JP2017187400A - Residual stress estimation method and residual stress estimation device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a residual stress estimation method and residual stress estimation device capable of setting an appropriate analysis range without being influenced by user's experience.SOLUTION: In the present residual stress estimation method, an index reflecting a strain in a crystal lattice in a structure having undergone plastic working is acquired by measuring the structure; a region in which a strain has occurred in the crystal lattice is identified on the basis of the acquired index; and the identified region is set as an analysis range for estimating the residual stress. A measured value related to the residual stress of the structure is acquired, and the distribution of inherent strain in the analysis range is estimated using the measured value so as to approximate the inherent strain of the structure in the set analysis range.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、固有ひずみ法に基づき構造物の残留応力を推定するための残留応力推定方法及び残留応力推定装置に関する。   The present invention relates to a residual stress estimation method and a residual stress estimation apparatus for estimating a residual stress of a structure based on an intrinsic strain method.

構造物に生じた残留応力は、疲労き裂などの損傷の原因となることがあり、その値を把握することが重要である。構造物の残留応力を推定する方法として、固有ひずみ法を用いたものが知られている(例えば、特許文献1及び2参照)。   Residual stress generated in a structure may cause damage such as fatigue cracks, and it is important to grasp the value. As a method for estimating the residual stress of a structure, a method using an inherent strain method is known (for example, see Patent Documents 1 and 2).

従来の固有ひずみ法に基づく残留応力の推定方法では、構造物から2種類の切断片を切り出し、各切断片について弾性ひずみ又は残留応力を計測し、計測された切断片の弾性ひずみ又は残留応力の計測値を有限要素法に基づく逆解析処理に適用する。逆解析処理を実行する解析装置に対し、固有ひずみが発生していると想定される範囲を解析範囲としてユーザが入力する。解析装置は、解析範囲で定義された分布関数を用いて固有ひずみ分布を最小二乗法で近似し、得られた固有ひずみ分布から構造物の残留応力を計算する。   In the conventional method for estimating residual stress based on the inherent strain method, two types of cut pieces are cut out from a structure, the elastic strain or residual stress is measured for each cut piece, and the measured elastic strain or residual stress of the cut piece is measured. The measured value is applied to the inverse analysis processing based on the finite element method. A user inputs, as an analysis range, a range in which the inherent strain is assumed to be generated with respect to the analysis apparatus that executes the reverse analysis process. The analysis apparatus approximates the inherent strain distribution by the least square method using the distribution function defined in the analysis range, and calculates the residual stress of the structure from the obtained inherent strain distribution.

特開2005−181172号公報JP 2005-181172 A 特開2003−121273号公報JP 2003-121273 A

残留応力の推定精度は、設定される解析範囲に大きな影響を受ける。したがって、解析範囲を適切に設定することが重要である。しかしながら、従来、ユーザが経験に基づいて試行錯誤的に解析範囲を設定しており、必ずしも適切な解析範囲が設定されるとは限らない。   The estimation accuracy of residual stress is greatly affected by the set analysis range. Therefore, it is important to set the analysis range appropriately. However, conventionally, the user has set the analysis range by trial and error based on experience, and an appropriate analysis range is not always set.

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、上記課題を解決することができる残留応力推定方法及び残留応力推定装置を提供することにある。   This invention is made | formed in view of such a situation, The main objective is to provide the residual-stress estimation method and residual-stress estimation apparatus which can solve the said subject.

上述した課題を解決するために、本発明の一の態様の残留応力推定方法は、塑性加工を施した構造物を測定することにより、前記構造物における結晶格子のひずみを反映した指標を取得するステップと、前記指標に基づいて結晶格子のひずみが生じた領域を特定し、特定された前記領域を残留応力を推定するための解析範囲として設定するステップと、前記構造物から得られた残留応力に関する計測値に基づいて、前記解析範囲における前記構造物の固有ひずみを近似するよう前記解析範囲における固有ひずみの分布を推定するステップと、推定された固有ひずみの分布に基づいて、前記構造物における残留応力を推定するステップと、を有する。   In order to solve the above-described problem, the residual stress estimation method according to one aspect of the present invention obtains an index reflecting the distortion of the crystal lattice in the structure by measuring the structure subjected to plastic working. Identifying a region where crystal lattice distortion has occurred based on the index, setting the identified region as an analysis range for estimating residual stress, and residual stress obtained from the structure Estimating the inherent strain distribution in the analysis range so as to approximate the inherent strain of the structure in the analysis range based on the measured value, and in the structure based on the estimated inherent strain distribution Estimating the residual stress.

この態様において、前記指標は、結晶格子のひずみの有無によって変化する機械的性質であってもよい。   In this aspect, the index may be a mechanical property that changes depending on the presence or absence of crystal lattice distortion.

また、上記態様において、前記機械的性質は、硬さ、ヤング係数、降伏点、極限強度、破断強度、破断伸び、絞り、衝撃値、疲労強度、及びクリープ強度からなる群より選ばれる機械的性質であってもよい。   In the above aspect, the mechanical properties are selected from the group consisting of hardness, Young's modulus, yield point, ultimate strength, breaking strength, breaking elongation, drawing, impact value, fatigue strength, and creep strength. It may be.

また、上記態様において、前記指標は、放射光又は中性子を前記構造物に照射して得られる前記結晶格子間の距離を反映した測定値であってもよい。   In the above aspect, the index may be a measured value reflecting a distance between the crystal lattices obtained by irradiating the structure with synchrotron radiation or neutrons.

また、上記態様において、前記指標は、X線回析法又は中性子回析法により得られる半価幅であってもよい。   In the above aspect, the index may be a half width obtained by an X-ray diffraction method or a neutron diffraction method.

また、本発明の一の態様の残留応力推定装置は、塑性加工を施した構造物を測定することにより、前記構造物における結晶格子のひずみを反映した指標を取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された前記指標に基づいて結晶格子のひずみが生じた領域を特定し、特定された前記領域を残留応力を推定するための解析範囲として設定する設定手段と、前記構造物の残留応力に関する計測値の入力を受け付ける入力部と、前記設定手段により設定された前記解析範囲における前記構造物の固有ひずみを近似するよう、前記入力部により受け付けられた前記計測値を用いて前記解析範囲における固有ひずみの分布を推定する推定手段と、前記推定手段によって推定された前記固有ひずみの分布に基づく残留応力の推定結果を表示する表示部と、を備える。   Further, the residual stress estimation device according to one aspect of the present invention includes an acquisition unit that acquires an index that reflects a distortion of a crystal lattice in the structure by measuring the structure subjected to plastic working, and the acquisition unit A setting means for specifying a region where crystal lattice distortion has occurred based on the index obtained by the step, and setting the specified region as an analysis range for estimating residual stress, and a residual stress of the structure An input unit that accepts an input of a measurement value, and a unique value in the analysis range using the measurement value received by the input unit so as to approximate the inherent strain of the structure in the analysis range set by the setting unit An estimation means for estimating the strain distribution, and a display for displaying a residual stress estimation result based on the intrinsic strain distribution estimated by the estimation means. And, equipped with a.

本発明によれば、ユーザの経験に左右されることなく、適切な解析範囲を設定することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to set an appropriate analysis range without being influenced by the user's experience.

実施の形態に係る残留応力推定装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the residual stress estimation apparatus which concerns on embodiment. クランク軸の構成を示す図。The figure which shows the structure of a crankshaft. クランク軸に対する塑性加工を説明するための図。The figure for demonstrating the plastic working with respect to a crankshaft. 実施の形態に係る残留応力推定の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the residual stress estimation which concerns on embodiment. 構造物から採取される切断片の一例を説明するための斜視図。The perspective view for demonstrating an example of the cutting piece extract | collected from a structure. C片の採取を説明するための図。The figure for demonstrating extraction of C piece. 解析範囲を説明するための図。The figure for demonstrating the analysis range. 構造物の表面からの深さ方向における硬さの分布の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of hardness distribution in the depth direction from the surface of a structure. 図8に硬さの分布を示した構造物の材料に対して実施された引張試験の結果を示すグラフ。The graph which shows the result of the tension test implemented with respect to the material of the structure which showed distribution of hardness in FIG. 評価試験の結果(残留応力の推定誤差)を示すグラフ。The graph which shows the result (estimated error of residual stress) of an evaluation test. 評価試験の結果(フィレット周方向における残留応力の推定結果)を示すグラフ。The graph which shows the result (estimation result of the residual stress in a fillet circumferential direction) of an evaluation test. 評価試験の結果(ピン周方向における残留応力の推定結果)を示すグラフ。The graph which shows the result (estimation result of the residual stress in a pin peripheral direction) of an evaluation test. X線回析法により得られる半価幅の深さ方向における分布の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of distribution in the depth direction of the half value width obtained by X-ray diffraction method.

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態1)
本実施の形態に係る残留応力推定装置は、構造物における結晶格子のひずみを反映した指標を取得し、取得された指標に基づいて結晶格子のひずみが生じた領域を特定し、特定された前記領域を解析範囲として設定し、この解析範囲について、固有ひずみ法に基づき構造物の残留応力を推定するものである。
(Embodiment 1)
The residual stress estimation device according to the present embodiment acquires an index reflecting the distortion of the crystal lattice in the structure, specifies the region where the distortion of the crystal lattice has occurred based on the acquired index, and the specified The region is set as an analysis range, and the residual stress of the structure is estimated based on the inherent strain method for this analysis range.

[残留応力推定装置の構成]
図1は、本実施の形態に係る残留応力推定装置の構成を示すブロック図である。残留応力推定装置1は、コンピュータ10によって実現される。図1に示すように、コンピュータ10は、本体11と、入力部12と、表示部13とを備えている。本体11は、CPU111、ROM112、RAM113、ハードディスク115、読出装置114、入出力インタフェース116、及び画像出力インタフェース117を備えており、CPU111、ROM112、RAM113、ハードディスク115、読出装置114、入出力インタフェース116、及び画像出力インタフェース117は、バスによって接続されている。
[Configuration of residual stress estimation device]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a residual stress estimation apparatus according to the present embodiment. The residual stress estimation device 1 is realized by a computer 10. As shown in FIG. 1, the computer 10 includes a main body 11, an input unit 12, and a display unit 13. The main body 11 includes a CPU 111, ROM 112, RAM 113, hard disk 115, reading device 114, input / output interface 116, and image output interface 117. The CPU 111, ROM 112, RAM 113, hard disk 115, reading device 114, input / output interface 116, The image output interface 117 is connected by a bus.

CPU111は、RAM113にロードされたコンピュータプログラムを実行することが可能である。そして、残留応力推定用のコンピュータプログラムである残留応力推定プログラム110を当該CPU111が実行することにより、コンピュータ10が残留応力推定装置1として機能する。残留応力推定プログラム110は、有限要素法に基づく逆解析処理プログラムであり、構造物における固有ひずみの分布状況の推定を可能とする。   The CPU 111 can execute a computer program loaded in the RAM 113. Then, when the CPU 111 executes a residual stress estimation program 110 that is a computer program for residual stress estimation, the computer 10 functions as the residual stress estimation device 1. The residual stress estimation program 110 is an inverse analysis processing program based on the finite element method, and enables estimation of the distribution state of the inherent strain in the structure.

ROM112は、マスクROM、PROM、EPROM、又はEEPROM等によって構成されており、CPU111に実行されるコンピュータプログラム及びこれに用いるデータ等が記録されている。   The ROM 112 is configured by a mask ROM, PROM, EPROM, EEPROM, or the like, and stores a computer program executed by the CPU 111, data used for the same, and the like.

RAM113は、SRAMまたはDRAM等によって構成されている。RAM113は、ハードディスク115に記録されている残留応力推定プログラム110の読み出しに用いられる。また、CPU111がコンピュータプログラムを実行するときに、CPU111の作業領域として利用される。   The RAM 113 is configured by SRAM, DRAM, or the like. The RAM 113 is used for reading the residual stress estimation program 110 recorded on the hard disk 115. Further, when the CPU 111 executes a computer program, it is used as a work area for the CPU 111.

ハードディスク115は、オペレーティングシステム及びアプリケーションプログラム等、CPU111に実行させるための種々のコンピュータプログラム及び当該コンピュータプログラムの実行に用いられるデータがインストールされている。残留応力推定プログラム110も、このハードディスク115にインストールされている。   The hard disk 115 is installed with various computer programs to be executed by the CPU 111 such as an operating system and application programs, and data used for executing the computer programs. A residual stress estimation program 110 is also installed in the hard disk 115.

ハードディスク115には、例えば米マイクロソフト社が製造販売するWindows(登録商標)等のオペレーティングシステムがインストールされている。以下の説明においては、本実施の形態に係る残留応力推定プログラム110は当該オペレーティングシステム上で動作するものとしている。   The hard disk 115 is installed with an operating system such as Windows (registered trademark) manufactured and sold by Microsoft Corporation. In the following description, it is assumed that the residual stress estimation program 110 according to the present embodiment operates on the operating system.

読出装置114は、フレキシブルディスクドライブ、CD−ROMドライブ、またはDVD−ROMドライブ等によって構成されており、可搬型記録媒体120に記録されたコンピュータプログラムまたはデータを読み出すことができる。可搬型記録媒体120には、コンピュータを残留応力推定装置として機能させるための残留応力推定プログラム110が格納されており、コンピュータ10が当該可搬型記録媒体120から残留応力推定プログラム120を読み出し、当該残留応力推定プログラム120をハードディスク115にインストールすることが可能である。   The reading device 114 is configured by a flexible disk drive, a CD-ROM drive, a DVD-ROM drive, or the like, and can read a computer program or data recorded on the portable recording medium 120. The portable recording medium 120 stores a residual stress estimation program 110 for causing the computer to function as a residual stress estimation device. The computer 10 reads out the residual stress estimation program 120 from the portable recording medium 120, and The stress estimation program 120 can be installed on the hard disk 115.

入出力インタフェース116は、例えばUSB,IEEE1394,又はRS-232C等のシリアルインタフェース、SCSI,IDE,又は IEEE1284等のパラレルインタフェース、及びD/A変換器、A/D変換器等からなるアナログインタフェース等から構成されている。入出力インタフェース116には、キーボード及びマウスからなる入力部12が接続されており、ユーザが当該入力部12を使用することにより、コンピュータ10にデータを入力することが可能である。   The input / output interface 116 is, for example, a serial interface such as USB, IEEE1394, or RS-232C, a parallel interface such as SCSI, IDE, or IEEE1284, and an analog interface including a D / A converter, an A / D converter, and the like. It is configured. An input unit 12 including a keyboard and a mouse is connected to the input / output interface 116, and the user can input data to the computer 10 by using the input unit 12.

画像出力インタフェース117は、LCDまたはCRT等で構成された表示部13に接続されており、CPU111から与えられた画像データに応じた映像信号を表示部13に出力するようになっている。表示部13は、入力された映像信号にしたがって、画像(画面)を表示する。   The image output interface 117 is connected to the display unit 13 constituted by an LCD, a CRT, or the like, and outputs a video signal corresponding to the image data given from the CPU 111 to the display unit 13. The display unit 13 displays an image (screen) according to the input video signal.

[固有ひずみ法に基づく残留応力推定の原理]
(1)固有ひずみを用いた残留応力の算出
固有ひずみをεとすると、残留応力σは次式で表される。
σ=D(ε−ε) …(1)
但し、Dは弾性係数マトリックスであり、εは次式の関係を満たす全ひずみである。
[Principle of residual stress estimation based on intrinsic strain method]
(1) Calculation of residual stress using inherent strain When the inherent strain is ε 0 , the residual stress σ is expressed by the following equation.
σ = D (ε−ε 0 ) (1)
However, D is an elastic modulus matrix and ε is the total strain that satisfies the relationship of the following equation.

さて、固有ひずみが判っている場合、残留応力は次のように求められる。   Now, when the intrinsic strain is known, the residual stress is obtained as follows.

式(2)及び(3)より、次式が与えられる。
From the equations (2) and (3), the following equation is given.

式(4)を解いてuを求めると、式(3)及び(1)から残留応力が得られる。   When u is obtained by solving equation (4), residual stress is obtained from equations (3) and (1).

(2)計測残留応力を用いた固有ひずみの算出
N個の計測残留応力をσと表す。これに対応して、固有ひずみから求めたN個の計算残留応力をσとし、計測残留応力との残差Rを次式で定義する。
(2) Calculation of inherent strain using measured residual stress N measured residual stresses are represented as σ m . Correspondingly, N calculated residual stresses obtained from the inherent strain are represented by σ c , and a residual R with respect to the measured residual stress is defined by the following equation.

また、任意点の固有ひずみをM個の分布関数パラメータaによって、次の線形関数で表す。
ここで、Mは座標の関数であり、座標に関して非線形であってもよい。
In addition, the inherent strain at an arbitrary point is expressed by the following linear function with M distribution function parameters a.
Here, M is a function of coordinates, and may be nonlinear with respect to the coordinates.

式(8)によって固有ひずみが決まれば、計測残留応力は上記(1)の方法で求まり、その結果次のような線形の関係式が得られる。
If the intrinsic strain is determined by the equation (8), the measured residual stress is obtained by the method (1), and as a result, the following linear relational expression is obtained.

式(7)に式(9)を代入し、Rが最小になるようにaを決定すると、計測残留応力と、計測点における計算残留応力の誤差が最小になるような固有ひずみ分布が決定される。   Substituting equation (9) into equation (7) and determining a so that R is minimized, the inherent strain distribution is determined so that the error between the measured residual stress and the calculated residual stress at the measurement point is minimized. The

[残留応力推定装置の動作]
以下、本実施の形態に係る残留応力推定装置1の動作について説明する。
[Operation of residual stress estimation device]
Hereinafter, the operation of the residual stress estimation apparatus 1 according to the present embodiment will be described.

残留応力推定装置1は、以下に説明するような残留応力推定処理を実行して、構造物の残留応力を推定する。   The residual stress estimation device 1 executes a residual stress estimation process as described below to estimate the residual stress of the structure.

ここでは、構造物の一例として、クランク軸について説明する。図2は、クランク軸の構成を示す図である。クランク軸200は、ジャーナル軸201と、ピン軸203とがクランクアーム202によって接続されて構成される。ジャーナル軸201とクランクアーム202の接続箇所、及びピン軸203とクランクアーム202の接続箇所は、使用時に大きな応力が発生しやすい。これらの接続箇所の内部に引張残留応力が生じていると、疲労き裂等の損傷の原因となり得る。疲労寿命を向上させるために、ロール加工又はショットピーニングなどの塑性加工が上記の接続箇所に施され、圧縮残留応力が導入される。   Here, a crankshaft will be described as an example of a structure. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the crankshaft. The crankshaft 200 is configured by connecting a journal shaft 201 and a pin shaft 203 by a crank arm 202. A large stress is likely to be generated at the time of use at the connection point between the journal shaft 201 and the crank arm 202 and at the connection point between the pin shaft 203 and the crank arm 202. If tensile residual stress is generated inside these connection portions, it may cause damage such as fatigue cracks. In order to improve the fatigue life, plastic processing such as roll processing or shot peening is applied to the above-mentioned connection locations, and compressive residual stress is introduced.

図3は、クランク軸に対する塑性加工を説明するための図である。図3では、ロール加工の場合を示している。ロール加工では、ジャーナル軸201(又はピン軸203)と、クランクアーム202との接続箇所に、ロール300が押しつけられた状態で、軸201が回転される。これにより、接続箇所には、フィレット204が形成され、軸201の周方向に分布するように圧縮残留応力が付与される。   FIG. 3 is a view for explaining plastic working on the crankshaft. FIG. 3 shows the case of roll processing. In the roll processing, the shaft 201 is rotated in a state where the roll 300 is pressed against the connection portion between the journal shaft 201 (or the pin shaft 203) and the crank arm 202. As a result, fillets 204 are formed at the connection locations, and compressive residual stress is applied so as to be distributed in the circumferential direction of the shaft 201.

上記のように塑性加工が施された構造物について、残留応力推定装置1を用いて残留応力を推定する。図4は、本実施の形態に係る残留応力推定の手順を示すフローチャートである。   Residual stress is estimated using the residual stress estimation apparatus 1 for the structure subjected to plastic working as described above. FIG. 4 is a flowchart showing a procedure of residual stress estimation according to the present embodiment.

ユーザは、構造物を切断加工して切断片を採取し、切断片から残留応力を計測する(ステップS1)。一般的には、構造物を一方向に薄く切断して切断片(T片)を採取し、前記一方向に直交する方向に薄く切断して切断片(L片)を採取する。   The user cuts the structure, collects a cut piece, and measures the residual stress from the cut piece (step S1). In general, a structure is thinly cut in one direction to obtain a cut piece (T piece), and thinly cut in a direction orthogonal to the one direction to obtain a cut piece (L piece).

ここで、残留応力は弾性ひずみにヤング率を乗じて得られる値であり、弾性ひずみを計測することと、残留応力を計測することとは等価である。したがって、切断片からは弾性ひずみ及び残留応力の何れを計測してもよい。本実施の形態では、残留応力を計測する場合について述べる。   Here, the residual stress is a value obtained by multiplying the elastic strain by the Young's modulus, and measuring the elastic strain is equivalent to measuring the residual stress. Therefore, either elastic strain or residual stress may be measured from the cut piece. In the present embodiment, a case where residual stress is measured will be described.

図5は、構造物から採取される切断片の一例を説明するための斜視図である。図5に示すように、周方向に一様に圧縮残留応力が付与されたジャーナル軸又はピン軸のような軸対称の構造物の場合、T片は半径方向に切断することによって得られる。固有ひずみが周方向に一様に分布していれば、周方向のどの部分においてT片を得たとしても、固有ひずみは変わらない。したがって、T片を1つだけ採取してもよい。これにより、T片の採取数を少なくできるので、切断加工及び切断片の残留応力計測の作業負担を軽減できる。   FIG. 5 is a perspective view for explaining an example of a cut piece collected from the structure. As shown in FIG. 5, in the case of an axisymmetric structure such as a journal shaft or pin shaft to which compressive residual stress is uniformly applied in the circumferential direction, the T piece is obtained by cutting in the radial direction. If the inherent strain is uniformly distributed in the circumferential direction, the inherent strain does not change no matter which part of the circumferential direction the T piece is obtained. Therefore, only one T piece may be collected. Thereby, since the number of sampling of T piece can be decreased, the work burden of cutting processing and residual stress measurement of a cut piece can be reduced.

一方、軸長方向については、固有ひずみの分布は複雑である。したがって、軸長方向の複数箇所においてL片を採取する必要がある。   On the other hand, in the axial length direction, the inherent strain distribution is complicated. Therefore, it is necessary to collect L pieces at a plurality of locations in the axial direction.

なお、クランク軸のフィレット部のように曲面を持つ場合には、L片ではなく、曲面の法線方向に切断した円錐形状の切断片(以下、「C片」という)を採取してもよい。また、L片及びC片を採取せず、T片のみを採取してもよい。図6は、C片の採取を説明するための図である。図6において、各図はジャーナル軸を回転軸軸長方向に切断したときの断面図である。C片500は、フィレットの曲面の法線方向、即ち、断面において円弧状のフィレットの半径方向に構造物を切断することによって得られる。ジャーナル軸は軸対称形状であるため、C片500の切断面501は、ジャーナル軸の回転中心軸回りに円錐状に延びる。かかるC片は、フィレットの中心角を変えて数点(例えば、20°から110°まで10°毎)採取される。   When the crankshaft has a curved surface such as a fillet portion, a conical cut piece (hereinafter referred to as “C piece”) cut in the normal direction of the curved surface may be collected instead of the L piece. . Alternatively, only the T piece may be collected without collecting the L piece and the C piece. FIG. 6 is a diagram for explaining the collection of the C piece. In FIG. 6, each figure is a cross-sectional view when the journal shaft is cut in the longitudinal direction of the rotation axis. The C piece 500 is obtained by cutting the structure in the normal direction of the curved surface of the fillet, that is, in the radial direction of the arcuate fillet in the cross section. Since the journal axis has an axisymmetric shape, the cut surface 501 of the C piece 500 extends conically around the rotation center axis of the journal axis. Such C pieces are collected by changing the center angle of the fillet (for example, every 10 ° from 20 ° to 110 °).

また、一方向に長い棒状の構造物に対して、長手方向に一様に圧縮残留応力が付与された場合、長手方向の1箇所で、T片を1つだけ採取できる。   Moreover, when compressive residual stress is uniformly given to the longitudinal direction with respect to the rod-shaped structure long in one direction, only one T piece can be extract | collected at one place of a longitudinal direction.

ユーザは、上記のようにして採取された切断片に対して、X線などにより残留応力を直接計測する。弾性ひずみを計測する場合、ユーザは、切断片にひずみゲージを貼り付け、さらに複数の小片に切断し、各小片の解放ひずみ(弾性ひずみ)を計測する。残留応力又は解放ひずみ(弾性ひずみ)の計測においては、互いに異なる複数の成分を計測する。   The user directly measures the residual stress by X-rays or the like on the cut piece collected as described above. When measuring the elastic strain, the user attaches a strain gauge to the cut piece, further cuts it into a plurality of small pieces, and measures the release strain (elastic strain) of each small piece. In measurement of residual stress or release strain (elastic strain), a plurality of different components are measured.

再び図4を参照する。ユーザは、残留応力の計測値を、残留応力推定装置1に入力する。残留応力推定装置1のCPU111は、入力部12から入力された計測値を受け付ける(ステップS2)。こうして入力された計測値は、後述する分布関数のパラメータ最適化による残留応力の推定に用いられる。   Refer to FIG. 4 again. The user inputs a residual stress measurement value to the residual stress estimation apparatus 1. The CPU 111 of the residual stress estimation device 1 receives the measurement value input from the input unit 12 (step S2). The measured values input in this way are used for estimation of residual stress by optimizing the parameters of the distribution function described later.

次にユーザは、上記の切断片を測定して、構造物における結晶格子のひずみを反映した指標を取得する(ステップS3)。構造物に塑性加工が施されると、塑性加工が施された部分に塑性ひずみ及び変態ひずみ等の非弾性ひずみが生じる。この非弾性ひずみは、微視的には結晶格子のひずみ(以下、「格子ひずみ」という)であり、その中でも塑性ひずみは転位のような格子欠陥による格子ひずみに起因し、変態ひずみは拡散型変態及び無拡散変態に因らず、結晶構造の変化による格子ひずみに起因する。かかる非弾性ひずみに起因して固有ひずみが生じ、構造物の内部に残留応力が発生する。   Next, the user measures the cut piece and acquires an index reflecting the distortion of the crystal lattice in the structure (step S3). When plastic working is applied to the structure, inelastic strain such as plastic strain and transformation strain is generated in the plastic processed portion. This inelastic strain is microscopically the strain of a crystal lattice (hereinafter referred to as “lattice strain”), among which plastic strain is caused by lattice strain due to lattice defects such as dislocations, and transformation strain is diffusion type. Regardless of the transformation and non-diffusion transformation, it is caused by lattice strain due to the change in crystal structure. Inherent strain occurs due to such inelastic strain, and residual stress is generated inside the structure.

上記のような格子ひずみが生じると変化する機械的性質がある。例えば、金属材料では加工硬化又は加工軟化が生じることが知られている。これは、格子ひずみの有無により材料の硬さが変化することを意味する。したがって、硬さは格子ひずみの有無によって変化する機械的性質の1つである。また、極限強度、疲労強度、クリープ強度、衝撃値などの機械的性質は硬さとよい相関があることが知られている。したがって、硬さと相関のあるこれらの機械的性質も、格子ひずみの有無によって変化するものであり、上記の指標として利用可能である。かかる機械的性質には、静的引張/圧縮試験によって測定されるヤング係数、降伏点、極限強度、破断強度、破断伸び、及び絞り、硬さ試験によって測定される硬さ、衝撃試験によって測定される衝撃値、疲労試験による疲労強度、並びにクリープ試験によるクリープ強度が含まれる。   There is a mechanical property that changes when the above lattice strain occurs. For example, it is known that work hardening or work softening occurs in a metal material. This means that the hardness of the material changes depending on the presence or absence of lattice strain. Therefore, hardness is one of the mechanical properties that changes depending on the presence or absence of lattice strain. Further, it is known that mechanical properties such as ultimate strength, fatigue strength, creep strength, and impact value have a good correlation with hardness. Therefore, these mechanical properties correlated with the hardness also change depending on the presence or absence of lattice strain, and can be used as the above-mentioned index. Such mechanical properties are measured by Young's modulus, yield point, ultimate strength, breaking strength, breaking elongation, and drawing, hardness measured by a hardness test, impact test, as measured by a static tensile / compression test. Impact value, fatigue strength by fatigue test, and creep strength by creep test.

本実施の形態では、格子ひずみを反映した指標として、ビッカース硬さを用いた構成について説明する。ユーザは、構造物を切断した切断片の各部におけるビッカース硬さをビッカース硬さ試験によって測定する。   In the present embodiment, a configuration using Vickers hardness as an index reflecting lattice strain will be described. A user measures the Vickers hardness in each part of the cut piece which cut | disconnected the structure by the Vickers hardness test.

次にユーザは、得られた測定値を、構造物における結晶格子のひずみを反映した指標として、残留応力推定装置1に入力する。CPU111は、入力部12から入力された指標を受け付ける(ステップS4)。入力された測定値(指標)は、構造物における残留応力を推定する範囲である解析範囲の設定に用いられる。   Next, the user inputs the obtained measurement value to the residual stress estimation apparatus 1 as an index reflecting the distortion of the crystal lattice in the structure. CPU111 receives the parameter | index input from the input part 12 (step S4). The input measurement value (index) is used for setting an analysis range that is a range for estimating the residual stress in the structure.

ここで、クランク軸における解析範囲及び硬さの測定について説明する。図7は、解析範囲を説明するための図である。図7では、ジャーナル軸201の中心軸に沿った断面を示している。ジャーナル軸201とクランクアーム202との接続箇所に冷間ロール加工を施す際、ロール300をジャーナル軸201の中心軸に対して所定角度(以下、「フィレット角」という)傾斜させた状態で、当該接続箇所に押し付ける(図3参照)。このため、ロール300の押し付け方向を中心として扇形に広がった範囲でクランク軸が圧縮され、塑性ひずみが生じる。かかる塑性ひずみが生じる範囲に近似した解析範囲を設定することで、正確に残留応力を推定できる。解析範囲は、図7に示すように、ジャーナル軸201の中心軸に沿った断面において、角度α及びΔα、並びに深さΔrによって規定できる。また、回転軸を中心とした周方向については一様に塑性変形が生じると推定できるため、1つの断面における解析範囲を設定すれば、他の断面における解析範囲の設定を省略できる。 Here, the analysis range and hardness measurement in the crankshaft will be described. FIG. 7 is a diagram for explaining the analysis range. FIG. 7 shows a cross section along the central axis of the journal shaft 201. When a cold roll process is performed on a connection portion between the journal shaft 201 and the crank arm 202, the roll 300 is inclined at a predetermined angle (hereinafter referred to as a “fillet angle”) with respect to the central axis of the journal shaft 201. Press against the connection (see Figure 3). For this reason, a crankshaft is compressed in the range extended in the fan shape centering on the pressing direction of the roll 300, and plastic distortion arises. The residual stress can be accurately estimated by setting an analysis range that approximates the range in which such plastic strain occurs. As shown in FIG. 7, the analysis range can be defined by angles α 0 and Δα and a depth Δr in a cross section along the central axis of the journal shaft 201. Further, since it can be estimated that plastic deformation occurs uniformly in the circumferential direction around the rotation axis, setting the analysis range in one cross section can omit setting the analysis range in the other cross section.

このような解析範囲の設定に必要なデータを得るため、ユーザは、構造物を上記の断面に沿って切断された切断片(T片)の複数箇所における硬さを測定する。こうして得られた硬さの測定値が、残留応力推定装置1に入力される。   In order to obtain data necessary for setting such an analysis range, the user measures the hardness at a plurality of locations of a cut piece (T piece) cut along the cross section of the structure. The measurement value of hardness thus obtained is input to the residual stress estimation device 1.

測定値の入力を受け付けると、CPU111は、入力された測定値に基づいて解析範囲を設定する(ステップS5)。この解析範囲の設定について説明する。図8は、深さ方向における硬さの分布の一例を示すグラフである。図8において、縦軸は硬さを示し、横軸は構造物表面からの深さを示す。図8に示す例では、構造物の表面に近い位置では硬さが小さく、深さが大きくなるにつれて硬さが増している。深さが約12mmの位置において硬さが309Hvとなり、それより深い位置では硬さが309Hvで一定である。   When receiving the input of the measurement value, the CPU 111 sets the analysis range based on the input measurement value (step S5). The setting of the analysis range will be described. FIG. 8 is a graph showing an example of hardness distribution in the depth direction. In FIG. 8, the vertical axis indicates the hardness, and the horizontal axis indicates the depth from the surface of the structure. In the example shown in FIG. 8, the hardness is small at a position close to the surface of the structure, and the hardness increases as the depth increases. The hardness is 309 Hv at a position where the depth is about 12 mm, and the hardness is constant at 309 Hv at a position deeper than that.

図9は、図8に硬さの分布を示した構造物の材料(以下、「対象材料」という)に対して実施された引張試験(静的引張試験及びサイクリック試験)の結果を示すグラフである。図9において、縦軸は応力を示し、横軸はひずみを示す。また、図中黒色の実線は静的引張試験の結果を示し、灰色の実線はサイクリック試験の結果を示す。金属には、その材質、組織等によって、塑性加工した場合に硬化(加工硬化)するものと軟化(加工軟化)するものとがある。図9に示すように、対象材料は、引張荷重及び圧縮荷重を繰り返し与える(繰り返し加工)ことによって加工軟化することが分かる。対象材料の引張強度は970MPaであり、ビッカース硬さでは309Hvに相当する。再び図8を参照すると、表面から約12mmの位置が塑性ひずみの発生領域と発生していない領域との境界であることが分かる。CPU111は、深さ毎の硬さの測定値と、予め与えられた塑性加工が施されていない状態での対象材料の硬さとを比較することで、この境界を検出することができる。また、深さの順に硬さの測定値の変化を調べ、測定値が一定となった深さを境界として検出してもよい。図8の例では、表面から深さ約12mmまでの範囲において塑性ひずみが生じている。したがって、この例においては、解析範囲の深さΔrを約12mmとして決定できる。解析範囲の開始角度α及び解析範囲の角度Δαについても同様にして決定する。 FIG. 9 is a graph showing the results of a tensile test (static tensile test and cyclic test) performed on the material of the structure whose hardness distribution is shown in FIG. 8 (hereinafter referred to as “target material”). It is. In FIG. 9, the vertical axis represents stress, and the horizontal axis represents strain. In the figure, the black solid line shows the result of the static tensile test, and the gray solid line shows the result of the cyclic test. Depending on the material, structure, etc., there are metals that harden (work hardening) and those that soften (work softening) when plastic working. As shown in FIG. 9, it can be seen that the target material is softened by repeatedly applying a tensile load and a compressive load (repetitive processing). The tensile strength of the target material is 970 MPa, which corresponds to 309 Hv in terms of Vickers hardness. Referring to FIG. 8 again, it can be seen that the position of about 12 mm from the surface is the boundary between the plastic strain generation region and the non-generation region. The CPU 111 can detect this boundary by comparing the measured value of the hardness for each depth with the hardness of the target material in a state where the plastic processing given in advance is not performed. Alternatively, the change in hardness measurement value may be examined in the order of depth, and the depth at which the measurement value becomes constant may be detected as a boundary. In the example of FIG. 8, plastic strain occurs in the range from the surface to a depth of about 12 mm. Therefore, in this example, the depth Δr of the analysis range can be determined as about 12 mm. The analysis range start angle α 0 and the analysis range angle Δα are similarly determined.

ところで、構造物の残留応力は、計測した切断片の残留応力(又は弾性ひずみ)に基づいて推定される。したがって、残留応力又は弾性ひずみの計測点をどこにするかは、構造物の残留応力の推定精度に大きな影響を及ぼす。固有ひずみの値が高い部位、固有ひずみの分布が急峻に変化する部位などを計測点にすれば、精度よく残留応力を推定できる。このような部位は解析範囲に含まれているので、ユーザは、解析範囲内において計測点を決定してもよい。例えば、残留応力の計測値の入力よりも先に、格子ひずみを反映した指標の入力及び解析範囲の決定を実行し、決定された解析範囲を表示部13に表示し、ユーザがこの解析範囲を参照して、残留応力又は弾性ひずみの計測点を決定してもよい。   By the way, the residual stress of the structure is estimated based on the measured residual stress (or elastic strain) of the cut piece. Therefore, where the measurement point of the residual stress or elastic strain is made has a great influence on the estimation accuracy of the residual stress of the structure. Residual stress can be estimated with high accuracy by using a site where the value of the inherent strain is high, a site where the distribution of the inherent strain changes sharply, and the like as measurement points. Since such a part is included in the analysis range, the user may determine a measurement point within the analysis range. For example, before inputting the measurement value of the residual stress, the input of the index reflecting the lattice strain and the determination of the analysis range are executed, and the determined analysis range is displayed on the display unit 13, and the user displays this analysis range. Referring to the measurement point of residual stress or elastic strain may be determined.

次にCPU111は、固有ひずみの分布関数を決定する(ステップS6)。分布関数としては、任意の多次多項式、又は三角級数を選択可能とすることができる。この場合、CPU111が自動的に分布関数を選択してもよいし、ユーザが入力部12を用いて所望の分布関数を指定してもよい。また、残留応力推定装置1において予め分布関数が設定されていてもよい。   Next, the CPU 111 determines a distribution function of intrinsic strain (step S6). An arbitrary multi-order polynomial or a trigonometric series can be selected as the distribution function. In this case, the CPU 111 may automatically select a distribution function, or the user may specify a desired distribution function using the input unit 12. Further, a distribution function may be set in advance in the residual stress estimation apparatus 1.

次にCPU111は、分布関数のパラメータを最適化する(ステップS7)。以下、ステップS7の処理について具体的に説明する。   Next, the CPU 111 optimizes the parameters of the distribution function (step S7). Hereinafter, the process of step S7 will be specifically described.

CPU111は、まず式(9)のHを決定する。その手順は次の通りである。
(a)a=[1,0,0,…,0]として、ε=Maを求める。
(b)式(4)を解き、uを求める。
(c)式(3)によりεを求める。
(d)式(1)によりσを求める。
(e)σの成分の中から、残留応力測定点に対応するN個の値を抽出し、これをHの第1列とする。
(f)a=[0,1,0,…,0]として、Hの第2列も同様に(b)〜(f)の手順で求める。
The CPU 111 first determines H in Expression (9). The procedure is as follows.
(A) As a = [1, 0, 0,..., 0] T , ε 0 = Ma is obtained.
(B) Solve Equation (4) to find u.
(C) ε is obtained by equation (3).
(D) σ is obtained from equation (1).
(E) N values corresponding to the residual stress measurement points are extracted from the components of σ, and set as the first column of H.
(F) a = [0, 1, 0,..., 0] As T , the second column of H is similarly obtained by the procedures (b) to (f).

次にCPU111は、式(7)のRが最小になるように、aを決定する。これにより、分布関数のパラメータが最適化される。   Next, the CPU 111 determines a so that R in Expression (7) is minimized. Thereby, the parameters of the distribution function are optimized.

さらにCPU111は、残留応力の推定値を算出する(ステップS8)。   Further, the CPU 111 calculates an estimated value of residual stress (step S8).

ステップS8の処理では、まずCPU111が、式(8)によって、任意点の固有ひずみを求める。さらにCPU111が、式(4)を解いてuを求め、得られたuを式(3)に適用してεを求め、得られたεを式(1)に適用してσを求める。   In the process of step S8, first, the CPU 111 obtains an intrinsic strain at an arbitrary point according to equation (8). Further, the CPU 111 solves the equation (4) to obtain u, applies the obtained u to the equation (3) to obtain ε, and applies the obtained ε to the equation (1) to obtain σ.

次にCPU111は、得られた残留応力の推定値を表示部13に表示させる(ステップS9)。   Next, the CPU 111 displays the estimated value of the obtained residual stress on the display unit 13 (step S9).

ステップS9の後、CPU111は処理を終了する。   After step S9, the CPU 111 ends the process.

上記のような構成とすることにより、結晶格子のひずみを反映した指標である機械的性質を用いて、塑性ひずみが生じる領域を特定することができ、この領域を解析範囲として設定できる。塑性ひずみを含む非弾性ひずみに起因して固有ひずみが生じ、この固有ひずみに起因して残留応力が生じるため、塑性ひずみが生じる領域を解析範囲とすることで、残留応力が生じていると推定される範囲において残留応力を推定することになり、推定精度を向上させることができる。したがって、ユーザの経験に左右されることなく、解析範囲を適切に設定できる。   By adopting the above-described configuration, it is possible to specify a region where plastic strain occurs using mechanical properties that are indices reflecting crystal lattice strain, and this region can be set as an analysis range. Intrinsic strain is generated due to inelastic strain including plastic strain, and residual stress is generated due to this inherent strain. Therefore, it is estimated that residual stress is generated by setting the region where plastic strain is generated as the analysis range. Therefore, the residual stress is estimated within the range, and the estimation accuracy can be improved. Therefore, the analysis range can be appropriately set without being influenced by the user's experience.

また、従来、ユーザが解析範囲をマニュアルで入力する残留応力推定装置とは別に、最適化処理により解析範囲を探索するものもある。本実施の形態に係る残留応力推定装置にあっては、残留応力の推定処理の前に解析範囲を設定できるため、最適化処理による解析範囲の探索が必要なく、残留応力の推定処理における計算量を大幅に軽減できる。   Conventionally, there is also an apparatus that searches for an analysis range by an optimization process separately from a residual stress estimation device in which a user manually inputs an analysis range. In the residual stress estimation device according to the present embodiment, since the analysis range can be set before the residual stress estimation process, there is no need to search the analysis range by the optimization process, and the amount of calculation in the residual stress estimation process Can be greatly reduced.

(評価試験)
本発明者は、上記で説明した残留応力推定方法の性能評価試験を行った。本評価試験では、ジャーナル軸の中心軸を中心とした周方向における解析範囲の幅をα=−20°、Δα=100°で一定とし、解析範囲の深さΔrを種々変更して、固有ひずみ法による残留応力推定の数値実験を行い、深さΔr毎に正解値(実測値)と数値実験結果との比較を行った。なお、本試験に用いたサンプル(構造物)では、図8に示す硬さが測定された(つまり、塑性ひずみが発生した領域と発生していない領域との境界は深さ12mm付近に存在する)。また、本試験では、フィレット角40°における複数の深さにおいて残留応力の実測値及び推定値を取得した。実測値については、測定深さまで構造物を穿孔し、穴底にひずみゲージを貼って切断法により測定した。
(Evaluation test)
The inventor conducted a performance evaluation test of the residual stress estimation method described above. In this evaluation test, the width of the analysis range in the circumferential direction centered on the central axis of the journal axis is constant at α 0 = −20 ° and Δα = 100 °, and the depth Δr of the analysis range is variously changed to be unique. A numerical experiment of residual stress estimation by the strain method was performed, and the correct value (actually measured value) was compared with the numerical experimental result for each depth Δr. In addition, in the sample (structure) used in this test, the hardness shown in FIG. 8 was measured (that is, the boundary between the region where the plastic strain was generated and the region where the plastic strain was not generated is around 12 mm deep). ). Further, in this test, measured values and estimated values of residual stress were obtained at a plurality of depths at a fillet angle of 40 °. The measured values were measured by a cutting method by drilling the structure to the measurement depth and attaching a strain gauge to the bottom of the hole.

図10は、本試験の結果を示すグラフである。図10において、縦軸は推定誤差(残留応力の推定値の実測値からの誤差)を示し、横軸は解析範囲の深さΔrを示している。図10に示すように、解析範囲の深さΔrを12mmとした場合が最も精度よく推定できている。塑性ひずみが発生した範囲の深さは約12mmであり、解析範囲を塑性ひずみが発生した範囲と一致させた場合に、精度よく残留応力を推定できることが分かる。   FIG. 10 is a graph showing the results of this test. In FIG. 10, the vertical axis represents an estimation error (error from an actual measurement value of an estimated value of residual stress), and the horizontal axis represents the depth Δr of the analysis range. As shown in FIG. 10, the case where the depth Δr of the analysis range is 12 mm can be estimated with the highest accuracy. The depth of the range where the plastic strain occurs is about 12 mm, and it can be seen that the residual stress can be estimated with high precision when the analysis range is matched with the range where the plastic strain occurs.

また、下表に示す各解析範囲について、推定値と実測値とを比較した。図11A及び図11Bは、この比較結果を示すグラフである。図11Aは、円弧状のフィレットの周方向(フィレット周方向)における残留応力の分布を示しており、図11Bは、ジャーナル軸を中心とした円の周方向(ピン周方向)における残留応力の分布を示している。
In addition, the estimated value and the actually measured value were compared for each analysis range shown in the following table. 11A and 11B are graphs showing the comparison results. FIG. 11A shows the distribution of residual stress in the circumferential direction (fillet circumferential direction) of the arc-shaped fillet, and FIG. 11B shows the distribution of residual stress in the circumferential direction of the circle (pin circumferential direction) around the journal axis. Is shown.

解析範囲1(深さが4mm)の場合では、塑性ひずみが生じる範囲に比べて解析範囲が小さい。図11A及び図11Bに示すように、かかる解析範囲1の場合、表面近傍の残留応力が実測値から大きく外れ、推定精度が悪い。一方、解析範囲2(深さが30mm)及び解析範囲3(深さが60mm)のように、塑性ひずみが生じる範囲に比べて解析範囲が大きい場合には、深さ15mm以上の推定値が実測値から乖離し、推定精度が悪い。塑性ひずみが生じる範囲と解析範囲とが概ね一致する解析範囲4(深さが12mm)では、推定値が実測値とよく一致しており、精度よく残留応力を推定できることが分かる。   In the analysis range 1 (depth is 4 mm), the analysis range is smaller than the range in which plastic strain occurs. As shown in FIGS. 11A and 11B, in the case of such analysis range 1, the residual stress in the vicinity of the surface deviates greatly from the actual measurement value, and the estimation accuracy is poor. On the other hand, when the analysis range is larger than the range in which plastic strain occurs, such as analysis range 2 (depth 30 mm) and analysis range 3 (depth 60 mm), an estimated value of depth 15 mm or more is actually measured. Deviates from the value and the estimation accuracy is poor. It can be seen that in the analysis range 4 (depth is 12 mm) in which the range in which the plastic strain occurs and the analysis range substantially match, the estimated value is in good agreement with the measured value, and the residual stress can be estimated with high accuracy.

(実施の形態2)
本実施の形態では、構造物における格子ひずみを反映した指標としてX線回析法により得られる半価幅を用いる。構造物において格子ひずみが生じると、格子間の距離が変化する。その一方で、X線回析法又は中性子回析法により得られる半価幅は、格子間の距離(結晶サイズ)に反比例して広がることが知られている。つまり、半価幅は、格子間の距離を反映している。このため、放射光又は中性子等を構造物に照射して半価幅を測定し、この半価幅を、格子ひずみを反映した指標とすることができる。本実施の形態に係る残留応力推定装置は、X線回析法により得られる半価幅を利用して解析範囲を決定する。つまり、図4に示すステップS3において、ユーザは切断片から半価幅を測定し、ステップS4において、CPU111は半価幅の入力を受け付ける。
(Embodiment 2)
In this embodiment, the half width obtained by the X-ray diffraction method is used as an index reflecting the lattice strain in the structure. When lattice distortion occurs in the structure, the distance between the lattices changes. On the other hand, it is known that the half width obtained by the X-ray diffraction method or the neutron diffraction method spreads in inverse proportion to the distance between the lattices (crystal size). In other words, the half width reflects the distance between the lattices. For this reason, a half width can be measured by irradiating a structure with synchrotron radiation or neutrons, and the half width can be used as an index reflecting lattice strain. The residual stress estimation apparatus according to the present embodiment determines the analysis range using the half width obtained by the X-ray diffraction method. That is, in step S3 shown in FIG. 4, the user measures the half-value width from the cut piece, and in step S4, the CPU 111 accepts an input of the half-value width.

図12は、X線回析法により得られる半価幅の深さ方向における分布の一例を示すグラフである。塑性加工が施されていない状態の対象材料における半価幅は2.6である。図12に示すように、構造物の表面に近い位置では半価幅が大きく、深さが大きくなるにつれて半価幅が減少している。深さが約12mmの位置において半価幅が2.6となり、それより深い位置では半価幅が2.6で一定である。このため、対象材料は、表面から約12mmの位置が塑性ひずみの発生領域と発生していない領域との境界であることが分かる。つまり、表面から深さ約12mmまでの範囲において塑性ひずみが生じている。したがって、この例においては、解析範囲の深さΔrを約12mmとして決定できる。解析範囲の開始角度α及び解析範囲の角度Δαについても同様にして決定する。 FIG. 12 is a graph showing an example of the distribution in the depth direction of the half width obtained by the X-ray diffraction method. The full width at half maximum of the target material not subjected to plastic working is 2.6. As shown in FIG. 12, the half-value width is large at a position close to the surface of the structure, and the half-value width decreases as the depth increases. The half-value width is 2.6 at a position where the depth is about 12 mm, and the half-value width is 2.6 at a position deeper than that. Therefore, it can be seen that the target material has a boundary between a region where plastic strain is generated and a region where plastic strain is not generated at a position of about 12 mm from the surface. That is, plastic strain occurs in the range from the surface to a depth of about 12 mm. Therefore, in this example, the depth Δr of the analysis range can be determined as about 12 mm. The analysis range start angle α 0 and the analysis range angle Δα are similarly determined.

本実施の形態に係る残留応力推定装置の構成及びその他の動作については、実施の形態1に係る残留応力推定装置1の構成及び動作と同様であるので、その説明を省略する。   Since the configuration and other operations of the residual stress estimation device according to the present embodiment are the same as the configuration and operation of the residual stress estimation device 1 according to the first embodiment, description thereof will be omitted.

上記のような構成とすることにより、結晶格子のひずみを反映した指標である半価幅を用いて、塑性ひずみが生じる領域を特定することができ、この領域を解析範囲として設定できる。塑性ひずみが生じる領域を解析範囲とすることで、残留応力が生じていると推定される範囲において残留応力を推定することになり、推定精度を向上させることができる。   By setting it as the above structures, the area | region where a plastic strain generate | occur | produces can be specified using the half value width which is the parameter | index reflecting the distortion | strain of crystal lattice, and this area | region can be set as an analysis range. By setting the region where the plastic strain occurs as the analysis range, the residual stress is estimated in the range where the residual stress is estimated to be generated, and the estimation accuracy can be improved.

(その他の実施の形態)
上記の実施の形態1及び2においては、残留応力推定装置が、結晶格子のひずみを反映した指標に基づいて解析範囲を決定する構成について述べたが、これに限定されるものではない。ユーザが、結晶格子のひずみを反映した指標に基づいて、解析範囲を決定し、この解析範囲を残留応力推定装置に入力してもよい。
(Other embodiments)
In the first and second embodiments described above, the configuration in which the residual stress estimation apparatus determines the analysis range based on the index reflecting the distortion of the crystal lattice has been described, but the present invention is not limited to this. The user may determine the analysis range based on an index reflecting the strain of the crystal lattice and input this analysis range to the residual stress estimation device.

また、上記の実施の形態1及び2においては、構造物の切断片から残留応力を計測し、計測された残留応力と、分布関数によって計算される残留応力との差が最小となるよう、分布関数のパラメータを最適化する構成について述べたが、これに限定されるものではない。構造物の切断片から解放ひずみ(弾力ひずみ)を計測し、計測された解放ひずみと、分布関数によって計算される弾性ひずみとの差が最小となるよう、分布関数のパラメータを最適化する構成としてもよい。   In the first and second embodiments, the residual stress is measured from the cut piece of the structure, and the distribution is performed so that the difference between the measured residual stress and the residual stress calculated by the distribution function is minimized. Although the configuration for optimizing the function parameters has been described, the present invention is not limited to this. As a configuration that measures the release strain (elastic strain) from a cut piece of a structure and optimizes the parameters of the distribution function so that the difference between the measured release strain and the elastic strain calculated by the distribution function is minimized. Also good.

また、上記の実施の形態2においては、放射光又は中性子を構造物に照射して得られる半価幅を用いる構成について述べたが、これに限定されるものではない。X回析法又は中性子回析法により得られる回析角は、結晶格子間の距離を直接的に反映した値である。このため、かかる回析角を、結晶格子のひずみを反映した指標として用いてもよい。   In the second embodiment, the configuration using the half width obtained by irradiating the structure with synchrotron radiation or neutron has been described, but the present invention is not limited to this. The diffraction angle obtained by the X diffraction method or the neutron diffraction method is a value that directly reflects the distance between crystal lattices. For this reason, you may use this diffraction angle as a parameter | index reflecting the distortion | strain of a crystal lattice.

本発明の残留応力推定方法及び残留応力推定装置は、固有ひずみ法に基づき構造物の残留応力を推定するための残留応力推定方法及び残留応力推定装置として有用である。   The residual stress estimation method and the residual stress estimation apparatus of the present invention are useful as a residual stress estimation method and a residual stress estimation apparatus for estimating the residual stress of a structure based on the inherent strain method.

1 残留応力推定装置
10 コンピュータ
12 入力部
13 表示部
110 残留応力推定プログラム
111 CPU
115 ハードディスク
116 入出力インタフェース
117 画像出力インタフェース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Residual stress estimation apparatus 10 Computer 12 Input part 13 Display part 110 Residual stress estimation program 111 CPU
115 Hard Disk 116 Input / Output Interface 117 Image Output Interface

Claims (6)

塑性加工を施した構造物を測定することにより、前記構造物における結晶格子のひずみを反映した指標を取得するステップと、
前記指標に基づいて結晶格子のひずみが生じた領域を特定し、特定された前記領域を残留応力を推定するための解析範囲として設定するステップと、
前記構造物から得られた残留応力に関する計測値に基づいて、前記解析範囲における前記構造物の固有ひずみを近似するよう前記解析範囲における固有ひずみの分布を推定するステップと、
推定された固有ひずみの分布に基づいて、前記構造物における残留応力を推定するステップと、
を有する、
固有ひずみに基づく残留応力推定方法。
Obtaining an index reflecting the distortion of the crystal lattice in the structure by measuring the structure subjected to plastic working; and
Identifying a region where crystal lattice distortion has occurred based on the index, and setting the identified region as an analysis range for estimating residual stress;
Estimating a distribution of inherent strain in the analysis range to approximate the inherent strain of the structure in the analysis range based on a measurement value relating to residual stress obtained from the structure;
Estimating a residual stress in the structure based on the estimated inherent strain distribution;
Having
Residual stress estimation method based on intrinsic strain.
前記指標は、結晶格子のひずみの有無によって変化する機械的性質である、
請求項1に記載の残留応力推定方法。
The index is a mechanical property that varies depending on the presence or absence of strain in the crystal lattice.
The residual stress estimation method according to claim 1.
前記機械的性質は、硬さ、ヤング係数、降伏点、極限強度、破断強度、破断伸び、絞り、衝撃値、疲労強度、及びクリープ強度からなる群より選ばれる機械的性質である、
請求項2に記載の残留応力推定方法。
The mechanical property is a mechanical property selected from the group consisting of hardness, Young's modulus, yield point, ultimate strength, breaking strength, breaking elongation, drawing, impact value, fatigue strength, and creep strength.
The residual stress estimation method according to claim 2.
前記指標は、放射光又は中性子を前記構造物に照射して得られる前記結晶格子間の距離を反映した測定値である、
請求項1に記載の残留応力推定方法。
The index is a measurement value reflecting the distance between the crystal lattices obtained by irradiating the structure with synchrotron radiation or neutrons,
The residual stress estimation method according to claim 1.
前記指標は、X線回析法又は中性子回析法により得られる半価幅である、
請求項4に記載の残留応力推定方法。
The index is a half width obtained by an X-ray diffraction method or a neutron diffraction method.
The residual stress estimation method according to claim 4.
塑性加工を施した構造物を測定することにより、前記構造物における結晶格子のひずみを反映した指標を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された前記指標に基づいて結晶格子のひずみが生じた領域を特定し、特定された前記領域を残留応力を推定するための解析範囲として設定する設定手段と、
前記構造物の残留応力に関する計測値の入力を受け付ける入力部と、
前記設定手段により設定された前記解析範囲における前記構造物の固有ひずみを近似するよう、前記入力部により受け付けられた前記計測値を用いて前記解析範囲における固有ひずみの分布を推定する推定手段と、
前記推定手段によって推定された前記固有ひずみの分布に基づく残留応力の推定結果を表示する表示部と、
を備える、
残留応力推定装置。
An acquisition means for acquiring an index reflecting the distortion of the crystal lattice in the structure by measuring the structure subjected to plastic working;
A setting unit that identifies a region where crystal lattice distortion has occurred based on the index acquired by the acquiring unit, and sets the specified region as an analysis range for estimating residual stress;
An input unit for receiving an input of a measurement value relating to the residual stress of the structure;
Estimating means for estimating the distribution of the inherent strain in the analysis range using the measurement value received by the input unit so as to approximate the inherent strain of the structure in the analysis range set by the setting means;
A display unit for displaying an estimation result of residual stress based on the distribution of the inherent strain estimated by the estimation unit;
Comprising
Residual stress estimation device.
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