JP2014098584A - Method of estimating remaining life of structure, and information processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、構造物の寿命を推定する方法、及び情報処理装置に関し、特に構造物の寿命を推定する技術に関する。 The present invention relates to a method for estimating the lifetime of a structure and an information processing apparatus, and more particularly to a technique for estimating the lifetime of a structure.
特許文献１には、高温下での応力負荷の影響を受けやすいボイラ管寄の損傷評価方法として、運転時のボイラ管寄スタッブ管台の溶接部での曲げ応力を算出し、曲げ応力と内圧応力との和をピーク応力として、材料の応力緩和曲線を作成し、応力緩和曲線から各ボイラ管寄スタッブ管台のクリープ損傷比率を算出し、非破壊試験等の実測結果を基準に、クリープ損傷比率から診断個所以外のボイラ管寄スタッブ管台の修正クリープ損傷比率を算出することが記載されている。 In Patent Document 1, as a damage evaluation method for a boiler tube that is easily affected by a stress load at a high temperature, the bending stress at the welded portion of the boiler tube stub nozzle during operation is calculated, and the bending stress and the internal pressure are calculated. Using the sum of stress and peak stress as a peak stress, create a stress relaxation curve for the material, calculate the creep damage ratio of each boiler tube stub nozzle from the stress relaxation curve, and based on the actual measurement results of nondestructive testing etc., creep damage It is described that the corrected creep damage ratio of the boiler tube stub nozzle other than the diagnosis point is calculated from the ratio.
しかし特許文献１に開示されている技術は現在の損傷状態を評価するものであり、将来における亀裂の発生時期を予測することは難しい。また火力発電所などにおいて定期検査時に行われているＭＴ検査（磁粉探傷検査）も現在の亀裂の状態を確認する方法に過ぎず、将来の亀裂の発生時期の予測に用いることはできない。 However, the technique disclosed in Patent Document 1 evaluates the current damage state, and it is difficult to predict the generation time of a crack in the future. In addition, MT inspection (magnetic particle inspection) that is performed at a periodic inspection in a thermal power plant or the like is merely a method for confirming the current state of cracks, and cannot be used for prediction of the future occurrence time of cracks.
一方、クリープ疲労試験等、実機の使用条件を再現する試験を行って亀裂の発生時期を予測することも考えられる。しかし例えばボイラの管寄スタブ部溶接部のように、実機の耐用時間が長い場合は、予測に多大な時間を要することになる。 On the other hand, it is also conceivable to predict the occurrence of cracks by conducting a test that reproduces the actual use conditions such as a creep fatigue test. However, if the service life of the actual machine is long, such as a welded stub portion of a boiler, a long time is required for prediction.
また破壊力学に基づく亀裂進展解析により亀裂の発生時期を予測することも考えられる。しかし亀裂進展解析は、亀裂が既に発生していることを前提としてその亀裂の進展速度を予測するものであり、将来における亀裂の発生タイミングの予測には不向きである。 It is also possible to predict the crack initiation time by crack propagation analysis based on fracture mechanics. However, the crack growth analysis predicts the crack growth rate on the assumption that a crack has already occurred, and is not suitable for prediction of the crack generation timing in the future.
本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、構造物の寿命を容易かつ精度よく推定することが可能な構造物の寿命を推定する方法、及び情報処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a method for estimating the lifetime of a structure and an information processing apparatus that can easily and accurately estimate the lifetime of the structure. To do.
上記目的を達成するための本発明の一つは、構造物の寿命を推定する方法であって、情報処理装置が、構造物の所定部位に負荷を与えた場合のクリープ損傷率を、前記構造物の表面に設定した複数の第１要素、及び前記構造物の内部に設定した複数の第２要素について夫々求め、前記第１要素のうち、前記クリープ損傷率が所定の閾値を超える隣接する一群の前記第１要素を特定することにより前記表面に生じる第１の亀裂の長さを求め、前記第２要素のうち前記クリープ損傷率が前記所定の閾値を超える隣接する一群の前記第２要素を特定することにより前記構造物の厚み方向に生じる第２の亀裂の長さを求め、前記第２の亀裂の長さを前記構造物の余裕肉厚で除した値を寿命比として求め、前記第１の亀裂の長さと前記寿命比との関係を出力することとする。 One aspect of the present invention for achieving the above object is a method for estimating the lifetime of a structure, in which the information processing apparatus calculates the creep damage rate when a load is applied to a predetermined part of the structure. A plurality of first elements set on the surface of the object and a plurality of second elements set inside the structure are respectively obtained, and among the first elements, the adjacent group in which the creep damage rate exceeds a predetermined threshold value The length of the first crack generated on the surface is determined by specifying the first element of the second element, and among the second elements, the group of adjacent second elements whose creep damage rate exceeds the predetermined threshold The length of the second crack generated in the thickness direction of the structure is determined by specifying, the value obtained by dividing the length of the second crack by the surplus wall thickness of the structure is determined as the life ratio, The relationship between the crack length of 1 and the life ratio And be a force.
本発明によれば、構造物の表面に生じる亀裂の長さと、構造物の厚み方向に生じる亀裂の長さを構造物の余裕肉厚で除した値である寿命比との関係が得られるので、作業者等は、この関係と構造物の表面に現在生じている亀裂の長さの測定結果とを比較することで、その構造物の寿命を容易かつ精度よく推定することができる。 According to the present invention, the relationship between the length of the crack generated on the surface of the structure and the life ratio, which is a value obtained by dividing the length of the crack generated in the thickness direction of the structure by the surplus wall thickness of the structure, is obtained. The operator and the like can easily and accurately estimate the lifetime of the structure by comparing this relationship with the measurement result of the length of cracks currently occurring on the surface of the structure.
本発明の他の一つは、前記第１要素及び前記第２要素のうち少なくともいずれかは、前記構造物の前記所定部位に前記負荷を与えた場合の塑性ひずみが最大となる要素であることとする。 In another aspect of the present invention, at least one of the first element and the second element is an element that maximizes plastic strain when the load is applied to the predetermined portion of the structure. And
本発明の他の一つは、上記構造物の寿命を推定する方法であって、前記構造物は、溶接部を有する配管であり、前記情報処理装置は、前記第１の亀裂の長さとして、前記配管の横断面のうち前記溶接部における断面の円周方向に発生する亀裂の長さを求め、前記第２の亀裂の長さとして、前記断面の径方向に発生する亀裂の長さを求めることとする。 Another aspect of the present invention is a method for estimating the lifetime of the structure, wherein the structure is a pipe having a welded portion, and the information processing apparatus is configured to determine the length of the first crack. The length of the crack generated in the circumferential direction of the cross section in the welded portion of the transverse cross section of the pipe is obtained, and the length of the crack generated in the radial direction of the cross section is determined as the length of the second crack. We will ask for it.
本発明の他の一つは、上記構造物の寿命を推定する方法であって、情報処理装置は、第１の亀裂の長さを配管の円周長で規格化した値と、前記寿命比との関係を出力することとする。 Another aspect of the present invention is a method for estimating the lifetime of the structure, wherein the information processing apparatus includes a value obtained by normalizing the length of the first crack with the circumferential length of the pipe, and the lifetime ratio. The relationship between and is output.
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。 In addition, the subject which this application discloses, and its solution method are clarified by the column of the form for inventing, and drawing.
本発明によれば、構造物の寿命を容易かつ精度よく推定することができる。 According to the present invention, the lifetime of a structure can be estimated easily and accurately.
以下に本発明の一実施形態として説明する構造物寿命予測システム（以下、予測システムと称する。）は、情報処理装置に入力された構造物の情報（例えば、寸法や素材等のデータ）に基づき、当該構造物の所定部位に負荷を与えた場合における構造物の状態を有限要素法（ Finite Element Method）により解析し、構造物の寿命を予測するものである。 A structure lifetime prediction system (hereinafter referred to as a prediction system) described below as an embodiment of the present invention is based on information on a structure (for example, data on dimensions, materials, etc.) input to an information processing apparatus. The state of the structure when a load is applied to a predetermined part of the structure is analyzed by a finite element method, and the lifetime of the structure is predicted.
図１に予測システムを構成する情報処理装置１００のハードウエア構成を示す。情報処理装置１００は、中央処理装置１１１、主記憶装置１１２（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等）、外部記憶装置１１３（ハードディスクやＳＳＤ等）、入力装置１１４（タッチパネルやマウス等）、及び表示装置１１５（液晶ディスプレイ等）を備える。 FIG. 1 shows a hardware configuration of the information processing apparatus 100 that constitutes the prediction system. The information processing apparatus 100 includes a central processing unit 111, a main storage device 112 (RAM, ROM, NVRAM, etc.), an external storage device 113 (hard disk, SSD, etc.), an input device 114 (touch panel, mouse, etc.), and a display device 115 ( A liquid crystal display).
図２に情報処理装置１００が備える主な機能を示す。情報処理装置１００は、クリープ損傷率算出部１３１、亀裂長さ算出部１３２、寿命比算出部１３３、及び結果出力部１３４の各機能を備える。これらの機能は、情報処理装置１００のハードウエアによって、もしくは、情報処理装置１００の中央処理装置１１１が、主記憶装置１１２又は外部記憶装置１１３に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。 FIG. 2 shows main functions of the information processing apparatus 100. The information processing apparatus 100 includes functions of a creep damage rate calculation unit 131, a crack length calculation unit 132, a life ratio calculation unit 133, and a result output unit 134. These functions are realized by the hardware of the information processing apparatus 100 or by the central processing unit 111 of the information processing apparatus 100 reading and executing a program stored in the main storage device 112 or the external storage device 113. Is done.
同図に示す機能のうち、クリープ損傷率算出部１３１は、構造物の所定部位に負荷を与えた場合のクリープ損傷率を、構造物の表面に設定した複数の要素（以下、第１要素と称する。）、及び構造物の内部に設定した複数の要素（以下、第２要素と称する。）の夫々について求める。 Among the functions shown in the figure, the creep damage rate calculation unit 131 includes a plurality of elements (hereinafter referred to as a first element) that set the creep damage rate on the surface of the structure when a load is applied to a predetermined part of the structure. And a plurality of elements (hereinafter referred to as second elements) set in the structure.
亀裂長さ算出部１３２は、クリープ損傷率算出部１３１が求めた第１要素のうち、クリープ損傷率が所定の閾値を超えている隣接する一群の第１要素を特定することにより、表面に生じる亀裂の長さ（以下、第１亀裂長さと称する。）を求める。また亀裂長さ算出部１３２は、クリープ損傷率算出部１３１が求めた第２要素のうち、クリープ損傷率が所定の閾値を超えている隣接する一群の第２要素を特定することにより、構造物の厚み方向に生じる亀裂の長さ（以下、第２亀裂長さと称する。）を求める。 The crack length calculation unit 132 is generated on the surface by specifying a group of adjacent first elements whose creep damage rate exceeds a predetermined threshold among the first elements obtained by the creep damage rate calculation unit 131. The length of the crack (hereinafter referred to as the first crack length) is obtained. In addition, the crack length calculation unit 132 specifies a group of adjacent second elements having a creep damage rate exceeding a predetermined threshold among the second elements obtained by the creep damage rate calculation unit 131, so that the structure The length of a crack generated in the thickness direction (hereinafter referred to as a second crack length) is obtained.
寿命比算出部１３３は、第２亀裂長さを構造物の余裕肉厚で除した値（以下、寿命比と称する。）を求める。尚、この寿命比は構造物の寿命を表すパラメータであり、例えば、寿命比が１（１００％）となった時点が寿命到達時とされる。 The life ratio calculation unit 133 obtains a value obtained by dividing the second crack length by the surplus wall thickness of the structure (hereinafter referred to as a life ratio). This life ratio is a parameter representing the life of the structure. For example, the time when the life ratio becomes 1 (100%) is the time when the life is reached.
結果出力部１３４は、クリープ損傷率算出部１３１が求めた第１亀裂長さと、寿命比算出部１３３が求めた寿命比との関係を出力する。 The result output unit 134 outputs the relationship between the first crack length obtained by the creep damage rate calculation unit 131 and the life ratio obtained by the life ratio calculation unit 133.
図３は、予測システムにより寿命を推定しようとする構造物の一例として示す配管構造１０を説明する図である。この配管構造１０は、火力発電所におけるボイラ管スタブ溶接部周辺の構造であり、管寄２０、この管寄２０に溶接された複数のボイラ管３０を含む。
ボイラ管３０の溶接止端部３５には、例えば、ボイラ装置（不図示）の起動及び停止に伴い発生する応力５０によって生じる亀裂３６が発生する。
Drawing 3 is a figure explaining piping structure 10 shown as an example of a structure which is going to estimate life by a prediction system. The piping structure 10 is a structure around a boiler pipe stub weld in a thermal power plant, and includes a pipe holder 20 and a plurality of boiler pipes 30 welded to the pipe holder 20.
In the weld toe 35 of the boiler tube 30, for example, a crack 36 is generated due to the stress 50 generated when the boiler device (not shown) is started and stopped.
亀裂３６は、例えば表面付近から発生し、ボイラ管３０の径方向に進展していく。尚、亀裂３６の進展速度（ボイラ管３０の寿命）は、例えばボイラユニットの運転モード（起動停止の回数）によって変化する。 The crack 36 is generated, for example, near the surface and progresses in the radial direction of the boiler tube 30. The progress rate of the crack 36 (the life of the boiler tube 30) varies depending on, for example, the operation mode (the number of times of starting and stopping) of the boiler unit.
図４及び図５は、図３に示した亀裂３６の進展を解析すべく予測システムに設定（入力）した配管構造１０のモデル（以下、配管構造モデル４０と称する。）である。図４は配管構造モデル４０をＸＹＺ軸の正方向から眺めた断面斜視図、図５は配管構造モデル４０をＸＹ軸正方向かつＺ軸負方向から眺めた断面斜視図である。これらの図に示しているように、配管構造モデル４０は、Ｙ軸方向をその長手方向とする略直方体形状の台座部５０と、台座部５０との溶接部６２を有する配管６０と、配管６０を固定する略直方体形状の治具７０とを有する。 4 and 5 are models of the piping structure 10 (hereinafter referred to as a piping structure model 40) set (input) in the prediction system to analyze the progress of the crack 36 shown in FIG. 4 is a cross-sectional perspective view of the piping structure model 40 viewed from the positive direction of the XYZ axis, and FIG. 5 is a cross-sectional perspective view of the piping structure model 40 viewed from the positive direction of the XY axis and the negative direction of the Z axis. As shown in these drawings, the piping structure model 40 includes a pedestal portion 50 having a substantially rectangular parallelepiped shape whose longitudinal direction is the Y-axis direction, a piping 60 having a welded portion 62 with the pedestal portion 50, and a piping 60. And a jig 70 having a substantially rectangular parallelepiped shape.
図４に示すように、台座部５０は略直方体状であり、各辺の長さは、夫々、１２０．０ｍｍ（Ｙ軸方向）、５０．０ｍｍ（Ｘ軸方向）、６０．０ｍｍ（Ｚ軸方向）である。 As shown in FIG. 4, the pedestal portion 50 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and the length of each side is 120.0 mm (Y-axis direction), 50.0 mm (X-axis direction), and 60.0 mm (Z-axis), respectively. Direction).
また治具７０は略直方体状であり、各辺の長さは夫々、８０．０ｍｍ（Ｙ軸方向）、３０．０ｍｍ（Ｘ軸方向）である。 The jig 70 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and the length of each side is 80.0 mm (Y-axis direction) and 30.0 mm (X-axis direction), respectively.
略円筒状の配管６０の外径は５０．８ｍｍ、内径は３７．８ｍｍである。台座部５０と治具７０の対向する面（側面５１と側面７１）は平行であり、面間の距離は１５０．０ｍｍである。 The substantially cylindrical pipe 60 has an outer diameter of 50.8 mm and an inner diameter of 37.8 mm. The opposing surfaces (side surface 51 and side surface 71) of the base part 50 and the jig 70 are parallel, and the distance between the surfaces is 150.0 mm.
図６は、配管６０と台座５０との接合部付近をＸＹ平面で切断した断面図である。同図に示すように、溶接止端部のＸＹ平面による切断面の曲率半径Ｒは２ｍｍである。 FIG. 6 is a cross-sectional view of the vicinity of the joint between the pipe 60 and the pedestal 50 taken along the XY plane. As shown in the figure, the radius of curvature R of the cut surface by the XY plane of the weld toe is 2 mm.
図７に、シミュレーションに際して配管構造モデル４０に与えた負荷の方向を示す。同図に示すように、負荷は治具７０の上面からＹ軸負方向に与えた。 FIG. 7 shows the direction of the load applied to the piping structure model 40 during the simulation. As shown in the figure, the load was applied from the upper surface of the jig 70 in the negative Y-axis direction.
図８及び図９に、シミュレーションに際して設定した各種パラメータの詳細を示す。図９に示すように配管６０の温度は摂氏５５０℃とした。負荷は繰り返し印加した（負荷が印加される時間（保持時間）＝１０ｈ，周波数（保持時間を除く）＝０．０３Ｈｚ）。尚、負荷を印加した際の配管６０の変位は約１．４ｍｍであった。 8 and 9 show details of various parameters set in the simulation. As shown in FIG. 9, the temperature of the pipe 60 was set to 550 degrees Celsius. The load was repeatedly applied (time for which the load is applied (holding time) = 10 h, frequency (excluding the holding time) = 0.03 Hz). The displacement of the pipe 60 when a load was applied was about 1.4 mm.
図１０はシミュレーションに際して情報処理装置１００が行う処理を説明するフローチャートである。以下、同図とともに説明する。 FIG. 10 is a flowchart for explaining processing performed by the information processing apparatus 100 during simulation. Hereinafter, it will be described with reference to FIG.
同図に示すように、まず情報処理装置１００は、繰り返し配管６０に負荷を与えた場合に配管構造モデル４０の各要素に生じる塑性ひずみを求め、塑性ひずみが最大となる要素を特定する（Ｓ１００１）。 As shown in the figure, first, the information processing apparatus 100 obtains the plastic strain generated in each element of the pipe structure model 40 when a load is repeatedly applied to the pipe 60, and specifies the element that maximizes the plastic strain (S1001). ).
図１１に配管構造モデル４０の溶接部近傍の斜視図を示している。この例では、情報処理装置１００は、符号１１０で示す要素を塑性ひずみが最大となる要素として特定する。また図１２に、配管６０に２０サイクル目の負荷を与えた時点（変位を１．４ｍｍに上昇させた時点）における応力の軸方向（Ｘ軸正方向）成分の大きさ（ＭＰａ）の分布（配管構造モデル４０における分布）を、図１３に、さらにその後１０時間変位を保持した時点における応力の軸方向（Ｘ軸正方向）成分の大きさ（ＭＰａ）の分布（配管構造モデル４０における分布）を、夫々示す。 FIG. 11 is a perspective view of the vicinity of the welded portion of the piping structure model 40. In this example, the information processing apparatus 100 specifies an element indicated by reference numeral 110 as an element that maximizes plastic strain. 12 shows the distribution of the magnitude (MPa) of the axial component (X-axis positive direction) of the stress when the load of the 20th cycle is applied to the pipe 60 (when the displacement is increased to 1.4 mm) ( FIG. 13 shows the distribution in the piping structure model 40, and the distribution of the magnitude (MPa) of the axial direction (X-axis positive direction) component of the stress at the time when the displacement is further maintained for 10 hours thereafter (distribution in the piping structure model 40). Respectively.
図１０に戻り、続いて情報処理装置１００は、塑性ひずみが最大となった要素を通る、配管構造モデル４０のＹＺ平面に平行な面（以下、損傷評価面と称する。）を特定する（Ｓ１００２）。 Returning to FIG. 10, subsequently, the information processing apparatus 100 specifies a plane (hereinafter referred to as a damage evaluation plane) parallel to the YZ plane of the piping structure model 40 that passes through the element having the maximum plastic strain (S1002). ).
図１４は配管６０と台座５０との接合部付近をＸＹＺ軸の正方向から眺めた拡大斜視図である。情報処理装置１００は、例えば、配管構造モデル４０を符号１４０で示す要素（図１１の要素１１０と同じ）を通るＹＺ平面に平行な面で切断した面を、損傷評価面として特定する。 FIG. 14 is an enlarged perspective view of the vicinity of the joint between the pipe 60 and the pedestal 50 as viewed from the positive direction of the XYZ axes. The information processing apparatus 100 specifies, for example, a surface obtained by cutting the piping structure model 40 along a plane parallel to the YZ plane passing through an element indicated by reference numeral 140 (same as the element 110 in FIG. 11) as a damage evaluation surface.
図１５は損傷評価面を模式的に示した図である。同図に示すように、損傷評価面は、円周方向に連なる第１要素（１８要素）と、径方向に連なる第２要素（１６個）とを含む。 FIG. 15 is a diagram schematically showing a damage evaluation surface. As shown in the figure, the damage evaluation surface includes a first element (18 elements) continuous in the circumferential direction and a second element (16 elements) continuous in the radial direction.
図１０に戻り、続いて情報処理装置１００は、配管６０に負荷を与えた場合における、損傷評価面の第１要素の夫々のクリープ損傷率、及び損傷評価面の第２要素の夫々のクリープ損傷率を求める（Ｓ１００３）。 Returning to FIG. 10, the information processing apparatus 100 subsequently applies the creep damage rate of the first element on the damage evaluation surface and the creep damage of the second element on the damage evaluation surface when a load is applied to the pipe 60. The rate is obtained (S1003).
続いて情報処理装置１００は、さらに１サイクルの負荷を配管６０に与えた場合における損傷評価面の第１要素の夫々のクリープ損傷率、及び損傷評価面の第２要素の夫々のクリープ損傷率を求める。 Subsequently, the information processing apparatus 100 further determines the creep damage rate of each of the first elements on the damage evaluation surface and the creep damage rate of each of the second elements on the damage evaluation surface when a load of one cycle is applied to the pipe 60. Ask.
また情報処理装置１００は、求めたクリープ損傷率が１以上となった一群の第１要素を特定し、特定した一群の第１要素に基づき第１亀裂長さを求める（Ｓ１００４）。具体的には、情報処理装置１００は、クリープ損傷率が１以上となった第１要素が連なる部分を特定し、その部分の長さを第１亀裂長さとする。 In addition, the information processing apparatus 100 identifies a group of first elements having the obtained creep damage rate of 1 or more, and obtains a first crack length based on the identified group of first elements (S1004). Specifically, the information processing apparatus 100 identifies a portion where the first elements having a creep damage rate of 1 or more are connected, and sets the length of the portion as the first crack length.
また情報処理装置１００は、求めたクリープ損傷率が１以上となった一群の第２要素を特定し、特定した一群の第２要素に基づき第２亀裂長さを求める（Ｓ１００４）。具体的には、情報処理装置１００は、クリープ損傷率が１以上となった第２要素が連なる部分を特定し、その部分の長さを第２亀裂長さとする。 Further, the information processing apparatus 100 identifies a group of second elements having the obtained creep damage rate of 1 or more, and obtains a second crack length based on the identified group of second elements (S1004). Specifically, the information processing apparatus 100 identifies a portion where the second elements having a creep damage rate of 1 or more are connected, and sets the length of the portion as the second crack length.
尚、情報処理装置１００は、Ｓ１００４の処理を、所定の回数、繰り返し実行する（Ｓ１００５：ＮＯ）。 Note that the information processing apparatus 100 repeatedly executes the process of S1004 a predetermined number of times (S1005: NO).
図１６にＳ１００１で特定した塑性ひずみが最大となった要素についてＳ１００４の処理を８０サイクルまで繰り返した場合におけるクリープ損傷率の一例を示す。 FIG. 16 shows an example of the creep damage rate when the process of S1004 is repeated up to 80 cycles for the element having the maximum plastic strain specified in S1001.
図１０に戻り、続いて情報処理装置１００は、Ｓ１００４の処理で求めた第２亀裂長さに基づき配管６０の寿命比を求める（Ｓ１００６）。 Returning to FIG. 10, the information processing apparatus 100 subsequently obtains the life ratio of the pipe 60 based on the second crack length obtained in the process of S1004 (S1006).
情報処理装置１００は、Ｓ１００４の処理で求めた第１亀裂長さと寿命比との関係を出力する（Ｓ１００７）。具体的には、情報処理装置１００は、図１７に示すように、横軸を寿命比（％）とし、第１亀裂長さを配管６０の円周長で除した（規格化した）値（以下、亀裂長さ比と称する。）を縦軸とした図を出力する。 The information processing apparatus 100 outputs the relationship between the first crack length and the life ratio obtained in the process of S1004 (S1007). Specifically, as illustrated in FIG. 17, the information processing apparatus 100 has a value obtained by dividing (normalizing) the first crack length by the circumferential length of the pipe 60 (the normalized ratio) with the horizontal axis as the life ratio (%). Hereinafter, a graph with the vertical axis representing the crack length ratio is output.
作業者は、実機の配管６０の亀裂長さ比（図１７の縦軸の値）を測定し、同図から対応する横軸の値（寿命比）を読み取る。 The operator measures the crack length ratio (value on the vertical axis in FIG. 17) of the pipe 60 of the actual machine, and reads the corresponding value (life ratio) on the horizontal axis from the figure.
＜シミュレーションに用いた材料の特性＞
図１８は配管６０及び治具７０のヤング率及びポアソン比である。配管６０は１Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼（ＪＩＳ相当 ＳＴＢＡ２２）とし、ヤング率は１５６．１（Ｇｐａ）、ポアソン比νは０．３５３とした。治具７０は１Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼とし、ヤング率は２０４（ＧＰａ）、ポアソン比νは０．３とした。
<Characteristics of materials used for simulation>
FIG. 18 shows Young's modulus and Poisson's ratio of the pipe 60 and the jig 70. The pipe 60 was 1Cr-0.5Mo steel (JIS equivalent STBA22), Young's modulus was 156.1 (Gpa), and Poisson's ratio ν was 0.353. The jig 70 was 1Cr-0.5Mo steel, Young's modulus was 204 (GPa), and Poisson's ratio ν was 0.3.
図１９に配管６０の弾塑性を示す。配管６０の降伏応力σは２７２．９（ＭＰａ）とし、加工硬化係数Ｈは８６５０（ＭＰａ）とした。 FIG. 19 shows the elastoplasticity of the pipe 60. The yield stress σ of the pipe 60 was 272.9 (MPa), and the work hardening coefficient H was 8650 (MPa).
図２０に配管６０のクリープ特性を示す。クリープ特性を表すパラメータＣは１．７６２×１０−１７とし、パラメータｎは５．３６２とし、クリープ構成則はｄｅｃｒ／ｄｔ＝Ｃｓｎ（ｄｅｃｒ／ｄｔはクリープひずみ速度、ｓは応力）とした。 FIG. 20 shows the creep characteristics of the pipe 60. The parameter C representing the creep characteristics is 1.762 × 10 −17 , the parameter n is 5.362, the creep constitutive law is de cr / dt = Cs n (de cr / dt is the creep strain rate, s is the stress) and did.
図２１に、シミュレーションに用いた、配管６０が受ける真応力σ（ＭＰａ）と塑性ひずみεＰ（ｍｍ／ｍｍ）との関係を示す。また図２２に、シミュレーションに用いた、クリープ構成則に基づく配管６０への応力（ＭＰａ）とクリープひずみ速度（１／ｈ）との関係を示す。 FIG. 21 shows the relationship between the true stress σ (MPa) received by the pipe 60 and the plastic strain ε P (mm / mm) used in the simulation. FIG. 22 shows the relationship between the stress (MPa) on the pipe 60 based on the creep constitutive law and the creep strain rate (1 / h) used in the simulation.
＜クリープ損傷率について＞
シミュレーションにおいて、クリープ損傷率ｄｃは、次式から求めた。
<Creep damage rate>
In the simulation, the creep damage rate d c was determined from the following equation.
ここでＮｆは破損繰り返し数（配管６０が破損するまでのサイクル数）、ｔＨは１サイクルあたりの変形時間、ｅｃはクリープひずみ、εｆは有効クリープ延性、εｓは最小クリープ速度、ｔｔはクリープ破断時間（配管６０が破断するまでの時間）である。 Where N f is corrupted repetition number (number of cycles until the pipe 60 is broken), t H deformation time per cycle, e c creep strain, epsilon f is the effective creep ductility, epsilon s is the minimum creep rate, t t is a creep rupture time (time until the pipe 60 breaks).
図２３乃至図２５にクリープ損傷率ｄｃの算出に用いたデータを示す。図２３は、ラーソンミラー（Larson-Miller）パラメータＬＭＰ（Ｋ or ＭＰａ）（ＬＭＰ＝Ｔ×（Ｃ＋ｌｏｇ（Ｔｒ））。Ｃは定数（１９．５９）、Ｔは温度（５５０＋２７３．１５（Ｋ））、Ｔｒはクリープ破断時間（ｈ）である。）と応力σ（ＭＰａ）の関係である。図２４は最小クリープ速度ｄε／ｄｔ（１／ｈｒ）とクリープ破断時間Ｔｒ（ｈｒ）との関係、図２５は有効クリープ延性ｄε／ｄｔ・Ｔｒ（ｍｍ／ｍｍ）と応力σ（ＭＰａ）との関係である。 23 through FIG. 25 shows the data used for calculation of the creep damage rate d c. FIG. 23 shows a Larson-Miller parameter LMP (K or MPa) (LMP = T × (C + log (Tr)), C is a constant (19.59), and T is a temperature (550 + 273.15 (K)). , Tr is the creep rupture time (h)) and the stress σ (MPa). 24 shows the relationship between the minimum creep rate dε / dt (1 / hr) and the creep rupture time T r (hr), and FIG. 25 shows the effective creep ductility dε / dt · T r (mm / mm) and the stress σ (MPa). Relationship.
＜実測値との比較＞
図２６及び図２７に、予測システムによるシミュレーションの結果と、実際に行ったクリープ疲労試験の結果とを比較したグラフを示す。このうち図２６は、第１亀裂長さ（横軸）と第２亀裂長さ（縦軸）との関係について両者を比較した結果である。図２７は、寿命比（横軸）と亀裂長さ比（縦軸）との関係について両者を比較した結果である。これらの図から、予測システムによるシミュレーションによって実測値と遜色ない結果が得られることがわかる。
<Comparison with measured values>
FIG. 26 and FIG. 27 show graphs comparing the result of the simulation by the prediction system and the result of the creep fatigue test actually performed. Among these, FIG. 26 is a result of comparing the relationship between the first crack length (horizontal axis) and the second crack length (vertical axis). FIG. 27 shows the result of comparing the relationship between the life ratio (horizontal axis) and the crack length ratio (vertical axis). From these figures, it can be seen that a result comparable to the actual measurement value is obtained by the simulation by the prediction system.
以上に説明したように、本実施形態の情報処理装置１００によれば、構造物の表面に生じる亀裂の長さと、構造物の厚み方向に生じる亀裂の長さを構造物の余裕肉厚で除した値である寿命比との関係が得られるので、作業者等は、この関係と構造物の表面に現在生じている亀裂の長さの測定結果とを比較することで、構造物の寿命を容易かつ精度よく推定することができる。 As described above, according to the information processing apparatus 100 of the present embodiment, the length of the crack generated on the surface of the structure and the length of the crack generated in the thickness direction of the structure are divided by the surplus thickness of the structure. Since the relationship with the life ratio, which is the measured value, is obtained, the workers etc. can improve the life of the structure by comparing this relationship with the measurement result of the length of cracks currently occurring on the surface of the structure. It can be estimated easily and accurately.
尚、以上に説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。 The embodiment described above is for facilitating the understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes the equivalents thereof.
１ 構造物寿命推定システム
１０ 配管構造
２０ 管寄
３０ ボイラ管
３５ 溶接止端部
６０ 配管
１００ 情報処理装置
１３１ クリープ損傷率算出部
１３２ 亀裂長さ算出部
１３３ 寿命比算出部
１３４ 結果出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Structure life estimation system 10 Piping structure 20 Yokesho 30 Boiler pipe 35 Weld toe part 60 Piping 100 Information processing apparatus 131 Creep damage rate calculation part 132 Crack length calculation part 133 Life ratio calculation part 134 Result output part
Claims (5)
情報処理装置が、
構造物の所定部位に負荷を与えた場合のクリープ損傷率を、前記構造物の表面に設定した複数の第１要素、及び前記構造物の内部に設定した複数の第２要素について夫々求め、
前記第１要素のうち、前記クリープ損傷率が所定の閾値を超える隣接する一群の前記第１要素を特定することにより前記表面に生じる第１の亀裂の長さを求め、
前記第２要素のうち前記クリープ損傷率が前記所定の閾値を超える隣接する一群の前記第２要素を特定することにより前記構造物の厚み方向に生じる第２の亀裂の長さを求め、
前記第２の亀裂の長さを前記構造物の余裕肉厚で除した値を寿命比として求め、
前記第１の亀裂の長さと、前記寿命比との関係を出力する
ことを特徴とする構造物の寿命を推定する方法。 A method for estimating the lifetime of a structure,
Information processing device
The creep damage rate when a load is applied to a predetermined part of the structure is obtained for each of a plurality of first elements set on the surface of the structure and a plurality of second elements set inside the structure,
Of the first elements, the length of the first crack generated on the surface is determined by specifying a group of adjacent first elements whose creep damage rate exceeds a predetermined threshold,
By determining the group of adjacent second elements in which the creep damage rate exceeds the predetermined threshold among the second elements, the length of the second crack generated in the thickness direction of the structure is obtained,
A value obtained by dividing the length of the second crack by the surplus wall thickness of the structure is obtained as a life ratio,
The method of estimating the lifetime of the structure characterized by outputting the relationship between the length of the first crack and the lifetime ratio.
前記第１要素及び前記第２要素のうち少なくともいずれかは、前記構造物の前記所定部位に前記負荷を与えた場合の塑性ひずみが最大となる要素である
ことを特徴とする構造物の寿命を推定する方法。 A method for estimating the lifetime of a pipe according to claim 1,
At least one of the first element and the second element is an element that maximizes plastic strain when the load is applied to the predetermined portion of the structure. How to estimate.
前記構造物は、溶接部を有する配管であり、
前記情報処理装置は、
前記第１の亀裂の長さとして、前記配管の横断面のうち前記溶接部における断面の円周方向に発生する亀裂の長さを求め、
前記第２の亀裂の長さとして、前記断面の径方向に発生する亀裂の長さを求める
ことを特徴とする構造物の寿命を推定する方法。 A method for estimating the life of a pipe according to claim 1 or 2,
The structure is a pipe having a welded portion,
The information processing apparatus includes:
As the length of the first crack, the length of the crack generated in the circumferential direction of the cross section in the welded portion of the cross section of the pipe is obtained,
A method for estimating the lifetime of a structure, characterized in that a length of a crack generated in a radial direction of the cross section is obtained as the length of the second crack.
前記情報処理装置は、
前記第１の亀裂の長さを前記配管の円周長で規格化した値と、前記寿命比との関係を出力する
ことを特徴とする構造物の寿命を推定する方法。 A method for estimating the lifetime of a pipe according to claim 3,
The information processing apparatus includes:
A method for estimating the life of a structure, characterized in that a relationship between a value obtained by normalizing the length of the first crack with a circumferential length of the pipe and the life ratio is output.
前記第１要素のうち、前記クリープ損傷率が所定の閾値を超える隣接する一群の前記第１要素を特定することにより前記表面に生じる第１の亀裂の長さを求め、前記第２要素のうち前記クリープ損傷率が前記所定の閾値を超える隣接する一群の前記第２要素を特定することにより前記構造物の厚み方向に生じる第２の亀裂の長さを求める亀裂長さ算出部と、
前記第２の亀裂の長さを前記構造物の余裕肉厚で除した値を寿命比として求める寿命比算出部と、
前記第１の亀裂の長さと、前記寿命比との関係を出力する結果出力部と、
を備えることを特徴とする情報処理装置。 Creep damage for obtaining a creep damage rate when a load is applied to a predetermined part of the structure for each of a plurality of first elements set on the surface of the structure and a plurality of second elements set inside the structure A rate calculator,
Of the first elements, the length of the first cracks generated on the surface is determined by specifying a group of adjacent first elements whose creep damage rate exceeds a predetermined threshold, and among the second elements A crack length calculation unit for obtaining a length of a second crack generated in the thickness direction of the structure by specifying a group of adjacent second elements whose creep damage rate exceeds the predetermined threshold;
A life ratio calculation unit for obtaining a value obtained by dividing the length of the second crack by the surplus wall thickness of the structure as a life ratio;
A result output unit for outputting a relationship between the length of the first crack and the life ratio;
An information processing apparatus comprising:
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2012249540A JP2014098584A (en) | 2012-11-13 | 2012-11-13 | Method of estimating remaining life of structure, and information processing apparatus |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018179691A1 (en) * | 2017-03-28 | 2018-10-04 | 日本電気株式会社 | Piping diagnostic device, asset management device, piping diagnostic method, and computer-readable recording medium |
| CN111033211A (en) * | 2017-08-30 | 2020-04-17 | 三菱日立电力系统株式会社 | Method for evaluating remaining life and method for maintenance management |
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2012
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