JP2016194433A - Damage evaluation system and damage evaluation program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、構造物のき裂状態を評価するための損傷評価システム及び損傷評価プログラムに関する。 The present invention relates to a damage evaluation system and a damage evaluation program for evaluating a crack state of a structure.
火力発電所においては、多数の機器が高温状態で使用されている。これらの機器は、火力発電所の運転サイクルにおいて高温状態に曝され、その状態の維持あるいは変化に伴って、微小なき裂が発生し、それが巨視的なき裂として進展し、機器の健全性に影響を及ぼす可能性がある。 In a thermal power plant, many devices are used at high temperatures. These devices are exposed to high-temperature conditions during the operation cycle of a thermal power plant, and as the state is maintained or changed, microcracks are generated, which develop as macroscopic cracks, resulting in equipment health. May have an effect.
そこで、部品の寿命を的確に把握するために、き裂の発生やき裂進展についてのシミュレーションが行なわれている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。特許文献１に記載の技術によれば、機器寿命評価システムは、クリープ或いは疲労に基づく機器構造の損傷を微小亀裂の進展とみなして、この微小亀裂の進展を予測することで機器寿命の評価を行なっている。また、非特許文献１に記載の技術においては、き裂の進展挙動と高い相関を持つ非弾性Ｊ積分について、荷重制御、変位制御の下で、熱応力下での非弾性Ｊ積分評価法を提案して、既存の簡易法を改良し、精度向上及び適用範囲の拡大を図っている。 Therefore, in order to accurately grasp the life of the parts, simulations of crack generation and crack propagation are performed (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). According to the technology described in Patent Document 1, the equipment life evaluation system regards damage to the equipment structure based on creep or fatigue as the progress of microcracks, and evaluates the equipment life by predicting the progress of microcracks. Is doing. In the technique described in Non-Patent Document 1, an inelastic J-integral evaluation method under thermal stress under load control and displacement control is used for inelastic J-integral that is highly correlated with crack propagation behavior. Proposals have been made to improve existing simple methods, improving accuracy and expanding the scope of application.
ところで、構造物には、複数の材料が用いられている。更に、同じ材料であっても、材料特性が均一とは限らない。例えば、母材と溶接部とでは、各材料特性が異なることがある。 By the way, a plurality of materials are used for the structure. Furthermore, even with the same material, the material properties are not always uniform. For example, the material characteristics may differ between the base material and the weld.
例えば、図１０に示すように、構造物５０において、母材部５１、溶接部５２、これらの間のＨＡＺ（熱影響部）５３がある。この場合、ＨＡＺ５３において、き裂５５が発生することもある。 For example, as shown in FIG. 10, the structure 50 includes a base material part 51, a welded part 52, and a HAZ (heat affected part) 53 between them. In this case, a crack 55 may occur in the HAZ 53.
発電プラントにおいては、溶接部における複数部材を横断して進展するき裂の例が報告されている。このため、このような複数の部材を横断して進展するき裂についても、評価できることが望まれている。そこで、従来、溶接部を有した構造物において、この溶接部を横断するき裂進展についてのシミュレーションも行われている（例えば、特許文献２、３参照）。特許文献２に記載の技術においては、溶接構造物のき裂の進展を３次元的に解析するために、接合部における接合情報及びき裂に関する情報を用いた有限要素解析を行なう。ここで、接合情報とは、接合線に接している部材の材料、接合線の長さ、部材同士の溶接方法等である。また、特許文献３に記載の技術においては、き裂の前縁上にメッシュの接点が位置するようにしてき裂進展解析を行なう。 In a power plant, an example of a crack that propagates across a plurality of members in a weld has been reported. For this reason, it is desired to be able to evaluate such a crack that propagates across a plurality of members. Therefore, conventionally, in a structure having a welded portion, a simulation of crack propagation across the welded portion has also been performed (see, for example, Patent Documents 2 and 3). In the technique described in Patent Document 2, in order to analyze the progress of a crack in a welded structure in a three-dimensional manner, a finite element analysis is performed using joint information at the joint and information on the crack. Here, the joining information is the material of the member in contact with the joining line, the length of the joining line, the welding method of the members, and the like. In the technique described in Patent Document 3, crack propagation analysis is performed so that the mesh contact is positioned on the leading edge of the crack.
しかしながら、特許文献２に記載の技術では、溶接線の長さを含む接合情報を用いる必要がある。例えば、上述したＨＡＺ（熱影響部）と母材部や溶接部との接合線のように、接合線の長さを正確に特定できない構造の場合には、正確な接合情報を用いることができず、き裂状態を効率的に評価することは難しかった。 However, in the technique described in Patent Document 2, it is necessary to use joint information including the length of the weld line. For example, accurate joint information can be used in the case of a structure in which the length of the joint line cannot be accurately specified, such as the joint line between the HAZ (heat affected zone) and the base metal part or the welded part. Therefore, it was difficult to efficiently evaluate the crack state.
また、特許文献３に記載の技術では、き裂の前縁上にメッシュの接点を位置させる必要があるため、き裂進展方向と進展量を予測する度に、メッシュの再作成を行なう必要がある。このため、母材や溶接部等を横断して進展するき裂を効率よく簡易に評価することは難しい。 Further, in the technique described in Patent Document 3, since it is necessary to position the mesh contact on the leading edge of the crack, it is necessary to recreate the mesh every time the crack propagation direction and the amount of progress are predicted. is there. For this reason, it is difficult to efficiently and simply evaluate a crack that propagates across a base material, a welded portion, or the like.
本発明は、構造物のき裂状態を、効率的に評価するための損傷評価システム及び損傷評価プログラムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a damage evaluation system and a damage evaluation program for efficiently evaluating the crack state of a structure.
上記課題を解決する損傷評価システムは、材料特性が異なる複数の部分から構成された構造物について、前記構造物を構成する要素毎の経過時間に応じた材料特性及び位置に関するデータを記憶した基礎情報記憶部に接続され、前記構造物におけるき裂状態を評価する制御部を備えた損傷評価システムであって、前記制御部は、前記基礎情報記憶部において前記構造物の各要素の経過時間に応じた材料特性及び位置を特定し、前記構造物に荷重を負荷して前記各要素の応力を算出し、前記算出した応力に基づいて、き裂のき裂進展速度を算出し、前記き裂進展速度から前記き裂のき裂状態を特定して出力する。これにより、経過時間に応じた材料特性を考慮することができる。更に、き裂進展速度の算出よりも前に算出した応力と材料特性とを用いて、材料特性が異なる複数の部分から構成された構造物について、異なる複数の部分を横断してき裂状態を評価することができるので、損傷評価を効率的に行なうことができる。ここで、材料特性としては、構造物の評価開始からの経過時間に応じて、各要素の応力の算出に用いるパラメータ値を用いる。 The damage evaluation system that solves the above-mentioned problem is a basic information that stores data on material properties and positions according to the elapsed time of each element constituting the structure, for a structure composed of a plurality of parts having different material properties. A damage evaluation system that is connected to a storage unit and includes a control unit that evaluates a crack state in the structure, wherein the control unit corresponds to an elapsed time of each element of the structure in the basic information storage unit. Specific material properties and positions, calculate a stress of each element by applying a load to the structure, calculate a crack growth rate of the crack based on the calculated stress, and The crack state of the crack is specified from the velocity and output. Thereby, the material characteristic according to elapsed time can be considered. Furthermore, using the stress and material properties calculated prior to the calculation of crack growth rate, the structure of multiple parts with different material properties is evaluated across the different parts. Therefore, damage evaluation can be performed efficiently. Here, as the material characteristics, parameter values used for calculating the stress of each element are used according to the elapsed time from the start of the evaluation of the structure.
上記損傷評価システムにおいては、前記荷重は、前記構造物の運転及び停止からなる運転サイクルに応じた荷重であって、前記制御部は、前記基礎情報記憶部において前記構造物の各要素の材料特性及び位置を特定し、前記運転サイクルにおける荷重を負荷して、前記各要素の応力を算出し、前記算出したき裂状態に応じて、き裂の要素の材料特性を取得し、前記材料特性に基づいて、き裂進展速度を算出することが好ましい。これにより、き裂の要素の材料特性を考慮して、構造物の運転及び停止からなる運転サイクルに応じた荷重を負荷して、き裂状態を算出することができる。 In the damage evaluation system, the load is a load according to an operation cycle including operation and stop of the structure, and the control unit is configured such that the basic information storage unit has material characteristics of each element of the structure. And position, load the load in the operation cycle, calculate the stress of each element, acquire the material characteristics of the crack element according to the calculated crack state, It is preferable to calculate the crack growth rate based on this. Thereby, in consideration of the material characteristics of the crack element, it is possible to calculate the crack state by applying a load corresponding to the operation cycle including operation and stop of the structure.
上記損傷評価システムにおいては、前記制御部は、前記基礎情報記憶部において前記構造物の各要素の材料特性及び位置を特定し、前記荷重を負荷した有限要素解析によって、前記各要素のひずみ、温度及び応力を算出し、前記各要素のひずみ、温度及び応力を用いて、前記運転サイクルにおける各要素における損傷率を算出し、前記損傷率を用いて予測された初期き裂発生位置を含む最初のき裂状態を特定し、き裂状態と、算出した前記各要素の応力とを用いて、き裂進展速度を算出し、このき裂進展速度から新たなき裂状態を特定する処理を繰り返し実行して、き裂状態を特定することが好ましい。これにより、各要素の材料特性を考慮した初期き裂発生位置を用いて、き裂進展速度を算出しながら、損傷評価を行なうことができる。 In the damage evaluation system, the control unit specifies the material characteristics and position of each element of the structure in the basic information storage unit, and performs strain, temperature of each element by finite element analysis loaded with the load. And calculating the damage rate of each element in the operation cycle using the strain, temperature and stress of each element, and including the initial crack occurrence position predicted using the damage rate. The crack state is identified, the crack growth rate is calculated using the crack state and the calculated stress of each element, and the process of identifying a new crack state from this crack growth rate is repeatedly executed. Thus, it is preferable to specify the crack state. Thereby, damage evaluation can be performed while calculating the crack growth rate using the initial crack generation position in consideration of the material characteristics of each element.
上記損傷評価システムにおいては、前記制御部は、前記損傷率がき裂発生判定値を超えた箇所を、初期き裂発生位置として特定することが好ましい。これにより、初期き裂発生位置を効率的に特定することができる。 In the damage evaluation system, it is preferable that the control unit specifies, as an initial crack generation position, a location where the damage rate exceeds a crack generation determination value. Thereby, the initial crack generation position can be identified efficiently.
本発明によれば、構造物のき裂状態を、効率的に評価することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the crack state of a structure can be evaluated efficiently.
以下、図１〜図９を用いて、損傷評価システムを具体化した一実施形態を説明する。
本実施形態においては、構造物に生じたき裂により損傷を評価する。例えば、構造物として、蒸気タービンや配管等、火力発電所における高温機器（設備）がある。
Hereinafter, an embodiment in which the damage evaluation system is embodied will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, damage is evaluated by a crack generated in the structure. For example, the structure includes high-temperature equipment (equipment) in a thermal power plant such as a steam turbine and piping.
図１に示すように、損傷評価システム２０は、入力部１１及び出力部１２を備えている。入力部１１は、各種情報を入力するための入力手段であり、キーボードやポインティングデバイス、記録媒体からデータを取得する入力インターフェイス等により構成される。また、出力部１２は、ディスプレイ等、各種情報を出力するためのデータ出力部から構成されている。 As shown in FIG. 1, the damage evaluation system 20 includes an input unit 11 and an output unit 12. The input unit 11 is an input unit for inputting various information, and includes a keyboard, a pointing device, an input interface for acquiring data from a recording medium, and the like. The output unit 12 includes a data output unit for outputting various information such as a display.
損傷評価システム２０は、構造物の損傷を評価するためのコンピュータシステムである。この損傷評価システム２０は、制御部２１、基礎情報記憶部２２、ＦＥＭ解析結果記憶部２３及びき裂状態記憶部２４を備えている。 The damage evaluation system 20 is a computer system for evaluating damage to a structure. The damage evaluation system 20 includes a control unit 21, a basic information storage unit 22, an FEM analysis result storage unit 23, and a crack state storage unit 24.
制御部２１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリ等を備え、各記憶部（２２，２３，２４）に接続されており、損傷評価処理を実行する。そして、損傷評価処理プログラムを実行することにより、制御部２１は、管理部２１０、ＦＥＭ計算部２１１、損傷率計算部２１２及び進展計算部２１３として機能する。 The control unit 21 includes a CPU, a memory such as a RAM and a ROM, and is connected to each storage unit (22, 23, 24), and executes a damage evaluation process. And the control part 21 functions as the management part 210, the FEM calculation part 211, the damage rate calculation part 212, and the progress calculation part 213 by executing the damage evaluation processing program.
管理部２１０は、計算対象の構造物に関する情報を取得したり、計算に必要な情報を出力したりする処理を実行する。管理部２１０は、運転サイクルに関する経過サイクル数、繰り返し数に関するデータを仮記憶する。
経過サイクル数は、損傷評価処理の開始から繰り返された運転サイクルの総数である。この経過サイクル数は、損傷評価処理の開始時にリセットされ、き裂進展計算処理が終了するまで、継続してカウントアップされる。
繰り返し数は、繰り返し計算における繰り返し回数（運転サイクル数）である。この繰り返し数は、繰り返し計算の開始時にリセットされ、繰り返し計算が終了するまでカウントアップされる。
The management unit 210 executes processing for acquiring information related to the structure to be calculated and outputting information necessary for the calculation. The management unit 210 temporarily stores data related to the number of elapsed cycles and the number of repetitions related to the operation cycle.
The number of elapsed cycles is the total number of operation cycles repeated from the start of the damage evaluation process. This elapsed cycle number is reset at the start of the damage evaluation process, and is continuously counted up until the crack propagation calculation process ends.
The number of repetitions is the number of repetitions (number of operation cycles) in the repetition calculation. The number of repetitions is reset at the start of the repetition calculation, and is counted up until the repetition calculation ends.
次に、図２を用いて、ＦＥＭ計算部２１１、損傷率計算部２１２及び進展計算部２１３を説明する。
ＦＥＭ計算部２１１は、構造物の形状や構成要素に応じて、有限要素法（ＦＥＭ）に適したメッシュを作成する。例えば、配管の軸方向あるいは周方向の突き合わせ溶接部を想定する場合は、母材部、溶接部、ＨＡＺ（熱影響部）から構成される配管のＦＥＭ用メッシュを作成する。
Next, the FEM calculation unit 211, the damage rate calculation unit 212, and the progress calculation unit 213 will be described with reference to FIG.
The FEM calculation unit 211 creates a mesh suitable for the finite element method (FEM) according to the shape and components of the structure. For example, when assuming a butt weld in the axial direction or the circumferential direction of a pipe, a FEM mesh for the pipe composed of a base material portion, a welded portion, and a HAZ (heat affected zone) is created.
更に、ＦＥＭ計算部２１１は、評価する構造物のひずみ分布、温度分布及び応力分布を算出する処理を実行する。具体的には、ＦＥＭ計算部２１１は、構造物の材料別の形状、この構造物の材料特性及び荷重条件を用いて、構造物を構成する有限要素法（ＦＥＭ）による各要素のひずみ、温度及び応力を計算する。この場合、ＦＥＭ計算部２１１は、荷重（応力）と変形（ひずみ）とをバランスさせたＦＥＭの解き方の１つである陰解法を用いて計算を行なう。そして、この計算において、以下のクリープひずみ速度式を用いる。 Further, the FEM calculation unit 211 executes processing for calculating strain distribution, temperature distribution, and stress distribution of the structure to be evaluated. Specifically, the FEM calculation unit 211 uses the shape of the structure for each material, the material characteristics of the structure, and the load conditions, and the strain and temperature of each element by the finite element method (FEM) that configures the structure. And calculate the stress. In this case, the FEM calculation unit 211 performs calculation using an implicit method that is one of the methods for solving FEM in which load (stress) and deformation (strain) are balanced. In this calculation, the following creep strain rate equation is used.
例えば、鋼管「エルボ」を解析対象とした事例においては、具体的には、下記の係数Ａや指数を用いる。
For example, in the case where the steel pipe “elbow” is an analysis target, specifically, the following coefficient A and index are used.
損傷率計算部２１２は、ＦＥＭ計算部２１１が算出したひずみ分布、温度分布及び応力分布を用いて、損傷率を算出する処理を実行する。具体的には、損傷率計算部２１２は、疲労損傷率を計算するための疲労損傷率計算式、クリープ損傷率を計算するためのクリープ損傷率計算式を記憶している。疲労損傷率算出式及びクリープ損傷率算出式は、ひずみ、温度及び応力と、基礎情報記憶部２２に記録された各パラメータ、運転時間（運転サイクル）を変数として、それぞれ損傷率を算出するための関数である。
本実施形態では、疲労損傷率算出式として、例えば、以下の関数を用いる。
The damage rate calculation unit 212 executes processing for calculating the damage rate using the strain distribution, temperature distribution, and stress distribution calculated by the FEM calculation unit 211. Specifically, the damage rate calculation unit 212 stores a fatigue damage rate calculation formula for calculating the fatigue damage rate and a creep damage rate calculation formula for calculating the creep damage rate. The fatigue damage rate calculation formula and the creep damage rate calculation formula are used to calculate the damage rate using the strain, temperature and stress, each parameter recorded in the basic information storage unit 22 and the operation time (operation cycle) as variables. It is a function.
In the present embodiment, for example, the following function is used as a fatigue damage rate calculation formula.
また、本実施形態では、クリープ損傷率算出式として、例えば、以下の関数を用いる。
Moreover, in this embodiment, the following functions are used as a creep damage rate calculation formula, for example.
進展計算部２１３は、構造物に生じたき裂の寸法を算出するき裂進展計算を実行する。具体的には、クリープ／疲労き裂進展速度（疲労き裂進展速度とクリープき裂進展速度との和）を算出する。このため、進展計算部２１３は、疲労き裂進展速度及びクリープき裂進展速度をそれぞれ算出する算出式と、これらの計算に用いる破壊力学パラメータの算出式とを保持している。本実施形態では、破壊力学パラメータとして、構造物の表面に形成された表面き裂と、構造物の内部に生成された埋没き裂とを分けて計算する。このため、進展計算部２１３は、表面き裂に対する破壊力学パラメータと、埋没き裂に対する破壊力学パラメータとをそれぞれ算出する算出式を保持している。これら破壊力学パラメータは、各要素の応力と、材料特性、き裂進展解析で入力されるき裂の寸法とを用いて算出される。 The propagation calculation unit 213 performs crack propagation calculation for calculating the size of a crack generated in the structure. Specifically, the creep / fatigue crack growth rate (the sum of the fatigue crack growth rate and the creep crack growth rate) is calculated. For this reason, the progress calculation unit 213 holds calculation formulas for calculating the fatigue crack growth rate and the creep crack growth rate, respectively, and calculation formulas for fracture mechanics parameters used for these calculations. In the present embodiment, the fracture mechanics parameter is calculated by dividing the surface crack formed on the surface of the structure and the buried crack generated inside the structure. For this reason, the progress calculation unit 213 holds calculation formulas for calculating the fracture mechanics parameter for the surface crack and the fracture mechanics parameter for the buried crack, respectively. These fracture mechanics parameters are calculated using the stress of each element, material characteristics, and crack dimensions input in crack growth analysis.
更に、進展計算部２１３は、基準範囲値、基準深さ値に関するデータを保持している。基準範囲値は、き裂寸法に応じて、計算対象要素を特定するために用いられる。また、基準深さ値は、表面き裂、埋没き裂を判定するために用いられる。 Furthermore, the progress calculation unit 213 holds data related to the reference range value and the reference depth value. The reference range value is used to specify the calculation target element according to the crack size. The reference depth value is used for determining surface cracks and buried cracks.
図１に示すように、基礎情報記憶部２２には、計算対象の構造物に関する基礎情報が記憶されている。本実施形態の基礎情報には、構造物の形状（３次元）、荷重条件、構造物の材料特性に関する情報が含まれる。
構造物の形状に関する情報には、構造物の全体形状、構造物の各要素における構成要素（母材部、溶接部、ＨＡＺ（熱影響部））の形状に関する情報が含まれている。
荷重条件に関する情報には、設備の稼働に伴う「停止→起動→停止」の各段階を含むサイクルにおいて、各段階で加える荷重（温度、所要時間）が含まれる。
As shown in FIG. 1, the basic information storage unit 22 stores basic information related to the structure to be calculated. The basic information of the present embodiment includes information on the shape (three-dimensional) of the structure, the load condition, and the material characteristics of the structure.
The information on the shape of the structure includes information on the overall shape of the structure and the shape of the constituent elements (base material portion, welded portion, HAZ (heat affected zone)) of each element of the structure.
The information on the load condition includes a load (temperature, required time) applied at each stage in a cycle including each stage of “stop → start → stop” accompanying the operation of the equipment.
構造物の材料特性に関する情報には、構成要素毎に、疲労損傷率及びクリープ損傷率を算出するための材料特性に関する情報が含まれる。本実施形態では、経過時間（例えば経年年数等）に応じた材料特性に関する情報が記録される。 The information on the material properties of the structure includes information on the material properties for calculating the fatigue damage rate and the creep damage rate for each component. In the present embodiment, information on material properties according to elapsed time (for example, age) is recorded.
ＦＥＭ解析結果記憶部２３には、ＦＥＭ計算部２１１が算出したＦＥＭ解析結果に関するデータが記憶される。ＦＥＭ解析結果として、有限要素法において用いた構造物を構成する要素毎にひずみ、温度及び応力が関連付けられて記憶される。 The FEM analysis result storage unit 23 stores data related to the FEM analysis result calculated by the FEM calculation unit 211. As an FEM analysis result, strain, temperature, and stress are stored in association with each element constituting the structure used in the finite element method.
き裂状態記憶部２４には、進展計算部２１３が算出したき裂状態に関するデータが記憶される。本実施形態では、き裂状態に関するデータとして、現在のき裂位置（き裂を楕円近似したときの中心位置）、き裂想定面の方向及びき裂寸法（き裂想定面におけるき裂位置からの深さ及び長さ）に関するデータが記録される。 The crack state storage unit 24 stores data related to the crack state calculated by the progress calculation unit 213. In the present embodiment, as data related to the crack state, the current crack position (center position when the ellipse is approximated to the crack), the direction of the assumed crack surface and the crack size (from the crack position on the assumed crack surface) Data on the depth and length of the
（損傷評価処理）
次に、図３を用いて、損傷評価処理を説明する。
まず、損傷評価システム２０の制御部２１は、条件の取得処理を実行する（ステップＳ１−１）。具体的には、制御部２１の管理部２１０は、出力部１２に、評価対象指定画面を出力する。この場合、ユーザは、入力部１１を用いて、予め準備しておいた計算対象の構造物の３次元形状を指定する。更に、ユーザは、入力部１１を用いて、構造物の各領域について、構成要素（母材部、溶接部、ＨＡＺ（熱影響部））を指定する。更に、入力部１１を用いて、構成要素の材料特性に関するデータを入力する。この材料特性は、経過時間毎に入力する。この場合、管理部２１０は、入力部１１を用いて指定された構造物の形状、構成要素、材料特性に関する情報を、基礎情報記憶部２２に記録する。
(Damage evaluation process)
Next, the damage evaluation process will be described with reference to FIG.
First, the control unit 21 of the damage evaluation system 20 executes a condition acquisition process (step S1-1). Specifically, the management unit 210 of the control unit 21 outputs an evaluation target designation screen to the output unit 12. In this case, the user designates the three-dimensional shape of the calculation target structure prepared in advance using the input unit 11. Further, the user uses the input unit 11 to specify components (base material part, welded part, HAZ (heat affected part)) for each region of the structure. Furthermore, the data regarding the material characteristic of a component is input using the input part 11. FIG. This material characteristic is input every elapsed time. In this case, the management unit 210 records information on the shape, component, and material characteristics of the structure designated using the input unit 11 in the basic information storage unit 22.
更に、管理部２１０は、出力部１２に、荷重指定画面を出力する。この場合、ユーザは、評価に用いる荷重条件（温度、時間）を入力する。例えば、停止→起動→停止のサイクル（時間（横軸）に対して、荷重（縦軸）とする台形波）について、「停止時の荷重」、「運転時の荷重」、「運転時間」の組み合わせ（運転サイクル）を設定する。この場合、管理部２１０は、入力部１１を用いて指定された荷重条件に関する情報を、基礎情報記憶部２２に記録する。 Furthermore, the management unit 210 outputs a load designation screen to the output unit 12. In this case, the user inputs a load condition (temperature, time) used for evaluation. For example, for the cycle of stop → start → stop (trapezoidal wave with load (vertical axis) against time (horizontal axis)), “load at stop”, “load at operation”, “operation time” Set the combination (operation cycle). In this case, the management unit 210 records information on the load condition specified using the input unit 11 in the basic information storage unit 22.
そして、ＦＥＭ計算部２１１は、構造物の形状において、有限要素法に適したメッシュを作成する。例えば、配管の軸方向あるいは周方向の突き合わせ溶接部を想定する場合は、母材部、溶接部、ＨＡＺ（熱影響部）から構成される配管のＦＥＭ用メッシュを作成する。
ここで、鋼管「エルボ」について損傷評価を行なう場合を例示する。
図５は、鋼管「エルボ」の管軸の垂直面の断面のメッシュを示す。このように、ＦＥＭ計算部２１１は、その配管の形状に合わせたメッシュを生成する。例えば、図５に示すように、ＨＡＺ（熱影響部）３３のメッシュが密となり、母材部３１のメッシュが疎となるメッシュを作成する。そして、ＦＥＭ計算部２１１は、メッシュの各要素（各格子点）の位置に対応して、各要素の材料（母材部、溶接部、ＨＡＺ（熱影響部））を識別する材料識別子を関連付けておく。
Then, the FEM calculation unit 211 creates a mesh suitable for the finite element method in the shape of the structure. For example, when assuming a butt weld in the axial direction or the circumferential direction of a pipe, a FEM mesh for the pipe composed of a base material portion, a welded portion, and a HAZ (heat affected zone) is created.
Here, the case where damage evaluation is performed on the steel pipe “elbow” is illustrated.
FIG. 5 shows a mesh of the cross section of the vertical plane of the pipe axis of the steel pipe “elbow”. Thus, the FEM calculation unit 211 generates a mesh that matches the shape of the pipe. For example, as shown in FIG. 5, a mesh is created in which the HAZ (heat-affected zone) 33 mesh is dense and the base material portion 31 mesh is sparse. Then, the FEM calculation unit 211 associates a material identifier for identifying the material (base material part, welded part, HAZ (heat affected part)) of each element corresponding to the position of each element (each lattice point) of the mesh. Keep it.
そして、ユーザは、繰り返し計算を行なう回数（第１継続サイクル数）を入力する。更に、計算開始指示が入力された場合、制御部２１の管理部２１０は、初めての計算の場合には、経過サイクル数、繰り返し数を「０」に設定する。そして、繰り返し数が第１継続サイクル数に達するまで、運転サイクル毎に、以下の処理を繰り返す。 Then, the user inputs the number of times of repeated calculation (first continuous cycle number). Furthermore, when a calculation start instruction is input, the management unit 210 of the control unit 21 sets the number of elapsed cycles and the number of repetitions to “0” for the first calculation. Then, the following processing is repeated for each operation cycle until the number of repetitions reaches the number of first continuous cycles.
ここで、まず、損傷評価システム２０の制御部２１は、材料特性の特定処理を実行する（ステップＳ１−２）。具体的には、制御部２１のＦＥＭ計算部２１１は、管理部２１０から経過サイクル数（損傷評価処理の開始時からの現在の運転サイクル数）を取得する。次に、ＦＥＭ計算部２１１は、経過サイクル数に１サイクルの所要時間を乗算して経過時間を算出する。そして、ＦＥＭ計算部２１１は、経過時間に応じた材料特性を、基礎情報記憶部２２から特定する。 Here, first, the control unit 21 of the damage evaluation system 20 executes a material property specifying process (step S1-2). Specifically, the FEM calculation unit 211 of the control unit 21 acquires the number of elapsed cycles (current number of operation cycles from the start of the damage evaluation process) from the management unit 210. Next, the FEM calculation unit 211 calculates the elapsed time by multiplying the number of elapsed cycles by the required time of one cycle. Then, the FEM calculation unit 211 specifies material characteristics corresponding to the elapsed time from the basic information storage unit 22.
次に、損傷評価システム２０の制御部２１は、有限要素法による解析処理を実行する（ステップＳ１−３）。具体的には、制御部２１のＦＥＭ計算部２１１は、運転サイクルの荷重条件を用いて、構造物を構成する要素毎に、ひずみ、温度及び応力を計算する。そして、ＦＥＭ計算部２１１は、各要素の要素識別子に関連付けて計算結果（ひずみ、温度及び応力）をＦＥＭ解析結果記憶部２３に記憶する。この場合、ＦＥＭ計算部２１１は、既にＦＥＭ解析結果記憶部２３に計算結果が記録されている場合には、新たに算出した計算結果を上書き記録する。 Next, the control part 21 of the damage evaluation system 20 performs the analysis process by a finite element method (step S1-3). Specifically, the FEM calculation unit 211 of the control unit 21 calculates strain, temperature, and stress for each element constituting the structure using the load condition of the operation cycle. Then, the FEM calculation unit 211 stores the calculation results (strain, temperature, and stress) in the FEM analysis result storage unit 23 in association with the element identifier of each element. In this case, when the calculation result is already recorded in the FEM analysis result storage unit 23, the FEM calculation unit 211 overwrites and records the newly calculated calculation result.
ここで、ＦＥＭ計算部２１１において算出した応力の具体例を説明する。
ここでは、鋼管「エルボ」について損傷評価を行なう場合について説明する。
この場合、鋼管「エルボ」の材料特性を、経年に応じて上述した表１に示す範囲で変化させた値を用いる。また、負荷として、温度（５７５度）を３０万時間で加える場合を想定する。
ステップＳ１−２において、ＦＥＭ計算部２１１は、鋼管「エルボ」に対して作成したメッシュの各要素（各格子点）の材料識別子を特定する。そして、ＦＥＭ計算部２１１は、基礎情報記憶部２２から、材料識別子と経過時間とに対応する材料特性（上述した表１に示す材料特性）を取得する。
ステップＳ１−３において、ＦＥＭ計算部２１１は、鋼管「エルボ」のメッシュの要素毎（格子点毎）に、上述したクリープひずみ速度式や隣接する要素の関係式を用いた陰解法（ＦＥＭ法）を利用して、ひずみ、温度及び応力を計算する。そして、ＦＥＭ計算部２１１は、格子点毎に、ひずみ、温度及び応力をＦＥＭ解析結果記憶部２３に記憶する。
ここで、図６（ａ）及び図６（ｂ）には、算出した応力の最大主応力を、内表面からの距離とともに示した一例を示す。ここでは、９０度「エルボ」の４５度位置にあるＨＡＺ（熱影響部）の中央部に生じる最大主応力について、内表面からの距離を変数とした分布を示している。図６（ａ）は、経過時間に依存せずに一定の材料特性を用いて最大主応力を算出した場合の分布を示している。具体的には、上述したクリープひずみ速度式における係数Ａとして、表１における「荷重負荷後」の値を用いる。一方、図６（ｂ）は、経過時間に応じた材料特性を用いて最大主応力を算出した場合の分布を示している。具体的には、クリープひずみ速度式における係数Ａとして、表１における時間毎の値を用いる。図６（ａ）及び図６（ｂ）における各線σ０、σ１、σ２、σ３、σ４は、荷重負荷後、７．５時間後、１５万時間後、２２．５万時間後、３０万時間後の最大主応力を示している。なお、図６（ａ）及び図６（ｂ）から、経過時間が長くなるに従って、最大主応力の最大値が、内表面から離れた位置に移動していることがわかる。
Here, a specific example of the stress calculated by the FEM calculation unit 211 will be described.
Here, a case where damage evaluation is performed on a steel pipe “elbow” will be described.
In this case, a value obtained by changing the material characteristics of the steel pipe “elbow” in the range shown in Table 1 according to the aging is used. Moreover, the case where temperature (575 degree | times) is added as a load in 300,000 hours is assumed.
In step S1-2, the FEM calculation unit 211 identifies the material identifier of each element (each lattice point) of the mesh created for the steel pipe “elbow”. Then, the FEM calculation unit 211 acquires material characteristics (material characteristics shown in Table 1 described above) corresponding to the material identifier and the elapsed time from the basic information storage unit 22.
In step S <b> 1-3, the FEM calculation unit 211 uses an implicit method (FEM method) using the above-described creep strain rate equation and the relational equation of adjacent elements for each element (for each lattice point) of the mesh of the steel pipe “elbow”. Is used to calculate strain, temperature and stress. Then, the FEM calculation unit 211 stores the strain, temperature, and stress in the FEM analysis result storage unit 23 for each lattice point.
Here, FIG. 6A and FIG. 6B show an example in which the maximum principal stress of the calculated stress is shown together with the distance from the inner surface. Here, the distribution of the maximum principal stress generated in the central portion of the HAZ (heat affected zone) at the 45 ° position of 90 ° “elbow” with the distance from the inner surface as a variable is shown. FIG. 6A shows a distribution when the maximum principal stress is calculated using a certain material characteristic without depending on the elapsed time. Specifically, the value “after load” in Table 1 is used as the coefficient A in the creep strain rate equation described above. On the other hand, FIG. 6B shows the distribution when the maximum principal stress is calculated using the material characteristics corresponding to the elapsed time. Specifically, the value for each time in Table 1 is used as the coefficient A in the creep strain rate equation. The lines σ0, σ1, σ2, σ3, and σ4 in FIGS. 6A and 6B are 7.5 hours, 150,000 hours, 225,000 hours, and 300,000 hours after loading, respectively. The maximum principal stress is shown. 6A and 6B that the maximum value of the maximum principal stress moves to a position away from the inner surface as the elapsed time becomes longer.
次に、損傷評価システム２０の制御部２１は、疲労損傷率計算処理を実行する（ステップＳ１−４）。具体的には、制御部２１の損傷率計算部２１２は、算出した各要素のひずみ、応力、材料特性、繰り返し回数（サイクル数）を、疲労損傷率計算式に代入して、各要素の疲労損傷率を算出する。 Next, the control part 21 of the damage evaluation system 20 performs a fatigue damage rate calculation process (step S1-4). Specifically, the damage rate calculation unit 212 of the control unit 21 substitutes the calculated strain, stress, material characteristics, and number of repetitions (number of cycles) of each element into the fatigue damage rate calculation formula to determine the fatigue of each element. Calculate the damage rate.
次に、損傷評価システム２０の制御部２１は、クリープ損傷率計算処理を実行する（ステップＳ１−５）。具体的には、制御部２１の損傷率計算部２１２は、算出した各要素のひずみ、温度、応力、材料特性、時間を、クリープ損傷率計算式に代入して、各要素のクリープ損傷率を算出する。 Next, the control part 21 of the damage evaluation system 20 performs a creep damage rate calculation process (step S1-5). Specifically, the damage rate calculation unit 212 of the control unit 21 substitutes the calculated strain, temperature, stress, material property, and time of each element into the creep damage rate calculation formula, and calculates the creep damage rate of each element. calculate.
次に、損傷評価システム２０の制御部２１は、計算結果の出力処理を実行する（ステップＳ１−６）。具体的には、制御部２１の損傷率計算部２１２は、疲労損傷率及びクリープ損傷率をそれぞれ表した２つの画面を含む損傷分布画面を、出力部１２に表示する。この場合、損傷率計算部２１２は、疲労損傷率の高さ、クリープ損傷率の高さを識別できるように出力する。 Next, the control unit 21 of the damage evaluation system 20 executes calculation result output processing (step S1-6). Specifically, the damage rate calculation unit 212 of the control unit 21 displays a damage distribution screen including two screens each representing the fatigue damage rate and the creep damage rate on the output unit 12. In this case, the damage rate calculation unit 212 outputs so that the fatigue damage rate and the creep damage rate can be identified.
次に、制御部２１は、経過サイクル数、繰り返し数に「１」を加算する。そして、繰り返し数が、第１継続サイクル数に達するまで、以上の処理を繰り返す。
次に、損傷評価システム２０の制御部２１は、初期き裂が発生したか否かの判定処理を実行する（ステップＳ１−７）。具体的には、制御部２１の管理部２１０は、出力部１２にき裂発生確認画面を出力する。
前述した鋼管「エルボ」について損傷評価を行なった場合のき裂発生確認画面に表示されるクリープ損傷率の分布の具体例を説明する。
図７（ａ）及び図７（ｂ）には、９０度エルボにおける４５度位置において、３０万時間の経過後のクリープ損傷率の分布を示している。図７（ａ）及び図７（ｂ）において、下側円弧がエルボの内表面側であり、上側円弧がエルボの外表面側である。図７（ａ）及び図７（ｂ）において、母材部３１と溶接部３２の間にＨＡＺ（熱影響部）３３が存在する。
図７（ａ）には、経過時間に係らず一定の材料特性を用いて算出したクリープ損傷率の分布、図７（ｂ）には、経過時間に応じた材料特性を用いて算出したクリープ損傷率の分布を示している。
図７（ａ）においては、内表面側において、溶接部３２を中心として、クリープ損傷率が高くなっていることを示している。図７（ｂ）においては、溶接部３２の内部が、若干クリープ損傷率が高くなっていることを示している。ただし、最もクリープ損傷率が高い領域の絶対値は、図７（ｂ）の方が低い。また、図７（ｂ）において、溶接部３２やＨＡＺ（熱影響部）３３は、母材部３１に比べてクリープ損傷率が高くなっているが、この断面においては、図７（ａ）の場合に比べて、クリープ損傷率が高い部分が少なくなっている。
Next, the control unit 21 adds “1” to the number of elapsed cycles and the number of repetitions. The above processing is repeated until the number of repetitions reaches the first number of continuous cycles.
Next, the control unit 21 of the damage evaluation system 20 executes a process for determining whether or not an initial crack has occurred (step S1-7). Specifically, the management unit 210 of the control unit 21 outputs a crack occurrence confirmation screen to the output unit 12.
A specific example of the distribution of the creep damage rate displayed on the crack generation confirmation screen when damage evaluation is performed on the aforementioned steel pipe “elbow” will be described.
FIGS. 7A and 7B show the creep damage rate distribution after 300,000 hours at the 45 degree position of the 90 degree elbow. 7A and 7B, the lower arc is the inner surface side of the elbow, and the upper arc is the outer surface side of the elbow. In FIGS. 7A and 7B, a HAZ (heat affected zone) 33 exists between the base material portion 31 and the welded portion 32.
FIG. 7A shows the distribution of creep damage rate calculated using constant material characteristics regardless of the elapsed time, and FIG. 7B shows the creep damage calculated using material characteristics corresponding to the elapsed time. The distribution of rates is shown.
FIG. 7A shows that the creep damage rate is high around the welded portion 32 on the inner surface side. FIG. 7B shows that the inside of the welded portion 32 has a slightly high creep damage rate. However, the absolute value of the region having the highest creep damage rate is lower in FIG. Moreover, in FIG.7 (b), although the weld part 32 and HAZ (heat-affected part) 33 have a high creep damage rate compared with the base material part 31, in this cross section, FIG. Compared with the case, the portion where the creep damage rate is high is reduced.
出力部１２に出力したき裂発生確認画面においては、初期き裂の発生の有無を入力するための選択ボタンが含まれる。管理部２１０は、損傷分布画面を確認したユーザによる選択ボタンの選択に基づいて判定する。
図７（ｂ）には、前述した鋼管「エルボ」についての損傷評価の場合にき裂発生確認画面に含まれる一例の損傷分布画面を示している。ここで、ユーザが、クリープ損傷率に基づいて、初期き裂が発生したと判定した場合、初期き裂の発生「あり」の選択ボタンを選択する。
ここで、初期き裂の発生「あり」の選択ボタンが選択され、初期き裂が発生したと判定した場合（ステップＳ１−７において「ＹＥＳ」の場合）、制御部２１の進展計算部２１３は、き裂進展計算処理（ステップＳ１−８）を実行する。このき裂進展計算処理については、図４を用いて、後述する。
The crack generation confirmation screen output to the output unit 12 includes a selection button for inputting whether or not an initial crack has occurred. The management unit 210 makes a determination based on selection of a selection button by a user who has confirmed the damage distribution screen.
FIG. 7B shows an example of a damage distribution screen included in the crack generation confirmation screen in the case of the damage evaluation for the steel pipe “elbow” described above. Here, when the user determines that an initial crack has occurred based on the creep damage rate, the user selects the selection button for the occurrence of the initial crack “present”.
Here, when the selection button of the initial crack occurrence “present” is selected and it is determined that the initial crack has occurred (in the case of “YES” in step S1-7), the progress calculation unit 213 of the control unit 21 Then, the crack growth calculation process (step S1-8) is executed. This crack growth calculation process will be described later with reference to FIG.
一方、初期き裂の発生「なし」の選択ボタンが選択され、初期き裂が発生していないと判定した場合（ステップＳ１−７において「ＮＯ」の場合）、制御部２１の管理部２１０は、次の運転サイクルについて、ステップＳ１−２以降の処理を繰り返して実行する。この場合、管理部２１０は、仮記憶している経過サイクル数に対して、継続してカウントアップする。また、管理部２１０は、仮記憶している繰り返し数をリセットする。 On the other hand, when the selection button for the occurrence of initial crack “None” is selected and it is determined that no initial crack has occurred (in the case of “NO” in step S1-7), the management unit 210 of the control unit 21 For the next operation cycle, the processes after step S1-2 are repeated. In this case, the management unit 210 continuously counts up the number of elapsed cycles temporarily stored. In addition, the management unit 210 resets the temporarily stored repetition count.
（き裂進展計算処理）
次に、図４を用いて、き裂進展計算処理（ステップＳ１−８）について説明する。
まず、損傷評価システム２０の制御部２１は、初期き裂位置、き裂想定面の取得処理を実行する（ステップＳ２−１）。具体的には、制御部２１の進展計算部２１３は、き裂情報入力画面を出力部１２に表示する。
(Crack propagation calculation processing)
Next, crack growth calculation processing (step S1-8) will be described with reference to FIG.
First, the control unit 21 of the damage evaluation system 20 performs an initial crack position and assumed crack surface acquisition process (step S2-1). Specifically, the progress calculation unit 213 of the control unit 21 displays a crack information input screen on the output unit 12.
このき裂情報入力画面には、初期き裂位置を指定する位置入力画面と、き裂想定面の方向を選択するき裂想定面選択欄と、実行ボタンとが含まれる。位置入力画面には、３次元形状において損傷分布が表示される。また、き裂想定面選択欄においては、計算対象の構造物の３次元形状を表現する各軸を選択することができる。例えば、円筒形状の構造物については、円周方向、径方向、軸線方向等を選択することができる。
ここで、ユーザは、き裂情報入力画面において、初期き裂位置を指定するとともに、き裂想定面の方向を選択する。ここで、例えば、初期き裂位置として、内表面からの距離を指定する。
This crack information input screen includes a position input screen for designating an initial crack position, a crack assumed surface selection field for selecting the direction of the assumed crack surface, and an execution button. The position input screen displays a damage distribution in a three-dimensional shape. Moreover, in the crack assumption surface selection column, each axis | shaft expressing the three-dimensional shape of the structure of calculation object can be selected. For example, for a cylindrical structure, the circumferential direction, radial direction, axial direction, and the like can be selected.
Here, on the crack information input screen, the user specifies the initial crack position and selects the direction of the assumed crack surface. Here, for example, the distance from the inner surface is designated as the initial crack position.
そして、実行ボタンが選択された場合、進展計算部２１３は、ユーザによって指定された初期き裂位置及びき裂想定面の方向を、き裂状態記憶部２４に記録する。この場合、進展計算部２１３は、初期き裂位置に対して、最小寸法（初期値寸法）のき裂を設定する。 When the execution button is selected, the progress calculation unit 213 records the initial crack position and the direction of the assumed crack surface specified by the user in the crack state storage unit 24. In this case, the progress calculation unit 213 sets a crack having the minimum dimension (initial value dimension) for the initial crack position.
そして、ユーザは、繰り返し計算を行なう回数（第２継続サイクル数）を入力する。計算開始指示が入力された場合、制御部２１の管理部２１０は、繰り返し数を「０」に設定する。そして、制御部２１の進展計算部２１３は、繰り返し数が第２継続サイクル数に達するまで、運転サイクル毎に、以下の処理を繰り返す。 Then, the user inputs the number of times of repeated calculation (second continuous cycle number). When a calculation start instruction is input, the management unit 210 of the control unit 21 sets the number of repetitions to “0”. And the progress calculation part 213 of the control part 21 repeats the following processes for every driving cycle until the number of repetition reaches the 2nd continuous cycle number.
ここでは、損傷評価システム２０の制御部２１は、き裂位置・寸法に応じたき裂の応力抽出処理を実行する（ステップＳ２−２）。具体的には、制御部２１の進展計算部２１３は、き裂状態記憶部２４に記録されたき裂位置及びき裂寸法に対して、基準範囲値の距離内に存在する要素を計算対象要素として特定する。そして、進展計算部２１３は、計算対象の各要素の応力を、ＦＥＭ解析結果記憶部２３から抽出する。 Here, the control part 21 of the damage evaluation system 20 performs the stress extraction process of the crack according to a crack position and a dimension (step S2-2). Specifically, the progress calculation unit 213 of the control unit 21 uses, as calculation target elements, elements that exist within the distance of the reference range value with respect to the crack position and crack size recorded in the crack state storage unit 24. Identify. Then, the progress calculation unit 213 extracts the stress of each element to be calculated from the FEM analysis result storage unit 23.
次に、損傷評価システム２０の制御部２１は、表面き裂か否かの判定処理を実行する（ステップＳ２−３）。具体的には、制御部２１の進展計算部２１３は、き裂の位置を特定し、構造物における表面からの深さ（き裂深さ）を算出する。そして、き裂深さが基準深さ値内の場合には、表面き裂と判定する。一方、き裂深さが基準深さ値を超えている場合には、埋没き裂と判定する。 Next, the control part 21 of the damage evaluation system 20 performs the determination process whether it is a surface crack (step S2-3). Specifically, the progress calculation unit 213 of the control unit 21 specifies the position of the crack and calculates the depth (crack depth) from the surface of the structure. When the crack depth is within the reference depth value, it is determined as a surface crack. On the other hand, when the crack depth exceeds the reference depth value, it is determined as an embedded crack.
埋没き裂と判定した場合（ステップＳ２−３において「ＮＯ」の場合）、損傷評価システム２０の制御部２１は、埋没き裂に対する破壊力学パラメータの算出処理を実行する（ステップＳ２−４）。具体的には、制御部２１の進展計算部２１３は、埋没き裂に対する破壊力学パラメータの算出式に対して、各要素の応力、現在のき裂の位置及び寸法を適用して、破壊力学パラメータを算出する。 When it is determined as an embedded crack (in the case of “NO” in step S2-3), the control unit 21 of the damage evaluation system 20 performs a fracture mechanics parameter calculation process for the embedded crack (step S2-4). Specifically, the progress calculation unit 213 of the control unit 21 applies the stress of each element, the current crack position and dimensions to the calculation formula of the fracture mechanics parameter for the buried crack, and the fracture mechanics parameter. Is calculated.
一方、表面き裂であると判定した場合（ステップＳ２−３において「ＹＥＳ」の場合）、損傷評価システム２０の制御部２１は、表面き裂に対する破壊力学パラメータの算出処理を実行する（ステップＳ２−５）。具体的には、制御部２１の進展計算部２１３は、表面き裂に対する破壊力学パラメータの算出式に対して、各要素の応力、現在のき裂寸法を適用して、破壊力学パラメータを算出する。 On the other hand, when it determines with it being a surface crack (in the case of "YES" in step S2-3), the control part 21 of the damage evaluation system 20 performs the calculation process of the fracture mechanics parameter with respect to a surface crack (step S2). -5). Specifically, the progress calculation unit 213 of the control unit 21 calculates the fracture mechanics parameter by applying the stress of each element and the current crack size to the calculation formula of the fracture mechanics parameter for the surface crack. .
次に、損傷評価システム２０の制御部２１は、破壊力学パラメータを用いたき裂進展速度の算出処理を実行する（ステップＳ２−６）。具体的には、制御部２１の進展計算部２１３は、破壊力学パラメータを進展速度算出式に適用して、き裂進展速度を算出する。 Next, the control unit 21 of the damage evaluation system 20 executes a crack growth rate calculation process using the fracture mechanics parameters (step S2-6). Specifically, the progress calculation unit 213 of the control unit 21 calculates the crack growth rate by applying the fracture mechanics parameter to the growth rate calculation formula.
次に、損傷評価システム２０の制御部２１は、き裂進展量の算出処理を実行する（ステップＳ２−７）。具体的には、制御部２１の進展計算部２１３は、算出したき裂進展速度を積分して、き裂想定面におけるき裂進展量を算出する。 Next, the control unit 21 of the damage evaluation system 20 executes a crack growth amount calculation process (step S2-7). Specifically, the progress calculation unit 213 of the control unit 21 integrates the calculated crack growth rate to calculate the crack growth amount on the assumed crack surface.
そして、損傷評価システム２０の制御部２１は、き裂想定面に沿ったき裂の更新処理を実行する（ステップＳ２−８）。具体的には、制御部２１の進展計算部２１３は、算出したき裂進展量を用いて、き裂を楕円近似したときの中心位置（き裂位置）とき裂寸法とを算出し、この運転サイクルにおける新たなき裂位置及びき裂寸法を、き裂状態記憶部２４に記録する。 And the control part 21 of the damage evaluation system 20 performs the update process of the crack along a crack assumption surface (step S2-8). Specifically, the progress calculation unit 213 of the control unit 21 uses the calculated crack propagation amount to calculate the center position (crack position) and crack size when the crack is approximated to an ellipse, and this operation. The new crack position and crack size in the cycle are recorded in the crack state storage unit 24.
次に、損傷評価システム２０の制御部２１は、き裂状態の出力処理を実行する（ステップＳ２−９）。具体的には、制御部２１の進展計算部２１３は、き裂状態出力画面を出力部１２に出力する。この場合、進展計算部２１３は、構造物に対して、初期き裂の位置を基準として、き裂想定面において更新されたき裂位置・寸法を有するき裂を表示したデータを生成し、き裂状態出力画面に表示する。
次に、制御部２１は、経過サイクル数、繰り返し数に「１」を加算する。そして、繰り返し数が、第２継続サイクル数に達するまで、以上の処理を繰り返す。
Next, the control part 21 of the damage evaluation system 20 performs the output process of a crack state (step S2-9). Specifically, the progress calculation unit 213 of the control unit 21 outputs a crack state output screen to the output unit 12. In this case, the progress calculation unit 213 generates data indicating a crack having a crack position / size updated on the assumed crack surface with respect to the structure, with the position of the initial crack as a reference. Display on the status output screen.
Next, the control unit 21 adds “1” to the number of elapsed cycles and the number of repetitions. Then, the above process is repeated until the number of repetitions reaches the second number of continuous cycles.
図８及び図９には、上述の処理により算出されたき裂寸法の具体例を示している。
ここでは、上述した鋼管「エルボ」について損傷評価を行なう場合について説明する。
ステップＳ２−１において、き裂情報入力画面において、ＨＡＺ（熱影響部）の内表面近傍の内部き裂であって、ＨＡＺ（熱影響部）に沿った面に進展するき裂を想定する。この場合、進展計算部２１３は、設定された初期き裂位置に対応し、鋼管「エルボ」に対して作成した各要素（各格子点）を特定する。更に、進展計算部２１３は、鋼管「エルボ」において、き裂想定面の方向に存在する各要素（各格子点）を特定する。
ステップＳ２−２において、進展計算部２１３は、ＦＥＭ解析結果記憶部２３に記録され、経過時間（３０万時間）に対応する材料特性を用いて算出された各要素の応力分布を用いる。
ステップＳ２−３において、進展計算部２１３は、き裂位置にある、鋼管「エルボ」に対して作成した各要素（各格子点）と、鋼管「エルボ」の表面（外表面又は内表面）との距離を算出し、この内の最小距離を算出する。そして、進展計算部２１３は、最小距離が基準深さ値以下の場合には、表面き裂と判定する。一方、最小距離が基準深さ値を超えている場合には、埋没き裂と判定する。
ステップＳ２−８において、進展計算部２１３は、き裂想定面において、現在のき裂寸法に、き裂が進展する各方向のき裂進展量を加算して、予想されるき裂の外縁位置（き裂の形状及び大きさ）を算出する。そして、進展計算部２１３は、この予想されるき裂の外縁位置に近似する楕円の中心位置（き裂位置）とき裂寸法とを算出して、き裂状態記憶部２４に記録する。
図８では、き裂状態記憶部２４に記録されているき裂寸法の時間依存性を示している。この場合、サイクル数に対応する時間を横軸にしている。ここでは、ＨＡＺ（熱影響部）の内表面近傍に内部き裂を想定し、３０万時間の応力分布を用いて、ＨＡＺ（熱影響部）に沿って進展すると仮定している。図８における実線ａ０は、経過時間に係らず一定の材料特性を用いて算出した３０万時間における応力を用いてき裂進展解析を行なった結果である。また、同図における実線ｂ０は、経過時間に応じた材料特性を用いて算出した３０万時間における応力を用いてき裂進展解析を行なった結果である。き裂寸法が急激に大きくなる時期は、材料劣化を考慮せず一定の材料特性を用いた場合（実線ａ０）より、材料劣化を考慮し経過時間に応じた材料特性を用いた場合（実線ｂ０）の方が遅いことを示している。
8 and 9 show specific examples of crack dimensions calculated by the above-described processing.
Here, the case where damage evaluation is performed on the above-described steel pipe “elbow” will be described.
In step S2-1, on the crack information input screen, a crack that is an internal crack near the inner surface of the HAZ (heat affected zone) and propagates to a surface along the HAZ (heat affected zone) is assumed. In this case, the progress calculation unit 213 identifies each element (each lattice point) created for the steel pipe “elbow” corresponding to the set initial crack position. Furthermore, the progress calculation unit 213 identifies each element (each lattice point) present in the direction of the crack assumed surface in the steel pipe “elbow”.
In step S2-2, the progress calculation unit 213 uses the stress distribution of each element that is recorded in the FEM analysis result storage unit 23 and calculated using the material characteristics corresponding to the elapsed time (300,000 hours).
In step S2-3, the progress calculation unit 213 has each element (each lattice point) created for the steel pipe “elbow” at the crack position, and the surface (outer surface or inner surface) of the steel pipe “elbow”. Is calculated, and the minimum distance is calculated. And the progress calculation part 213 determines with it being a surface crack, when the minimum distance is below a reference depth value. On the other hand, when the minimum distance exceeds the reference depth value, it is determined as an embedded crack.
In step S2-8, the propagation calculation unit 213 adds the amount of crack propagation in each direction in which the crack propagates to the current crack size on the assumed crack surface, and predicts the outer edge position of the crack. Calculate (crack shape and size). Then, the progress calculation unit 213 calculates the center position (crack position) and crack size of the ellipse that approximates the predicted outer edge position of the crack, and records them in the crack state storage unit 24.
FIG. 8 shows the time dependence of the crack size recorded in the crack state storage unit 24. In this case, the time corresponding to the number of cycles is plotted on the horizontal axis. Here, an internal crack is assumed in the vicinity of the inner surface of the HAZ (heat affected zone), and it is assumed that the stress propagates along the HAZ (heat affected zone) using a stress distribution of 300,000 hours. The solid line a0 in FIG. 8 is the result of crack propagation analysis using stress at 300,000 hours calculated using constant material properties regardless of the elapsed time. Further, a solid line b0 in the figure is a result of crack propagation analysis using stress at 300,000 hours calculated using material characteristics according to elapsed time. The period when the crack size suddenly increases is greater than the case where constant material characteristics are used without considering material deterioration (solid line a0), and the case where material characteristics corresponding to elapsed time are used considering solid material deterioration (solid line b0). ) Is slower.
図９では、ＨＡＺ（熱影響部）に生じたき裂がＨＡＺ（熱影響部）内を進展する場合と、母材部に達する場合とを示している。具体的には、図９において、実線は、ＨＡＺ（熱影響部）内のみをき裂が進展する場合を想定した「き裂進展速度切替無し」のき裂寸法（深さ）を示している。また、破線は、ＨＡＺ（熱影響部）が母材部に達した時点で、母材部のき裂進展速度を用いる場合を想定した「き裂進展速度切替有り」のき裂寸法（深さ）を示している。
この図９から、母材部への到達以降は、母材部におけるき裂進展の速度が遅くなり、例えば、限界き裂寸法を「３０ｍｍ」と仮定すると、構造物の寿命が長くなる（７０年から９０年に延びる）と評価することができる。このように、き裂進展速度を切り替えて、損傷を評価することができる。更に、経過時間（図９の保持時間）に応じた材料特性の変化（例えば、変形し易い材料特性に変化）を考慮して、応力を計算し、き裂寸法や寿命を評価することができる。
FIG. 9 shows a case where a crack generated in the HAZ (heat-affected zone) propagates in the HAZ (heat-affected zone) and a case where the crack reaches the base material. Specifically, in FIG. 9, the solid line indicates the crack size (depth) of “no crack growth rate switching” assuming that the crack propagates only in the HAZ (heat affected zone). . The broken line indicates the crack size (depth) with “crack growth rate switching” assuming that the HAZ (heat-affected zone) reaches the base metal part and uses the crack growth speed of the base metal part. ).
From FIG. 9, after reaching the base material portion, the speed of crack growth in the base material portion becomes slow. For example, assuming that the critical crack size is “30 mm”, the life of the structure is lengthened (70 From 90 years to 90 years). Thus, damage can be evaluated by switching the crack growth rate. Furthermore, stress can be calculated and crack size and life can be evaluated in consideration of changes in material properties (for example, changes to easily deformable material properties) according to the elapsed time (holding time in FIG. 9). .
次に、損傷評価システム２０の制御部２１は、終了か否かの判定処理を実行する（ステップＳ２−１０）。具体的には、制御部２１の管理部２１０は、出力部１２に終了確認画面を出力する。この終了確認画面においては、き裂進展計算処理の継続の要否を入力するための選択ボタンが含まれる。そして、き裂状態出力画面を確認したユーザによる選択ボタンが選択されたか否かによって、管理部２１０は終了か否かを判定する。 Next, the control part 21 of the damage evaluation system 20 performs the determination process whether it is complete | finished (step S2-10). Specifically, the management unit 210 of the control unit 21 outputs an end confirmation screen to the output unit 12. This end confirmation screen includes a selection button for inputting whether or not to continue the crack growth calculation process. And the management part 210 determines whether it complete | finishes by the selection button by the user who confirmed the crack state output screen having been selected.
ここで、き裂進展計算処理の継続の選択ボタンが選択され、終了ではないと判定した場合（ステップＳ２−１０において「ＮＯ」の場合）、制御部２１の管理部２１０は、繰り返し数を「０」にリセットし、ステップＳ２−２以降の処理を実行する。 Here, when the selection button for continuing the crack growth calculation process is selected and it is determined that the process is not finished (in the case of “NO” in step S2-10), the management unit 210 of the control unit 21 sets the number of repetitions to “ It resets to “0” and executes the processing after step S2-2.
一方、き裂進展計算処理の継続不要の選択ボタンが選択され、終了と判定した場合（ステップＳ２−１０において「ＹＥＳ」の場合）、制御部２１の進展計算部２１３は、き裂進展処理（ステップＳ１−８）を終了する。 On the other hand, when the selection button that does not require continuation of the crack growth calculation process is selected and it is determined that the process has ended (in the case of “YES” in step S2-10), the progress calculation unit 213 of the control unit 21 performs the crack propagation process ( Step S1-8) is terminated.
本実施形態の損傷評価システム２０によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、基礎情報記憶部２２には、計算対象の構造物に関する基礎情報（構造物の形状、荷重条件、構造物の材料特性）に関する情報が記録される。制御部２１の管理部２１０は、出力部１２に、評価対象指定画面を出力する。そして、ＦＥＭ計算部２１１は、構造物の形状や構成要素に応じて、有限要素法に適したメッシュを作成する。これにより、異なる構成要素から構成された構造物において、有限要素法による解析を行なって、異なる構成要素を横断したき裂状態を効率的に評価することができる。
According to the damage evaluation system 20 of the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the present embodiment, the basic information storage unit 22 records information related to basic information (the shape of the structure, the load condition, and the material properties of the structure) related to the structure to be calculated. The management unit 210 of the control unit 21 outputs an evaluation target designation screen to the output unit 12. And the FEM calculation part 211 produces the mesh suitable for the finite element method according to the shape of a structure, or a component. Thereby, in the structure comprised from a different component, the analysis by a finite element method can be performed, and the crack state which crossed the different component can be evaluated efficiently.
（２）本実施形態では、損傷評価システム２０の制御部２１は、出力部１２に、荷重指定画面を出力する。これにより、運転に伴う運転サイクルを任意に入力することができる。 (2) In the present embodiment, the control unit 21 of the damage evaluation system 20 outputs a load designation screen to the output unit 12. Thereby, the driving cycle accompanying driving | operation can be input arbitrarily.
（３）本実施形態では、損傷評価システム２０の制御部２１は、材料特性の特定処理を実行する（ステップＳ１−２）。この場合、制御部２１のＦＥＭ計算部２１１は、経過時間に応じた材料特性を、基礎情報記憶部２２から取得する。これにより、複数の材料について経年変化を考慮することができる。例えば、運転初期はクリープ変形し難く、長時間運転後はクリープ変形しやすい等のクリープ特性の経年変化を考慮することができる。 (3) In the present embodiment, the control unit 21 of the damage evaluation system 20 executes a material property specifying process (step S1-2). In this case, the FEM calculation unit 211 of the control unit 21 acquires material characteristics corresponding to the elapsed time from the basic information storage unit 22. Thereby, a secular change can be considered about a some material. For example, it is possible to take into account the secular change in creep characteristics such that creep deformation is difficult at the initial stage of operation and creep deformation is likely after long-time operation.
（４）本実施形態では、損傷評価システム２０の制御部２１は、計算結果の出力処理を実行する（ステップＳ１−６）。そして、損傷評価システム２０の制御部２１は、初期き裂位置、き裂想定面の取得処理を実行する（ステップＳ２−１）。これにより、ユーザが、疲労損傷率及びクリープ損傷率の計算結果に基づいて、き裂発生位置を特定することができる。 (4) In this embodiment, the control unit 21 of the damage evaluation system 20 executes calculation result output processing (step S1-6). And the control part 21 of the damage evaluation system 20 performs the acquisition process of an initial crack position and a crack assumption surface (step S2-1). Thereby, the user can specify the crack generation position based on the calculation results of the fatigue damage rate and the creep damage rate.
（５）本実施形態では、損傷評価システム２０の制御部２１は、き裂位置・寸法に応じたき裂の応力抽出処理を実行する（ステップＳ２−２）。これにより、予測されるき裂発生位置の応力を抽出することができる。 (5) In this embodiment, the control part 21 of the damage evaluation system 20 performs the stress extraction process of the crack according to a crack position and a dimension (step S2-2). Thereby, the stress at the predicted crack generation position can be extracted.
（６）本実施形態では、損傷評価システム２０の制御部２１は、材料特性に応じて算出した各要素の応力、現在のき裂の寸法を適用して、破壊力学パラメータを算出する（ステップＳ２−４，Ｓ２−５）。制御部２１は、算出した破壊力学パラメータを用いてき裂進展速度を算出し（ステップＳ２−６）、き裂状態の出力処理を実行する（ステップＳ２−９）。これにより、材料特性に応じてき裂状態を算出して出力することができる。例えば、ＨＡＺ（熱影響部）においては進展し易く、母材部は進展し難いことがある。このような状況下で、き裂が母材部、溶接部、ＨＡＺ（熱影響部）を跨って進展する場合においても、それぞれのき裂進展速度を考慮することができる。特に、経過時間に応じた材料特性を用いるため、材料特性の変化を考慮して、応力を精度よく算出し、この応力を用いてき裂状態を評価することができる。 (6) In this embodiment, the control unit 21 of the damage evaluation system 20 calculates the fracture mechanics parameter by applying the stress of each element calculated according to the material characteristics and the current crack size (step S2). -4, S2-5). The control unit 21 calculates the crack growth rate using the calculated fracture mechanics parameters (step S2-6), and executes a crack state output process (step S2-9). Thereby, the crack state can be calculated and output according to the material characteristics. For example, in the HAZ (heat affected zone), it is easy to progress, and the base material portion may not easily progress. Under such circumstances, even when the crack propagates across the base metal part, the welded part, and the HAZ (heat affected zone), the respective crack propagation speeds can be taken into consideration. In particular, since the material characteristic corresponding to the elapsed time is used, the stress can be calculated accurately in consideration of the change in the material characteristic, and the crack state can be evaluated using this stress.
（７）本実施形態では、損傷評価システム２０の制御部２１は、表面き裂か否かの判定処理を実行する（ステップＳ２−３）。これにより、埋没き裂と表面き裂とを識別して、破壊力学パラメータを算出することができる。例えば、初期は埋没き裂として発生し、進展に伴い表面に近づく場合にも、埋没き裂から表面き裂に置き換えてき裂進展計算を行なうことができる。 (7) In this embodiment, the control part 21 of the damage evaluation system 20 performs the determination process whether it is a surface crack (step S2-3). As a result, the fracture mechanics parameter can be calculated by identifying the buried crack and the surface crack. For example, even when the crack is initially generated as an embedded crack and approaches the surface as it progresses, the crack can be calculated by replacing the buried crack with a surface crack.
（８）本実施形態では、損傷評価システム２０の制御部２１は、有限要素法による解析により、構造物を構成する各要素の応力を算出し、ＦＥＭ解析結果記憶部２３に記録する。そして、制御部２１は、ＦＥＭ解析結果記憶部２３に記録された応力を用いて、き裂進展計算処理を実行する（ステップＳ１−８）。このため、各要素の応力計算とき裂進展計算とを分けて、簡易に損傷評価を行なうことができる。 (8) In the present embodiment, the control unit 21 of the damage evaluation system 20 calculates the stress of each element constituting the structure by analysis using the finite element method, and records it in the FEM analysis result storage unit 23. And the control part 21 performs a crack growth calculation process using the stress recorded on the FEM analysis result memory | storage part 23 (step S1-8). For this reason, it is possible to easily perform damage evaluation by dividing stress calculation of each element and crack growth calculation.
また、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態においては、損傷評価システム２０の制御部２１は、火力発電所における高温機器（設備）の損傷を評価した。評価対象となる構造物は、火力発電所において用いられる構造物に限定されるものではない。また、上記実施形態においては、溶接部、ＨＡＺ（熱影響部）、母材部を異なる材料特性として説明したが、必ずしもこれに限定されることなく、異なる材料特性を有する複数の部分から構成される構造物全般に適用することができる。
Moreover, you may change the said embodiment as follows.
In the above embodiment, the control unit 21 of the damage evaluation system 20 evaluated the damage of the high temperature equipment (equipment) in the thermal power plant. The structure to be evaluated is not limited to a structure used in a thermal power plant. Moreover, in the said embodiment, although the welding part, HAZ (heat influence part), and the base material part were demonstrated as a different material characteristic, it is not necessarily limited to this but is comprised from the several part which has a different material characteristic. It can be applied to general structures.
・上記実施形態においては、第１継続サイクル数に達した場合、損傷評価システム２０の制御部２１は、初期き裂が発生したか否かの判定処理を実行する（ステップＳ１−７）。ここで、損傷評価システム２０の制御部２１が、初期き裂の発生を予測して、繰り返し計算を終了するようにしてもよい。この場合には、管理部２１０に初期き裂発生条件に関する情報を保持させておく。例えば、初期き裂発生条件としては、初期き裂の発生と判定するために、疲労損傷率、クリープ損傷率の判定基準値を管理部２１０に記憶させておく。そして、制御部２１は、算出した疲労損傷率とクリープ損傷率との少なくとも一方が、き裂発生判定値以上になった場合には、初期き裂の発生と判定する（ステップＳ１−７において「ＹＥＳ」）。この場合、き裂進展計算（ステップＳ１−８）を続けて実行するようにしてもよいし、ユーザに初期き裂の発生の確認を促してもよい。これにより、初期き裂の発生を、効率的に判定することができる。 In the above embodiment, when the first number of continuous cycles has been reached, the control unit 21 of the damage evaluation system 20 performs a process for determining whether or not an initial crack has occurred (step S1-7). Here, the control unit 21 of the damage evaluation system 20 may predict the occurrence of an initial crack and end the repeated calculation. In this case, the management unit 210 retains information related to the initial crack generation condition. For example, as an initial crack generation condition, a determination reference value for a fatigue damage rate and a creep damage rate is stored in the management unit 210 in order to determine that an initial crack has occurred. And the control part 21 determines with the generation | occurrence | production of an initial crack, when at least one of the calculated fatigue damage rate and a creep damage rate becomes more than a crack generation determination value (in step S1-7, " YES "). In this case, the crack growth calculation (step S1-8) may be continuously executed, or the user may be prompted to confirm the occurrence of the initial crack. Thereby, generation | occurrence | production of an initial stage crack can be determined efficiently.
・上記実施形態においては、制御部２１は、疲労損傷率及びクリープ損傷率を含む損傷分布画面を出力部１２に表示する。そして、制御部２１は、損傷分布画面を確認したユーザによる選択ボタンの選択に基づいて、初期き裂が発生したか否かの判定処理を実行する（ステップＳ１−７）。これに代えて、制御部２１は、疲労損傷やクリープ損傷の評価を行なうことなく、ユーザによって指定された初期き裂の位置を取得し、この初期き裂の位置を用いてき裂進展計算を行なうようにしてもよい。 In the above embodiment, the control unit 21 displays a damage distribution screen including the fatigue damage rate and the creep damage rate on the output unit 12. And the control part 21 performs the determination process whether the initial stage crack generate | occur | produced based on selection of the selection button by the user who confirmed the damage distribution screen (step S1-7). Instead, the control unit 21 obtains the initial crack position designated by the user without evaluating fatigue damage or creep damage, and performs crack propagation calculation using the initial crack position. You may do it.
・上記実施形態においては、損傷評価システム２０の制御部２１は、初期き裂位置、き裂想定面の取得処理を実行する（ステップＳ２−１）。これに代えて、損傷評価システム２０の制御部２１が、き裂想定面を特定するようにしてもよい。この場合には、損傷率が高い面や、応力が集中している面をき裂想定面として特定してもよい。また、複数の仮想面について、ステップＳ２−２〜Ｓ２−９の処理を繰り返して実行し、き裂進展速度が最も早い面を、き裂想定面として特定するようにしてもよい。 In the embodiment described above, the control unit 21 of the damage evaluation system 20 executes an initial crack position and crack acquisition surface acquisition process (step S2-1). It may replace with this and the control part 21 of the damage evaluation system 20 may make it pinpoint a crack assumption surface. In this case, a surface having a high damage rate or a surface on which stress is concentrated may be specified as a crack assumed surface. In addition, the processes of steps S2-2 to S2-9 may be repeatedly executed for a plurality of virtual surfaces, and the surface with the fastest crack propagation speed may be specified as the assumed crack surface.
・上記実施形態においては、損傷評価システム２０の制御部２１は、終了か否かの判定処理を実行する（ステップＳ２−１０）。この場合、き裂状態出力画面を確認したユーザによる選択ボタンの選択に基づいて判定する。これに代えて、損傷評価システム２０の制御部２１が、終了か否かの判定処理を実行するようにしてもよい。この場合には、管理部２１０に終了条件に関する情報を保持させておく。例えば、終了条件としては、き裂寸法やき裂位置を用いることができる。そして、制御部２１は、き裂寸法が終了条件のき裂寸法以上になった場合や、き裂位置が終了条件のき裂位置を含む場合には、終了（ステップＳ２−１０において「ＹＥＳ」）と判定する。これにより、き裂寸法やき裂位置に応じて損傷評価を効率的に行なうことができる。 In the above embodiment, the control unit 21 of the damage evaluation system 20 executes a determination process for determining whether or not the process is finished (step S2-10). In this case, the determination is made based on the selection of the selection button by the user who has confirmed the crack state output screen. Instead of this, the control unit 21 of the damage evaluation system 20 may execute a process for determining whether or not the process is finished. In this case, the management unit 210 holds information regarding the end condition. For example, a crack size or a crack position can be used as the termination condition. When the crack size is equal to or larger than the crack size of the end condition, or when the crack position includes the crack position of the end condition, the control unit 21 ends ("YES" in step S2-10). ). Thereby, damage evaluation can be efficiently performed according to a crack dimension and a crack position.
・上記実施形態においては、損傷評価システム２０の制御部２１は、初期き裂が発生したと判定した場合（ステップＳ１−７において「ＹＥＳ」の場合）、ＦＥＭ解析結果記憶部２３に記録された応力を用いて、き裂進展計算処理を実行する（ステップＳ１−８）。具体的には、き裂進展計算処理に用いる応力は、初期き裂が発生したときの応力（一定値）を用いる。ここで、応力を、き裂進展の時間経過に応じて順次、算出するようにしてもよい。そして、算出した応力を用いて、き裂進展計算処理を実行する。更に、応力を算出する場合に、材料劣化を考慮した材料特性を用いてもよい。 In the above embodiment, when the control unit 21 of the damage evaluation system 20 determines that an initial crack has occurred (in the case of “YES” in step S1-7), the control unit 21 records the result in the FEM analysis result storage unit 23. Using the stress, a crack growth calculation process is executed (step S1-8). Specifically, the stress (a constant value) when the initial crack is generated is used as the stress used for the crack propagation calculation process. Here, the stress may be calculated sequentially in accordance with the passage of time of crack propagation. And the crack growth calculation process is performed using the calculated stress. Furthermore, when calculating the stress, a material characteristic considering material deterioration may be used.
１１…入力部、１２…出力部、２０…損傷評価システム、２１…制御部、２１０…管理部、２１１…ＦＥＭ計算部、２１２…損傷率計算部、２１３…進展計算部、２２…基礎情報記憶部、２３…ＦＥＭ解析結果記憶部、２４…き裂状態記憶部、５０…構造物、５１…母材部、５２…溶接部、５３…ＨＡＺ（熱影響部）、５５…き裂。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Input part, 12 ... Output part, 20 ... Damage evaluation system, 21 ... Control part, 210 ... Management part, 211 ... FEM calculation part, 212 ... Damage rate calculation part, 213 ... Progression calculation part, 22 ... Basic information storage , 23 ... FEM analysis result storage unit, 24 ... crack state storage unit, 50 ... structure, 51 ... base material part, 52 ... welded part, 53 ... HAZ (heat affected zone), 55 ... crack.
Claims (5)
前記制御部は、
前記基礎情報記憶部において前記構造物の各要素の経過時間に応じた材料特性及び位置を特定し、前記構造物に荷重を負荷して前記各要素の応力を算出し、
前記算出した応力に基づいて、き裂のき裂進展速度を算出し、
前記き裂進展速度から前記き裂のき裂状態を特定して出力することを特徴とする損傷評価システム。 For a structure composed of a plurality of parts having different material properties, the structure is connected to a basic information storage unit that stores data relating to material properties and positions according to the elapsed time of each element constituting the structure, A damage evaluation system including a control unit for evaluating a crack state,
The controller is
In the basic information storage unit, specify the material characteristics and position according to the elapsed time of each element of the structure, calculate the stress of each element by applying a load to the structure,
Based on the calculated stress, calculate the crack growth rate of the crack,
A damage evaluation system characterized by identifying and outputting a crack state of the crack from the crack growth rate.
前記制御部は、
前記基礎情報記憶部において前記構造物の各要素の材料特性及び位置を特定し、前記運転サイクルにおける荷重を負荷して、前記各要素の応力を算出し、
前記算出したき裂状態に応じて、き裂の要素の材料特性を取得し、
前記材料特性に基づいて、き裂進展速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の損傷評価システム。 The load is a load according to an operation cycle including operation and stop of the structure,
The controller is
Identify the material characteristics and position of each element of the structure in the basic information storage unit, load the load in the operation cycle, calculate the stress of each element,
According to the calculated crack state, obtain the material properties of the crack element,
The damage evaluation system according to claim 1, wherein a crack growth rate is calculated based on the material characteristics.
前記基礎情報記憶部において前記構造物の各要素の材料特性及び位置を特定し、前記荷重を負荷した有限要素解析によって、前記各要素のひずみ、温度及び応力を算出し、
前記各要素のひずみ、温度及び応力を用いて、前記運転サイクルにおける各要素における損傷率を算出し、
前記損傷率を用いて予測された初期き裂発生位置を含む最初のき裂状態を特定し、
き裂状態と、算出した前記各要素の応力とを用いて、き裂進展速度を算出し、このき裂進展速度から新たなき裂状態を特定する処理を繰り返し実行して、き裂状態を特定することを特徴とする請求項２に記載の損傷評価システム。 The controller is
Identify the material characteristics and position of each element of the structure in the basic information storage unit, calculate the strain, temperature and stress of each element by finite element analysis loaded with the load,
Using the strain, temperature and stress of each element, calculate the damage rate in each element in the operating cycle,
Identifying an initial crack condition including the initial crack initiation position predicted using the damage rate;
Using the crack state and the calculated stress of each element, the crack growth rate is calculated, and the process of identifying a new crack state from this crack growth rate is repeatedly executed to identify the crack state. The damage evaluation system according to claim 2, wherein:
前記制御部を、
前記基礎情報記憶部において前記構造物の各要素の経過時間に応じた材料特性及び位置を特定し、前記構造物に荷重を負荷して前記各要素の応力を算出し、
前記算出した応力に基づいて、き裂のき裂進展速度を算出し、
前記き裂進展速度から前記き裂のき裂状態を特定して出力する手段
として機能させることを特徴とする損傷評価プログラム。 For a structure composed of a plurality of parts having different material properties, a control unit connected to a basic information storage unit that stores data on material properties and positions according to the elapsed time of each element constituting the structure A damage evaluation program for evaluating a crack state in the structure using a damage evaluation system,
The control unit
In the basic information storage unit, specify the material characteristics and position according to the elapsed time of each element of the structure, calculate the stress of each element by applying a load to the structure,
Based on the calculated stress, calculate the crack growth rate of the crack,
A damage evaluation program that functions as means for specifying and outputting a crack state of the crack from the crack growth rate.
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| JP6453144B2 (en) | 2019-01-16 |
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