JP2016090544A - ひずみ検出板及びひずみ検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検出対象物の表面のいずれの方向についても、ひずみを簡単に検出できるひずみ検出板及びひずみ検出方法を提供すること。【解決手段】検出対象物の表面に取り付けられる金属製の板体２１と、板体２１に形成された円形の孔部２３と、孔部２３の周縁における板体２１の表面に応力塗料を塗布して形成された塗膜層２２とを備えた。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、地震等の荷重により検出対象物に生じたひずみを検出するひずみ検出板及びひずみ検出方法に関する。

一般に、原子力発電プラントや化学プラント等のプラント施設では、施設内に設置されるタンク等の構造物に過大な荷重が掛かった場合、構造物の各部位の損傷が問題になる。このため、例えば、地震等が生じた場合には、地震後に、構造物に生じたひずみを把握する必要がある。プラント施設では、対象となる構造物は多数に及ぶため、ひずみを把握するための手段は簡便なものが好ましく、（Ａ）電源を不要とするもの、（Ｂ）配線を不要とするもの、（Ｃ）目視で検査できるもの、を満たす手段が模索されている。

この種のひずみを把握するものとして、従来、金属板でなり、少なくとも１つの尖鋭開口端を有するよう形成された開口部を備えた計測体を有する表面ひずみ検出計が知られている（例えば、特許文献１参照）。この表面ひずみ検出計は、被計測物（検出対象物）の表面に取り付けられ、開口部の尖鋭開口端に生じた亀裂を計測することで、被計測物に生じたひずみを、電源及び配線を要することなく目視により検出できる。

特開２０１０−２５６２１２号公報

しかしながら、従来の表面ひずみ検出計は、尖鋭開口端に生じた亀裂によって被計測物に生じたひずみを検出するため、尖鋭開口端が形成されていない方向のひずみは検出できない。このため、被計測物に取り付けられる計測体（開口部）の周縁の全方向（３６０°）については、被計測物に生じるひずみを検出することはできないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、検出対象物の表面のいずれの方向についても、ひずみを簡単に検出できるひずみ検出板及びひずみ検出方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るひずみ検出板は、検出対象物の表面に取り付けられる金属製の板体と、板体に形成された円形の孔部と、孔部の周縁における板体の表面に応力塗料を塗布して形成された塗膜部とを備えたこと特徴とする。

この構成によれば、円形の孔部の周縁に応力塗料を塗布して塗膜部が形成されるため、この塗膜部に生じた亀裂により、検出対象物に生じたひずみを検出することができる。さらに、板体には円形の孔部が形成されているため、尖鋭開口端のように方向が特定されることなく、検出対象物の表面のいずれの方向のひずみについて検出することができる。

この構成において、孔部は、真円形状の孔部であっても良い。この構成によれば、板体に生じる最大応力は孔部の周方向に均一にすることができるため、検出対象物の表面に生じるいずれの方向のひずみについて正確に検出することができる。

また、孔部は、長孔形状の孔部であってもよい。この構成によれば、板体に生じる最大応力を、孔部の周方向位置によって変更できるため、ひずみを検出する感度を調整することができる。

また、板体は、検出対象物と同一もしくは、検出対象物よりもヤング率の小さい材料で形成されてもよい。この構成によれば、検出対象物に取り付けられたひずみ検出板は、検出対象物と同様に変形することにより、検出対象物のひずみを正確に検出することができる。

また、板体に所定の間隔を設けて複数の孔部を形成してもよい。この構成によれば、孔部と孔部との間隔に応じて、板体に生じる最大応力を変更できるため、ひずみを検出する感度を調整することができる。

また、本発明に係るひずみ検出方法は、金属製の板体に円形の孔部を形成し、孔部の周縁における板体の表面に応力塗料を塗布して塗膜部を設けたひずみ検出板を検出対象物の表面に取り付け、ひずみ検出板の塗膜部に生じた亀裂により、検出対象物に生じたひずみの向きまたは大きさを検出することを特徴とする。この構成によれば、検出対象物の表面のいずれの方向について、ひずみを簡単に検出することができる。

本発明によれば、円形の孔部の周縁に応力塗料を塗布して塗膜部が形成されるため、この塗膜部に生じた亀裂により、検出対象物に生じたひずみを検出することができる。さらに、板体には円形の孔部が形成されているため、尖鋭開口端のように方向が特定されることなく、検出対象物の表面のいずれの方向のひずみについて検出することができる。

図１は、本実施形態に係るひずみ検出板が取り付けられる検査対象物の一例を示す概略図である。 図２は、第１実施形態に係るひずみ検出板を示す平面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。 図４は、第１実施形態に係るひずみ検出板の作用を説明する平面図である。 図５は、第２実施形態に係るひずみ検出板の作用を説明する平面図である。 図６は、第３実施形態に係るひずみ検出板の作用を説明する平面図である。 図７は、第４実施形態に係るひずみ検出板の作用を説明する平面図である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係るひずみ検出板が取り付けられる検出対象物の一例を示す概略図である。図１において、符号１０は、例えば、薬液等の溶液を保存する溶液タンクである。この溶液タンク１０は、例えば、化学プラントや原子力発電プラント等のプラント施設に設けられ、このプラント施設の建屋の床１９の上に設置されている。溶液タンク１０は、円筒形の胴部１１と、この胴部１１の上部に取り付けられる上鏡板１２と、該胴部１１の下部に取り付けられる下鏡板１３とを備えて一体に形成され、下鏡板１３に連結される複数の脚部（検出対象物）１４により上記床１９に設置される。溶液タンク１０の下鏡板１３には、溶液タンク１０内の溶液を導出するための導出管１５が接続され、この導出管１５は、床１９から延びる配管サポート（検出対象物）１６により支持されている。

このような構成では、例えば、プラント施設に地震が生じた場合、溶液タンク１０が矢印Ｘで示す方向に揺動することに伴い、脚部１４には長手方向（矢印Ｙ方向）に大きな荷重がかかり、この脚部１４にひずみが生じる。同様に、配管サポート１６には、長手方向（矢印Ｙ方向）に大きな荷重がかかり、この配管サポート１６にひずみが生じる。このため、地震が治まった後に、これら溶液タンク１０の脚部１４や配管サポート１６等に生じたひずみの有無を点検する必要がある。本構成では、溶液タンク１０の脚部１４や配管サポート１６等に生じたひずみを、目視によって簡単に検出するために、溶液タンク１０の脚部１４や配管サポート１６にそれぞれひずみ検出板２０，２０が取り付けられている。次に、ひずみ検出板について説明する。

［第１実施形態］
図２は、第１実施形態に係るひずみ検出板を示す平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。ひずみ検出板２０は、図２に示すように、例えば、正六角形状の金属製の板体２１を備え、この板体２１の中央部には、真円形状の孔部２３が形成されている。また、図３に示すように、板体２１の表面２１Ａには、応力塗料（後述する）が塗布された塗膜層（塗膜部）２２が形成されている。

板体２１は、裏面２１Ｂ側に接着材（不図示）等を付けることにより、脚部１４もしくは配管サポート１６に貼り付けられる。この場合、板体２１と脚部１４もしくは配管サポート１６とが一体となるように、裏面２１Ｂの全面に接着材を付けることが望ましい。板体２１は、例えば、貼り付けられる脚部１４の母材と同一の金属材料もしくは母材よりも柔らかい（ヤング率の小さい）金属材料で形成される。この構成によれば、例えば、脚部１４に貼り付けられたひずみ検出板２０は、脚部１４と同様に変形することにより、脚部１４のひずみを正確に検出することができる。本実施形態では、板体２１は、外周縁が正六角形状に形成されているが、他の形状を採用することもでき、例えば、方形状や円形状に形成してもよい。

塗膜層２２は、応力塗料を塗布することにより形成される。応力塗料は、物体に生じる応力解析を目的とした非常にもろい性質の塗料である。応力塗料として、ＣＲＵＸ（登録商標：マークテック株式会社製）やストレスマーク２（株式会社テック技販製）を用いることができる。この種の応力塗料は、エアゾール型で簡便に塗装することができ、また加熱しなくても自然乾燥で乾燥するため、容易に塗膜層２２を形成することができる。塗膜層２２は、板体２１に応力が加えられると、この応力によって亀裂を生じるため、この亀裂により、ひずみの発生の有無を目視にて検出できる。塗膜層２２は、膜厚が０．１ｍｍ程度となるように、応力塗料を塗布することが好ましい。

ひずみ検出板２０によるひずみの計測は、次のように行なわれる。まず、ひずみ検出板２０を、溶液タンク１０の脚部１４や配管サポート１６の表面に接着剤を用いて貼りつける。その状態で、プラント施設に地震が生じた場合、地震後のプラント施設の再起動に際し、プラント施設の各機器の点検作業が行われる。点検作業では、脚部１４や配管サポート１６の表面に貼り付けられたひずみ検出板２０に着目し、塗膜層２２に生じた亀裂によって最大ひずみを検出する。

具体的には、図４に示すように、ひずみ検出板２０に引張り応力Ｆが加えられた場合、ひずみ検出板２０に生じる応力は、引張り応力Ｆに垂直で孔部中心を通る二点鎖線２４と交差する孔部２３の縁で最大となり、その最大応力は引張り応力Ｆの３倍となる。このため、ひずみ検出板２０では、二点鎖線２４上に位置する孔部２３の両側の領域２５にクラック（亀裂）Ｋが発生し、塗膜層２２に鮮明な亀裂模様が描かれる。これらクラックＫの発生場所や、クラックＫが進展する方向によって、溶液タンク１０の脚部１４や配管サポート１６に生じたひずみの向きを検出することができる。また、ひずみ量（ひずみの大きさ）は、クラックＫの本数や長さと関係がある。このため、例えば、実験等により、ひずみ検出板２０に対して、所定の大きさのひずみ（応力）を生じさせ、その際のひずみ量とクラックＫの本数や長さとの相関関係を予め得ておく。そして、実際に生じたクラックＫの本数や長さと比較することで、最大ひずみ量を検出することができる。この際、プラント施設に設置された地震計の計測結果と照合して最大ひずみ量を検証することが好ましい。

第１実施形態では、孔部２３は真円形状に形成されているため、ひずみ検出板２０に対して、いずれの方向から引張り応力Ｆが加えられたとしても孔部２３の縁に生じる最大応力の値は同一である。このため、いずれの方向に生じるひずみに対しても、同一の感度を有するひずみ検出板２０を形成することができるため、脚部１４や配管サポート１６に生じるいずれの方向のひずみについても正確に検出することができる。

［第２実施形態］
上記した第１実施形態に係る孔部２３は真円形状であったが、この孔部は、円形であれば真円でなくともよい。この第２実施形態では、ひずみ検出板３０は、楕円形状（長孔形状）の孔部３３を備える。第２実施形態に係るひずみ検出板３０において、孔部３３の形状の他は、上記ひずみ検出板２０と同一であるので、説明を省略する。

ひずみ検出板３０は、図５に示すように、孔部３３が楕円形状に形成されている。楕円形状の孔部３３を有するひずみ検出板３０では、孔部３３の短軸に沿った方向に引張り応力Ｆが加えられた場合、ひずみ検出板３０に生じる応力は、引張り応力Ｆに垂直で長軸を通る二点鎖線３４と交差する孔部３３の縁で最大となる。この最大応力は、短軸と長軸の長さに関連し、例えば、短軸と長軸との長さの比が１：２であれば、引張り応力Ｆの５倍となる。

このため、ひずみ検出板３０では、二点鎖線３４上に位置する孔部３３の両側の領域３５にクラック（亀裂）Ｋが発生し、塗膜層２２に鮮明な亀裂模様が描かれる。この第２実施形態では、孔部３３を楕円形状とすることで、ひずみ検出板３０に生じる最大応力を、孔部３３の周方向位置によって変更できるため、ひずみを検出する際の感度を調整することができる。具体的には、短軸と長軸との長さの比が１：２の孔部３３とした場合には、最大応力が引張り応力Ｆの５倍となる。このため、孔部３３の短軸に沿った方向に引張り応力Ｆを加えた場合に、ひずみを検出する際の感度を高めることができる。また、第２実施形態では、短軸と長軸との長さの比を変えることで、ひずみを検出する際の感度を変更できるため、例えば、短軸と長軸との長さの比を変えたひずみ検出板３０を複数設けることで、最大ひずみ量を正確に検出することができる。

［第３実施形態］
上記した第１、第２実施形態では、孔部２３，３３は単一であったが、第３実施形態に係るひずみ検出板４０は、複数（２つ）の孔部４３，４３を備える。第３実施形態に係るひずみ検出板４０において、孔部４３の数や位置の他は、上記ひずみ検出板２０と同一であるので、説明を省略する。

ひずみ検出板４０は、図６に示すように、ひずみ検出板４０の中心線４４に沿って、２つの孔部４３，４３が並べて配置されている。この孔部４３は、半径がρ（直径２ρ）の真円形状を有し、各孔部４３，４３の中心間距離（孔部間距離ともいう）が２Ｐに設定されている。ひずみ検出板４０に対して、中心線４４に沿って、引張り応力Ｆが加えられた場合、ひずみ検出板４０に生じる応力は、孔部４３，４３の間の領域４６で最大となる。この最大応力は、孔部４３の直径２ρと、孔部間距離２Ｐに関連し、例えば、直径２ρと孔部間距離２Ｐとの比Ｐ／ρが１．３３７であれば、最大応力は、引張り応力Ｆの３．５倍程度となる。

このため、ひずみ検出板４０では、孔部４３，４３間の領域４６に、中心線４４に垂直な方向にクラック（亀裂）Ｋが発生し、塗膜層２２に鮮明な亀裂模様が描かれる。この第３実施形態では、孔部４３の直径２ρに対する孔部間距離２Ｐを変更することにより、ひずみ検出板４０に生じる最大応力を変更できるため、ひずみを検出する際の感度を調整することができる。具体的には、直径２ρと孔部間距離２Ｐとの比Ｐ／ρを１．０６１とした場合には、最大応力が引張り応力Ｆの６．７倍程度となる。このため、直径２ρに対する孔部間距離２Ｐを変えることで、ひずみを検出する際の感度を変更でき、例えば、直径２ρに対する孔部間距離２Ｐを変えたひずみ検出板４０を複数設けることで、最大ひずみ量を正確に検出することができる。

［第４実施形態］
第４実施形態に係るひずみ検出板５０では、複数（４つ）の孔部５３を備える。第４実施形態に係るひずみ検出板５０において、孔部５３の数や位置の他は、上記ひずみ検出板２０と同一であるので、説明を省略する。

ひずみ検出板５０は、図７に示すように、ひずみ検出板５０の中心線５４，５５に沿って、それぞれ２つの孔部５３，５３が並べて配置されている。すなわち、中心線５４に沿って並ぶ２つの孔部５３，５３は、中心線５４に直交する中心線５５を挟んで該中心線５５から等距離に配置され、中心線５５に沿って並ぶ２つの孔部５３，５３は、上記中心線５４を挟んで該中心線５４から等距離に配置される。孔部５３は、いずれも半径がρ（直径２ρ）の真円形状を有し、一方の中心線５４上に並ぶ孔部５３，５３と、他方の中心線５５上に並ぶ孔部５３，５３の中心間距離（孔部間距離ともいう）はそれぞれ２Ｐに設定されている。

ひずみ検出板５０に対して、例えば、一方の中心線５４に沿って引張り応力Ｆが加えられた場合、ひずみ検出板５０に生じる応力は、中心間距離を２Ｐに設定された孔部５３，５３の間の領域５６で最大となる。この最大応力は、孔部５３の直径２ρと、孔部間距離２Ｐに関連し、例えば、直径２ρと孔部間距離２Ｐとの比Ｐ／ρが０．５であれば、最大応力は、引張り応力Ｆの６倍程度となる。

このため、ひずみ検出板５０では、孔部５３，５３間の領域５６に、該孔部５３，５３を結ぶ線に垂直な方向にクラック（亀裂）Ｋが発生し、塗膜層２２に鮮明な亀裂模様が描かれる。この第４実施形態では、孔部５３の直径２ρに対する孔部間距離２Ｐを変更することにより、ひずみ検出板５０に生じる最大応力を変更できるため、ひずみを検出する際の感度を調整することができる。具体的には、直径２ρと孔部間距離２Ｐとの比Ｐ／ρを０．７５とした場合には、最大応力が引張り応力Ｆの１０倍程度となる。このため、直径２ρに対する孔部間距離２Ｐを変えることで、ひずみを検出する際の感度を変更でき、例えば、直径２ρに対する孔部間距離２Ｐを変えたひずみ検出板５０を複数設けることで、最大ひずみ量を正確に検出することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、ひずみ検出板が貼り付けられる検出対象物の一例として、溶液タンク１０の脚部１４や配管サポート１６を説明したが、例えば、風力発電用の風車のナセルの内部に貼り付けても良い。具体的には、ナセル内部に収容される風車の回転軸等にひずみ検出板を貼り付け、この状態で所定期間運転した後に、ひずみ検出板を観察することで、運転時に風車の回転軸に生じる最大ひずみを検出することもできる。

１０ 溶液タンク
１１ 胴部
１２ 上鏡板
１３ 下鏡板
１４ 脚部（検出対象物）
１５ 導出管
１６ 配管サポート（検出対象物）
１９ 床
２０、３０、４０、５０ ひずみ検出板
２１ 板体
２１Ａ 表面
２１Ｂ 裏面
２２ 塗膜層（塗膜部）
２３、３３、４３、５３ 孔部
２５、３５，４６、５６ 領域
Ｋ クラック（亀裂）
２Ｐ 孔部間距離
２ρ 直径

Claims (7)

1. 検出対象物の表面に取り付けられる金属製の板体と、
   前記板体に形成された円形の孔部と、
   前記孔部の周縁における前記板体の表面に応力塗料を塗布して形成された塗膜部と、を備えたこと特徴とするひずみ検出板。
2. 前記塗膜部に生じた亀裂により、前記検出対象物に生じたひずみの向きまたは大きさを検出すること特徴とする請求項１に記載のひずみ検出板。
3. 前記孔部は、真円形状の孔部であることを特徴とする請求項１または２に記載のひずみ検出板。
4. 前記孔部は、長孔形状の孔部であることを特徴とする請求項１または２に記載のひずみ検出板。
5. 前記板体は、前記検出対象物と同一もしくは、前記検出対象物よりもヤング率の小さい材料で形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のひずみ検出板。
6. 前記板体に所定の間隔を設けて複数の前記孔部を形成したことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のひずみ検出板。
7. 金属製の板体に円形の孔部を形成し、前記孔部の周縁における前記板体の表面に応力塗料を塗布して塗膜部を設けたひずみ検出板を検出対象物の表面に取り付け、前記ひずみ検出板の前記塗膜部に生じた亀裂により、前記検出対象物に生じたひずみの向きまたは大きさを検出することを特徴とするひずみ検出方法。

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