4象限において引張となっている。
ここで、横断面Wnにおいて中立軸XからY軸の負の方向に離れるのに従い、配管1における引張歪が大きくなり、き裂Sが進展し易くなることが明らかである。このために、横断面Wnに対する中立軸の初期設定は、き裂の深さの最大のもの(図3では符号S4)に対し、周方向中心をY軸が貫くように設定するのが望ましい。
The neutral axis setting unit 28 sets the neutral axis for the bending moment M acting so as to bend the
In FIG. 3, since the center of the cross section Wn is the origin through which the Z axis passes with respect to the bending moment M, the neutral axis is made coincident with the X axis, and the bending direction of the
Here, it is clear that the tensile strain in the
破壊力学パラメータ演算部30は、中立軸設定部28及び軸方位変更部29において初期設定及び再設定された中立軸Xに対応する曲げモーメントが作用する場合のき裂Sの前縁に沿う破壊力学パラメータを演算するものである。
前記破壊力学パラメータとして、応力拡大係数、J積分、及び、き裂先端開口変位等が挙げられ、図4にそれらを演算する一般式を例示する。
なお、破壊力学パラメータは、有限要素法による数値解析から厳密に求めてもよいし、各種提唱されている簡易式から近似的に求めてもよい。また、演算に用いられる各種定数は、データ蓄積部22に予め蓄積されているものとする。
The fracture mechanics
Examples of the fracture mechanics parameters include a stress intensity factor, a J integral, and a crack tip opening displacement, and FIG. 4 illustrates a general formula for calculating them.
Note that the fracture mechanics parameter may be obtained strictly from numerical analysis by the finite element method, or may be obtained approximately from various proposed simple equations. In addition, it is assumed that various constants used for the calculation are stored in the
図4(A)に示されるき裂先端における応力場σijは、応力拡大係数Kとした場合、x軸をき裂面に平行にとり、y軸を垂直にとり、き裂内縁の接線をz軸にとる直角座標系を定義して、式(1)のように表される。
ここで応力拡大係数Kは、き裂先端における三つの独立な変形モード(モードI(開口形)、モードII(面内せん断)、モードIII(面外せん断))のうち、モードII、モードIIIは配管1の曲げ変形においては寄与率が小さいので、モードIのみを検討している。
In the stress field σ ij at the crack tip shown in FIG. 4A, when the stress intensity factor is K, the x axis is parallel to the crack surface, the y axis is perpendicular, and the tangent of the crack inner edge is the z axis. By defining a rectangular coordinate system defined as follows, it is expressed as shown in Equation (1).
Here, the stress intensity factor K is the mode II or mode III among the three independent deformation modes (mode I (opening), mode II (in-plane shear), mode III (out-of-plane shear)) at the crack tip. Since the contribution ratio is small in the bending deformation of the
J積分は、図4(B)に示すように、き裂先端を囲む経路Γ、ひずみエネルギー密度W、この経路Γに沿う法線ベクトルn、Ti=σijnjにより定義される表面力ベクトルT、経路Γ上の変位ベクトルu、経路Γ上の微小線素dsのように設定すると、式(2)のように表される。
また、応力拡大係数KとJ積分との関係は、ヤング率E、ポアソン比νとして式(3)のように表される。
き裂先端開口変位Ψは、降伏応力σY、ヤング率Eとして式(4)のように表される。
As shown in FIG. 4B, the J-integral is a surface force defined by a path Γ surrounding the crack tip, a strain energy density W, a normal vector n along the path Γ, and T i = σ ij n j. If the vector T, the displacement vector u on the path Γ, and the minute line element ds on the path Γ are set, the following expression (2) is obtained.
Further, the relationship between the stress intensity factor K and the J integral is expressed as a formula (3) as Young's modulus E and Poisson's ratio ν.
The crack tip opening displacement Ψ is expressed as a yield stress σ Y and a Young's modulus E as shown in Expression (4).
分布曲線生成部31は、図3に設定されているXY座標系におけるき裂Sの前縁の位置Pの方位δに対する破壊力学パラメータの分布曲線(図5)を生成するものである。
極大値検出部32は、図5に示されるき裂前縁に沿う破壊力学パラメータの分布曲線の極大値を検出するものである。図5においては、この極大値の方位は、曲げモーメントMにより最大応力が作用する方位(δ=0)からΔδだけ偏差していることがわかる。
そして、検出された極大値及びその方位偏差Δδの値がデータ蓄積部22に一時的に蓄積されることになる。
The distribution
The
Then, the detected maximum value and the value of the azimuth deviation Δδ are temporarily stored in the
軸方位変更部29は、横断面Wnに対して相対的にXYZ座標系をZ軸周りに角変位Δφさせて(図2参照)、中立軸Xの方位を設定変更して、配管1に作用させる曲げモーメントMの方向(Y軸)を仮想的に変更させるものである。
この軸方位変更部29により中立軸Xの方位が設定変更されるたびに、破壊力学パラメータ演算部30、分布曲線生成部31、極大値検出部32は、動作して新たに検出された極大値及びその方位偏差Δδの値がデータ蓄積部22に蓄積される。
The axial
Each time the direction of the neutral axis X is set and changed by the axis
選択部33は、破壊力学パラメータの分布曲線の極大値が最大値を取り得るような評価用中立軸を、データ蓄積部22に蓄積されている情報に基づき選択するものである。そのような、評価用中立軸の選択方法として二通り例示する。
The
図6を参照して一つ目の評価用中立軸の選択方式を説明する。
図6(A)は曲げモーメントに対する中立軸Xの方位を初期設定から変更して、図5の方位偏差Δδに相当するZ軸周りの角変位Δφを与えたイメージ図である。
これにより、図6(B)に示されるように、一点鎖線で表される変更前の破壊力学パラメータの分布曲線は、実線で表されるように極大値がδ=0の位置にシフトする。そして、このようにδ=0の位置で極大値をとる場合の破壊力学パラメータの値K2は、その他の位置で極大値をとる場合の値K1に対して最大値をとるのが一般的である(K1<K2)。
A first evaluation neutral axis selection method will be described with reference to FIG.
FIG. 6A is an image diagram in which the azimuth of the neutral axis X with respect to the bending moment is changed from the initial setting, and an angular displacement Δφ around the Z axis corresponding to the azimuth deviation Δδ in FIG. 5 is given.
Accordingly, as shown in FIG. 6B, the distribution curve of the fracture mechanics parameter before the change represented by the alternate long and short dash line is shifted to the position where the maximum value is δ = 0 as represented by the solid line. In general, the value K2 of the fracture mechanics parameter when the maximum value is obtained at the position of δ = 0 as described above generally takes the maximum value with respect to the value K1 when the maximum value is obtained at other positions. (K1 <K2).
なお、軸方位変更部29によるZ軸周りの角変位Δφで破壊力学パラメータの極大値の方位がδ=0の位置に一致しないときは、繰り返し試行により収束させるようにする。
このようにして選択部33は、初期設定された中立軸Xに対応する極大値の方位偏差Δδに基づいて、この中立軸Xを傾斜させたものを評価用中立軸として選択する。
つまり、破壊力学パラメータの極大値の方位がδ=0に一致するように回転角Δφを調節してXYZ座標系を設定すると、そのX軸が評価用中立軸となり、そのY軸方向の曲げが、最も弱い曲げモーメントで配管1を破壊させる。
Note that, when the azimuth of the maximum value of the fracture mechanics parameter does not coincide with the position of δ = 0 by the angular displacement Δφ around the Z-axis by the axis
In this manner, the
That is, when the XYZ coordinate system is set by adjusting the rotation angle Δφ so that the direction of the maximum value of the fracture mechanics parameter coincides with δ = 0, the X axis becomes the neutral axis for evaluation, and the bending in the Y axis direction is The
次に二つ目の評価用中立軸の選択方式を説明する。
この場合、軸方位変更部29は、予め定められた方位間隔で中立軸Xをステップ回転させ(XYZ座標系の回転角Δφ毎にステップ変位させ)、その都度、分布曲線生成部31において破壊力学パラメータの分布曲線を生成し、極大値検出部32による出力値をデータ蓄積部22に蓄積するようにしてもよい。
このとき、選択部33は、データ蓄積部22に蓄積されている複数の極大値のうち最大値を与えるXYZ座標系のX軸を評価用中立軸として選択する。すると、Y軸方向が最も弱い曲げモーメントで配管1が破壊する方向となる。
なお、この場合のΔφは、細かい程精度が向上するが演算の長時間化を避ける関係上、破壊に対して最もクリティカルなき裂(図3では符号S4)に対し、Y軸が交差するXYZ座標系の数が10以上100以下となる程度に設定されるのが望ましい。
Next, a second evaluation neutral axis selection method will be described.
In this case, the axis
At this time, the
In this case, Δφ is an XYZ coordinate at which the Y axis intersects the crack (reference numeral S4 in FIG. 3) that is the most critical for fracture because the accuracy improves as it becomes finer, but avoids long calculation time. It is desirable that the number of systems is set to be about 10 to 100.
評価部34は、前記した評価用中立軸に対応する曲げモーメントMの作用による配管の破壊について評価するものである。つまり、配管1は、この評価用中立軸に対して垂直方向(Y軸方向)に曲げ変形をする場合に、破壊強度が最弱であるために、この最弱方向のみにおける機械的強度を検討するのが合理的である。
そして評価部34は、評価用中立軸に対応する曲げモーメントが配管1に作用した場合の破壊力学パラメータ分布曲線の極大値が、この配管1の構成材料の破壊限界値を超えると、破壊に至ると評価する。
具体的には、応力拡大係数Kが配管の材料の破壊靭性値Kcを超えると、配管が破壊すると評価され、この破壊靭性値Kcに安全係数を乗算した値と対比して配管の破壊評価を容易に実施することが可能となる。
The
Then, the
Specifically, when the stress intensity factor K exceeds the fracture toughness value Kc of the pipe material, it is evaluated that the pipe breaks, and the fracture evaluation of the pipe is compared with a value obtained by multiplying the fracture toughness value Kc by a safety factor. It becomes possible to carry out easily.
図9のフローチャートを参照して(適宜図1参照)、本発明の配管の破壊評価方法の実施形態を説明する。
まずプラントに施設されている配管1に対し、き裂検出装置11により、内部き裂の位置及びその形態を検出し、検査データを破壊評価装置20に入力する(S11)。次に、曲げモーメント演算装置12に対し、この配管1の寸法、材料、レイアウト等の情報を入力して(S12)、その横断面Wnに作用する曲げモーメントMを演算し破壊評価装置20に入力する(S13)。これら入力されたデータはデータ蓄積部22に蓄積される。
With reference to the flowchart of FIG. 9 (refer FIG. 1 suitably), embodiment of the piping fracture evaluation method of this invention is described.
First, the position and form of the internal crack are detected by the
次に、き裂検出装置11から得たデータは、表示体14に任意の横断面Wnを表示したり、所定のデータ処理をしたりできるように三次元情報化部23においてモディファイされる。そして、オペレータがこの表示体14を参照しながら、入力端末13を操作して、配管におけるいずれかの横断面Wnを評価対象に設定する(S14)。この動作は、断面設定変更部25及び評価断面設定部24が関与し、評価する横断面Wnの選択は、オペレータの手動操作によるものか、自動設定によるかは任意である。
Next, the data obtained from the
次に、評価用に設定された横断面Wnに存在するき裂の二次元領域を設定する(S15)。破壊力学パラメータが演算されるき裂Sの内縁は、境界が複雑で見極めが困難である場合があるので適宜規格化(図7、図8)を行う。この動作は、き裂領域設定部26及びき裂領域規格化部27が関与し、設定が、オペレータの完全マニュアル操作によるものか、自動設定によるかは任意である。
Next, a two-dimensional region of a crack existing in the cross section Wn set for evaluation is set (S15). The inner edge of the crack S for which the fracture mechanics parameter is calculated may have a complicated boundary and may be difficult to identify. Therefore, normalization is appropriately performed (FIGS. 7 and 8). This operation involves the crack
次に、X軸を中立軸に一致させたXY座標系を横断面Wn上に設定する(S16)。これによりY軸方向は、配管1が曲がるように作用する曲げモーメントの方向に一致する。この動作は、中立軸設定部28及び軸方位変更部29が関与し、初期設定されるXY座標系は、破壊に対して最もクリティカルなき裂(図3では符号S4)の周方向長さの中心をY軸が交差するように設定するのが望ましい。
Next, an XY coordinate system in which the X axis coincides with the neutral axis is set on the cross section Wn (S16). Thus, the Y-axis direction coincides with the direction of the bending moment that acts so that the
次に、設定されたXY座標系における横断面Wnの中立軸Xに対応する曲げモーメントが作用する場合のき裂の前縁に沿う破壊力学パラメータを演算する(S17)。この動作は、破壊力学パラメータ演算部30が関与し、応力拡大係数、J積分、及び、き裂先端開口変位のうちいずれの破壊力学パラメータを採用するかについては入力端末13から選択され、演算に必要な各種定数はデータ蓄積部22から取得する。
Next, fracture mechanics parameters along the leading edge of the crack when a bending moment corresponding to the neutral axis X of the cross section Wn in the set XY coordinate system acts are calculated (S17). In this operation, the fracture mechanics
そして、き裂前縁に沿った応力拡大係数K(破壊力学パラメータ)の分布曲線を作成する(図5)(S18)。さらに、作成した分布曲線において前縁の位置に対する破壊力学パラメータの極大値Kpを検出する(S19)。この動作は、分布曲線生成部31及び極大値検出部32が関与し、作成される分布曲線の範囲は、Y軸が第3象限及び第4象限で交わっているき裂の前縁の両端の方位δを少なくとも含み、さらにその両側にあるいくつかのき裂の前縁も含めるとよい。
Then, a distribution curve of the stress intensity factor K (fracture mechanics parameter) along the crack leading edge is created (FIG. 5) (S18). Further, the local maximum value Kp of the fracture mechanics parameter with respect to the position of the leading edge is detected in the created distribution curve (S19). In this operation, the distribution
次に、極大値Kpについて、配管1の曲げ方向(δ=0)との方位偏差Δδについて検討する(S20)。この方位偏差Δδがほとんどない場合は(S20;Yes)、あらゆる曲げ方向のなかで、設定されているXY座標系の中立軸Xに対応する曲げモーメントが、配管1における最弱の破壊強度を与えることになる。
そして、この方位偏差Δδが有意である場合は(S20;No)、軸方位変更部29において中立軸の方位をΔδ変更し、再度S16〜S20のルーチンを回し、S20;Yesとなる評価用中立軸を導く。
このように、初期設定された中立軸に対応する極大値Kpの方位偏差Δδに基づき傾斜されて導かれる評価用中立軸に対応する極大値Kpは、演算される破壊力学パラメータのなかで最大値を取り得る。
Next, the azimuth deviation Δδ with respect to the bending direction (δ = 0) of the
If this azimuth deviation Δδ is significant (S20; No), the axis
In this way, the local maximum value Kp corresponding to the neutral axis for evaluation derived based on the azimuth deviation Δδ of the local maximum value Kp corresponding to the initially set neutral axis is the maximum value among the calculated fracture mechanics parameters. Can take.
次に、配管1の材料の破壊靭性値Kcをデータ蓄積部22から取得し(S21)、導かれた評価用中立軸に対応する応力拡大係数K(破壊力学パラメータ)の極大値Kpと対比する(S22)。
ここで、応力拡大係数の極大値Kpが破壊靭性値Kc以上であれば、配管に想定される最大の曲げモーメントが作用すると、即時に破断する可能性があると評価されるので配管を補修又は交換するという結論になる(S22;No、S23)。
Next, the fracture toughness value Kc of the material of the
Here, if the maximum value Kp of the stress intensity factor is equal to or greater than the fracture toughness value Kc, it is evaluated that there is a possibility that the pipe will break immediately if the maximum bending moment assumed for the pipe is applied. The conclusion is that they will be exchanged (S22; No, S23).
一方、応力拡大係数の極大値Kpが破壊靭性値Kcよりも小さければ、配管に最大想定の曲げモーメントが作用しても、即時に破断する可能性はないと評価される(S22;Yes)。
さらに、他の横断面Wnについても同様に評価して(S24)、最大想定の曲げモーメントが配管に作用しても即時破断する可能性はないと評価されれば、運転継続の合格判断がなされる(S25)。
On the other hand, if the maximum value Kp of the stress intensity factor is smaller than the fracture toughness value Kc, it is evaluated that there is no possibility of immediate fracture even if the maximum assumed bending moment acts on the pipe (S22; Yes).
Further, other cross sections Wn are evaluated in the same manner (S24), and if it is evaluated that there is no possibility of immediate breakage even if the maximum assumed bending moment acts on the pipe, it is judged that the operation is continued. (S25).
図10のフローチャートを参照して(適宜図1参照)、本発明に係る配管の破壊評価方法の他の実施形態を示す。ここで、図10におけるS31〜S35は、それぞれ図9におけるS11〜S15と共通しているので、対応する説明を援用して記載を省略する。 With reference to the flowchart of FIG. 10 (refer to FIG. 1 as appropriate), another embodiment of the pipe fracture evaluation method according to the present invention will be described. Here, S31 to S35 in FIG. 10 are respectively common with S11 to S15 in FIG.
横断面Wnに対してき裂の二次元領域を設定した後は(S35)、中立軸をX軸にとるXYZ座標系を、Z軸周りに所定間隔Δφ毎に角変位させながら複数設定する(S36)。 After the two-dimensional region of the crack is set with respect to the cross section Wn (S35), a plurality of XYZ coordinate systems having the neutral axis as the X axis are set while being angularly displaced around the Z axis at predetermined intervals Δφ (S36). ).
次に、設定された複数のXYZ座標系ごとに、中立軸Xに対応する曲げモーメントが作用する場合の横断面Wn内のき裂Sの前縁に沿う破壊力学パラメータを演算する(S37)。
そして、この破壊力学パラメータKの分布曲線を、設定された複数のXYZ座標系ごとに作成し、それぞれの極大値Kpを検出する(S38,S39)。このようにして、横断面Wnの周方向に一定間隔で設定される複数の中立軸Xに対応する分布曲線の極大値Kpは、それぞれデータ蓄積部22に蓄積される(S40)。
Next, for each of a plurality of set XYZ coordinate systems, fracture mechanics parameters along the leading edge of the crack S in the cross section Wn when a bending moment corresponding to the neutral axis X acts are calculated (S37).
Then, a distribution curve of the fracture mechanics parameter K is created for each of a plurality of set XYZ coordinate systems, and each local maximum value Kp is detected (S38, S39). In this way, the maximum values Kp of the distribution curves corresponding to the plurality of neutral axes X set at regular intervals in the circumferential direction of the transverse section Wn are accumulated in the data accumulation unit 22 (S40).
次に、配管1の材料の破壊靭性値Kcをデータ蓄積部22から取得し(S41)、データ蓄積部22に蓄積されている複数の極大値Kpのうち最大の(Kp)maxと対比する(S42)。
ここで、応力拡大係数の極大値(Kp)maxが破壊靭性値Kc以上であれば、配管に想定される最大の曲げモーメントが作用すると、即時に破断する可能性があると評価されるので配管を補修又は交換するという結論になる(S42;No、S43)。
Next, the fracture toughness value Kc of the material of the
Here, if the maximum value (Kp) max of the stress intensity factor is equal to or greater than the fracture toughness value Kc, it is evaluated that there is a possibility that the pipe will break immediately when the maximum bending moment assumed in the pipe is applied. (S42; No, S43).
そして、応力拡大係数の極大値(Kp)maxが破壊靭性値Kcよりも小さければ、配管に最大想定の曲げモーメントが作用しても、即時に破断する可能性ないと評価される(S42;Yes)。
さらに、他の横断面Wnについても同様に評価して(S44)、最大想定の曲げモーメントが配管に作用しても即時破断する可能性ないと評価されれば、運転継続の合格判断がなされる(S45)。
If the maximum value (Kp) max of the stress intensity factor is smaller than the fracture toughness value Kc, it is evaluated that even if the maximum assumed bending moment acts on the pipe, there is no possibility of immediate fracture (S42; Yes). ).
Further, other cross sections Wn are evaluated in the same manner (S44), and if it is evaluated that there is no possibility of immediate fracture even if the maximum assumed bending moment acts on the pipe, it is judged that the operation is continued. (S45).
1…配管、11…き裂検出装置(外部装置)、12…モーメント演算装置(外部装置)、13…入力端末、14…表示体、20…配管の破壊評価装置、21…インターフェース、22…データ蓄積部、23…三次元情報化部、24…評価断面設定部、25…断面設定変更部、26…き裂領域設定部、27…き裂領域規格化部、28…中立軸設定部、29…軸方位変更部、30…破壊力学パラメータ演算部、31…分布曲線生成部、32…極大値検出部、33…選択部、34…評価部、K,K1,K2…応力拡大係数(破壊力学パラメータ)、S(S1,S2,S3,S4,S5,S6)…き裂、Wn…横断面。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記設定された横断面に存在するき裂の領域を設定するき裂領域設定部と、
前記配管に作用する曲げモーメントに対する中立軸を前記横断面上に設定する中立軸設定部と、
前記中立軸の方位を変更して設定させる軸方位変更部と、
前記設定された中立軸に対応する曲げモーメントが作用する場合の前記き裂の前縁に沿う破壊力学パラメータを演算する破壊力学パラメータ演算部と、
前記前縁の位置に対する前記破壊力学パラメータの分布曲線の極大値を検出する極大値検出部と、
前記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、
前記評価用中立軸に対応する前記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、を備える配管の破壊評価装置。 An evaluation cross-section setting unit that sets any cross-section in the pipe as an evaluation target;
A crack region setting unit for setting a region of a crack existing in the set cross section;
A neutral axis setting unit for setting a neutral axis on the transverse section with respect to a bending moment acting on the pipe;
An axis direction changing unit for changing and setting the direction of the neutral axis;
A fracture mechanics parameter calculation unit for calculating a fracture mechanics parameter along the leading edge of the crack when a bending moment corresponding to the set neutral axis acts;
A maximum value detecting unit for detecting a maximum value of a distribution curve of the fracture mechanics parameter with respect to the position of the leading edge;
A selection unit for selecting a neutral axis for evaluation in which the maximum value can take a maximum value;
A pipe fracture evaluation apparatus comprising: an evaluation unit that evaluates breakage due to the action of the bending moment corresponding to the neutral shaft for evaluation.
前記設定された横断面に存在するき裂の領域を設定するステップと、
前記配管に作用する曲げモーメントに対する中立軸を前記横断面上に設定するステップと、
前記設定された中立軸に対応する曲げモーメントが作用する場合の前記き裂の前縁に沿う破壊力学パラメータを演算するステップと、
前記前縁の位置に対する前記破壊力学パラメータの分布曲線の極大値を検出するステップと、
前記中立軸の方位を変更して設定されるとともに前記極大値が最大値を取り得る評価用中立軸を選択するステップと、
前記評価用中立軸に対応する前記曲げモーメントの作用による破壊について評価するステップと、を含む配管の破壊評価方法。 A step of setting any cross section in the pipe as an evaluation target;
Setting a region of a crack present in the set cross section;
Setting a neutral axis for the bending moment acting on the pipe on the cross section;
Calculating fracture mechanics parameters along the front edge of the crack when a bending moment corresponding to the set neutral axis acts;
Detecting a local maximum of a distribution curve of the fracture mechanics parameter with respect to the position of the leading edge;
Selecting a neutral axis for evaluation, which is set by changing the orientation of the neutral axis and the maximum value can take a maximum value;
Evaluating the fracture due to the action of the bending moment corresponding to the evaluation neutral shaft.
配管におけるいずれかの横断面を評価対象に設定する手段、
前記設定された横断面に存在するき裂の領域を設定する手段、
前記配管に作用する曲げモーメントに対する中立軸を前記横断面上に設定する手段、
前記中立軸の方位を変更して設定させる手段、
前記設定された中立軸に対応する曲げモーメントが作用する場合の前記き裂の前縁に沿う破壊力学パラメータを演算する手段、
前記前縁の位置に対する前記破壊力学パラメータの分布曲線の極大値を検出する手段、
前記極大値が最大値を取り得る評価用中立軸を選択する手段、
前記評価用中立軸に対応する前記曲げモーメントの作用による破壊について評価する手段、として機能させる配管の破壊評価プログラム。 Computer
Means for setting any cross-section in the pipe as an evaluation target;
Means for setting a region of a crack existing in the set cross section;
Means for setting on the transverse section a neutral axis for a bending moment acting on the pipe;
Means for changing and setting the direction of the neutral axis;
Means for calculating fracture mechanics parameters along the front edge of the crack when a bending moment corresponding to the set neutral axis acts;
Means for detecting a maximum value of a distribution curve of the fracture mechanics parameter with respect to the position of the leading edge;
Means for selecting a neutral axis for evaluation in which the maximum value can take a maximum value;
A pipe fracture evaluation program that functions as means for evaluating breakage due to the action of the bending moment corresponding to the evaluation neutral shaft.
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015122000A1 (en) * | 2014-02-17 | 2015-08-20 | 株式会社日立製作所 | Ductile fracture evaluation method and device |
CN110929442A (en) * | 2019-11-29 | 2020-03-27 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | Reliability evaluation method and system for liquid distribution and spraying pipe based on fault physics |
CN111758025A (en) * | 2018-02-22 | 2020-10-09 | 松下知识产权经营株式会社 | Inspection apparatus and inspection method |
CN111859616A (en) * | 2020-06-12 | 2020-10-30 | 中国石油天然气集团有限公司 | High-pressure natural gas pipeline fracture critical dimension and service life assessment method |
CN112697608A (en) * | 2020-12-10 | 2021-04-23 | 太原理工大学 | Method for judging plastic bending resistance bearing capacity of full section of steel member under bidirectional bending |
-
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015122000A1 (en) * | 2014-02-17 | 2015-08-20 | 株式会社日立製作所 | Ductile fracture evaluation method and device |
JPWO2015122000A1 (en) * | 2014-02-17 | 2017-03-30 | 株式会社日立製作所 | Method and apparatus for evaluating ductile fracture |
EP3109615A4 (en) * | 2014-02-17 | 2017-11-15 | Hitachi, Ltd. | Ductile fracture evaluation method and device |
US10036693B2 (en) | 2014-02-17 | 2018-07-31 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for evaluating ductile fracture |
CN111758025A (en) * | 2018-02-22 | 2020-10-09 | 松下知识产权经营株式会社 | Inspection apparatus and inspection method |
US11796481B2 (en) | 2018-02-22 | 2023-10-24 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Inspection device and inspection method |
CN110929442A (en) * | 2019-11-29 | 2020-03-27 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | Reliability evaluation method and system for liquid distribution and spraying pipe based on fault physics |
CN111859616A (en) * | 2020-06-12 | 2020-10-30 | 中国石油天然气集团有限公司 | High-pressure natural gas pipeline fracture critical dimension and service life assessment method |
CN112697608A (en) * | 2020-12-10 | 2021-04-23 | 太原理工大学 | Method for judging plastic bending resistance bearing capacity of full section of steel member under bidirectional bending |
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