JP3709216B2 - 継手融着シミュレーション装置、融着方法、及び継手製造方法 - Google Patents

継手融着シミュレーション装置、融着方法、及び継手製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、パイプ本体と継手の接触面を熱で溶かして融着する場合に利用可能な、継手融着シミュレーション装置及び継手製造方法及び隙間の縮まり方を制御する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、２本のガス用ポリエチレンパイプ（以降、ＰＥパイプと呼ぶ）を接合する方法として、継手を用いて接合する方法が知られており、以下にその構成及び動作を説明する。
【０００３】
即ち、図８（ａ）に示すように、継手９０２は、ＰＥパイプ９０１の外形より少し大きめの内径を有し、しかもＰＥパイプ９０１に比べて長さの短い筒状のものである（図８（ｂ）参照）。継手９０２の内部には、内面側に近い方にコイル状に成形された電熱線９０３が内蔵されている。このインサート成形された電熱線９０３の両端は、継手９０２の外部に露出しており、その先端部には通電用の端子（図示省略）が設けられている。ここで、図８（ａ）は、ＰＥパイプ９０１と、電熱線９０３を内蔵した継手９０２の組立状態において、ＰＥパイプ９０１の中心軸Ｘを含み切断した場合の断面図であり、図８（ｂ）は、同組立状態において、中心軸Ｘに対して直角方向に切断した図中ＹＹ’で示す矢視断面図である。 ２本のＰＥパイプ９０１を接合する場合、ＰＥパイプ９０１と継手９０２を図８（ａ）のように配置して、電熱線９０３に通電する。このように電熱線９０３がある一定時間通電されることにより、継手９０２の電熱線９０３の周辺部が軟化し、継手９０２の内面側がＰＥパイプ９０１の外面側へと移動して、継手９０２とＰＥパイプ９０１との間に存在している隙間（ギャップ）９０４が閉塞する。隙間９０４が閉塞した後も通電が続けられており、継手９０２とＰＥパイプ９０１の界面温度が上昇し、熱融着可能な温度に到達することにより、両者の接合面が熱融着される。これにより２本のＰＥパイプ９０１の接合が完了する。
【０００４】
又、従来より、このような熱融着による接合における各部の温度変化をシミュレーションする方法も知られている。各部の温度としては、例えば、継手９０２の内面と、それに対応している位置のＰＥパイプ９０１の外面等である。
【０００５】
即ち、ＰＥパイプ９０１と継手９０２の物性値として、熱伝導率、比熱、粘性、線膨張係数、ポアソン比等を入力データして、伝熱解析や熱応力解析を行なって、上記熱融着の際のＰＥパイプ９０１と継手９０２の温度変化のシミュレーションを行ない、例えば、上記通電に必要な時間等の事前検討の一部に活用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の熱融着の方法では、隙間９０４の縮まる速度を左右するパラメータとして、継手の初期残留応力の分布をも考慮に入れるという考え方が基本的になかった。このために、継手９０２が物性的にも形状・構造的にも初期値として全く同じであるとの前提の基に、同一条件で熱融着を行なった場合、従来全く認識されていなっかったこの前提条件に結果的に不備があったために、隙間９０４の縮まる速度の制御が正確に行えないという欠点があった。又、上記従来のシミュレーションについても、上記入力データに基づいて、継手の初期残留圧縮応力を考慮に入れないで計算されたＰＥパイプ９０１と継手９０２の温度変化の結果が、実際の実験により測定された値と一致しないため、正確な継手の評価が出来ないといった課題を有していた。
【０００７】
本発明は、従来の熱融着の方法等のこのような課題を考慮し、隙間の縮まる速度の制御が従来に比べてより一層正確に行なうことが出来る隙間の縮まり方を制御する方法及び継手融着シミュレーション装置を提供することを目的とする。
【０００８】
又、上記課題を解決するために、隙間の縮まる速度を従来に比べてより一層速くすることが出来る継手製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、パイプ本体と継手とを熱融着することについてシミュレーションする場合、前記継手の初期残留圧縮応力と、前記パイプ本体と前記継手の線膨張係数及び熱伝導率とを少なくとも入力する入力手段と、
前記入力されるデータに基づいて、応力解析可能なプログラムにより前記継手の加熱開始からの各時刻における前記継手の応力、歪み、及び変位を求め、その求めた結果を利用して前記パイプ本体と前記継手との間に存在する隙間を計算し、前記時刻と前記計算により得られた隙間との関係から前記隙間の縮まる速度を求める演算手段と、
その演算結果を出力する出力手段と、を備えた継手融着シミュレーション装置である。
【００１０】
第２の本発明は、上記第１の本発明の継手融着シミュレーション装置を用いた隙間の縮まり方を制御する融着方法であって、
前記継手融着シミュレーション装置の前記演算結果と、前記パイプ本体と前記継手との間に存在する隙間についての所望の前記縮まる速度とを比較する工程と、
前記比較の結果に基づいて、前記隙間の縮まる速度をより速くしたい場合は、前記継手の初期残留圧縮応力をより大きくし、又、前記隙間の縮まる速度をより遅くしたい場合は、前記継手の初期残留圧縮応力をより小さくすることを決定する工程と、を備えた隙間の縮まり方を制御する融着方法である。
【００１１】
第３の本発明は、上記第１の本発明の継手融着シミュレーション装置を用いた隙間の縮まり方を制御する融着方法であって、
前記継手融着シミュレーション装置の前記演算結果と、前記パイプ本体と前記継手との間に存在する隙間についての所望の前記縮まる速度とを比較する工程と、
前記比較の結果に基づいて、前記隙間の縮まる速度をより速くしたい場合は、前記継手の体積膨張率をより大きくし、又、前記隙間の縮まる速度をより遅くしたい場合は、前記継手の体積膨張率をより小さくすることを決定する工程と、を備えた隙間の縮まり方を制御する融着方法である。
【００１２】
第４の本発明は、パイプ本体と継手とを熱融着する場合に使用する前記継手の製造方法であって、
上記第１の本発明の継手融着シミュレーション装置による前記演算結果に基づいて、所望の前記隙間の縮まる速度に対応するパラメータとして少なくとも前記継手の初期残留圧縮応力の値を設定する設定工程と、
前記設定された継手の初期残留圧縮応力が得られる様に、前記継手の成形加工に際し、又は前記成形加工後において前記継手の冷却速度を制御するための制御工程と、を備えた継手製造方法である。
【００１３】
第５の本発明は、前記隙間の縮まる速度をより速くする場合、前記設定工程では、前記継手の初期残留圧縮応力の値がより大きな値に設定され、前記制御工程では、前記継手の成形加工後少なくともその継手の前記隙間を形成する面をより速く冷却する様に前記制御を行う上記第４の本発明の継手製造方法である。
尚、上記本発明に関連する技術の継手製造方法の発明は、パイプ本体と継手とを熱融着する場合に使用する前記継手の製造方法であって、
前記熱融着が行われる場合に、前記パイプ本体と前記継手との間に存在する隙間の縮まる速度がより速くなるように、少なくともその継手の前記隙間を形成する部位及び／又はその近傍に、前記継手の外面側に比べて体積膨張率がより大きい別の材料を使用して作成することを特徴とするものである。
【００１４】
【作用】
第１の本発明では、入力手段が、パイプ本体と継手とを熱融着することについてシミュレーションする場合、前記継手の初期残留圧縮応力と、前記パイプ本体と前記継手の線膨張係数及び熱伝導率とを少なくとも入力し、演算手段が前記入力されるデータに基づいて、応力解析可能なプログラムにより前記継手の加熱開始からの各時刻における前記継手の応力、歪み、及び変位を求め、その求めた結果を利用して前記パイプ本体と前記継手との間に存在する隙間を計算し、前記時刻と前記計算により得られた隙間との関係から前記隙間の縮まる速度を求め、出力手段がその演算結果を出力する。これにより、例えば、前記隙間の縮まる速度をより一層正確にシミュレーション出来る。
【００１５】
第２の本発明では、上記第１の本発明の継手融着シミュレーション装置を用いた隙間の縮まり方を制御する融着方法であって、
前記継手融着シミュレーション装置の前記演算結果と、前記パイプ本体と前記継手との間に存在する隙間についての所望の前記縮まる速度とを比較し、
前記比較の結果に基づいて、前記隙間の縮まる速度をより速くしたい場合は、前記継手の初期残留圧縮応力をより大きくし、又、前記隙間の縮まる速度をより遅くしたい場合は、前記継手の初期残留圧縮応力をより小さくすることを決定する。
【００１６】
第３の本発明では、上記第１の本発明の継手融着シミュレーション装置を用いた隙間の縮まり方を制御する融着方法であって、
前記継手融着シミュレーション装置の前記演算結果と、前記パイプ本体と前記継手との間に存在する隙間についての所望の前記縮まる速度とを比較し、
前記比較の結果に基づいて、前記隙間の縮まる速度をより速くしたい場合は、前記継手の体積膨張率をより大きくし、又、前記隙間の縮まる速度をより遅くしたい場合は、前記継手の体積膨張率をより小さくすることを決定する。
【００１７】
第４の本発明では、パイプ本体と継手とを熱融着する場合に使用する前記継手は、例えば、設定工程により、上記第１の本発明の継手融着シミュレーション装置による前記演算結果に基づいて、所望の前記隙間の縮まる速度に対応するパラメータとして少なくとも前記継手の初期残留圧縮応力の値が設定され、制御工程により、前記設定された継手の初期残留圧縮応力が得られる様に、前記継手の成形加工に際し、又は前記成形加工後において前記継手の冷却速度が制御される。このようにして作成された継手では、例えば、初期残留圧縮応力がより大きく出来るので、この継手を用いて熱融着を行えば、パイプ本体と継手との間に存在する隙間の縮まる速度がより速くなる。
【００１８】
第５の本発明では、前記隙間の縮まる速度をより速くする場合、前記設定工程では、前記継手の初期残留圧縮応力の値がより大きな値に設定され、前記制御工程では、前記継手の成形加工後少なくともその継手の前記隙間を形成する面をより速く冷却する様に前記制御を行う。このようにして作成された継手では、初期残留圧縮応力がより大きくなっているので、この継手を用いて熱融着を行えば、パイプ本体と継手との間に存在する隙間の縮まる速度がより速くなる。
尚、上記本発明に関連する技術の継手製造方法の発明では、パイプ本体と継手とを熱融着する場合に使用する前記継手は、例えば、前記熱融着が行われる場合に、前記パイプ本体と前記継手との間に存在する隙間の縮まる速度がより速くなるように、少なくともその継手の前記隙間を形成する部位及び／又はその近傍に、前記継手の外面側に比べて体積膨張率がより大きい別の材料を使用して作成される。このようにして作成された継手では、隙間を形成する部位及び／又はその近傍の体積膨張率がより大きくなっているので、この継手を用いて熱融着を行えば、パイプ本体と継手との間に存在する隙間の縮まる速度がより速くなる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明にかかる実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施例の継手融着シミュレーション装置の構成図であり、同図を用いて本実施例の構成を説明する。尚、パイプと継手等に関しては、本質的に図８と同じものを使用する場合は、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００２１】
図１において、入力手段１０１は本発明のパイプ本体としてのＰＥパイプ９０１（図８（ａ）参照）の各種物性値と、継手９０２の少なくとも初期残留圧縮応力を含む各種物性値等を入力するための手段である。演算手段１０２はこれらの入力データからＰＥパイプ９０１と継手９０２との間に存在する隙間９０４（図８（ｂ）参照）の縮まる速度を上記初期残留圧縮応力を考慮した所定のルールに従って求める手段である。出力手段１０３は演算手段１０２による演算結果をプリンター（図示省略）等に出力するためのものである。
【００２２】
次に、以上のように構成された本実施例の継手融着シミュレーション装置において、その動作を述べながら、本発明の隙間の縮まり方を制御する方法の一実施例を図面を参照しながら説明する。
【００２３】
入力手段１０１により、熱伝導率、比熱、密度、粘性、ヤング率、線膨張係数、ポアソン比が入力データして入力され、更に、これらに加えて、継手９０２の初期残留応力として、初期残留圧縮応力と初期残留引っ張り応力の分布データ（図４参照）が入力される。
【００２４】
本発明の最も重要な点の一つは、隙間９０４の縮まる速度を左右するパラメータとして従来全く気づかれていなかった継手９０２の初期残留圧縮応力をも考慮に入れるべきであるとの認識に立って、この初期残留圧縮応力の分布を演算に必要な一つの重要なパラメータとして扱った点である。
【００２５】
入力手段１０１から入力された各種データは、基本的には、図２に示す概念図に従って処理される。ここで図２は本実施例の継手融着シミュレーション装置の演算処理の基本的な流れを示す概念図である。
【００２６】
すなわち、初期データからＰＥパイプ９０１の外面（パイプ界面）、継手９０２の内面（継手界面）、電熱線９０３、及び電熱線９０３近傍の継手９０２内部の各々の温度分布が、伝熱解析手段２０１により伝熱解析を行なって求められる。それら温度分布データ及び各種物性値を用いて、熱応力解析手段２０２による熱応力解析結果から隙間９０４の縮まる速度が隙間閉塞演算手段２０３により演算され、新たな隙間９０４ａのデータ等が算出される。
【００２７】
このようにして、求められた新たな隙間９０４ａのデータ等を基に再び、伝熱解析を行ない上記各部位の温度分布を計算するというプロセスを繰り返す。
【００２８】
そのプロセスについて、更に具体的に図３（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。ここで、図３（ａ），（ｂ）は、本実施例の演算処理の動作を説明するフローチャートである。
【００２９】
すなわち、ＰＥパイプ９０１と継手９０２との間に、隙間９０４が存在する場合には、これらは各々独立に変形し、その隙間が閉じると、一体化して変形するので、これを解析モデルに取り入れなければならない。本実施例では、以下のような計算手順によって、隙間９０４の閉塞についての処理を行うものである。
【００３０】
ステップ１；入力手段１０１により、データを入力する。具体的には、ＰＥパイプ９０１と継手９０２の形状データ及びそのメッシュサイズ、隙間９０４の寸法の初期値、ＰＥパイプ９０１と継手９０２の粘度及び弾性率、解析を行なう時間間隔（Δｔとも表す）、電熱線９０３への通電停止時刻等を入力する。ここで、メッシュサイズとは、後述する熱応力解析等に用いる応力分布データの入力に関し、継手９０２等の形状をどのような方法で、どの程度の分量に分割するかを決定するためのパラメータである（図３（ａ）参照）。又、隙間９０４の寸法とは、ＰＥパイプ９０１の中心軸Ｘから放射状方向を基準として測定したＰＥパイプ９０１の外面と継手９０２の内面との距離をいうものとする。
【００３１】
ステップ２；初期残留応力分布データを入力する。ここで、初期に入力する残留応力値としては、パイプの応力計算のため、円筒座標系を用いている。そして、応力は、パイプの周方向、軸方向、及び半径方向の３つの方向についての応力を用いて表現される。本実施例では、初期に代入する残留応力値としては、周方向（図４参照）と軸方向の２つの応力を用いる。残りの１つの半径方向の応力は、釣合の式から算出される。
【００３２】
図４は、この初期残留応力の内、ＰＥパイプ９０１の周方向初期残留応力分布曲線４０１と継手９０２の周方向初期残留応力分布曲線４０２を示すグラフである。ここで、グラフの横軸は、ＰＥパイプ９０１及び継手９０２の半径方向を基準とした中心軸Ｘからの距離を示しており、グラフの縦軸はＰＥパイプ９０１及び継手９０２の周方向初期残留応力値を示す。
【００３３】
同図からも明らかなように、継手９０２の外面に近い部分として、半径方向距離が７０（ｍｍ）の位置では、初期残留引っ張り応力が４４０（ｇ／ｍｍ2）であり、継手９０２の中心部分として、同距離が約６６（ｍｍ）の位置では、初期残留応力がほぼ０（ｇ／ｍｍ2）であることがわかる。又、継手９０２の内面に近い部分として、半径方向距離が５８（ｍｍ）の位置では、初期残留圧縮応力が−３６０（ｇ／ｍｍ2）であることが読み取れる。このことから、継手９０２の初期残留圧縮応力としては、相対的に見て、外面に近い部分より内面に近い部分の方がより一層大きな値として分布しているといえる。
【００３４】
ステップ３；シミュレーションにおけるスタートを示すために、電熱線９０３への通電開始時刻として、ｔ＝０が設定され、その時の隙間９０４の寸法が既にステップ１にて入力済みの初期隙間量としてｇ0に設定される。尚、通電開始時を基準として任意の時刻ｔにおける隙間の寸法はｇtと表すものとする。
【００３５】
ステップ４；次に、本実施例で用いる伝熱解析用のプログラムにより、時刻ｔにおける各部の温度を求める。
【００３６】
ステップ５；次に、本実施例で用いる熱応力解析用の応力解析プログラムにより、時刻ｔにおける各部の応力分布、歪、変位を求める。
【００３７】
ここで、ｔ＝０の場合のみ、ステップ２で入力した初期残留応力分布データ（図４参照）が用いられる。
【００３８】
ここでの処理内容を、図３（ｂ）を参照しながら更に具体的に説明する。
【００３９】
ステップ３１；ステップ４での時刻ｔにおける各部の温度データに基づいて、要素毎に（式１）
【００４０】
【数１】
Figure 0003709216
から応力マトリックスを計算し、全体に生成する。
【００４１】
図５は、時刻ｔ＝５０（秒），２００（秒）における計算により得られた周方向応力分布を示すグラフである。尚、参考として、時刻ｔ＝０での周方向初期残留応力分布データ（図４に示すものと同じものである）は点線で表した。
【００４２】
ステップ３２；更に、要素毎に（式２）
【００４３】
【数２】
Figure 0003709216
から剛性マトリックスを計算し、全体に生成する。
【００４４】
ステップ３３；ステップ３１，３２における計算結果を基に、通電開始から時刻ｔ＋Δｔにおける、ＰＥパイプ９０１及び継手９０２の各部の半径方向変位増分を（式３）
【００４５】
【数３】
Figure 0003709216
から求める。この場合、隙間９０４が閉塞せずにまだ存在しているものとして、ＰＥパイプ９０１と継手９０２に関して各々独立に変形するとの前提で演算処理を行なう。
【００４６】
ステップ６；ステップ３３で求めた半径方向変位増分に基づき、時刻ｔ＋Δｔにおける隙間量を（式４）
【００４７】
【数４】
Figure 0003709216
によって求める。
【００４８】
ここに、Δｕ<J>、Δｕ<P>は各々、継手９０２の内面及びＰＥパイプ９０１の外面の半径方向変位増分である。
【００４９】
ステップ７；ステップ６にて求めた時刻ｔ＋Δｔにおける隙間量が、正の値であるか否かを判定する。
【００５０】
判定の結果が、正の値であれば、ステップ８へ進み、０又は負の値であれば、ステップ９へ進。
【００５１】
ステップ８；ステップ７での判定結果が正の値の場合、時刻ｔに対してｔ＋Δｔを代入する。すなわち、ｔ＝ｔ＋Δｔとなって、ステップ４へ戻り、上記ステップを繰り返す。
【００５２】
ステップ９；ステップ７での判定結果が０又は負の値の場合は、時刻ｔと時刻ｔ＋Δｔの間に、ＰＥパイプ９０１の外面と継手９０２の内面が接触し、隙間９０４が完全に閉塞したことを意味する。そこで、隙間９０４が完全に閉塞した時刻として、ｔ＋ξΔｔ（０＜ξ＜１）を求めるために、（式５）
【００５３】
【数５】
Figure 0003709216
にてξを求める。
【００５４】
そして、隙間９０４が完全に閉塞した時刻まで一旦戻り、ステップ３３にて（式３）により求められた時刻ｔ＋Δｔにおける半径方向変位増分を、上記時刻ｔ＋ξΔｔでの変位増分ベクトルの値に（式６）
【００５５】
【数６】
Figure 0003709216
を用いて置き換える。その後、ステップ１０へ進む。
【００５６】
ステップ１０；ｔ＝ｔ＋Δｔとして、ステップ４へ戻り、上記ステップを繰り返す。但し、この場合、隙間９０４が完全に閉塞した後の処理となるために、上記の処理とは、若干の相違点がある。
【００５７】
例えば、ステップ３３での（式３）の計算は、ＰＥパイプ９０１の外面と継手９０２の内面は一体化して変形するといういわゆる境界条件として、Δｕ<J>＝Δｕ<P>を用いて処理される。
【００５８】
以上説明した各ステップを、予め設定しておいた解析終了時刻まで繰り返すことにより、後述する、電熱線９０３への通電時間と隙間９０４の縮まる速度の関係及び各部の温度の関係を表したシミュレーション結果（図６、図７（ａ），（ｂ）参照）を得ることが出来る。
【００５９】
次に、このように計算により得られた、隙間９０４の寸法の時間的な変化状況（隙間の縮まる速度と見てもよい）のシミュレーション結果の例を、図６を参照しながら説明する。
【００６０】
図６は、継手９０２の初期残留圧縮応力の違いにより、隙間９０４の縮まる速度が異なるようすを表したグラフである。
【００６１】
ここで、横軸は電熱線９０３の通電時間（秒）を、縦軸は隙間９０４の寸法を表している。
【００６２】
同図に示すように、６０１は初期残留圧縮応力の分布が通常の場合（図４に示したものに相当）の計算例であり、隙間９０４が０になるまでの隙間閉塞時間は７６秒である。６０２は初期残留圧縮応力が０の場合の計算例であり、隙間閉塞時間は１１６秒である。又、６０３は継手９０２の内面側近傍の初期残留圧縮応力が通常の２倍である場合の計算例であり、隙間閉塞時間は５３秒である。
【００６３】
このように、継手９０２の初期残留圧縮応力を入力パラメータの一つとして加えることにより、隙間９０４の縮まる速度がより一層正確にシミュレーション可能となる。
【００６４】
次に、このように継手の初期残留圧縮応力を加味して、得られたシミュレーション結果が実際の実験結果と如何によく類似しているかについて、図７を参照しながら説明する。
【００６５】
すなわち、図７（ａ）は、本実施例の継手融着シミュレーション装置により計算されたシミュレーション結果の内、電熱線９０３への通電時間と隙間９０４の縮まる速度の関係を表したグラフであり、図６で説明したものの内、初期残留圧縮応力が通常の場合（図４に示したものに相当）のシミュレーション結果と同じものである。
【００６６】
図７（ｂ）は、図７（ａ）と同じシミュレーション結果の内、電熱線９０３への通電時間と各部位の温度の関係を表したグラフであり、両グラフの横軸は共に時間軸であり一致している。図７（ｂ）において、シミュレーション結果は実線で表され、実験データは点線で表されている。
【００６７】
図７（ｂ）に示す各部位の温度変化を表したグラフからも明らかなように、本実施例によるシミュレーション結果が実際の実験結果と極めてよく類似していることがわかる。
【００６８】
これは、上記継手の初期残留圧縮応力を加味して、熱応力解析等を行なった結果、隙間９０４が縮まって行く過程を従来に比べてより一層正確に解析することが出来たからに他ならない。
【００６９】
ＰＥパイプ９０１と継手９０２を熱融着する場合、融着前の設置時に隙間９０４が存在することは上述した通りである。電熱線９０３に通電して、電熱線９０３から発生した熱がいくら継手９０２の内面に伝わっても、隙間９０４がいつまでも存在し続けていると、継手９０２の内面からＰＥパイプ９０１外面に対して熱が充分に伝わらず適正な融着が行われない。
【００７０】
従って、上記隙間閉塞時間が短ければ短いほど、継手９０２からＰＥパイプ９０１に対してより早く、しかもより充分な熱が伝わるために、熱融着がより適正に行われる。
【００７１】
このようなことから、上記隙間閉塞時間をより短くすることが出来る継手の作成が必要となる。
【００７２】
以下、上記要望に応じることが可能な、本発明の他の実施例の継手製造方法を説明する。
【００７３】
すなわち、上記隙間閉塞時間を従来よりもより短くすることが出来る継手９０２を製造するためには、継手９０２の成形加工後、その継手９０２の内面側を従来よりもより速く冷却するとよい。
【００７４】
このようにすることにより、継手９０２の外面側には初期残留引っ張り応力が分布し、継手９０２の内面側には従来に比べてより一層大きな初期残留圧縮応力が分布することになり、上述したことから明らかなように上記隙間閉塞時間を従来よりもより短くすることが出来る。
【００７５】
又、逆に隙間閉塞時間を従来よりも長くするためには、継手９０２の成形加工後、その継手９０２の内面側を従来よりもよりゆっくりと冷却するとよい。これは、言うまでも無く、継手９０２の外面側にはより小さな値の初期残留引っ張り応力が分布し、継手９０２の内面側には従来に比べてより小さな初期残留圧縮応力が分布することになるからである。
【００７６】
以上説明した上記実施例の構成によれば、継手９０２に内蔵されている電熱線９０３に通電を開始してから、隙間９０４が閉塞していく過程を時間の流れに沿ってより一層正確に解析が出来る。
【００７７】
又、入力する物性値が一定値ではなく、温度や時間経過とともに任意に変化する値であっても解析が可能である。
【００７８】
これにより、隙間９０４が閉塞していく過程を正確に解析してシミュレーションすることが可能となり、電熱線９０３への通電に必要な時間や継手９０２の形状あるいは、その物性等の事前検討に活用出来る。
【００７９】
従って、継手９０２の試作数量や融着性能の確認実験回数を低減することが可能となる。このことは、特に口径が１５０ｍｍや２００ｍｍ等の大口径のＰＥパイプ９０１の継手９０２の事前検討に対して、極めて大きな効果を発揮するものであり、確認実験に要する膨大な時間とコストの大幅な低減が可能となる。
【００８０】
尚、上記実施例では、継手の冷却方法として、継手の内面側を冷却する場合について説明したが、これに限らず、例えば、継手全体を冷却するようにして、その冷却の速さを従来より速くする等、冷却の速さを制御する方法でもよく、要するに継手の内面側の初期残留圧縮応力が制御出来る方法でありさえすればどのような冷却方法の内容は問わない。
【００８１】
又、上記実施例では、継手製造方法として、パイプ本体と継手との間に存在する隙間の縮まる速度がより速くなるようにするために、継手を冷却する場合について説明したが、これに限らず、例えば、継手の内面側に体積膨張率がより大きい材料を使用して作成する製造方法を用いてもよい。
【００８２】
この場合、更に具体的に説明すると、例えば、継手の内面側と外面側とに各々体積膨張率が異なる２種類の成形用樹脂材料を用い、２層成形をして製造するようにしてもよい。このとき、内面側の材料としては外面側の材料に比べて体積膨張率の大きいものが使用されるのは言うまでもない。
【００８３】
他の例として、上記電熱線を被覆する被覆樹脂を使用する際に、その被覆樹脂の体積膨張率を継手の材料の体積膨張率に比べてより大きいものを使用する方法としてもよい。
【００８４】
更に他の例として、上記電熱線を巻き付けるベースとなるボビンを使用する場合であれば、そのボビンの材料の体積膨張率を継手の材料の体積膨張率に比べてより大きいものを使用する方法としてもよい。
【００８５】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように本発明は、パイプ本体と継手との間に存在する隙間の縮まる速度を従来に比べてより一層速くすることが出来るという長所を有する。
【００８６】
又、本発明は、隙間の縮まる速度をより一層正確にシミュレーション出来るという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例の継手融着シミュレーション装置の構成図
【図２】 同実施例の継手融着シミュレーション装置の演算処理の基本的な流れを示す概念図
【図３】 図３（ａ），（ｂ）；同実施例の演算処理の動作を説明するフローチャート
【図４】 同実施例で用いるＰＥパイプと継手の周方向初期残留応力の分布を示すグラフ
【図５】 同実施例において、時刻ｔ＝５０（秒），２００（秒）における計算により得られた周方向応力分布を示すグラフ
【図６】 同実施例の継手の初期残留圧縮応力の違いにより、隙間の縮まる速度が異なるようすを表したグラフ
【図７】図７（ａ）；同実施例の継手融着シミュレーション装置により計算されたシミュレーション結果の内、電熱線への通電時間と隙間の縮まる速度の関係を表したグラフ
図７（ｂ）；同シミュレーション結果の内、電熱線への通電時間と各部位の温度の関係を表したグラフ
【図８】図８（ａ）；従来、及び本発明の一実施例で用いる継手、ＰＥパイプの組立状態において、中心軸を含み切断した場合の断面図
図８（ｂ）；同組立状態において、同中心軸に対して直角方向に切断した矢視断面図
【符号の説明】
１０１ 入力手段
１０２ 演算手段
１０３ 出力手段
２０１ 伝熱解析手段
２０２ 熱応力解析手段
２０３ 隙間閉塞演算手段
４０１ ＰＥパイプ周方向初期残留応力分布曲線
４０２ 継手周方向初期残留応力分布曲線
６０１ 初期残留圧縮応力が通常の場合の計算結果
６０２ 初期残留圧縮応力が０の場合の計算結果
６０３ 初期残留圧縮応力が通常の２倍である場合の計算結果
９０２ 継手
９０１ ＰＥパイプ
９０３ 電熱線
９０４ 隙間（ギャップ）
Ｘ 中心軸

Claims (5)

  1. パイプ本体と継手とを熱融着することについてシミュレーションする場合、前記継手の初期残留圧縮応力と、前記パイプ本体と前記継手の線膨張係数及び熱伝導率とを少なくとも入力する入力手段と、
    前記入力されるデータに基づいて、応力解析可能なプログラムにより前記継手の加熱開始からの各時刻における前記継手の応力、歪み、及び変位を求め、その求めた結果を利用して前記パイプ本体と前記継手との間に存在する隙間を計算し、前記時刻と前記計算により得られた隙間との関係から前記隙間の縮まる速度を求める演算手段と、
    その演算結果を出力する出力手段と、
    を備えた継手融着シミュレーション装置。
  2. 請求項１記載の継手融着シミュレーション装置を用いた隙間の縮まり方を制御する融着方法であって、
    前記継手融着シミュレーション装置の前記演算結果と、前記パイプ本体と前記継手との間に存在する隙間についての所望の前記縮まる速度とを比較する工程と、
    前記比較の結果に基づいて、前記隙間の縮まる速度をより速くしたい場合は、前記継手の初期残留圧縮応力をより大きくし、又、前記隙間の縮まる速度をより遅くしたい場合は、前記継手の初期残留圧縮応力をより小さくすることを決定する工程と、
    を備えた隙間の縮まり方を制御する融着方法。
  3. 請求項１記載の継手融着シミュレーション装置を用いた隙間の縮まり方を制御する融着方法であって、
    前記継手融着シミュレーション装置の前記演算結果と、前記パイプ本体と前記継手との間に存在する隙間についての所望の前記縮まる速度とを比較する工程と、
    前記比較の結果に基づいて、前記隙間の縮まる速度をより速くしたい場合は、前記継手の体積膨張率をより大きくし、又、前記隙間の縮まる速度をより遅くしたい場合は、前記継手の体積膨張率をより小さくすることを決定する工程と、
    を備えた隙間の縮まり方を制御する融着方法。
  4. パイプ本体と継手とを熱融着する場合に使用する前記継手の製造方法であって、
    請求項１記載の継手融着シミュレーション装置による前記演算結果に基づいて、所望の前記隙間の縮まる速度に対応するパラメータとして少なくとも前記継手の初期残留圧縮応力の値を設定する設定工程と、
    前記設定された継手の初期残留圧縮応力が得られる様に、前記継手の成形加工に際し、又は前記成形加工後において前記継手の冷却速度を制御するための制御工程と、
    を備えた継手製造方法。
  5. 前記隙間の縮まる速度をより速くする場合、前記設定工程では、前記継手の初期残留圧縮応力の値がより大きな値に設定され、前記制御工程では、前記継手の成形加工後少なくともその継手の前記隙間を形成する面をより速く冷却する様に前記制御を行う請求項４記載の継手製造方法。
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