JP2016197080A - 切欠き係数推定方法、切欠き係数推定システム及び切欠き係数推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切欠き係数の推定方法を提供する。
【解決手段】切欠き係数取得方法は、切欠きを有する試験片に対して応力振幅が段階的に大きくなるように荷重を付与する荷重付与行程と、荷重付与行程の各段階における温度変動量を、切欠き底及び平滑部のそれぞれについて算出する温度変動算出工程と、切欠き底及び平滑部それぞれについての応力振幅と温度変動量とをプロットし、それらの変局点に基づいて切欠き底及び平滑部の疲労強度を推定する疲労強度推定行程と、推定した切欠き底及び平滑部の疲労強度に基づいて切欠き係数を推定する切欠き係数推定行程と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、切欠き係数推定方法、切欠き係数推定システム及び切欠き係数推定装置に関する。

ガスタービンの翼などの切欠きを有する製品の疲労強度試験などにおいて、その切欠き底における強度を知る必要がある。切欠き底における強度は、例えば、応力集中係数や切欠き係数を用いて評価されている。切欠き係数ｋ_ｆは、平滑材（切欠き部分を有さない試験片）の疲労強度σ_Ｗ１と切欠き材（切欠き部分を有する試験片）の疲労強度σ_Ｗ２を用いて、ｋ_ｆ＝σ_Ｗ１／σ_Ｗ２で求めることができる。また、切欠き係数と応力集中係数はある一定点までは線形関係であるが、応力集中係数がある一定値を超えると切欠き係数がそれ以上増加しないことが知られている。

なお、関連する技術として、例えば、特許文献１及び非特許文献１には、赤外線サーモグラフィーによって測定した対象物の散逸エネルギーを用いて、対象物の疲労強度を特定する疲労強度特定方法について開示がある。

特許第５４１１０２０号公報

赤井 淳嗣、外２名、"ＳＵＳ３０４鋼に対する散逸エネルギー評価による疲労強度予測法の測定条件に関する検討"、非破壊検査、第６３巻、３号、Ｐ１５３−１６０、インターネット<URL: https://www.jstage.jst.go.jp/article/jjsndi/63/3/63_153/_pdf >

通常、切欠き係数を求めるためには、切欠きを有する試験片と切欠きを有さない試験片のそれぞれに対して疲労強度試験を行い、これら２種類の試験片の疲労強度を比較する必要がある。この疲労強度試験の実施には大きな労力を要し、また、この疲労強度試験には、例えば、数か月を要することもあり、より簡便な切欠き係数の測定方法が求められていた。

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる切欠き係数推定方法、切欠き係数推定システム及び切欠き係数推定装置を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様によれば、切欠き係数推定方法は、引っ張り荷重及び圧縮荷重を荷重の大きさを段階的に増加させながら繰り返し試験片に付与する荷重付与工程と、前記荷重付与工程における前記試験片の温度画像を撮影する画像撮影工程と、前記温度画像に基づいて、前記試験片に生じる温度変動のうち不可逆な温度変動量を算出する温度変動算出工程と、前記温度変動量と前記荷重に対応する応力振幅との相関関係を算出し、前記相関関係が示す変局点に基づいて前記試験片の疲労強度を推定する疲労強度推定工程と、前記疲労強度推定工程によって推定した切欠き材の疲労強度に相当する切欠き疲労強度と平滑材の疲労強度に相当する平滑疲労強度とに基づいて切欠き係数を推定する切欠き係数推定工程と、を含む。

本発明の第２の態様によれば、前記切欠き係数推定方法は、前記荷重付与工程において、切欠き底と平滑部を有する試験片に荷重を加え、前記画像撮影工程において、前記試験片の温度画像を撮影し、前記温度変動算出工程において、前記試験片の切欠き底と平滑部のそれぞれについて温度変動量を算出し、前記疲労強度推定工程において、前記試験片の切欠き底と平滑部のそれぞれについて疲労強度を推定し、前記切欠き係数推定工程において、前記切欠き材の疲労強度に相当する切欠き疲労強度である前記切欠き底の疲労強度と前記平滑材の疲労強度に相当する平滑疲労強度である前記平滑部の疲労強度とから切欠き係数を推定する。

本発明の第３の態様によれば、前記切欠き係数推定方法は、前記荷重付与工程において、切欠きを有する第一試験片と切欠きを有さない第二試験片に荷重を加え、前記画像撮影工程において、前記第一試験片と前記第二試験片の温度画像を撮影し、前記温度変動算出工程において、前記第一試験片と前記第二試験片のそれぞれについて温度変動量を算出し、前記疲労強度推定工程において、前記第一試験片の温度変動量と応力振幅との相関関係に基づいて前記第一試験片の疲労強度を推定し、前記第二試験片の温度変動量と応力振幅との相関関係に基づいて前記第二試験片の疲労強度を推定し、前記切欠き係数推定工程において、前記切欠き材の疲労強度に相当する切欠き疲労強度である前記第一試験片の疲労強度と前記平滑材の疲労強度に相当する平滑疲労強度である前記第二試験片の疲労強度とから切欠き係数を推定する。

本発明の第４の態様によれば、切欠き係数推定方法は、前記荷重付与工程では、同じ大きさの前記引っ張り荷重及び前記圧縮荷重を試験片に所定の回数加えるサイクルを、前記荷重の大きさを段階的に増加させながら繰り返し、前記画像撮影工程では、前記荷重付与工程の各サイクルにおける前記試験片の温度画像を撮影し、前記温度変動算出工程では、前記不可逆な温度変動量を前記サイクルごとに算出し、前記疲労強度推定工程では、前記温度変動量と前記荷重に対応する応力振幅との相関関係を前記サイクルごとに算出する。

本発明の第５の態様によれば、切欠き係数推定システムは、引っ張り荷重及び圧縮荷重を荷重の大きさを段階的に増加させながら繰り返し試験片に付与する荷重付与手段と、前記試験片の温度画像を撮影する画像撮影手段と、前記温度画像に基づいて、前記試験片に生じる温度変動のうち不可逆な温度変動量を算出する温度変動算出手段と、前記温度変動量と前記荷重に対応する応力振幅との相関関係を算出し、前記相関関係が示す変局点に基づいて前記試験片の疲労強度を推定する疲労強度推定手段と、前記疲労強度推定手段によって推定した切欠き材の疲労強度に相当する切欠き疲労強度と平滑材の疲労強度に相当する平滑疲労強度とに基づいて切欠き係数を推定する切欠き係数推定手段と、を備える。

本発明の第６の態様によれば、切欠き係数推定装置は、引っ張り荷重及び圧縮荷重を荷重の大きさを段階的に増加させながら試験片に付与する工程で撮影された前記試験片の温度画像を取得する温度画像取得手段と、前記温度画像に基づいて、前記試験片に生じる温度変動のうち不可逆な温度変動量を算出する温度変動算出手段と、前記温度変動量と前記試験片に加わる荷重に対応する応力振幅との相関関係を算出し、前記相関関係が示す変局点に基づいて前記試験片の疲労強度を推定する疲労強度推定手段と、前記疲労強度推定手段によって推定した切欠き材の疲労強度に相当する切欠き疲労強度と平滑材の疲労強度に相当する平滑疲労強度とに基づいて切欠き係数を推定する切欠き係数推定手段と、を備える。

本発明によれば、簡便な方法で切欠き係数および切欠き底の疲労強度を算出することができる。

本発明の一実施形態に係る切欠き係数推定システムの概略図である。 本発明の一実施形態に係る切欠き係数推定システムの切欠き係数推定装置の一例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る切欠き係数推定システムに用いられる試験片の概略図である。 本発明の一実施形態に係る試験片に加える荷重を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る応力振幅と温度変動量の相関を示す図の一例である。 本発明の一実施形態に係る切欠き係数推定処理のフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る切欠き係数推定システムの概略図である。
図示するように切欠き係数推定システムは、赤外線サーモグラフィー３と、疲労強度試験装置１と、試験片２と、切欠き係数推定装置１０とを備えている。
疲労強度試験装置１は、試験片２の疲労強度を測定するのに用いる装置である。疲労強度試験装置１は、試験片２に、所定の大きさの振幅を持つ正弦波の荷重を、所定の周波数で所定の繰り返し回数加えることができる装置である。試験片２は、切欠きを有する金属の試験片である。本実施形態では、疲労強度試験装置１が、試験片２に引っ張り荷重及び圧縮荷重を繰り返し加える。赤外線サーモグラフィー３は、荷重を加えられている試験片２の温度画像を撮影する。赤外線サーモグラフィー３による温度画像には、繰り返し荷重を受ける間に試験片２に生じる微小な温度変化が記録される。切欠き係数推定装置１０は、赤外線サーモグラフィー３が撮影した温度画像と、疲労強度試験装置１が試験片２に加えた荷重の情報とを取得し、試験片２の平滑部及び切欠き底における疲労強度及び切欠き係数ｋ_ｆを推定する。試験片２の平滑部及び切欠き底については、後述する。

図２は、本発明の一実施形態に係る切欠き係数推定システムの切欠き係数推定装置の一例を示すブロック図である。
図示するように、切欠き係数推定装置１０は、温度画像取得手段１１、応力振幅算出手段１２、温度変動算出手段１３、相関算出手段１４、疲労強度推定手段１５、切欠き係数推定手段１６と、記憶手段１７と、を備えている。切欠き係数推定装置１０は、例えばＰＣ（Personal Computer）やサーバ装置である。

温度画像取得手段１１は、疲労強度試験装置１によって応力振幅が段階的に大きくなるように試験片２に荷重が付与される過程において、赤外線サーモグラフィー３が撮影した試験片２の温度画像を取得する。

応力振幅算出手段１２は、試験片２に加わる応力の応力振幅を算出する。例えば、応力振幅算出手段１２は、疲労強度試験装置１によって加えられる荷重の大きさの情報を取得し、応力振幅に換算する。なお、応力振幅の算出方法は、他の方法であっても良い。例えば、疲労強度試験中に試験片２に生じるひずみをひずみゲージなどによって測定する。応力振幅算出手段１２は、その測定結果を取得して、測定結果に基づいて試験片２加わる応力の変動を算出する。応力振幅算出手段１２は、算出した応力の変動から応力振幅を算出してもよい。あるいは、応力振幅算出手段１２は、赤外線サーモグラフィーによる温度画像を解析することにより、試験片の応力分布を求める技術と、温度画像取得手段１１が取得した温度画像に基づいて、試験片２に加わる応力分布を算出し、応力分布の変動に基づいて応力振幅を算出してもよい。

温度変動算出手段１３は、温度画像取得手段１１が取得した温度画像に基づいて、疲労強度試験中に試験片２に生じる、散逸エネルギーによる温度変動量を算出する。一般に、赤外線サーモグラフィー３によって測定される温度変動量ΔＴは、熱弾性温度変動量ΔＴ_Ｅと試験片２における不可逆な発熱（散逸エネルギーによる発熱）による温度変動量ΔＴ_Ｄの和として表される。熱弾性温度変動量ΔＴ_Ｅは、疲労強度試験装置１による荷重の繰り返し周波数と同じ周波数で正弦波を描くことから、温度変動算出手段１３は、ΔＴからΔＴ_Ｅを除いて散逸エネルギーによる温度変動量ΔＴ_Ｄを求める。

相関算出手段１４は、応力振幅算出手段１２が算出した応力振幅と、温度変動算出手段１３が算出した散逸エネルギーによる温度変動量ΔＴ_Ｄと、の相関関係を算出する。
疲労強度推定手段１５は、相関算出手段１４の算出した相関関係に基づいて、試験片の平滑部における疲労強度σ_ｗ１と、試験片の切欠き底における疲労強度σ_ｗ２とを算出する。より具体的には、疲労強度推定手段１５は、相関算出手段１４の算出した相関関係において、応力振幅の増加に対して散逸エネルギーによる温度変動量ΔＴ_Ｄの増加の度合いが急激に変化するときの応力振幅を特定し、その特定した応力振幅を疲労強度に決定する。
切欠き係数推定手段１６は、疲労強度推定手段１５が算出した試験片の平滑部における疲労強度σ_ｗ１と、試験片の切欠き底における疲労強度σ_ｗ２とに基づいて切欠き係数ｋ_ｆを算出する。
記憶手段１７は、温度画像取得手段１１から取得した温度画像などを記憶する。

図３は、本発明の一実施形態に係る切欠き係数推定システムに用いられる試験片の概略図である。
図示するように、本実施形態に係る試験片２は、切欠きを有している。本実施形態では、試験片２における平滑部２１と切欠き底２２とを評価対象箇所として用いる。平滑部２１とは、試験片２の切欠きが設けられていない部分であって、公称応力が作用する部分である。切欠き底２２では、応力集中により主応力和が高くなる。本実施形態では、平滑部２１と切欠き底２２を、散逸エネルギーによる温度変動量ΔＴ_Ｄの評価対象個所とする。

図４は、本発明の一実施形態に係る試験片に加える荷重を説明する図である。
図４のグラフの縦軸は試験片２に加える荷重（引っ張り荷重及び圧縮荷重）の大きさを、横軸は試験片２に荷重を加える繰り返し延べ回数を示している。疲労強度試験装置１は、所定の大きさの荷重を所定の回数（Ｍ回、例えば、数十回〜数千回）試験片２に加える。この試験期間を「繰り返し工程１」とする。赤外線サーモグラフィー３は、「繰り返し工程１」における試験片２の平滑部２１及び切欠き底２２を含む温度画像を複数撮影する。赤外線サーモグラフィー３は、撮影した画像を切欠き係数推定装置１０へ出力する。続いて、疲労強度試験装置１が「繰り返し工程１」よりも大きな荷重を所定回数（Ｍ回）試験片２に加える。この試験期間を「繰り返し工程２」とする。赤外線サーモグラフィー３は、同様に、「繰り返し工程２」における試験片２の温度画像を撮影し、その画像を切欠き係数推定装置１０へ出力する。同様に、疲労強度試験装置１は、段階的に荷重を増加させつつ、所定回数（Ｍ回）ずつ試験片２に荷重を加えるサイクルを「繰り返し工程Ｎ（例えば、Ｎ＝５〜１０）」まで繰り返し行う。赤外線サーモグラフィー３は、各繰り返し工程１〜Ｎにおいて試験片２の温度画像を複数撮影し、その画像を切欠き係数推定装置１０へ出力する。なお、試験片２に加わる応力振幅は、疲労強度試験装置１が加える荷重の大きさに比例するので、繰り返し工程１〜Ｎを通して、試験片２の応力振幅も段階的に増加することになる。
従来の疲労強度試験では、荷重を繰り返し加える回数が、例えば１０^８回に及ぶことがあった。本実施形態では、従来の疲労強度試験より少ない繰り返し回数の荷重を段階的に増加させて試験片２に加える。繰り返し工程１〜Ｎを通した荷重の繰り返し延べ回数の和（多くて１万回程度）も、従来の疲労強度試験における荷重の付与回数に比べ少ない回数となる。これにより、本実施形態によれば、従来の疲労強度試験に比べ、より簡便に試験を行うことが可能となる。

図５は、本発明の一実施形態に係る応力振幅と温度変動量の相関を示す図の一例である。
図５に示すグラフの横軸は応力振幅を、縦軸は温度変動量を示している。図５の円で表された点（Ｐ_１ａ〜Ｐ_１ｈ）は、平滑部２１における温度変動量「ΔＴ_Ｄ（平滑部）」である。菱形で表された点（Ｐ_２ａ〜Ｐ_２ｆ）は、切欠き底２２における温度変動量「ΔＴ_Ｄ（切欠き底）」である。

図４で説明したように、赤外線サーモグラフィー３は、各繰り返し工程１〜Ｎで撮影した温度画像を切欠き係数推定装置１０へ出力する。
切欠き係数推定装置１０では、温度画像取得手段１１が各繰り返し工程で撮影された複数の温度画像を取得し、繰り返し工程ごとに温度画像を記憶手段１７に記録する。応力振幅算出手段１２は、試験片２に加えられる荷重の大きさの情報を取得し、応力振幅を算出する。温度変動算出手段１３は、各繰り返し工程の温度画像を記憶手段１７から読み出して繰り返し工程ごとに温度変動量「ΔＴ_Ｄ（平滑部）」と温度変動量「ΔＴ_Ｄ（切欠き底）」とをそれぞれ算出する。相関算出手段１４は、応力振幅算出手段１２が算出した各繰り返し工程の応力振幅と、同じ繰り返し工程における温度変動算出手段１３が算出した「ΔＴ_Ｄ（平滑部）」とを対応付けて記憶手段１７に記録する。この対応を２次元グラフ上にプロットすると図５で例示した２次元グラフが得られる。相関算出手段１４は、プロットした各点（図５の円の点：Ｐ_１ａ〜Ｐ_１ｈ）を結ぶ近似線を、例えば、最小二乗法などを用いて算出する。図５で例示した直線３２及び直線３３は、相関算出手段１４が各繰り返し工程の「ΔＴ_Ｄ（平滑部）」と応力振幅に基づいて算出した近似線である。同様に、相関算出手段１４は、応力振幅算出手段１２が算出した各繰り返し工程の応力振幅と、同じ繰り返し工程における温度変動算出手段１３が算出した「ΔＴ_Ｄ（切欠き底）」とを対応付けて記憶手段１７に記録する。相関算出手段１４は、記録した対応関係を２次元グラフ上にプロットした各点（図５の円の菱形の点：Ｐ_２ａ〜Ｐ_２ｆ）を結ぶ近似線を算出する。図５で例示した直線３１及び直線３３は、相関算出手段１４が各繰り返し工程の「ΔＴ_Ｄ（切欠き底）」と応力振幅に基づいて算出した近似線である。

ここで、平滑部２１についても切欠き底２２についても、応力振幅の増加とともに温度変動量ΔＴ_Ｄも大きくなり、さらにある応力振幅を境に急激に増加することがわかる。直線３１と直線３３の交点は、切欠き底２２において「ΔＴ_Ｄ（切欠き底）」が急激に増加する変局点である。また、直線３２と直線３３の交点は、平滑部２１において「ΔＴ_Ｄ（平滑）」が急激に増加する変局点である。図示するように切欠き底２２の変局点に対応する応力振幅＜平滑部２１の変局点に対応する応力振幅の関係が成り立つ。非特許文献１によると、この温度変動量ΔＴ_Ｄが急激に増加する変局点での応力振幅は、疲労限界の予測値（推定値）とすることができる。つまり、直線３１と直線３３の交点に対応する応力振幅３４は、試験片２の切欠き底２２の疲労強度の推定値である。直線３２と直線３３の交点に対応する応力振幅３５は、試験片２の平滑部２１の疲労強度の推定値である。疲労強度推定手段１５は、相関算出手段１４が算出した温度変動量ΔＴ_Ｄと応力振幅の相関に基づいて、温度変動量ΔＴ_Ｄが急激に増加する点に対応する応力振幅（３４、３５）を算出する。疲労強度推定手段１５は、平滑部２１の温度変化「ΔＴ_Ｄ（平滑）」について算出した応力振幅を平滑部２１の疲労強度σ_ｗ１と推定する。疲労強度推定手段１５は、切欠き底２２の温度変化「ΔＴ_Ｄ（切欠き底）」について算出した応力振幅を切欠き底２２の疲労強度σ_ｗ２と推定する。

次に、切欠き係数推定処理の流れを、図６を用いて説明する。
図６は、本発明の一実施形態に係る切欠き係数推定処理のフローチャートである。
前提として、疲労強度試験装置１によって段階的に加えられる荷重の大きさの情報は、予め記憶手段１７に記録されているものとする。
まず、切欠きを有する試験片２を用意し、疲労強度試験装置１（荷重付与手段）を用いて、段階的に荷重を増加しながら試験片２に荷重を加える（ステップＳ１１：荷重付与工程）。これにより試験片２に加わる応力の応力振幅も段階的に増加する。試験を行うのと並行して、各繰り返し工程において赤外線サーモグラフィー３（画像撮影手段）が試験片２の温度画像を複数撮影する（ステップＳ１２：画像撮影工程）。赤外線サーモグラフィー３は、撮影した温度画像を切欠き係数推定装置に出力する。

切欠き係数推定装置１０では、温度画像取得手段１１が温度画像を取得し、繰り返し工程ごとに温度画像を記憶手段１７に記録する。次に、応力振幅算出手段１２が、各繰り返し工程において加えられる荷重の大きさの情報を記憶手段１７から読み出し、応力振幅を算出する（ステップＳ１３）。応力振幅算出手段１２は、算出した繰り返し工程ごとの応力振幅をその繰り返し工程の識別番号（例えば、「繰り返し工程１）の「１」）と対応付けて記憶手段１７に記録する。次に、温度変動算出手段１３が記憶手段１７の繰り返し工程ごとの温度画像を読み出して、各温度画像から切欠き底２２及び平滑部２１のそれぞれの位置における散逸エネルギーによる温度変動量ΔＴ_Ｄを算出する（ステップＳ１４：温度変動算出工程）。温度変動量ΔＴ_Ｄは、ある繰り返し工程における不可逆な発熱成分である。温度変動算出手段１３は、算出した温度変動量「ΔＴ_Ｄ（切欠き底）」及び「ΔＴ_Ｄ（平滑）」を繰り返し工程の識別番号と対応付けて記憶手段１７に記録する。

次に、相関算出手段１４が記憶手段１７から各繰り返し工程の識別番号に対応付けられた温度変動量「ΔＴ_Ｄ（切欠き底）」及び「ΔＴ_Ｄ（平滑）」とその繰り返し工程の識別番号に対応付けられた応力振幅との相関関係を示す近似線（図５の直線３１〜３３）を算出する。相関算出手段１４が算出した近似線は、応力振幅の増加に対する温度変動量ΔＴ_Ｄの増加が小さい近似線（例えば図５の直線３１、直線３２：傾きの小さい近似線）と、応力振幅の増加に対する温度変動量ΔＴ_Ｄの増加量が大きい近似線（例えば図５の直線３３：傾きの大きい近似線）とを含む。次に、疲労強度推定手段１５は、傾きの小さい近似線と傾きの大きい近似線の交点（変局点）を求める。この応力振幅の増加に対する温度変動の増加量が急激に変化する変局点が疲労強度σの推定値である。疲労強度推定手段１５は、平滑部２１の疲労強度の推定値σ_ｗ１と切欠き底２２の疲労強度の推定値σ_ｗ２を算出する（ステップＳ１５：疲労強度推定工程）。疲労強度推定手段１５は、算出した疲労強度の推定値σ_ｗ１、σ_ｗ２を切欠き係数推定手段１６に出力する。切欠き係数推定手段１６は、取得した疲労強度の推定値σ_ｗ１、σ_ｗ２を用いて切欠き係数ｋ_ｆを推定する（ステップＳ１６：切欠き係数推定工程）。具体的には、切欠き係数推定手段１６は、ｋ_ｆ＝σ_ｗ１／σ_ｗ２によって切欠き係数ｋ_ｆの推定値を算出する。切欠き係数推定手段１６は、疲労強度の推定値σ_ｗ１、σ_ｗ２、切欠き係数ｋ_ｆを出力手段１８に出力する。出力手段１８は、切欠き係数推定装置に接続されたディスプレイ装置に疲労強度の推定値σ_ｗ１、σ_ｗ２、切欠き係数ｋ_ｆを表示させる。

従来は、疲労強度や切欠き係数を求めるのに、切欠きを有する試験片Ａと、切欠きを有しない試験片Ｂを用いて、繰り返し（例えば１０^８回など）それらの試験片Ａ，Ｂに荷重を加え、いわゆるＳ−Ｎ線図を作成する。そして、試験員は、このＳ−Ｎ線図に基づいて試験片Ａ及び試験片Ｂの疲労強度を算出し、さらに切欠き係数を算出していた。この疲労破壊試験は、長期に渡り試験片Ａ及び試験片Ｂのそれぞれについて１ヶ月を要する場合があった。

本実施形態では、切欠きを有する試験片２に対して段階的に荷重を加え、その過程における試験片２の温度を計測することで、試験片２の切欠き底２２及び平滑部２１における疲労強度、切欠き係数ｋ_ｆを推定する。この際、試験片２に加える荷重の繰り返し回数（例えば、１万回など）は、従来の疲労破壊試験に比べ少なく抑えることができ、試験に要する労力を省力化し、試験期間を短縮（数時間〜１日以内に完了）することができる。

なお、上記の説明では、切欠きを有する１つの試験片２における切欠き底２２と平滑部２１を用いて、疲労強度及び切欠き係数を推定する場合を例に説明を行った。しかし、切欠きを有する試験片２Ａと、試験片２Ａの切欠き底の幅と同じ幅を有する切欠きを有さない試験片２Ｂとを用いて、疲労強度及び切欠き係数を推定することもできる。この場合、上記の例の平滑部２１の疲労強度の推定値σ_ｗ１に相当する疲労強度の推定値σ_ｗ１´は、試験片２Ｂに対する上述の切欠き係数推定装置１０による疲労強度の推定方法によって推定する。また、切欠き底２２の疲労強度の推定値σ_ｗ２に相当する疲労強度の推定値σ_ｗ２´は、試験片２Ａが有する切欠き底に対する上述の切欠き係数推定装置１０による疲労強度の推定方法によって推定する。また、切欠き係数ｋ_ｆは、試験片２Ａ、２Ｂを用いて推定した「σ_ｗ１´」、「σ_ｗ２´」を用いてｋ_ｆ＝σ_ｗ１´／σ_ｗ２´で求めることができる。試験片２Ａ、２Ｂを用いる方法であっても、従来のＳ−Ｎ曲線に基づいて数か月間をかけて疲労強度や切欠き係数を算出するのに比べ、省力化及び試験に要する時間の短縮化を図ることが可能である。

なお、上述した切欠き係数推定装置１０における各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムを切欠き係数推定装置１０のコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
また、切欠き係数推定装置１０は、１台のコンピュータで構成されていても良いし、通信可能に接続された複数のコンピュータで構成されていてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。なお、切欠きを有する試験片２Ａは、第一試験片の一例であり、切欠きを有さない試験片２Ｂは、第二試験片の一例である。また、σ_ｗ１、σ_ｗ１´は平滑材の疲労強度に相当する平滑疲労強度の一例である。σ_ｗ２、σ_ｗ２´は切欠き材の疲労強度に相当する切欠き疲労強度の一例である。

１・・・疲労強度試験装置
２・・・試験片
３・・・赤外線サーモグラフィー
１０・・・切欠き係数推定装置
１１・・・温度画像取得手段
１２・・・応力振幅算出手段
１３・・・温度変動算出手段
１４・・・相関算出手段
１５・・・疲労強度推定手段
１６・・・切欠き係数推定手段
１７・・・記憶手段

Claims (6)

1. 引っ張り荷重及び圧縮荷重を荷重の大きさを段階的に増加させながら繰り返し試験片に付与する荷重付与工程と、
   前記荷重付与工程における前記試験片の温度画像を撮影する画像撮影工程と、
   前記温度画像に基づいて、前記試験片に生じる温度変動のうち不可逆な温度変動量を算出する温度変動算出工程と、
   前記温度変動量と前記荷重に対応する応力振幅との相関関係を算出し、前記相関関係が示す変局点に基づいて前記試験片の疲労強度を推定する疲労強度推定工程と、
   前記疲労強度推定工程によって推定した切欠き材の疲労強度に相当する切欠き疲労強度と平滑材の疲労強度に相当する平滑疲労強度とに基づいて切欠き係数を推定する切欠き係数推定工程と、
   を含む切欠き係数推定方法。
2. 前記荷重付与工程において、切欠き底と平滑部を有する試験片に荷重を加え、
   前記画像撮影工程において、前記試験片の温度画像を撮影し、
   前記温度変動算出工程において、前記試験片の切欠き底と平滑部のそれぞれについて温度変動量を算出し、
   前記疲労強度推定工程において、前記試験片の切欠き底と平滑部のそれぞれについて疲労強度を推定し、
   前記切欠き係数推定工程において、前記切欠き材の疲労強度に相当する切欠き疲労強度である前記切欠き底の疲労強度と前記平滑材の疲労強度に相当する平滑疲労強度である前記平滑部の疲労強度とから切欠き係数を推定する、
   請求項１に記載の切欠き係数推定方法。
3. 前記荷重付与工程において、切欠きを有する第一試験片と切欠きを有さない第二試験片に荷重を加え、
   前記画像撮影工程において、前記第一試験片と前記第二試験片の温度画像を撮影し、
   前記温度変動算出工程において、前記第一試験片と前記第二試験片のそれぞれについて温度変動量を算出し、
   前記疲労強度推定工程において、前記第一試験片の温度変動量と応力振幅との相関関係に基づいて前記第一試験片の疲労強度を推定し、前記第二試験片の温度変動量と応力振幅との相関関係に基づいて前記第二試験片の疲労強度を推定し、
   前記切欠き係数推定工程において、前記切欠き材の疲労強度に相当する切欠き疲労強度である前記第一試験片の疲労強度と前記平滑材の疲労強度に相当する平滑疲労強度である前記第二試験片の疲労強度とから切欠き係数を推定する、
   請求項１に記載の切欠き係数推定方法。
4. 前記荷重付与工程では、同じ大きさの前記引っ張り荷重及び前記圧縮荷重を試験片に所定の回数加えるサイクルを、前記荷重の大きさを段階的に増加させながら繰り返し、
   前記画像撮影工程では、前記荷重付与工程の各サイクルにおける前記試験片の温度画像を撮影し、
   前記温度変動算出工程では、前記不可逆な温度変動量を前記サイクルごとに算出し、
   前記疲労強度推定工程では、前記温度変動量と前記荷重に対応する応力振幅との相関関係を前記サイクルごとに算出する、
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の切欠き係数推定方法。
5. 引っ張り荷重及び圧縮荷重を荷重の大きさを段階的に増加させながら繰り返し試験片に付与する荷重付与手段と、
   前記試験片の温度画像を撮影する画像撮影手段と、
   前記温度画像に基づいて、前記試験片に生じる温度変動のうち不可逆な温度変動量を算出する温度変動算出手段と、
   前記温度変動量と前記荷重に対応する応力振幅との相関関係を算出し、前記相関関係が示す変局点に基づいて前記試験片の疲労強度を推定する疲労強度推定手段と、
   前記疲労強度推定手段によって推定した切欠き材の疲労強度に相当する切欠き疲労強度と平滑材の疲労強度に相当する平滑疲労強度とに基づいて切欠き係数を推定する切欠き係数推定手段と、
   を備える切欠き係数推定システム。
6. 引っ張り荷重及び圧縮荷重を荷重の大きさを段階的に増加させながら試験片に付与する工程で撮影された前記試験片の温度画像を取得する温度画像取得手段と、
   前記温度画像に基づいて、前記試験片に生じる温度変動のうち不可逆な温度変動量を算出する温度変動算出手段と、
   前記温度変動量と前記試験片に加わる荷重に対応する応力振幅との相関関係を算出し、前記相関関係が示す変局点に基づいて前記試験片の疲労強度を推定する疲労強度推定手段と、
   前記疲労強度推定手段によって推定した切欠き材の疲労強度に相当する切欠き疲労強度と平滑材の疲労強度に相当する平滑疲労強度とに基づいて切欠き係数を推定する切欠き係数推定手段と、
   を備える切欠き係数推定装置。

Images