JP2011033582A - Residual stress evaluation method and shock load evaluation method of peened part - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電プラントや各種産業用プラント内の腐食環境にある構造物等のピーニング施工部の残留応力及び衝撃荷重を評価するためのピーニング施工部の残留応力評価方法及び衝撃荷重評価方法に関する。 The present invention relates to a residual stress evaluation method and an impact load evaluation method for a peening construction part for evaluating a residual stress and an impact load of a peening construction part such as a structure in a corrosive environment in a power plant or various industrial plants.
一般に、発電プラント等の構造物や、各種産業用プラント内の腐食環境にある構造物等では、特に溶接等の熱影響を受けて残留引っ張り応力が構造物に存在すると、この局所的な部分において、その引っ張り応力や腐食環境の相互作用により応力腐食割れが生じる場合がある。このため、このような部位を構成する材料としては、腐食し難い金属材料が用いられ、また、破損を未然に防ぐため定期的に取替えを実施する。 In general, in structures such as power plants and in corrosive environments in various industrial plants, especially when there is residual tensile stress in the structure due to thermal effects such as welding, this local part Stress corrosion cracking may occur due to the interaction between the tensile stress and the corrosive environment. For this reason, a metal material which does not easily corrode is used as a material constituting such a portion, and replacement is periodically performed in order to prevent damage.
しかしながら、例えば沸騰水型原子炉における炉心シュラウドやそのサポート構造、さらには原子炉の炉低部にある制御棒駆動機構ハウジング等は溶接構造となっており、切断等をしない限り取り替えることはできず、本来は半永久的な構造物である。 However, for example, the core shroud in a boiling water reactor and its support structure, as well as the control rod drive mechanism housing in the lower part of the reactor, have a welded structure and cannot be replaced unless they are cut. Originally a semi-permanent structure.
上記のような取替えが困難な構造物に対して応力腐食割れを事前に防ぐ予防手段として、材質表面に衝撃を与えて引っ張り応力を圧縮応力へ改善し表面改質を行うピーニング技術がある。ピーニング技術としては、プラズマの衝撃力を利用するレーザピーニング（例えば、特許文献１参照。）、キャビテーション崩壊時の衝撃力を利用するキャビテーションショットレスピーニング又はウォータージェットピーニング（例えば、特許文献２参照）、ショットピーニング等が知られている。 As a preventive measure for preventing stress corrosion cracking in advance for a structure that is difficult to replace as described above, there is a peening technique in which an impact is applied to the surface of a material to improve the tensile stress to a compressive stress and thereby improve the surface. As the peening technique, laser peening using the impact force of plasma (for example, refer to Patent Document 1), cavitation shotless peening or water jet peening using the impact force at the time of cavitation collapse (for example, refer to Patent Document 2), Shot peening and the like are known.
従来、上記のピーニング技術を実機に対して施工した後の確認は、基本的には施工部位に対する目視確認のみで行っている。また、残留圧縮応力の程度は、施工前に実機施工と同様な条件で、施工部位の材料と同じ試験材料に対して試施工を行い、施工済試験材の残留圧縮応力の大きさをＸ線回折法等により測定して確認することによって、その性能を担保している。 Conventionally, confirmation after applying the above peening technique to an actual machine is basically performed only by visual confirmation of the construction site. Also, the degree of residual compressive stress is the same as the actual machine construction prior to construction. The performance is ensured by measuring and confirming using a diffraction method or the like.
また、上記のピーニングによる加工能力は、ピーニングによる衝撃荷重によるものであり、衝撃荷重を最も効率良く与えることが重要となる。但し、必ずしも衝撃荷重が大きければ良いというわけではなく、ある一定以上の衝撃荷重を与えると、逆に構造物に壊食等の損傷を与えてしまう恐れもあり、表面改質に必要な残留圧縮応力が得られれば、それ以上の衝撃荷重を与える必要はない。 Further, the processing ability by the above peening is due to the impact load by peening, and it is important to apply the impact load most efficiently. However, the impact load is not necessarily large. If an impact load of a certain level or more is applied, the structure may be damaged, such as erosion. If the stress is obtained, it is not necessary to apply an impact load beyond that.
こうしたことから、ウォータージェットピーニングに関しては、ピーニング効果が有効に得られるように、ノズルに衝撃パルスセンサを設置して、測定される周波数特性が予測された周波数特性の最適値となるようにノズル−加工面距離や、水の噴射圧力を制御する手段を具備するものや（例えば、特許文献３参照。）、遠隔操作における水中ピーニング施工の状態を外部から監視するために、センサを加工対象部材近傍に配置し、残留応力が十分に改善される施工条件になっているか監視する手段を具備するものがある（例えば、特許文献４参照）。 For this reason, with regard to water jet peening, an impact pulse sensor is installed in the nozzle so that the peening effect can be effectively obtained, and the nozzle frequency is set so that the measured frequency characteristic becomes the optimum value of the predicted frequency characteristic. In order to monitor the processing surface distance and the means for controlling the water jet pressure (for example, refer to Patent Document 3), and the state of underwater peening in remote operation from the outside, a sensor is provided near the processing target member. And a means for monitoring whether or not the construction conditions are such that the residual stress is sufficiently improved (see, for example, Patent Document 4).
一方、硬さ試験等に用いる圧子押込により、弾塑性材料定数を決定する方法が知られている。例えば、前もって圧子押込時の変位−荷重曲線を２次関数で表しておき、対象物に対して圧子押込試験を行って得られる変位−荷重曲線の２次関数から、降伏応力、加工硬化指数、及び加工硬化係数を決定する手法が知られている（例えば、特許文献５参照。）。また、前もって押込深さや硬さと残留ひずみの相関を求めておき、対象物（主に原子炉用黒鉛材料）に対して圧子押込試験を行って、押込深さや硬さから残留ひずみを決定する方法が知られている（例えば、特許文献６参照。）。 On the other hand, a method for determining an elastoplastic material constant by indentation used for a hardness test or the like is known. For example, a displacement-load curve at the time of indenter indentation is expressed by a quadratic function in advance, and a yield stress, work hardening index, and a quadratic function of a displacement-load curve obtained by performing an indenter indentation test on an object are obtained. and techniques for determining the work hardening coefficient is known (e.g., see Patent Document 5.). In addition, the correlation between indentation depth and hardness and residual strain is obtained in advance, and an indenter indentation test is performed on the object (mainly graphite material for nuclear reactors) to determine the residual strain from the indentation depth and hardness. Is known (for example, see Patent Document 6).
前述のとおり、従来においては、原子炉内構造物等にピーニング施工を行った場合、施工後の確認は目視確認であり、残留圧縮応力の程度は、施工前に実機施工と同様な条件で、施工部位の材料と同じ試験材料に対して試施工を行うことで性能を担保している。同様にピーニングによる衝撃荷重についても、施工前の施工部位の材料と同じ試験材料に対して試施工を行い、圧電素子等の各種センサを試験材料に設置し測定を行って、施工時のピーニング条件を決めて担保している。 As mentioned above, in the past, when peening construction was performed on the reactor internal structure, etc., the confirmation after construction was visual confirmation, and the degree of residual compressive stress was the same as the actual equipment construction before construction, Performance is ensured by performing trial construction on the same test material as the construction site material. Similarly, with regard to the impact load due to peening, trial construction is performed on the same test material as the material at the construction site before construction, and various sensors such as piezoelectric elements are placed on the test material and measured, and peening conditions during construction are measured. It is determined and secured.
また、実際に残留応力を測定する手段としては、Ｘ線回折法等があるが、実機施工部にＸ線回折法を適用するのは困難である。同様に衝撃荷重を測定する手段も、施工部位側にセンサを設置する必要があり、特に原子炉内構造物等に対しては設置困難であるとともに、工事コストの増加要因となる。 Moreover, as means for actually measuring the residual stress, there is an X-ray diffraction method or the like, but it is difficult to apply the X-ray diffraction method to an actual machine construction part. Similarly, the means for measuring the impact load also needs to install a sensor on the construction site side, which is difficult to install especially for the reactor internal structure and the like, and increases the construction cost.
一方、施工前の施工部位と同じ試験材料片に対する試施工での性能確認においては、残留応力の測定と衝撃荷重測定はそれぞれ独立して実施するか若しくは残留応力測定のみで性能を担保している。そして、施工部位や施工条件が変化する毎に条件に合わせて試施工を実施し確認しており、ピーニング施工部の残留応力及び衝撃荷重の簡便な評価方法の開発が望まれていた。 On the other hand, in the performance confirmation in the trial construction for the same test material piece as the construction site before construction, the residual stress measurement and the impact load measurement are performed independently or the performance is guaranteed only by the residual stress measurement. . And every time the construction site and construction conditions change, trial construction is carried out according to the conditions, and it has been desired to develop a simple evaluation method for residual stress and impact load of the peening construction part.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ピーニング施工した構造物のピーニング施工部の残留応力及び衝撃荷重を従来に比べて簡便かつ迅速に評価することのできるピーニング施工部の残留応力評価方法及び衝撃荷重評価方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to easily and quickly evaluate the residual stress and impact load of a peened construction part of a structure subjected to peening construction as compared with the conventional peening construction part. It aims at providing the residual stress evaluation method and the impact load evaluation method.
本発明のピーニング施工部の残留応力評価方法の一態様は、ピーニング施工した構造物のピーニング施工部の残留応力を評価するためのピーニング施工部の残留応力評価方法であって、前記ピーニング施工部に対して圧子押込試験を行い、残留応力評価指標を得るとともに、残留応力をパラメータとした弾塑性解析を行い、前記圧子押込試験を行う体系において予測される残留応力予測値と前記残留応力評価指標との関係を求め、前記圧子押込試験により求められた前記残留応力評価指標と、前記弾塑性解析により求められた残留応力予測値と前記残留応力評価指標との関係とから、前記ピーニング施工部の残留応力予測値を求めることを特徴とする。 One aspect of the method for evaluating residual stress of a peening construction part according to the present invention is a residual stress evaluation method for a peening construction part for evaluating the residual stress of the peening construction part of a structure subjected to peening construction. An indenter indentation test is performed to obtain a residual stress evaluation index, an elastoplastic analysis is performed using the residual stress as a parameter, and a predicted residual stress value and a residual stress evaluation index predicted in the system performing the indenter indentation test From the relationship between the residual stress evaluation index obtained by the indenter indentation test, the predicted residual stress value obtained by the elasto-plastic analysis and the residual stress evaluation index, the residual of the peening construction part A stress prediction value is obtained.
本発明のピーニング施工部の衝撃荷重評価方法の一態様は、構造物へのピーニング施工時のピーニング施工部への衝撃荷重の大きさを評価するためのピーニング施工部の衝撃荷重評価方法であって、前記ピーニング施工部に対して圧子押込試験を行い、残留応力評価指標を得るとともに、残留応力をパラメータとした弾塑性解析を行い、前記圧子押込試験を行う体系において予測される残留応力予測値と前記残留応力評価指標との関係を求め、前記圧子押込試験により求められた前記残留応力評価指標と、前記弾塑性解析により求められた残留応力予測値と前記残留応力評価指標との関係とから、前記ピーニング施工部の残留応力予測値を求める工程と、前記衝撃荷重の大きさを仮定して弾塑性解析を行い、前記ピーニング施工部の仮定残留応力分布を求める弾塑性解析工程と、前記ピーニング施行部の残留応力予測値と前記仮定残留応力分布とを比較し、これらが所定の精度で一致するまで前記弾塑性解析工程を繰り返して実施して前記衝撃荷重の大きさを評価する工程とを具備したことを特徴とする。 One aspect of the impact load evaluation method of the peening construction part of the present invention is an impact load evaluation method of the peening construction part for evaluating the magnitude of the impact load to the peening construction part at the time of peening construction to a structure. The indenter indentation test is performed on the peening construction part, a residual stress evaluation index is obtained, an elastoplastic analysis is performed using the residual stress as a parameter, and a predicted residual stress value in the system performing the indenter indentation test Obtaining the relationship with the residual stress evaluation index, the residual stress evaluation index determined by the indenter indentation test, and the relationship between the residual stress prediction value and the residual stress evaluation index determined by the elastic-plastic analysis, A process for obtaining a predicted residual stress value of the peened construction part, and an elasto-plastic analysis assuming the magnitude of the impact load, and an assumed residual of the peening construction part The elasto-plastic analysis step for obtaining the force distribution, the predicted residual stress value of the peening execution part and the assumed residual stress distribution are compared, and the elasto-plastic analysis step is repeated until they match with a predetermined accuracy. characterized by comprising a step of evaluating the magnitude of the impact load.
本発明のピーニング施工部の衝撃荷重評価方法の他の態様は、造物へのピーニング施工時のピーニング施工部への衝撃荷重の大きさを評価するためのピーニング施工部の衝撃荷重評価方法であって、前記衝撃荷重の大きさを仮定して弾塑性解析を行い、前記ピーニング施工部の仮定残留応力分布を求める弾塑性解析工程と、前記ピーニング施行部の残留応力予測値又は前記ピーニング施行部の残留応力測定値と前記仮定残留応力分布とを比較し、これらが所定の精度で一致するまで前記弾塑性解析工程を繰り返して実施して前記衝撃荷重の大きさを評価する工程とを具備したことを特徴とする。 Another aspect of the impact load evaluation method of the peening construction part of the present invention is an impact load evaluation method of the peening construction part for evaluating the magnitude of the impact load to the peening construction part at the time of peening construction to a structure. An elasto-plastic analysis assuming the magnitude of the impact load, an elasto-plastic analysis step for obtaining an assumed residual stress distribution of the peening construction part, and a residual stress prediction value of the peening execution part or a residual of the peening execution part Comparing the measured stress value with the assumed residual stress distribution, and repeating the elasto-plastic analysis step until they match with a predetermined accuracy to evaluate the magnitude of the impact load. Features.
本発明によれば、ピーニング施工した構造物のピーニング施工部の残留応力及び衝撃荷重を従来に比べて簡便かつ迅速に評価することのできるピーニング施工部の残留応力評価方法及び衝撃荷重評価方法を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a residual stress evaluation method and an impact load evaluation method for a peening construction part that can easily and quickly evaluate a residual stress and an impact load of a peening construction part of a structure subjected to peening construction as compared with conventional ones. can do.
以下、本発明のピーニング施工部の残留応力評価方法及び衝撃荷重評価方法の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。 Hereinafter, the details of the residual stress evaluation method and the impact load evaluation method of the peening construction part of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明のピーニング施工部の残留応力評価方法を説明するための図であり、圧子押込による変位−荷重曲線の一例を示している。本実施形態では、図１に示すように、圧子２０を、ピーニング施工部２１に対して、一定の付加荷重で押込む圧子押込試験を行う。これによって、縦軸を荷重、横軸を変位とした図１中のグラフに示すような変位−荷重曲線が得られる。 FIG. 1 is a diagram for explaining a residual stress evaluation method for a peening construction portion according to the present invention, and shows an example of a displacement-load curve by indenter indentation. In this embodiment, as shown in FIG. 1, an indenter indentation test is performed in which the indenter 20 is pushed into the peening construction portion 21 with a constant additional load. As a result, a displacement-load curve as shown in the graph of FIG. 1 is obtained with the vertical axis representing the load and the horizontal axis representing the displacement.
変位−荷重曲線は、圧子押込時変位−荷重曲線１５と、圧子引抜時変位−荷重曲線１６とから成る。このヒステリシス性のある曲線から、図１の下部に示すように、残留変位１７、弾性変位１８、及び圧子最大押込変位１９を読み取ることができる。
The displacement-load curve is composed of a displacement-load curve 15 when the indenter is pushed in and a displacement-load curve 16 when the indenter is pulled out. As shown in the lower part of FIG. 1, the residual displacement 17, the elastic displacement 18, and the indenter
上記圧子最大押込変位１９は、圧子２０を、ピーニング施工部２１に対して一定の付加荷重で押込んだ際の最大の変位を示すものである。また、弾性変位１８は、圧子最大押込変位１９の状態から荷重を除いた時に、ピーニング施工部２１の弾性により減少した変位を示すものである。また、残留変位１７は、圧子最大押込変位１９の状態から荷重を除いた時に残留した変位を示すもので、圧子最大押込変位１９から弾性変位１８を差し引いたものである。
The indenter
一方、圧子押込試験と同形状の圧子と付加荷重を模擬し、圧子押込試験を行う体系と同一の体系で、かつ残留応力をパラメータとして弾塑性解析を行う。つまり、設定する残留応力の値（残留応力条件）を異ならせて複数の値の残留応力に対して弾塑性解析を行うと、図１と同様な変位−荷重曲線が、各残留応力の値に対して得られる。ここで、変位−荷重曲線は、残留応力の影響を受けるため、残留応力を変化させて弾塑性解析を行うと、各残留応力に応じた変位−荷重曲線が得られる。つまり弾塑性解析を行うことで各残留応力条件に応じて、残留変位１７、弾性変位１８、及び圧子最大押込変位１９の値を得ることができる。
On the other hand, an indenter having the same shape as the indenter indentation test and an additional load are simulated, and an elasto-plastic analysis is performed using the same system as the indenter indentation test and using the residual stress as a parameter. In other words, if the elasto-plastic analysis is performed on a plurality of residual stress values with different residual stress values (residual stress conditions) to be set, the displacement-load curve similar to FIG. Against. Here, since the displacement-load curve is affected by the residual stress, when the elasto-plastic analysis is performed by changing the residual stress, a displacement-load curve corresponding to each residual stress is obtained. That is, by performing the elasto-plastic analysis, the values of the residual displacement 17, the elastic displacement 18, and the indenter
図２は、残留応力条件を変化させて弾塑性解析を実施し、これにより得られた残留応力と、残留変位１７、弾性変位１８、及び圧子最大押込み変位１９の関係の解析結果の一例を示すグラフである。ここで横軸に示す値は残留応力であり、負の値では圧縮応力を意味し、正の値は引張り応力を意味する。また縦軸に示す値は、残留変位１７、弾性変位１８、及び圧子最大押込変位１９の、基準値（この場合は残留応力がゼロのときの値）に対する変化の割合を示しており、負の値は基準値よりも小さい値を、正の値は基準値よりも大きい値を示すことを意味する。
FIG. 2 shows an example of the analysis result of the relationship between the residual stress obtained by changing the residual stress condition and the residual stress 17 and the elastic displacement 18 and the indenter
図２に示されるように、残留変位１７及び圧子最大押込変位１９は、残留応力が圧縮になるほど小さく、引張りになるほど大きくなる相関関係にあることがわかる。なお、図２中、残留変位１７を示す曲線と圧子最大押込変位１９を示す曲線とは、略重なっている。一方、弾性変位１８と残留応力との相関関係は、残留変位１７及び圧子最大押込変位１９と残留応力との相関関係と逆の相関関係になっていることがわかる。つまり、弾性変位１８は、残留応力が圧縮になるほど大きく、引張りになるほど小さくなる。したがって、これらの残留変位１７、弾性変位１８、圧子最大押込変位１９が残留応力評価指標となる。
As shown in FIG. 2, it can be seen that the residual displacement 17 and the indenter
本実施の形態では、上記のピーニング施工部に対する圧子押込試験と弾塑性解析とを行うことによって、ピーニング施工部の残留応力を予測し、評価する。図３は、本実施形態の評価フローの説明図であり、図４は本実施形態の評価フローを示すフローチャートである。以下、図３、図４を参照して本実施形態の評価フローを説明する。 In this Embodiment, the residual stress of a peening construction part is estimated and evaluated by performing the indenter indentation test and elastoplastic analysis with respect to said peening construction part. FIG. 3 is an explanatory diagram of the evaluation flow of the present embodiment, and FIG. 4 is a flowchart showing the evaluation flow of the present embodiment. Hereinafter, the evaluation flow of this embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
図３に示すように、本実施形態では、圧子押込試験と同形状の圧子と付加荷重を模擬し、圧子押込試験を行う体系と同一の体系で、かつ残留応力をパラメータとして弾塑性解析を実施し（３０１）、変位−荷重曲線を取得する（３０２）（図４のステップ４０１）。この弾塑性解析は、残留応力を異ならせた条件で所定回数実施し（図４のステップ４０２）、複数の変位−荷重曲線を取得する。
As shown in FIG. 3, in this embodiment, an indenter having the same shape as the indenter indentation test and an additional load are simulated, and an elasto-plastic analysis is performed using the same system as the indenter indenter test and using residual stress as a parameter. (301), and a displacement-load curve is acquired (302) (
次に、得られた変位−荷重曲線から、残留応力と残留変位１７、残留応力と弾性変位１８、残留応力と圧子最大押込変位１９の少なくともいずれか１つの相関関係を示すデータベースを作成する（３０３）（図４のステップ４０３）。
Next, from the obtained displacement-load curve, a database showing a correlation between at least one of residual stress and residual displacement 17, residual stress and elastic displacement 18, and residual stress and
一方、ピーニング施工部に対しては、圧子押込試験を実施し（３１１）、ピーニング施工部についての変位−荷重曲線を取得する（３１２）（図４のステップ４０４）。そして、残留変位１７、弾性変位１８、圧子最大押込変位１９の少なくともいずれか１つのデータを取得する（３１３）（図４のステップ４０５）。なお、ピーニング施工部に対する圧子押込試験を先に実施し、弾塑性解析を後に実施しても、これらを同時に並列的に行ってもよい。
On the other hand, for the peening construction part, an indenter indentation test is performed (311), and a displacement-load curve for the peening construction part is acquired (312) (
そして、ピーニング施工部に対する圧子押込試験によって得られた残留変位１７、弾性変位１８、圧子最大押込変位１９の少なくともいずれか１つのデータを、弾塑性解析による上記したデータベース内のデータと比較して、図２に示した曲線等から対応する残留応力値を読み出し、残留応力予測値として残留応力を評価する（３２０）（図４のステップ４０６）。
And at least any one data of the residual displacement 17, the elastic displacement 18, and the indenter
本実施形態では、上記の評価手順により、ピーニング施工部の残留応力を、簡便かつ迅速に評価することができる。 In this embodiment, the residual stress of a peening construction part can be simply and quickly evaluated by the above evaluation procedure.
次に、ピーニング施工部の衝撃荷重評価方法について説明する。図６は、ピーニング施工部の衝撃荷重分布の評価方法を、一般化して示すフロー図である。図６において、１はレーザピーニングの模式図、２はウォータージェットピーニング（又はキャビテーションショットレスピーニング）の模式図、３はショットピーニングの模式図である。 Next, the impact load evaluation method of a peening construction part is demonstrated. FIG. 6 is a flowchart showing a generalized method of evaluating the impact load distribution of the peening construction part. In FIG. 6, 1 is a schematic diagram of laser peening, 2 is a schematic diagram of water jet peening (or cavitation shotless peening), and 3 is a schematic diagram of shot peening.
レーザピーニング１では、パルスレーザ光４を構造物６表面に照射することでプラズマ５が発生し、そのプラズマ５の崩壊時に誘起される衝撃波９によって、構造物６表面付近に残留圧縮応力が付与される。 In laser peening 1, plasma 5 is generated by irradiating the surface of the structure 6 with pulsed laser light 4, and residual compressive stress is applied to the vicinity of the surface of the structure 6 by a shock wave 9 induced when the plasma 5 is collapsed. The
ウォータージェットピーニング（又はキャビテーションショットレスピーニング）２では、ノズルからの高圧水噴流によって生成されたキャビテーション泡７を構造物６表面に衝突させ、キャビテーション泡７の崩壊時に発生する衝撃波９によって、構造物６表面付近に残留圧縮応力が付与される。 In water jet peening (or cavitation shotless peening) 2, cavitation bubbles 7 generated by a high-pressure water jet from a nozzle collide with the surface of the structure 6, and a shock wave 9 generated when the cavitation bubble 7 collapses causes the structure 6 Residual compressive stress is applied near the surface.
ショットピーニング３では、球形状のショット８を構造物６表面に衝突させ、衝突時に発生する衝撃波９によって、構造物６表面付近に残留圧縮応力が付与される。 In the shot peening 3, a spherical shot 8 is caused to collide with the surface of the structure 6, and a residual compressive stress is applied near the surface of the structure 6 by a shock wave 9 generated at the time of the collision.
つまり各ピーニングでは手段は異なるものの、構造物６に衝撃荷重を与えることで、引張り応力を圧縮応力へ改善し表面改質を行っている。これらピーニングによって生じた残留応力分布（残留圧縮応力分布）１０は、ピーニング手段によってそれぞれ異なり、残留応力の予測または測定手段１１によって判明する。つまり、前述した実施形態のようにして残留応力を予測するか、又はＸ線回折法等により測定することによって求めることができる。 That is, although means differ in each peening, by applying an impact load to the structure 6, the tensile stress is improved to the compressive stress and the surface modification is performed. The residual stress distribution (residual compressive stress distribution) 10 generated by the peening differs depending on the peening means, and is determined by the residual stress prediction or measurement means 11. That is, it can be obtained by predicting the residual stress as in the above-described embodiment, or by measuring by the X-ray diffraction method or the like.
一方、各ピーニングの衝撃荷重分布入力１４を仮定すれば、弾塑性解析手段１３を用いて、仮定した衝撃荷重分布入力１４に応じた仮定残留応力分布１２を得ることができ、各ピーニングによる残留応力分布（予測値又は測定値）１０と弾塑性解析による仮定残留応力分布１２を比較することができる。そして、弾塑性解析による仮定残留応力分布１２を、各ピーニングによる残留応力分布１０に合うように衝撃荷重入力１４を同定することで、各ピーニング施工時の衝撃荷重の大きさを評価することができる。 On the other hand, if the impact load distribution input 14 of each peening is assumed, the assumed residual stress distribution 12 corresponding to the assumed impact load distribution input 14 can be obtained using the elastic-plastic analysis means 13, and the residual stress due to each peening can be obtained. The distribution (predicted value or measured value) 10 and the assumed residual stress distribution 12 by elastoplastic analysis can be compared. And the magnitude | size of the impact load at each peening construction can be evaluated by identifying the impact load input 14 so that the assumed residual stress distribution 12 by elasto-plastic analysis matches the residual stress distribution 10 by each peening. .
次に、図３及び図５のフローチャートを参照して、ピーニング施工部の衝撃荷重評価方法のより具体的な手順について説明する。図３に示すように、衝撃荷重評価では、仮定した衝撃荷重分布入力１４を行い（３３１）（図５のステップ５０１）、弾塑性解析手段１３により弾塑性解析を行い（３３２）、仮定残留応力分布１２を算出する（３３３）（図５のステップ５０２）。
Next, with reference to the flowchart of FIG.3 and FIG.5, the more specific procedure of the impact load evaluation method of a peening construction part is demonstrated. As shown in FIG. 3, in the impact load evaluation, an assumed impact load distribution input 14 is performed (331) (
次に、求められた仮定残留応力分布１２と、前述したようにして予測された残留応力予測値（図６に示した残留応力分布１０）と比較し（３３４）、これらが一致するようにフィードバックし（３３５）、再度の衝撃荷重分布入力１４（３３１）、弾塑性解析手段１３による弾塑性解析（３３２）、仮定残留応力分布１２の算出（３３３）を、仮定残留応力分布１２と残留応力予測値とが所定の精度で一致するまで繰り返して実施する（図５のステップ５０３）。
Next, the calculated assumed residual stress distribution 12 is compared with the predicted residual stress value (residual stress distribution 10 shown in FIG. 6) predicted as described above (334), and feedback is made so that they match. (335), the impact load distribution input 14 (331) again, the elastoplastic analysis by the elastoplastic analysis means 13 (332), the calculation of the assumed residual stress distribution 12 (333), the assumed residual stress distribution 12 and the residual stress prediction. and the values carried out repeatedly until it matches with predetermined accuracy (
そして、仮定残留応力分布１２と予測された残留応力予測値（図６に示した残留応力分布１０）とが所定の精度で一致した際の入力された衝撃荷重分布を、評価結果とする（図５のステップ５０４）。 Then, the input impact load distribution when the assumed residual stress distribution 12 and the predicted predicted residual stress (residual stress distribution 10 shown in FIG. 6) match with a predetermined accuracy is used as the evaluation result (FIG. 5 step 504).
本実施形態では、上記の評価手順により、ピーニング施工部の衝撃荷重分布を、簡便かつ迅速に評価することができる。 In the present embodiment, the impact load distribution of the peening construction part can be easily and quickly evaluated by the above evaluation procedure.
なお、上記の実施形態では、衝撃荷重分布を入力して、弾塑性解析により算出した仮定残留応力分布１２を、残留応力予測値と比較したが、適用可能であるならば、前述したとおり、Ｘ線回折法等のＸ線を利用した残留応力測定値と比較してもよい。 In the above embodiment, the impact load distribution is input and the assumed residual stress distribution 12 calculated by the elasto-plastic analysis is compared with the predicted residual stress value. However, if applicable, as described above, You may compare with the residual stress measurement value using X-rays, such as a line diffraction method.
次に、図７を参照して本発明の他の実施形態について説明する。なお、前述した図３の実施形態と対応する部分については、同一の符号を付して、重複した説明は省略する。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about the part corresponding to embodiment of FIG. 3 mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.
本実施形態では、圧子２０をピーニング施工部２１にある一定付加荷重で押込む圧子押込試験と同形状の圧子と付加荷重を模擬し、かつＬ個の残留応力をパラメータとして弾塑性解析を行うことで（７０１）、Ｌ個の変位−荷重曲線を取得し（７０２）、Ｌ個の変位−荷重曲線から、残留応力と残留変位１７のＬ組のデータ、残留応力と弾性変位１８のＬ組のデータ、及び残留応力と圧子最大押込変位１９のＬ組のデータの少なくともいずれか１つを得る（７０３）。
In the present embodiment, an indenter having the same shape as the indenter indentation test in which the indenter 20 is pushed into the peening construction portion 21 with a constant additional load and the additional load are simulated, and an elastic-plastic analysis is performed using L residual stresses as parameters. (701), L displacement-load curves are acquired (702). From the L displacement-load curves, L sets of data of residual stress and residual displacement 17, L sets of residual stress and elastic displacement 18 are obtained. Data and / or at least one of residual data and L sets of indenter
図７に示すように、これらのそれぞれのデータ組からは、残留応力を、圧子最大押込変位１９、残留変位１７及び弾性変位１８それぞれのＬ−１次の関数で表すことができる。また、残留応力を、圧子最大押込変位１９と残留変位１７と弾性変位１８の関数として表すこともできる（７０４）。
As shown in FIG. 7, from each of these data sets, the residual stress can be expressed by an L−1 order function of each of the indenter
一方、圧子２０をピーニング施工部２１に、一定付加荷重で押込む圧子押込試験を実施し（３１１）、ピーニング施工部の変位−荷重曲線を取得する（３１２）。 On the other hand, an indenter indentation test is performed in which the indenter 20 is pushed into the peening construction section 21 with a constant additional load (311), and a displacement-load curve of the peening construction section is acquired (312).
そして、ピーニング施工部の変位−荷重曲線から、残留変位１７、弾性変位１８、圧子最大押込変位１９のうちの少なくともいずれか１つ、例えば、圧子最大押込変位１９を取得し（３１３）、取得した値を、前述した圧子最大押込変位１９のＬ−１次の関数に代入することで、予測残留応力値を求めることができる（３２０）。
Then, at least one of the residual displacement 17, the elastic displacement 18, and the indenter
本実施形態によれば、図７に示すように、圧子押込試験と、圧子押込試験の弾塑性解析から定められた関数とを用いて、ピーニング施工部位の残留応力を簡便かつ迅速に予測評価することができる。 According to the present embodiment, as shown in FIG. 7, the residual stress at the peening site is predicted and evaluated easily and quickly using an indenter indentation test and a function determined from an elasto-plastic analysis of the indenter indentation test. be able to.
上記の図７に示した実施形態では、圧子押込試験と、圧子押込試験の弾塑性解析は、図６に示した衝撃荷重分布における残留圧縮応力の予測または測定手段１１に相当する。さらに、これにより予測された各ピーニングによる残留応力分布１０と、仮定した各ピーニングの衝撃荷重入力１４による各ピーニング施工時の弾塑性解析による仮定残留応力分布１２を比較し、弾塑性解析による仮定残留応力分布１２を、各ピーニングによる残留応力分布１０に合うように衝撃荷重入力１４を同定することで、各ピーニング施工時の衝撃荷重の大きさを評価することができる。 In the embodiment shown in FIG. 7, the indenter indentation test and the elastoplastic analysis of the indenter indentation test correspond to the prediction or measuring means 11 of the residual compressive stress in the impact load distribution shown in FIG. Furthermore, the predicted residual stress distribution 10 by each peening is compared with the assumed residual stress distribution 12 by the elasto-plastic analysis at the time of each peening construction by the impact load input 14 of each assumed peening, and the assumed residual by the elasto-plastic analysis is compared. By identifying the impact load input 14 so that the stress distribution 12 matches the residual stress distribution 10 by each peening, the magnitude of the impact load at the time of each peening operation can be evaluated.
１…レーザピーニング、２…ウォータージェットピーニング、３…ショットピーニング、４…パルスレーザ光、５…プラズマ、６…構造物、７…キャビテーション泡、８…ショット、９…衝撃波、１０…各ピーニングによる残留圧縮応力分布、１１…残留圧縮応力の予測または測定手段、１２…弾塑性解析による残留圧縮応力分布、１３…弾塑性解析手段、１４…衝撃荷重入力、１５…圧子押込時変位−荷重曲線、１６…圧子引抜時変位−荷重曲線、１７…残留変位、１８…弾性変位、１９…圧子最大押込変位、２０…圧子、２１…ピーニング施工部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser peening, 2 ... Water jet peening, 3 ... Shot peening, 4 ... Pulse laser beam, 5 ... Plasma, 6 ... Structure, 7 ... Cavitation bubble, 8 ... Shot, 9 ... Shock wave, 10 ... Residue by each peening Compressive stress distribution, 11 ... Predictive or measuring means for residual compressive stress, 12 ... Residual compressive stress distribution by elastoplastic analysis, 13 ... Elastoplastic analysis means, 14 ... Impact load input, 15 ... Displacement-load curve at indenter indentation, 16 ... displacement at the time of indenter drawing-load curve, 17 ... residual displacement, 18 ... elastic displacement, 19 ... maximum indenter displacement, 20 ... indenter, 21 ... peening construction part.
Claims (9)
前記ピーニング施工部に対して圧子押込試験を行い、残留応力評価指標を得るとともに、
残留応力をパラメータとした弾塑性解析を行い、前記圧子押込試験を行う体系において予測される残留応力予測値と前記残留応力評価指標との関係を求め、
前記圧子押込試験により求められた前記残留応力評価指標と、前記弾塑性解析により求められた残留応力予測値と前記残留応力評価指標との関係とから、前記ピーニング施工部の残留応力予測値を求める
ことを特徴とするピーニング施工部の残留応力評価方法。 It is a residual stress evaluation method of a peening construction part for evaluating a residual stress of a peening construction part of a structure subjected to peening construction,
While performing an indenter indentation test on the peening construction part to obtain a residual stress evaluation index,
Perform an elastoplastic analysis with the residual stress as a parameter, and obtain the relationship between the residual stress prediction value predicted in the system performing the indenter indentation test and the residual stress evaluation index,
From the residual stress evaluation index obtained by the indenter indentation test and the relationship between the residual stress prediction value obtained by the elasto-plastic analysis and the residual stress evaluation index, the residual stress prediction value of the peening construction part is obtained. The residual stress evaluation method of the peening construction part characterized by this.
前記残留応力評価指標は、前記圧子押込試験における圧子最大押込変位の値である
ことを特徴とするピーニング施工部の残留応力評価方法。 In the residual stress evaluation method of the peening construction part according to claim 1,
The residual stress evaluation index is a value of an indenter maximum indentation displacement in the indenter indentation test.
前記残留応力評価指標は、前記圧子押込試験における残留変位の値である
ことを特徴とするピーニング施工部の残留応力評価方法。 In the residual stress evaluation method of the peening construction part according to claim 1,
The residual stress evaluation index is a value of residual displacement in the indenter indentation test.
前記残留応力評価指標は、前記圧子押込試験における弾性変位の値である
ことを特徴とするピーニング施工部の残留応力評価方法。 In the residual stress evaluation method of the peening construction part according to claim 1,
The residual stress evaluation index is a value of elastic displacement in the indenter indentation test.
前記弾塑性解析により求められた前記残留応力予測値と前記残留応力評価指標との関係を、
前記弾塑性解析により得られる前記残留応力予測値と前記残留応力評価指標のＬ組（Ｌ≧２）のデータから、前記残留応力予測値と前記残留応力評価指標のＬ−１次の関数として表す
ことを特徴とするピーニング施工部の残留応力評価方法。 In the residual stress evaluation method of the peening construction part according to any one of claims 2 to 4,
The relationship between the residual stress prediction value obtained by the elasto-plastic analysis and the residual stress evaluation index,
From the residual stress prediction value obtained by the elasto-plastic analysis and data of L sets (L ≧ 2) of the residual stress evaluation index, it is expressed as an L−1 order function of the residual stress prediction value and the residual stress evaluation index. The residual stress evaluation method of the peening construction part characterized by this.
前記ピーニング施工部に対して圧子押込試験を行い、残留応力評価指標を得るとともに、残留応力をパラメータとした弾塑性解析を行い、前記圧子押込試験を行う体系において予測される残留応力予測値と前記残留応力評価指標との関係を求め、前記圧子押込試験により求められた前記残留応力評価指標と、前記弾塑性解析により求められた残留応力予測値と前記残留応力評価指標との関係とから、前記ピーニング施工部の残留応力予測値を求める工程と、
前記衝撃荷重の大きさを仮定して弾塑性解析を行い、前記ピーニング施工部の仮定残留応力分布を求める弾塑性解析工程と、
前記ピーニング施行部の残留応力予測値と前記仮定残留応力分布とを比較し、これらが所定の精度で一致するまで前記弾塑性解析工程を繰り返して実施して前記衝撃荷重の大きさを評価する工程と
を具備したことを特徴とするピーニング施工部の衝撃荷重評価方法。 It is an impact load evaluation method of a peening construction part for evaluating the magnitude of the impact load to the peening construction part at the time of peening construction to a structure,
Perform an indenter indentation test on the peening construction part, obtain a residual stress evaluation index, perform an elasto-plastic analysis using the residual stress as a parameter, and predict the residual stress predicted in the system performing the indenter indentation test The relationship between the residual stress evaluation index, the residual stress evaluation index determined by the indenter indentation test, and the relationship between the residual stress prediction value determined by the elastic-plastic analysis and the residual stress evaluation index, A process of obtaining a residual stress prediction value of the peening construction part;
Elasto-plastic analysis assuming the magnitude of the impact load, an elasto-plastic analysis step for obtaining an assumed residual stress distribution of the peening construction part,
A step of comparing the predicted residual stress value of the peening execution portion with the assumed residual stress distribution and repeatedly performing the elasto-plastic analysis step until they match with a predetermined accuracy to evaluate the magnitude of the impact load An impact load evaluation method for a peening construction part, characterized by comprising:
レーザピーニング、ウォータージェットピーニング、キャビテーションショットレスピーニング、ショットピーニングのいずれかの衝撃荷重を同定することを特徴とするピーニング施工部の衝撃荷重評価方法。 In the impact load evaluation method of the peening construction part according to claim 6,
An impact load evaluation method for a peening construction portion, characterized by identifying an impact load of laser peening, water jet peening, cavitation shotless peening, or shot peening.
前記衝撃荷重の大きさを仮定して弾塑性解析を行い、前記ピーニング施工部の仮定残留応力分布を求める弾塑性解析工程と、
前記ピーニング施行部の残留応力予測値又は前記ピーニング施行部の残留応力測定値と前記仮定残留応力分布とを比較し、これらが所定の精度で一致するまで前記弾塑性解析工程を繰り返して実施して前記衝撃荷重の大きさを評価する工程と
を具備したことを特徴とするピーニング施工部の衝撃荷重評価方法。 It is an impact load evaluation method of a peening construction part for evaluating the magnitude of the impact load to the peening construction part at the time of peening construction to a structure,
Elasto-plastic analysis assuming the magnitude of the impact load, an elasto-plastic analysis step for obtaining an assumed residual stress distribution of the peening construction part,
The predicted residual stress value of the peening execution part or the residual stress measurement value of the peening execution part is compared with the assumed residual stress distribution, and the elasto-plastic analysis process is repeated until they match with a predetermined accuracy. And a step of evaluating the magnitude of the impact load. An impact load evaluation method for a peening construction part.
前記ピーニング施行部の残留応力測定値は、前記ピーニング施行部にＸ線を照射し、Ｘ線回折法により測定することを特徴とするピーニング施工部の衝撃荷重評価方法。 In the impact load evaluation method of the peening construction part according to claim 8,
The method for evaluating an impact load of a peening execution part, wherein the residual stress measurement value of the peening execution part is measured by irradiating the peening execution part with X-rays and using an X-ray diffraction method.
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