JP2672447B2 - 管の磁歪応力測定方法 - Google Patents
管の磁歪応力測定方法Info
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- JP2672447B2 JP2672447B2 JP7234193A JP7234193A JP2672447B2 JP 2672447 B2 JP2672447 B2 JP 2672447B2 JP 7234193 A JP7234193 A JP 7234193A JP 7234193 A JP7234193 A JP 7234193A JP 2672447 B2 JP2672447 B2 JP 2672447B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガス管などの鋼管の健
全性を診断するため、応力を磁歪センサを用いて測定す
る管の磁歪応力測定方法に関する。
全性を診断するため、応力を磁歪センサを用いて測定す
る管の磁歪応力測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、図１，図８および図９に示さ
れるような原理に基づく磁歪応力測定方法によって、ガ
スの配管系統に用いられる管路などに種々の外力が作用
して発生する応力を検出し、健全性を診断している。管
に大きな応力が発生している状態で放置しておくと、応
力腐食割れなどによって破損するおそれがある。また地
盤沈下などが進行していくと、管の強度を越える応力が
発生し、管が破損するおそれもある。そのような場合、
前もって応力の増大傾向を検知し、地盤沈下を防止する
ような対策を採る必要がある。
れるような原理に基づく磁歪応力測定方法によって、ガ
スの配管系統に用いられる管路などに種々の外力が作用
して発生する応力を検出し、健全性を診断している。管
に大きな応力が発生している状態で放置しておくと、応
力腐食割れなどによって破損するおそれがある。また地
盤沈下などが進行していくと、管の強度を越える応力が
発生し、管が破損するおそれもある。そのような場合、
前もって応力の増大傾向を検知し、地盤沈下を防止する
ような対策を採る必要がある。
【０００３】図７は磁歪センサ１の基本的構成を示し、
図８は応力が発生していない状態を示し、図９は応力が
発生しているときの状態を示す。磁歪センサ１は、電磁
石２と検出コイル３によって構成される。電磁石２に
は、コイルＬ１およびＬ２が巻回される。検出コイル３
には、コイルＬ３およびＬ４が巻回される。
図８は応力が発生していない状態を示し、図９は応力が
発生しているときの状態を示す。磁歪センサ１は、電磁
石２と検出コイル３によって構成される。電磁石２に
は、コイルＬ１およびＬ２が巻回される。検出コイル３
には、コイルＬ３およびＬ４が巻回される。
【０００４】図８（１）および図９（１）は、磁歪応力
を測定すべき強磁性体４の表面に、磁歪センサ１を当接
させている状態を示す。電磁石２のコイルＬ１，Ｌ２を
交流信号によって励磁すると、電磁石２の磁極から磁束
が強磁性体４内に流れる。このとき、検出コイル３の一
対の磁極が強磁性体４と接触している部分で磁位に差が
あると、検出コイル３に磁束の一部が流れ、コイルＬ３
およびコイルＬ４に信号出力が得られる。
を測定すべき強磁性体４の表面に、磁歪センサ１を当接
させている状態を示す。電磁石２のコイルＬ１，Ｌ２を
交流信号によって励磁すると、電磁石２の磁極から磁束
が強磁性体４内に流れる。このとき、検出コイル３の一
対の磁極が強磁性体４と接触している部分で磁位に差が
あると、検出コイル３に磁束の一部が流れ、コイルＬ３
およびコイルＬ４に信号出力が得られる。
【０００５】図８に示すように、強磁性体４に力を加え
ないときには、強磁性体４内には応力が発生しない。こ
のため、図８（２）に示すように、ｘ方向の透磁率μｘ
とｙ方向の透磁率μｙとは等しい。磁歪センサ１の電磁
石２および検出コイル３の各磁極を、仮想的な正方形の
各頂点に対応させて配置する。等方的な強磁性体４で
は、検出コイル３の磁極間の磁位に差が生じないので、
検出コイル３からは信号出力が得られない。
ないときには、強磁性体４内には応力が発生しない。こ
のため、図８（２）に示すように、ｘ方向の透磁率μｘ
とｙ方向の透磁率μｙとは等しい。磁歪センサ１の電磁
石２および検出コイル３の各磁極を、仮想的な正方形の
各頂点に対応させて配置する。等方的な強磁性体４で
は、検出コイル３の磁極間の磁位に差が生じないので、
検出コイル３からは信号出力が得られない。
【０００６】図９に示すように、強磁性体３をｙ方向に
引っ張ったときには、図９（２）に示すように、ｘ方向
の透磁率μｘよりもｙ方向の透磁率μｙの方が大きくな
る。このため、磁気抵抗としてはｙ方向よりもｘ方向の
方が大きくなる。電磁石２のコイルＬ１およびＬ２を励
磁すると、電磁石２のコイルＬ１側の磁極から出た磁束
は、検出コイル３のコイルＬ３側の磁極の方へ流れやす
くなり、電磁石２のコイルＬ２側の磁極から出た磁束
は、検出コイル３のコイルＬ４側の磁極に流れやすくな
る。すなわち、電磁石２から発生される磁束のうちの一
部は検出コイル３を通るようになり、コイルＬ３および
Ｌ４から信号出力が得られるようになる。この信号出力
は、強磁性体４に発生する応力に対応するので、信号出
力を検出して強磁性体４に発生する応力を測定すること
ができる。
引っ張ったときには、図９（２）に示すように、ｘ方向
の透磁率μｘよりもｙ方向の透磁率μｙの方が大きくな
る。このため、磁気抵抗としてはｙ方向よりもｘ方向の
方が大きくなる。電磁石２のコイルＬ１およびＬ２を励
磁すると、電磁石２のコイルＬ１側の磁極から出た磁束
は、検出コイル３のコイルＬ３側の磁極の方へ流れやす
くなり、電磁石２のコイルＬ２側の磁極から出た磁束
は、検出コイル３のコイルＬ４側の磁極に流れやすくな
る。すなわち、電磁石２から発生される磁束のうちの一
部は検出コイル３を通るようになり、コイルＬ３および
Ｌ４から信号出力が得られるようになる。この信号出力
は、強磁性体４に発生する応力に対応するので、信号出
力を検出して強磁性体４に発生する応力を測定すること
ができる。
【０００７】ガス管などの応力を測定するときには、ｘ
方向としてたとえば管周方向、ｙ方向としてたとえば管
軸方向を選択する。一般に、管には鉛直方向の曲げ荷重
が加わっており、管軸方向の応力が発生している。この
応力は管頂および管底で絶対値が最大となり、管周方向
に沿って計測すると、測定結果は余弦曲線で近似され
る。測定された余弦曲線の振幅から最大の曲げ応力を検
出することができる。
方向としてたとえば管周方向、ｙ方向としてたとえば管
軸方向を選択する。一般に、管には鉛直方向の曲げ荷重
が加わっており、管軸方向の応力が発生している。この
応力は管頂および管底で絶対値が最大となり、管周方向
に沿って計測すると、測定結果は余弦曲線で近似され
る。測定された余弦曲線の振幅から最大の曲げ応力を検
出することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来からの管の磁歪応
力測定方法は、管に曲げ変形による管軸方向応力が主と
して作用している場合に有効である。たとえばガス配管
で、７ｋｇｆ／ｃｍ2程度の圧力が内圧として作用して
いる鋼管では、内圧による管周方向応力は、曲げによる
管軸方向応力に対して無視できるぐらい小さい。しかし
ながら、内圧がたとえば７０ｋｇｆ／ｃｍ2程度作用し
ているような高圧ガス導管では、曲げによる管軸方向応
力と比べて、内圧による管周方向応力が無視できない。
このことは、有限要素法（略称「ＦＥＭ」）解析からも
明らかである。したがって、内圧が高い場合には、管軸
方向応力と管周方向応力との２軸の応力場を考慮した管
の健全性診断が必要である。
力測定方法は、管に曲げ変形による管軸方向応力が主と
して作用している場合に有効である。たとえばガス配管
で、７ｋｇｆ／ｃｍ2程度の圧力が内圧として作用して
いる鋼管では、内圧による管周方向応力は、曲げによる
管軸方向応力に対して無視できるぐらい小さい。しかし
ながら、内圧がたとえば７０ｋｇｆ／ｃｍ2程度作用し
ているような高圧ガス導管では、曲げによる管軸方向応
力と比べて、内圧による管周方向応力が無視できない。
このことは、有限要素法（略称「ＦＥＭ」）解析からも
明らかである。したがって、内圧が高い場合には、管軸
方向応力と管周方向応力との２軸の応力場を考慮した管
の健全性診断が必要である。
【０００９】本発明の目的は、内圧による管周方向応力
が、曲げによる管軸方向応力に対して無視できない場合
にでも、応力を有効に測定することができる管の磁歪応
力測定方法を提供することである。
が、曲げによる管軸方向応力に対して無視できない場合
にでも、応力を有効に測定することができる管の磁歪応
力測定方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、管の周方向に
ついて磁歪応力分布を検出し、検出された磁歪応力か
ら、管の内圧に対応する管周方向応力を補正して、管軸
方向応力を求めることを特徴とする管の磁歪応力測定方
法である。
ついて磁歪応力分布を検出し、検出された磁歪応力か
ら、管の内圧に対応する管周方向応力を補正して、管軸
方向応力を求めることを特徴とする管の磁歪応力測定方
法である。
【００１１】
【作用】本発明に従えば、管周方向について検出される
磁歪応力から、管の内圧に対応する管周方向応力を補正
して管軸方向応力を求める。管に大きな内圧が作用する
と、管を半径方向に切り離そうとする力が働く。この力
に釣り合うように、管周方向応力が発生する。この管周
方向応力は、管周に沿って一定であり、かつ内圧を用い
て容易に求めることができる。したがって磁歪センサか
らの測定結果として求められる磁歪応力のうちから、管
周方向応力による寄与を補正して、管軸方向応力を求め
ることができる。
磁歪応力から、管の内圧に対応する管周方向応力を補正
して管軸方向応力を求める。管に大きな内圧が作用する
と、管を半径方向に切り離そうとする力が働く。この力
に釣り合うように、管周方向応力が発生する。この管周
方向応力は、管周に沿って一定であり、かつ内圧を用い
て容易に求めることができる。したがって磁歪センサか
らの測定結果として求められる磁歪応力のうちから、管
周方向応力による寄与を補正して、管軸方向応力を求め
ることができる。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明の一実施例による磁歪応力測
定方法を示す。図１（ａ）は、管に内圧および曲げ荷重
が作用している状態を示し、図１（ｂ）は管周に沿って
測定される応力の分布状態を示す。ガス管などとして使
われる鋼管などの強磁性体の管１０には、一般に地盤沈
下などによって管頂１１または管底１２において管軸方
向応力が最大となるような曲げ荷重１３が作用する。管
１０が、高圧のガスなどを輸送するときには、内圧によ
る管周方向応力も管軸方向応力に対して無視できない大
きさとなる。このような管１０における２軸応力状態
で、磁歪センサによって管周方向磁歪応力を測定する
と、図１（ｂ）に示すような結果が得られる。直接測定
される磁歪応力を表す曲線ＬＴは、管軸方向応力と管周
方向応力との差を表す。管周方向応力は管１０の内圧に
対応し、管頂からの角度θによらず一定な直線ＬＣとし
て表される。曲げ荷重１３によって発生する管軸方向応
力は、曲線ＬＬによって表される。すなわち、測定され
た曲線ＬＴに対して、管周方向応力の値ＬＣを加算して
補正することによって、曲線ＬＬとして表される管軸方
向応力の分布が得られる。また、単に曲げによる管軸方
向応力値の値を求めるだけであれば、測定された曲線Ｌ
Ｔの振幅値を、そのまま管軸方向応力値とすることもで
きる。
定方法を示す。図１（ａ）は、管に内圧および曲げ荷重
が作用している状態を示し、図１（ｂ）は管周に沿って
測定される応力の分布状態を示す。ガス管などとして使
われる鋼管などの強磁性体の管１０には、一般に地盤沈
下などによって管頂１１または管底１２において管軸方
向応力が最大となるような曲げ荷重１３が作用する。管
１０が、高圧のガスなどを輸送するときには、内圧によ
る管周方向応力も管軸方向応力に対して無視できない大
きさとなる。このような管１０における２軸応力状態
で、磁歪センサによって管周方向磁歪応力を測定する
と、図１（ｂ）に示すような結果が得られる。直接測定
される磁歪応力を表す曲線ＬＴは、管軸方向応力と管周
方向応力との差を表す。管周方向応力は管１０の内圧に
対応し、管頂からの角度θによらず一定な直線ＬＣとし
て表される。曲げ荷重１３によって発生する管軸方向応
力は、曲線ＬＬによって表される。すなわち、測定され
た曲線ＬＴに対して、管周方向応力の値ＬＣを加算して
補正することによって、曲線ＬＬとして表される管軸方
向応力の分布が得られる。また、単に曲げによる管軸方
向応力値の値を求めるだけであれば、測定された曲線Ｌ
Ｔの振幅値を、そのまま管軸方向応力値とすることもで
きる。
【００１３】図２は、高い内圧ｐ（ｋｇｆ／ｃｍ2）が
作用している場合に、管周方向および管軸方向に一定の
引っ張り応力σｃおよびσａがそれぞれ発生し、力の釣
り合いがとれている状態を示す。図２（ａ）は横断面、
図２（ｂ）は縦断面をそれぞれ示す。管１０の内径をｄ
（ｃｍ）、管１０の厚みをｔ（ｃｍ）とすると、次の第
１式が成りたつことが知られている。
作用している場合に、管周方向および管軸方向に一定の
引っ張り応力σｃおよびσａがそれぞれ発生し、力の釣
り合いがとれている状態を示す。図２（ａ）は横断面、
図２（ｂ）は縦断面をそれぞれ示す。管１０の内径をｄ
（ｃｍ）、管１０の厚みをｔ（ｃｍ）とすると、次の第
１式が成りたつことが知られている。
【００１４】
【数１】
【００１５】上述の第１式は、たとえば圧力容器の設計
などにおいて周知の公式である。なおσａはσｃの１／
２となる。
などにおいて周知の公式である。なおσａはσｃの１／
２となる。
【００１６】図３は、図１に示す測定を行うための装置
の構成を示す。管１０の外周には、環状のレール２０が
装着される。磁歪センサ２１は、モータなどを含む駆動
手段２２によって、レール２０に沿う移動を行うことが
できる。
の構成を示す。管１０の外周には、環状のレール２０が
装着される。磁歪センサ２１は、モータなどを含む駆動
手段２２によって、レール２０に沿う移動を行うことが
できる。
【００１７】図４は、図３に示す測定装置の概略的な電
気的構成を示す。磁歪センサ２１の検出コイルからの信
号出力は、電圧測定回路２４に与えられ、増幅やアナロ
グ／デジタル変換が行われる。デジタル変換された電圧
測定回路２４からの出力は、マイクロコンピュータなど
によって実現される処理回路２５に与えられる。処理回
路２５は、駆動手段２２を制御する。また電圧測定回路
２４の測定結果を、図１に示す管頂１１からの角度θに
対するデータとして、メモリ２７にストアする。メモリ
２７のストア内容は、陰極線管（略称「ＣＲＴ」）や液
晶（略称「ＬＣＤ」）などの表示手段２８によって目視
表示することができる。
気的構成を示す。磁歪センサ２１の検出コイルからの信
号出力は、電圧測定回路２４に与えられ、増幅やアナロ
グ／デジタル変換が行われる。デジタル変換された電圧
測定回路２４からの出力は、マイクロコンピュータなど
によって実現される処理回路２５に与えられる。処理回
路２５は、駆動手段２２を制御する。また電圧測定回路
２４の測定結果を、図１に示す管頂１１からの角度θに
対するデータとして、メモリ２７にストアする。メモリ
２７のストア内容は、陰極線管（略称「ＣＲＴ」）や液
晶（略称「ＬＣＤ」）などの表示手段２８によって目視
表示することができる。
【００１８】図５は、図４に示す処理回路２５の動作を
示す。ステップｎ１から動作を開始し、ステップｎ２で
磁歪センサ２１を管周方向に回転しつつ、一定の角変位
毎に磁歪センサからの出力電圧Ｖを測定する。測定され
た電圧は、ステップｎ３においてメモリ２７にストアさ
れる。このようにして、磁歪センサ２１を管の全周にわ
たって移動させる。メモリ２７にストアされた磁歪セン
サからの出力電圧Ｖは、後述する図６にプロットされる
データに対応する。このデータは、ステップｎ４で、表
示手段２８によって表示することができる。
示す。ステップｎ１から動作を開始し、ステップｎ２で
磁歪センサ２１を管周方向に回転しつつ、一定の角変位
毎に磁歪センサからの出力電圧Ｖを測定する。測定され
た電圧は、ステップｎ３においてメモリ２７にストアさ
れる。このようにして、磁歪センサ２１を管の全周にわ
たって移動させる。メモリ２７にストアされた磁歪セン
サからの出力電圧Ｖは、後述する図６にプロットされる
データに対応する。このデータは、ステップｎ４で、表
示手段２８によって表示することができる。
【００１９】次にステップｎ５では、最小二乗法によっ
て図６に示す余弦曲線ＬＴにデータを近似させる。次に
ステップｎ６では、図６に示す振幅Ｂに対応して管軸方
向の応力σｌを演算して求める。次にステップｎ７で
は、内圧に対応して管周方向応力σｃを演算して求め
る。管１０の内圧が一定である場合は、前もって管周方
向応力σｃを求めておくこともできる。リアルタイムで
内圧に対応する管周方向応力を求めるためには、圧力の
検出データを処理回路２５に与えるようにすればよい。
最後に、ステップｎ８で動作を終了する。
て図６に示す余弦曲線ＬＴにデータを近似させる。次に
ステップｎ６では、図６に示す振幅Ｂに対応して管軸方
向の応力σｌを演算して求める。次にステップｎ７で
は、内圧に対応して管周方向応力σｃを演算して求め
る。管１０の内圧が一定である場合は、前もって管周方
向応力σｃを求めておくこともできる。リアルタイムで
内圧に対応する管周方向応力を求めるためには、圧力の
検出データを処理回路２５に与えるようにすればよい。
最後に、ステップｎ８で動作を終了する。
【００２０】図６は、図５に示す動作によって得られる
測定結果を示す。前述したように、測定結果は管頂から
の角度θに対する出力電圧Ｖとして表され、余弦波形を
表す曲線ＬＴで近似される。余弦波形ＬＴの振幅Ｂが、
管に対応する管軸方向応力に対応する。
測定結果を示す。前述したように、測定結果は管頂から
の角度θに対する出力電圧Ｖとして表され、余弦波形を
表す曲線ＬＴで近似される。余弦波形ＬＴの振幅Ｂが、
管に対応する管軸方向応力に対応する。
【００２１】以上のように本実施例では、管の内圧が高
い場合に、２軸応力場を考慮して応力発生状態を測定す
ることができる。これによって、地盤の不等沈下などに
よって曲げ応力が発生している高圧ガス導管などの健全
性を容易に診断して評価することができる。
い場合に、２軸応力場を考慮して応力発生状態を測定す
ることができる。これによって、地盤の不等沈下などに
よって曲げ応力が発生している高圧ガス導管などの健全
性を容易に診断して評価することができる。
【００２２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、内圧によ
る管周方向応力が、曲げなどによる管軸方向応力に対し
て無視できない程度に大きい場合においても、磁歪応力
を測定することによって、容易に管軸方向応力を求める
ことができる。これによって高い内圧が作用している鋼
管などの応力状態を測定することができ、２軸の応力場
を考慮した管の耐力評価を行うことができる。
る管周方向応力が、曲げなどによる管軸方向応力に対し
て無視できない程度に大きい場合においても、磁歪応力
を測定することによって、容易に管軸方向応力を求める
ことができる。これによって高い内圧が作用している鋼
管などの応力状態を測定することができ、２軸の応力場
を考慮した管の耐力評価を行うことができる。
【図１】本発明の一実施例の測定状態を示す斜視図およ
び測定結果を示すグラフである。
び測定結果を示すグラフである。
【図２】内圧によって管周方向に発生する応力を示す概
略的な断面図である。
略的な断面図である。
【図３】図１（ａ）に示す測定を行うための装置を示す
概略的な斜視図である。
概略的な斜視図である。
【図４】図３に示す装置の概略的な電気的構成を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図５】図４に示す処理回路２５の動作を示すフローチ
ャートである。
ャートである。
【図６】図５に示す動作によって得られる測定結果を示
すグラフである。
すグラフである。
【図７】磁歪応力測定に用いる磁歪センサの構成を示す
概略的な斜視図である。
概略的な斜視図である。
【図８】磁歪応力測定の原理を示す図である。
【図９】磁歪応力測定の原理を示す図である。
１０ 管 １１ 管頂 １２ 管底 １３ 曲げ荷重 ２０ レール ２１ 磁歪センサ ２２ 駆動手段 ２４ 電圧測定回路 ２５ 処理回路 ２７ メモリ ２８ 表示手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒田 隆司 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 境 禎明 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−252538（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−176628（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】 管の周方向について磁歪応力分布を検出
し、 検出された磁歪応力から、管の内圧に対応する管周方向
応力を補正して、管軸方向応力を求めることを特徴とす
る管の磁歪応力測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7234193A JP2672447B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 管の磁歪応力測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7234193A JP2672447B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 管の磁歪応力測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06288840A JPH06288840A (ja) | 1994-10-18 |
| JP2672447B2 true JP2672447B2 (ja) | 1997-11-05 |
Family
ID=13486504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7234193A Expired - Lifetime JP2672447B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 管の磁歪応力測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2672447B2 (ja) |
-
1993
- 1993-03-30 JP JP7234193A patent/JP2672447B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06288840A (ja) | 1994-10-18 |
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