JP2024045955A - Limit load evaluation method and limit load evaluation device - Google Patents

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JP2024045955A JP2022151064A JP2022151064A JP2024045955A JP 2024045955 A JP2024045955 A JP 2024045955A JP 2022151064 A JP2022151064 A JP 2022151064A JP 2022151064 A JP2022151064 A JP 2022151064A JP 2024045955 A JP2024045955 A JP 2024045955A
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健志 八代醍
Kenji Yashirodai
史則 岩松
Fuminori Iwamatsu
一起 中根
Kazuoki Nakane
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Abstract

To provide a limit load evaluation method capable of swiftly providing a maintenance plan by quickly performing a soundness assessment on cracks detected during inspection.SOLUTION: The limit load evaluation method is a limit load evaluation method of the ductile failure limit in a structure with n adjacent multiple cracks. The strain distribution of a structure with n adjacent multiple cracks is predicted by correcting the distortion εpre at any position based on an equation (1) that is expressed as the product of the strain distribution εi resulting from elastic-plastic analysis for a single crack condition and the ratio εi/ε0 of the strain ε0 in a sound state. The critical load (plastic collapse load) is estimated and evaluated from the obtained strain distribution. Here, 2≤n.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、例えば発電プラントに使用される配管において、特に経年劣化や疲労損傷が予想される部位に対する健全性を評価する限界荷重評価方法および限界荷重評価装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a limit load evaluation method and a limit load evaluation device for evaluating the soundness of piping used, for example, in a power plant, particularly at a portion where deterioration over time or fatigue damage is expected.

高経年化が進む例えば発電プラントにおいて、経年劣化した機器に対する健全性評価技術の高精度化は、安全性の向上やプラント寿命の延長に対して重要である。 For example, in power generation plants that are aging, improving the accuracy of health evaluation technology for aging equipment is important for improving safety and extending the life of the plant.

従来の健全性評価技術では、定期検査時に非破壊検査にて亀裂が検出された場合、当該機器の運用条件から想定される経年劣化事象を考慮した亀裂進展評価や限界亀裂寸法評価が行われ、次回点検までに健全性を維持できることが確認される。 In conventional health evaluation technology, if a crack is detected through non-destructive testing during a periodic inspection, crack growth evaluation and critical crack size evaluation are performed, taking into account aging deterioration events expected from the operating conditions of the equipment. It is confirmed that soundness can be maintained by the next inspection.

また、一般的に、健全性評価における限界亀裂寸法の導出は簡易評価式や有限要素法を用いて行われる。簡易評価式を用いた健全性評価では、特許文献1に示されているように、予め定められた寸法以下の小さい亀裂の場合には非線形破壊力学評価法に、大きな寸法の亀裂については極限荷重評価法に基づく簡易評価式で評価される。そのため、近接した複数亀裂を有する場合については同一面上に亀裂を投影して評価するなど、過度に安全側の評価となる場合が想定される。 Further, in general, the critical crack size in soundness evaluation is derived using a simple evaluation formula or the finite element method. In soundness evaluation using a simple evaluation formula, as shown in Patent Document 1, in the case of small cracks with a predetermined size or less, the nonlinear fracture mechanics evaluation method is used, and in the case of large cracks, the ultimate load is used. It is evaluated using a simple evaluation formula based on the evaluation method. Therefore, in cases where there are multiple cracks in close proximity, it is assumed that the evaluation will be excessively on the safe side, such as by projecting the cracks onto the same surface for evaluation.

有限要素法を用いた限界評価では、特許文献2に示されているように、応力集中部の幾何形状や検査で検出された亀裂形状に合わせて解析モデルを作成して計算する工程が必要であり、条件によっては非常に大きな計算コストが要求される。 As shown in Patent Document 2, limit evaluation using the finite element method requires a process of creating an analytical model that matches the geometric shape of the stress concentration area and the crack shape detected during inspection, and performing calculations, which can require extremely high calculation costs depending on the conditions.

特開2009-14683号公報JP 2009-14683 A 特開2014-149246号公報JP 2014-149246 A

このため、非破壊検査により得られた亀裂形状を反映した限界荷重評価が速やかに実行できず、保守計画立案に時間を要することで発電プラントの停止期間の延長に繋がることが多かった。 As a result, limit load assessments that reflected the crack shapes obtained through non-destructive testing could not be carried out promptly, and the time required to develop maintenance plans often led to extended shutdown periods for power plants.

また、非破壊検査で得られた亀裂形状を短時間・効率的に解析モデルへ反映し、短期間で亀裂進展評価結果を提供する手段が存在しないため、安全率を大きくとった保守的な寿命・余寿命評価が行われている。そのため、発電プラント設備の余寿命を短く見積もり、発電プラント全体の効率低下を招いている。 In addition, since there is no way to quickly and efficiently reflect the crack shape obtained through non-destructive testing into an analytical model and provide crack growth evaluation results in a short period of time, conservative life expectancy with a large safety factor is not available.・Remaining life evaluation is being conducted. As a result, the remaining life of the power plant equipment is estimated to be short, leading to a decrease in the efficiency of the power plant as a whole.

本発明は、前記の課題を解決するための発明であって、検査時に検出された亀裂に対する健全性評価を短時間で実行することで、迅速な保守計画の提供ができる限界荷重評価方法および限界荷重評価装置を提供することを目的とする。 The present invention is an invention for solving the above problems, and aims to provide a limit load evaluation method and limit load evaluation device that can provide a rapid maintenance plan by quickly performing a soundness evaluation of cracks detected during inspection.

前記の課題を解決するために、本発明の限界荷重評価方法は、n個の近接する複数亀裂を有する構造の延性破壊限界の限界荷重評価方法であって、単一の亀裂条件に対して弾塑性解析した結果のひずみ分布εiと健全状態のひずみε0の比εi0の積で表される式(1)に基づき任意の位置のひずみεpreを補正することでn個の近接する複数亀裂を有する構造のひずみ分布を予想し、得られたひずみ分布から限界荷重(塑性崩壊荷重)を推定評価することを特徴とする。

Figure 2024045955000002
ここで、2≦nである。 In order to solve the above-mentioned problems, the critical load evaluation method of the present invention is a critical load evaluation method for the ductile failure limit of a structure having n adjacent multiple cracks. By correcting the strain ε pre at an arbitrary position based on equation (1), which is expressed as the product of the ratio ε i0 of the strain distribution ε i as a result of plastic analysis and the strain ε 0 in a healthy state, n It is characterized by predicting the strain distribution of a structure with multiple cracks in close proximity, and estimating and evaluating the critical load (plastic collapse load) from the obtained strain distribution.
Figure 2024045955000002
Here, 2≦n.

また、本発明の限界荷重評価装置は、近接した複数亀裂を有する構造の限界荷重評価装置であって、複数の形状条件の単一亀裂に対する弾塑性解析結果を記憶する記憶部と、前記記憶部で取得した情報と検査装置で得らえた評価対象の亀裂条件に基づいて、単一の亀裂条件に対して弾塑性解析した結果のひずみ分布εiと健全状態のひずみε0の比εi0の積で表される式(1)に基づき任意の位置のひずみεpreを補正することでn個の近接する複数亀裂を有する構造のひずみ分布を予想し、得られたひずみ分布から破壊限界(塑性崩壊荷重)を推定評価する演算部と、を有することを特徴とする。
本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。
Further, the critical load evaluation device of the present invention is a critical load evaluation device for a structure having a plurality of adjacent cracks, and includes a storage section that stores elastic-plastic analysis results for a single crack under a plurality of shape conditions; Based on the information obtained in , and the crack conditions to be evaluated obtained by the inspection equipment, the ratio ε i / The strain distribution of a structure with n adjacent multiple cracks is predicted by correcting the strain ε pre at an arbitrary position based on the equation (1) expressed as the product of ε 0 , and the fracture A calculation unit that estimates and evaluates a limit (plastic collapse load).
Other aspects of the present invention will be explained in the embodiments described below.

本発明によれば、検査時に検出された近接した複数亀裂を有する構造に対する限界荷重評価を短時間で実行することができ、迅速な保守計画の提供が可能となる。 According to the present invention, it is possible to quickly perform limit load assessments for structures with multiple closely spaced cracks detected during inspection, making it possible to provide rapid maintenance plans.

実施形態に係る限界荷重評価システムにおける評価手順を示すフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram showing an evaluation procedure in the limit load evaluation system according to the embodiment. 単一の貫通亀裂を有する構造に対するひずみ分布のDB化のための解析に供する亀裂寸法比条件の例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of crack size ratio conditions used in analysis for creating a DB of strain distribution for a structure having a single penetrating crack. 単一の表面半楕円亀裂を有する構造に対するひずみ分布のDB化のための解析に供する亀裂寸法比条件の例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of crack size ratio conditions used in analysis for DB generation of strain distribution for a structure having a single semi-elliptical surface crack. 近接した複数の貫通亀裂を有する構造の模式を示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a structure having a plurality of adjacent penetrating cracks. 単一の貫通亀裂を有する構造の模式を示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a structure having a single through crack. 近接する複数の貫通亀裂を有する平板の弾塑性解析結果におけるひずみ分布を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing strain distribution in the results of an elastic-plastic analysis of a flat plate having multiple adjacent through cracks. 実施形態に基づき近接する複数の貫通亀裂を有する平板のひずみ分布を予測した結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the results of predicting the strain distribution of a flat plate having multiple closely spaced through cracks based on an embodiment. 図6および図7に示した近接する複数の貫通亀裂を有する平板の貫通亀裂の端部から水平方向へのひずみ分布を比較した結果を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the results of comparing the strain distribution in the horizontal direction from the end of the through crack of the flat plate having a plurality of adjacent through cracks shown in FIGS. 6 and 7. FIG. 実施形態に係る評価装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an evaluation device according to an embodiment. 近接した複数の表面半楕円亀裂を有する構造の模式を示す図である。FIG. 1 shows a schematic of a structure having multiple closely spaced surface semi-elliptical cracks.

本発明を実施するための実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、実施形態に係る限界荷重評価システム1における評価手順を示すフロー図である。図1に示す限界荷重評価システム1は、ここでは例えば発電プラント設備における機器の、特に限界荷重(塑性崩壊荷重)を評価する。限界荷重評価システム1における処理工程の概略を示すと、これは事前に評価対象部の健全状態での弾塑性解析結果と複数の亀裂形状を想定した単一亀裂モデルに対して弾塑性解析を行いDB化しておく事前準備工程11と、定期検査時に非破壊検査による点検を行い評価対象部の亀裂形状を測定する現地計測工程12と、測定した亀裂形状・配置に合わせてひずみ分布を補正・推定し、ひずみ分布に基づき限界荷重を算出し健全性を評価する評価工程13から構成されている。
Embodiments for implementing the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
FIG. 1 is a flow diagram showing an evaluation procedure in a limit load evaluation system 1 according to an embodiment. The limit load evaluation system 1 shown in FIG. 1 evaluates, for example, the limit load (plastic collapse load) of equipment in power plant equipment. An overview of the processing process in Critical Load Evaluation System 1 is that an elastic-plastic analysis is performed in advance on the elastic-plastic analysis results of the evaluation target part in a healthy state and on a single crack model assuming multiple crack shapes. Preparation process 11 of creating a database, on-site measurement process 12 of performing non-destructive inspection during periodic inspections and measuring the crack shape of the evaluation target part, and correcting and estimating the strain distribution according to the measured crack shape and arrangement. The process also includes an evaluation step 13 in which the limit load is calculated based on the strain distribution and the soundness is evaluated.

本実施形態では、事前準備工程11と現地計測工程12が主に人手により事前に実行されており、評価工程13が計算機などにより実行されることを想定している。なお、ここでは近接した複数の貫通亀裂を有する平板を対象とした評価について述べる。 In this embodiment, it is assumed that the advance preparation process 11 and the on-site measurement process 12 are performed mainly manually in advance, and the evaluation process 13 is performed by a computer or the like. Note that the evaluation of a flat plate having multiple adjacent through cracks will be described here.

<事前準備工程11>
まず、事前準備工程11(第1段階)では、具体的には処理ステップS10において、評価対象で想定される複数の亀裂形状に対して単一亀裂モデルで弾塑性解析を行う。次に処理ステップS11では、得られた弾塑性解析結果の亀裂形状・位置およびひずみ分布データをDB化しておく。ここで、弾塑性解析には式(2)および式(3)に記載のRambelg-Ossgood、べき乗塑性体で定義された構成式を用いることが推奨される。
<Preparation step 11>
First, in the advance preparation process 11 (first stage), specifically in the process step S10, an elastic-plastic analysis is performed using a single crack model for multiple crack shapes assumed in the evaluation target. Next, in the process step S11, the crack shape and position and strain distribution data of the obtained elastic-plastic analysis results are stored in a database. Here, it is recommended to use the constitutive equations defined by Ramberg-Ossgood and power-law plasticity described in formulas (2) and (3) for the elastic-plastic analysis.

Figure 2024045955000003
ここで、εは全ひずみ、σは応力、Eはヤング率である。また、a、b、mは塑性特性項に対する任意の材料定数である。
Figure 2024045955000003
Here, ε is the total strain, σ is the stress, and E is the Young's modulus. Further, a, b, and m are arbitrary material constants for the plastic property term.

事前に用意するDBは,亀裂寸法(表面亀裂幅L、深さa)や板厚tを基準として複数用意する。 A plurality of DBs are prepared in advance based on the crack dimensions (surface crack width L i , depth a i ) and plate thickness t.

図2は、単一の貫通亀裂を有する構造に対するひずみ分布のDB化のための解析に供する亀裂寸法比条件の例を示す図である。図3は、単一の表面半楕円亀裂を有する構造に対するひずみ分布のDB化のための解析に供する亀裂寸法比条件の例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing an example of crack size ratio conditions used for analysis for creating a DB of strain distribution for a structure having a single through crack. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of crack size ratio conditions used in an analysis for creating a DB of strain distribution for a structure having a single surface semi-elliptic crack.

例えば、図2は単一の貫通亀裂に対して評価する場合であり,ここでは板厚t-亀裂幅Lの比L/tを4条件計算する場合を示している。表面半楕円亀裂でモデル化する場合、亀裂の深さaもパラメータとして考慮する必要があるため、図3の様に亀裂幅Lと深さaそれぞれに4条件(合計16条件)計算するなど,求めるひずみ分布εの条件数が増える。 For example, Figure 2 shows the case of evaluating a single through crack, where the ratio L/t of plate thickness t to crack width L is calculated under four conditions. When modeling a surface semi-elliptical crack, the crack depth a must also be considered as a parameter, so the number of conditions for the desired strain distribution εi increases, such as calculating four conditions for each of the crack width L and depth a (total of 16 conditions) as shown in Figure 3.

なお,ここではそれぞれ4条件としてDB化を検討した例を示したが,条件数はより多く、細かく設定してDB化した方が高精度にひずみ分布εを推定できるのは言うまでもない。また,実測された亀裂寸法が計算結果に一致しない場合にはひずみ分布εを、亀裂寸法を基準に内挿・外挿することで近似的に求めることができる。 Here, an example was shown in which DB conversion was considered with four conditions for each condition, but it goes without saying that the strain distribution ε i can be estimated with higher accuracy if the number of conditions is larger and the conditions are set more precisely and the DB conversion is performed. Furthermore, if the measured crack size does not match the calculated result, the strain distribution ε i can be approximately determined by interpolating and extrapolating the crack size as a reference.

<現地計測工程12>
つぎに、定期検査時に非破壊検査による点検を行い評価対象部の亀裂形状を測定する現地計測工程12(第2段階)では、具体的には処理ステップS12において一般的に亀裂の検出に用いられるUT検査(超音波探傷検査)などにより亀裂形状および亀裂の配置を計測する。
<On-site measurement process 12>
Next, in an on-site measurement step 12 (second stage) in which a non-destructive inspection is performed during a periodic inspection to measure the shape of cracks in the evaluation target part, specifically, in processing step S12, a method generally used to detect cracks is performed. The shape and arrangement of cracks are measured by UT inspection (ultrasonic flaw detection).

<評価工程13>
得られた亀裂形状・位置情報を基に、構造の限界荷重を評価する評価工程13(第3段階)では、第2段階の検査で評価した評価対象の亀裂分布データを用い、第1段階でDB化した弾塑性解析結果を用いてひずみ分布を推定し、限界荷重を算出して健全性評価結果を提供する。具体的には処理ステップS13において、単一の亀裂に対して弾塑性解析した結果のひずみ分布εと健全状態のひずみεの比ε/εの積で表される式(1)に基づき任意位置のひずみεpreを推定する。複数の近接する亀裂を有する構造に対する場合は、その個数nに合わせて繰返しひずみ比を掛け合わせることで最終的にひずみ分布が推定される。
<Evaluation process 13>
Evaluation process 13 (third stage) evaluates the critical load of the structure based on the obtained crack shape and position information, using the crack distribution data of the evaluation target evaluated in the second stage inspection. The strain distribution is estimated using the DB-based elastic-plastic analysis results, the limit load is calculated, and the soundness evaluation results are provided. Specifically, in processing step S13, equation (1) is expressed as the product of the strain distribution ε i as a result of elastic-plastic analysis of a single crack and the ratio ε i0 of the strain ε 0 in a healthy state. The strain ε pre at an arbitrary position is estimated based on . In the case of a structure having a plurality of adjacent cracks, the strain distribution is finally estimated by multiplying the cyclic strain ratio according to the number n of cracks.

Figure 2024045955000004
ここで、2≦nである。
Figure 2024045955000004
Here, 2≦n.

限界荷重は、得られたひずみ分布に基づき、処理ステップS14において算出され、処理ステップS15において実機で負荷される荷重と比較することで限界荷重結果が提供される。 The limit load is calculated in processing step S14 based on the obtained strain distribution, and the limit load result is provided by comparing it with the load applied in the actual machine in processing step S15.

図4は、近接した複数の貫通亀裂を有する構造の模式を示す図である。図5は、単一の貫通亀裂を有する構造の模式を示す図である。図4は、2つの貫通亀裂21(表面亀裂幅L),貫通亀裂22(表面亀裂幅L)を有する平板20に引張荷重もしくは変位23がかかっている状況を示した模式図である。本実施形態では事前に、図5に示す貫通亀裂28(表面亀裂幅L)の単一亀裂条件に対して解析して得たひずみ分布を用いて、図4に示したような複数亀裂を有する構造での限界荷重を推定する。 FIG. 4 is a diagram schematically showing a structure having a plurality of adjacent through cracks. FIG. 5 is a diagram schematically showing a structure having a single through crack. FIG. 4 is a schematic diagram showing a situation where a tensile load or displacement 23 is applied to a flat plate 20 having two through cracks 21 (surface crack width L 1 ) and two through cracks 22 (surface crack width L 2 ). In this embodiment, multiple cracks as shown in FIG. 4 are prepared by using the strain distribution obtained by analyzing the single crack condition of the through crack 28 (surface crack width L 3 ) shown in FIG. 5 in advance. Estimate the critical load in a structure with

ここで、図4の2つの貫通亀裂を有する平板での限界荷重を推定する場合、まずは貫通亀裂21に対して,任意の表面亀裂幅Lの単一亀裂に対する解析で得られたひずみ分布の座標を、表面亀裂長比L/Lで補正しマッピングする。このとき得られたひずみ分布をεとする。次に,もう一つの貫通亀裂22に対しても同様に表面亀裂幅Lの単一亀裂に対する解析で得られたひずみ分布の座標を、表面亀裂長比L/Lで補正しマッピングする。このとき得られたひずみ分布をεとする。 Here, when estimating the critical load on the flat plate with two through cracks in Fig. 4, first, for the through crack 21, the strain distribution obtained in the analysis for a single crack with an arbitrary surface crack width L 3 is calculated. The coordinates are corrected and mapped using the surface crack length ratio L 3 /L 1 . The strain distribution obtained at this time is assumed to be ε 1 . Next, for the other through crack 22, the coordinates of the strain distribution obtained in the analysis for a single crack with a surface crack width L 3 are corrected and mapped using the surface crack length ratio L 3 /L 2. . The strain distribution obtained at this time is assumed to be ε2 .

得られたそれぞれのひずみ分布ε,εを用い、式(1)に従い任意位置のひずみ分布を補正することで,図4の2つの貫通亀裂を有する平板でのひずみ分布を得ることができる。得られたひずみ分布εpreを用い,亀裂周辺のひずみ分布を基準とすることで限界荷重を推定することができる。 The strain distribution in the plate with two through cracks shown in Figure 4 can be obtained by correcting the strain distribution at any position according to formula ( 1 ) using the obtained strain distribution ε pre and the strain distribution around the cracks as the standard , thereby estimating the limit load.

図6は、近接する複数の貫通亀裂を有する平板の弾塑性解析結果におけるひずみ分布を示す図である。図7は、実施形態に基づき近接する複数の貫通亀裂を有する平板のひずみ分布を予測した結果を示す図である。 Figure 6 shows the strain distribution in the elastic-plastic analysis results of a flat plate with multiple adjacent through cracks. Figure 7 shows the results of predicting the strain distribution of a flat plate with multiple adjacent through cracks based on an embodiment.

すなわち、図6は、前記で説明した近接した2つの亀裂を有する平板に対する弾塑性解析結果における亀裂周辺のひずみ分布を示した図であり、図7は実施形態に基づき図6と同じ亀裂条件に対して評価を行った結果得られたひずみ分布εpreである。 That is, FIG. 6 is a diagram showing the strain distribution around the cracks in the elastic-plastic analysis result for the flat plate having two adjacent cracks as described above, and FIG. 7 shows the strain distribution ε pre obtained as a result of evaluation under the same crack conditions as FIG. 6 based on the embodiment.

図8は、図6および図7に示した近接する複数の貫通亀裂を有する平板の貫通亀裂21の端部から水平方向へのひずみ分布を比較した結果を示す図である。図8中の符号44は亀裂端部からの距離xであり、符号43はひずみ分布出力位置を示す。本比較結果より、本実施形態により得られたひずみ分布(εpre)は、弾塑性解析により得らえたひずみ分布(εFEA)を正確に再現できており、本手法が有効であることがわかる。 Fig. 8 is a diagram showing the results of comparing the strain distribution in the horizontal direction from the end of the through crack 21 of a flat plate having multiple adjacent through cracks shown in Fig. 6 and Fig. 7. Reference numeral 44 in Fig. 8 indicates the distance x from the crack end, and reference numeral 43 indicates the strain distribution output position. From the comparison results, it can be seen that the strain distribution (ε pre ) obtained by this embodiment can accurately reproduce the strain distribution (ε FEA ) obtained by the elastic-plastic analysis, and that this method is effective.

図9は、本実施形態に係る評価装置31の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る評価装置31は、通信部33、演算部34、記憶部35、出力部41、および入力部42を含んで構成される。記憶部35は、弾塑性解析結果を保管するデータベース部39と検査で得られた亀裂形状や位置情報を補完する亀裂情報部40で構成される。データベース部39および亀裂情報部40へのデータ保存は直接でもいいが、通信部33、ネットワークNWを通してダウンロードする方法でもよい。 Figure 9 is a block diagram showing the configuration of the evaluation device 31 according to this embodiment. The evaluation device 31 according to this embodiment is configured to include a communication unit 33, a calculation unit 34, a memory unit 35, an output unit 41, and an input unit 42. The memory unit 35 is configured with a database unit 39 that stores the results of the elastic-plastic analysis, and a crack information unit 40 that complements the crack shape and position information obtained by the inspection. Data can be stored directly in the database unit 39 and the crack information unit 40, or it can be downloaded via the communication unit 33 and the network NW.

演算部34は、亀裂の相互座標を評価する亀裂位置評価部36、亀裂位置に合わせたひずみ分布の推定を行うひずみ分布推定部37および推定されたひずみ分布に基づき限界荷重を算出する限界荷重評価部38で構成される。ここで、評価装置31は、検査装置30との物理的な位置関係は特に限定されず、異なる場所に配置されていてもよい。ひずみ分布推定部37では、前述の処理ステップS13で示した数式(1)に基づきひずみ分布および限界荷重を推定する。 The calculation unit 34 is composed of a crack position evaluation unit 36 that evaluates the relative coordinates of the crack, a strain distribution estimation unit 37 that estimates the strain distribution according to the crack position, and a limit load evaluation unit 38 that calculates the limit load based on the estimated strain distribution. Here, the physical positional relationship of the evaluation device 31 with the inspection device 30 is not particularly limited, and the evaluation device 31 may be located in a different place. The strain distribution estimation unit 37 estimates the strain distribution and limit load based on the formula (1) shown in the above-mentioned processing step S13.

入力部42は、キーボードやマウスなどのコンピュータに指示を入力するための装置であり、プログラムの起動などの指示を入力する。出力部41は、ディスプレイなどであり、評価装置31による処理の実行状況や実行結果などを表示する。通信部33は、他の装置と各種データやコマンドを交換する。 The input unit 42 is a device for inputting instructions to a computer, such as a keyboard or mouse, and inputs instructions such as starting a program. The output unit 41 is a display or the like, and displays the execution status and results of processing by the evaluation device 31. The communication unit 33 exchanges various data and commands with other devices.

演算部34は、中央演算処理装置(CPU)であり、メモリに格納される各種プログラムを実行する。記憶部35は、外部記憶装置であり、評価装置31が処理を実行するための各種データを保存する。 The calculation unit 34 is a central processing unit (CPU) that executes various programs stored in the memory. The storage unit 35 is an external storage device that stores various data for the evaluation device 31 to execute processing.

<変形例>
図4は、2つの貫通亀裂21(表面亀裂幅L),貫通亀裂22(表面亀裂幅L)を有する平板20について説明したが、これに限定されるわけではない。
<Modification>
FIG. 4 illustrates the flat plate 20 having two through cracks 21 (surface crack width L 1 ) and 22 (surface crack width L 2 ), but is not limited thereto.

図10は,2つの表面半楕円亀裂を有する平板に対して引張荷重もしくは変位23がかかっている状況を示した模式図である。表面半楕円亀裂の場合,貫通亀裂の条件に対して亀裂深さa1、a2がパラメータとして追加されるが,評価手順としては同様である。 FIG. 10 is a schematic diagram showing a situation where a tensile load or displacement 23 is applied to a flat plate having two semi-elliptic cracks on its surface. In the case of surface semi-elliptic cracks, crack depths a 1 and a 2 are added as parameters to the conditions for through cracks, but the evaluation procedure is the same.

表面楕円亀裂の非貫通亀裂を対象とする場合における表面亀裂幅Ljを基準とし、評価する表面亀裂幅Liとすると、亀裂深さajおよび板厚tjとのアスペクト比aj/Lj、およびLj/Liが同じとなる解析結果を用い、評価する表面亀裂幅Liに対してひずみ分布における座標をLj/Liの比で補正する。 If the surface crack width L j in the case of non-penetrating cracks of surface elliptical cracks is the standard, and the surface crack width L i to be evaluated is the aspect ratio a j /L between the crack depth a j and the plate thickness t j j and L j / Li are the same, and the coordinates in the strain distribution are corrected by the ratio of L j / Li for the surface crack width L i to be evaluated.

以上説明した本実施形態の限界荷重評価方法および限界荷重評価装置は、次の特徴を有する。
(1)n個の近接する複数亀裂を有する構造の延性破壊限界の限界荷重評価方法であって、単一の亀裂条件に対して弾塑性解析した結果のひずみ分布εiと健全状態のひずみε0の比εi0の積で表される式(1)に基づき任意の位置のひずみεpreを補正することでn個の近接する複数亀裂を有する構造のひずみ分布を予想し、得られたひずみ分布から限界荷重(塑性崩壊荷重)を評価することを特徴とする。

Figure 2024045955000005
ここで、2≦nである。 The limit load evaluation method and limit load evaluation device of the present embodiment described above have the following features.
(1) A method for evaluating the limit load of the ductile fracture limit of a structure having n adjacent cracks, characterized in that the strain distribution of a structure having n adjacent cracks is predicted by correcting the strain ε pre at an arbitrary position based on equation (1) expressed as the product of the ratio ε i0 of the strain distribution ε i resulting from an elastic-plastic analysis of a single crack condition and the strain ε 0 in a healthy state, and the limit load (plastic collapse load) is evaluated from the obtained strain distribution.
Figure 2024045955000005
Here, 2≦n.

(2)(1)において、単一亀裂を有する弾塑性解析における表面亀裂幅Lを基準とし、評価する表面亀裂幅Liに対してひずみ分布における位置(座標)を、表面亀裂幅比Lj/Liで補正することを特徴とする。 (2) (1) is characterized in that the surface crack width Lj in an elastic-plastic analysis having a single crack is used as a reference, and the position (coordinate) in the strain distribution for the surface crack width Li to be evaluated is corrected by the surface crack width ratio Lj / Li .

(3)(1)において、表面楕円亀裂の非貫通亀裂を対象とする場合における表面亀裂幅Ljを基準とし、亀裂深さajおよび板厚tjとのアスペクト比aj/Lj、およびLj/Liが同じとなる解析結果を用い、評価する表面亀裂幅Liに対してひずみ分布における位置(座標)をLj/Liの比で補正することを特徴とする(図10参照)。 (3) In (1), the aspect ratio a j /L j of the crack depth a j and the plate thickness t j , based on the surface crack width L j when a non-penetrating crack of a surface elliptical crack is targeted, It is characterized in that the position (coordinate) in the strain distribution is corrected by the ratio of L j /L i with respect to the surface crack width L i to be evaluated using an analysis result in which L j /L i is the same (Fig. 10).

(4)限界荷重評価方法は、表面楕円亀裂、貫通亀裂の複数の亀裂条件に対して弾塑性解析に基づく、アスペクト比aj/LjおよびLj/Liを含む各亀裂形状を基準として、ひずみ分布、応力分布および荷重と表面亀裂長比lj/liで基準化された座標を記憶するデータベースを有し、非破壊検査にて配管の亀裂を計測され、その亀裂の寸法および配置を取得する工程と、前記(1)乃至(3)のいずれかに記載の限界荷重評価方法に基づき、単一亀裂から複数亀裂条件での破壊限界を推定する工程と、を有する。 (4) The limit load evaluation method has a database that stores coordinates normalized by strain distribution, stress distribution, and load and surface crack length ratio lj /l i based on each crack shape including aspect ratios aj / Lj and Lj /L i based on elastic-plastic analysis for multiple crack conditions such as surface elliptical cracks and through cracks, and includes a process of measuring cracks in a piping by non-destructive testing and obtaining the dimensions and arrangement of the cracks, and a process of estimating the fracture limit under multiple crack conditions from a single crack based on the limit load evaluation method described in any of (1) to (3).

(5)(1)において、弾塑性解析には、式(2)および式(3)に記載のRambelg-Ossgood、べき乗塑性体で定義された特性を用いることを特徴とする。

Figure 2024045955000006
ここで、εは全ひずみ、σは応力、Eはヤング率であり、a、b、mは塑性特性項に対する任意の材料定数である。 (5) In (1), the elastic-plastic analysis is characterized in that the characteristics defined by Ramberg-Ossgood and power-law plasticity described in equations (2) and (3) are used.
Figure 2024045955000006
where ε is the total strain, σ is the stress, E is Young's modulus, and a, b, and m are arbitrary material constants for the plastic characteristic terms.

(6)近接した複数亀裂を有する構造の限界荷重評価装置(例えば、評価装置31)であって、複数の形状条件の単一亀裂に対する弾塑性解析結果を記憶する記憶部35と、記憶部35から取得した情報と検査装置30で得らえた評価対象の亀裂条件に基づいて、単一の亀裂条件に対して弾塑性解析した結果のひずみ分布εiと健全状態のひずみε0の比εi0の積で表される式(1)に基づき任意の位置のひずみεpreを補正することでn個の近接する複数亀裂を有する構造のひずみ分布を予想し、得られたひずみ分布から限界荷重(塑性崩壊荷重)を推定評価する演算部34と、を有することを特徴とする。

Figure 2024045955000007
ここで、2≦nである。 (6) A critical load evaluation device (for example, evaluation device 31) for a structure having a plurality of adjacent cracks, which includes a storage section 35 that stores elastic-plastic analysis results for a single crack under a plurality of shape conditions; Based on the information obtained from the information and the crack conditions to be evaluated obtained by the inspection device 30, the ratio ε i of the strain distribution ε i as a result of elastic-plastic analysis for a single crack condition to the strain ε 0 in a healthy state . The strain distribution of a structure with n adjacent multiple cracks is predicted by correcting the strain ε pre at an arbitrary position based on the equation (1) expressed as the product of /ε 0 , and from the obtained strain distribution It is characterized by having a calculation unit 34 that estimates and evaluates the limit load (plastic collapse load).
Figure 2024045955000007
Here, 2≦n.

1 限界荷重評価システム
11 事前準備工程
12 現地計測工程
13 評価工程
20 平板
21,22,28 貫通亀裂
23 変位
30 検査装置
31 評価装置(限界荷重評価装置)
33 通信部
34 演算部
35 記憶部
36 亀裂位置評価部
37 ひずみ分布推定部
38 限界荷重評価部
39 データベース部
40 亀裂情報部
41 出力部
42 入力部
43 符号(ひずみ分布出力位置)
44 符号(亀裂端部からの距離x)
,a 亀裂深さ
,L,L 表面亀裂幅
t 板厚
1 Limit load evaluation system 11 Advance preparation process 12 On-site measurement process 13 Evaluation process 20 Flat plate 21, 22, 28 Penetrating crack 23 Displacement 30 Inspection device 31 Evaluation device (limit load evaluation device)
33 Communication section 34 Calculation section 35 Storage section 36 Crack position evaluation section 37 Strain distribution estimation section 38 Limit load evaluation section 39 Database section 40 Crack information section 41 Output section 42 Input section 43 Sign (strain distribution output position)
44 Sign (distance x from the crack edge)
a 1 , a 2 crack depth L 1 , L 2 , L 3 surface crack width t plate thickness

Claims (6)

n個の近接する複数亀裂を有する構造の延性破壊限界の限界荷重評価方法であって、
単一の亀裂条件に対して弾塑性解析した結果のひずみ分布εiと健全状態のひずみε0の比εi0の積で表される式(1)に基づき任意の位置のひずみεpreを補正することでn個の近接する複数亀裂を有する構造のひずみ分布を予想し、得られたひずみ分布から限界荷重を評価する
ことを特徴とする限界荷重評価方法。
Figure 2024045955000008
ここで、2≦nである。
A method for evaluating the critical load of the ductile failure limit of a structure having n adjacent multiple cracks, the method comprising:
The strain ε at any position is expressed as the product of the ratio ε i0 of the strain distribution ε i resulting from the elastic-plastic analysis for a single crack condition and the strain ε 0 in a healthy state. A critical load evaluation method characterized by predicting the strain distribution of a structure having n adjacent multiple cracks by correcting pre , and evaluating the critical load from the obtained strain distribution.
Figure 2024045955000008
Here, 2≦n.
単一亀裂を有する弾塑性解析における表面亀裂幅Lを基準とし、評価する表面亀裂幅Liに対してひずみ分布における位置を、表面亀裂幅比Lj/Liで補正する
ことを特徴とする請求項1に記載の限界荷重評価方法。
It is characterized by correcting the position in the strain distribution with respect to the surface crack width L i to be evaluated using the surface crack width ratio L j /L i based on the surface crack width L j in elastic-plastic analysis having a single crack. The limit load evaluation method according to claim 1.
表面楕円亀裂の非貫通亀裂を対象とする場合における表面亀裂幅Ljを基準とし、亀裂深さajおよび板厚tjとのアスペクト比aj/Lj、およびLj/Liが同じとなる解析結果を用い、評価する表面亀裂幅Liに対してひずみ分布における座標をLj/Liの比で補正する
ことを特徴とする請求項1に記載の限界荷重評価方法。
The limit load evaluation method described in claim 1, characterized in that the surface crack width Lj in the case of a non-penetrating surface elliptical crack is used as a reference, and analysis results in which the aspect ratios aj / Lj and Lj / Li with the crack depth aj and plate thickness tj are the same are used, and the coordinates in the strain distribution for the surface crack width Li to be evaluated are corrected by the ratio Lj / Li .
表面楕円亀裂、貫通亀裂の複数の亀裂条件に対して弾塑性解析に基づく、アスペクト比aj/LjおよびLj/Liを含む各亀裂形状を基準として、ひずみ分布、応力分布および荷重と表面亀裂長比lj/liで基準化された座標を記憶するデータベースを有し、
非破壊検査にて配管の亀裂を計測され、その亀裂の寸法および配置を取得する工程と、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の限界荷重評価方法に基づき、単一亀裂から複数亀裂条件での破壊限界を推定する工程と、を有する
ことを特徴とする限界荷重評価方法。
a database for storing coordinates normalized by strain distribution, stress distribution, load, and surface crack length ratio lj/lj based on each crack shape including aspect ratios aj / Lj and Lj / Lj , the coordinates being normalized by surface crack length ratio lj / lj and the surface ...
measuring cracks in the pipe by non-destructive testing to obtain dimensions and locations of the cracks;
A limit load evaluation method, comprising: a step of estimating a fracture limit under a multiple crack condition from a single crack based on the limit load evaluation method according to any one of claims 1 to 3.
前記弾塑性解析には、式(2)および式(3)に記載のRambelg-Ossgood、べき乗塑性体で定義された特性を用いる
ことを特徴とする請求項1に記載の限界荷重評価方法。
Figure 2024045955000009
ここで、εは全ひずみ、σは応力、Eはヤング率であり、a、b、mは塑性特性項に対する任意の材料定数である。
2. The limit load evaluation method according to claim 1, wherein the elastic-plastic analysis uses characteristics defined by Rambelg-Ossgood and power law plasticity as shown in equations (2) and (3).
Figure 2024045955000009
where ε is the total strain, σ is the stress, E is Young's modulus, and a, b, and m are arbitrary material constants for the plastic characteristic terms.
近接した複数亀裂を有する構造の限界荷重評価装置であって、
複数の形状条件の単一亀裂に対する弾塑性解析結果を記憶する記憶部と、
前記記憶部から取得した情報と検査装置で得らえた評価対象の亀裂条件に基づいて、
単一の亀裂条件に対して弾塑性解析した結果のひずみ分布εiと健全状態のひずみε0の比εi0の積で表される式(1)に基づき任意の位置のひずみεpreを補正することでn個の近接する複数亀裂を有する構造のひずみ分布を予想し、得られたひずみ分布から限界荷重(塑性崩壊荷重)を推定評価する演算部と、を有する
ことを特徴とする限界荷重評価装置。
Figure 2024045955000010
ここで、2≦nである。
1. An apparatus for assessing limit loads of a structure having multiple closely spaced cracks, comprising:
A storage unit that stores elastic-plastic analysis results for a single crack under a plurality of geometric conditions;
Based on the information acquired from the memory unit and the crack conditions of the evaluation target obtained by the inspection device,
a calculation unit that predicts the strain distribution of a structure having n adjacent cracks by correcting the strain ε pre at an arbitrary position based on equation (1) expressed as the product of the ratio ε i0 of the strain distribution ε i resulting from an elastic-plastic analysis of a single crack condition and the strain ε 0 in a healthy state, and estimates the limit load (plastic collapse load) from the obtained strain distribution.
Figure 2024045955000010
Here, 2≦n.
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