JP5333039B2 - 破壊指標値補正方法、破壊指標値補正装置、溶接構造体の破壊特性評価方法及び溶接構造体の破壊特性評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、破壊指標値補正方法、破壊指標値補正装置、溶接構造体の破壊特性評価方法及び溶接構造体の破壊特性評価装置に関するものである。

従来から、溶接により複数の部材が接合された構造体（溶接構造体）の破壊特性を評価する場合には、いわゆるＣＴＯＤ（Crack Tip Opening Displacement）加算法やＦＡＤ（Failure Assessment Diagram）と呼ばれる評価手法が用いられている。

ＣＴＯＤ加算法は、亀裂の先端における変位量が破壊限界変位量（限界ＣＴＯＤ）を超えた場合に破壊が生じるものと規定し、溶接残留応力に起因する変位量と外力（温度変化等）に起因する変位量とを算出して合算し、この合算値と破壊限界変位量とを比較して溶接構造体の破壊特性の評価を行う。
また、ＦＡＤは、溶接構造体に作用する破壊駆動力が破壊靭性値を超えた場合に破壊が生じるものと規定し、溶接残留応力に起因する破壊駆動力と外力に起因する破壊駆動力とを合算し、この合算値と溶接構造体の破壊靭性値とを比較して溶接構造体の破壊特性の評価を行う。
なお、ＦＡＤにて算出される破壊駆動力と亀裂先端の変位量とは互いに関連しており、容易に変換することができる。
このように評価手法では、上述のように溶接残留応力に起因する変位量と外力に起因する変位量とを加算して、この値を破壊指標値と比較することによって溶接構造体の破壊特性の評価を行う。

ところで、周知のように、溶接構造体に限らず構造体は、冷却されることによって靭性が低下する。このため、溶接構造体の低温環境における破壊特性を評価する場合には、破壊限界変位量を小さく設定する必要がある。
そこで、従来は、溶接構造体と同一の材料によって形成された破壊靭性試験片を用いた、いわゆる三点曲げ試験によって得られる温度と破壊指標値（破壊限界変位量や破壊靭性値）との関係を予め取得しておき、この関係に基づいて、溶接構造体の低温環境における破壊指標値を設定している。

F. Minami 、Method of Constraint Loss Correction of CTOD Fracture Toughness for Fracture Assessment of Steel Components 、Engineering Fracture Mechanics 、73 (2006) 、p.1996-2020

ところが、例えば低温タンクにように極めて低温域で使用される溶接構造体の破壊特性を評価しようとした場合には、破壊限界変位量や破壊靭性値が極めて小さくなって溶接残留応力に起因する量を下回る場合がある。これは、評価上においては、溶接構造体に外力が作用しない場合であっても、冷却することのみによって溶接構造体が破壊に至ることを示している。
しかしながら、上述の評価手法によって冷却することのみで破壊に至ると評価された場合であっても、実際の溶接構造物を用いた実験等では、低温タンク等の溶接構造体が冷却されることのみによって破壊されることはない。

つまり、上述の従来の評価手法において用いられる破壊指標値は、過度に安全側に設定されていることを示している。この結果、溶接構造体に過剰な品質を持たせることとなり、高コスト化を招くこととなる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、低温環境で用いられる溶接構造体の破壊特性をより高精度に評価可能とすることを目的とする。

最初に、本発明の原理について説明する。
まず、ＣＴＯＤ加算法において、冷却することのみによって溶接構造体が破壊に至ると評価されたにも関わらず、実際の溶接構造体が冷却のみによって破壊されないことについて考察する。

亀裂が存在する場合には、亀裂の先端周りに塑性域が形成されることが知られているが、亀裂の先端周りに形成された塑性域が亀裂の寸法に対して充分に小さい場合には、塑性域の寸法が当該一定値を超えた場合に破壊が生じると考える、いわゆる引張塑性域寸法限界説を採用することができる。
このような引張塑性域寸法限界説の下、溶接構造体が破壊される際の応力分布（破壊応力分布）を示したものが図１である。なお、図１に示す応力分布は、図２に示す溶接線に対して直交する亀裂が形成された溶接構造体を溶接線方向に引っ張ることによって取得したものである。

図１においては、室温における溶接残留応力分布Ａと、低温（−１６２℃）における破壊応力分布Ｂとを示しおり、縦軸が応力を示し、横軸が亀裂先端からの距離を示している。なお、各破壊応力分布Ａ，Ｂにおいて縦軸が一定値を示す領域が塑性域を示し、この一定値が降伏応力を示している。
そして、図１から分かるように、溶接構造体が低温である場合には、降伏応力が上昇する。一方で、溶接構造体が室温から冷却された場合であっても、溶接残留応力に起因して溶接構造体に作用するワイブル応力は変化しない。
つまり、溶接構造体を冷却しただけでは溶接残留応力分布は変化しない。すなわち、溶接構造体を冷却しただけでは破壊駆動力(ワイブル応力)は変化しない。
この結果、ＣＴＯＤ加算法において冷却することのみによって溶接構造体が破壊に至ると評価された場合であっても、実際の溶接構造体が冷却のみによって破壊しなかったものと考えられる。

そこで、本発明は、より正確な破壊評価を実現するために、従来のＣＴＯＤ加算法に用いられた破壊限界変位量（δ_ｃｒ）が溶接残留応力に起因する変位量（δ_ｒｅｓ）を下回った場合において、破壊限界変位量（δ_ｃｒ）を補正して実際の溶接構造体の破壊限界変位量（δ^ｒ _ＷＰ，ｃｒ）に補正する。

以下に従来の拘束が強い状態で計測される破壊靱性試験片の破壊限界変位量（δ_ｃｒ）を評価対象とする溶接広幅構造要素の破壊限界変位量（δ^ｒ _ＷＰ，ｃｒ）に補正するための演算式について説明する。
塑性域寸法を計算するためのモデルであるDugdaleモデルによるＣＴＯＤは、下式（１）によって示される。一方で溶接構造体における引張塑性域寸法（ω^＋）は、下式（２）で示される。なお、下式（１），（２）においてＫが応力拡大係数を示し、Ｅがヤング率を示し、σ_Ｙ（Ｔ）が低温時の降伏応力を示している。

そして、式（１），（２）から下式（３）が導かれる。

ここで、従来のＣＴＯＤ加算法に用いられた破壊限界変位量（δ_ｃｒ）が溶接残留応力に起因する変位量（δ_ｒｅｓ）を下回る場合においては、式（３）のＣＴＯＤを破壊限界変位量（δ^ｒ _ＷＰ，ｃｒ）に置き換え、さらにσ_Ｙ（Ｔ）を、室温時の降伏応力がσ_Ｙ０であるとした際のσ_Ｙ（Ｔ）−σ_Ｙ０の降伏応力に置き換えることによって、破壊限界変位量（δ^ｒ _ＷＰ，ｃｒ）は、下式（４）となる。

さらに溶接箇所が存在しない場合の限界引張塑性域寸法は、下式（５）で示される。

また、式（４），（５）から、下式（６）が導かれる。

そして、破壊限界変位量（δ^ｒ _ＷＰ，ｃｒ）は、従来の破壊限界変位量（δ_ｃｒ）を、式（６）を用いて補正することによって求めることができる。

なお、ＦＡＤに用いられる破壊駆動力（破壊靭性値）とＣＴＯＤとの間には、以下の関係式（７）が成り立つ。ここで、式（７）においては、（δ^ｅ _ＷＰ）が破壊駆動力に起因するＣＴＯＤを示し、（Ｋ）が破壊駆動力を示し、（Ｘ）が平面応力に関係する計算を行う場合に「１」を平面歪みに関係する計算を行う場合に「２」を用いると定められた係数である。

一方、ＦＡＤに用いられる破壊指標値である靭性比は、従来、下式（８）を用いて計算される。ここで、式（８）においては、σ_ｍａｔは、評価対象とする構造要素の破壊限界変位量である。また、ρは、溶接残留応力に起因する補正値である。

そして、式（８）と式（６）とから、補正後の靭性比は、下式（９）から算出することができることが分かる。

ＦＡＤにおいては、破壊指標値として、上述の破壊靭性値あるいは靭性比が用いられるが、式（７），（９）から、容易に従来の破壊指標値を補正することができる。

そして、本発明は、上述の課題に対して、以上のような原理の下、以下のような構成を採用する。

第１の発明は、破壊指標値補正方法であって、溶接残留応力に起因する変位量及び外力に起因する変位量の合算値と破壊指標値とを比較することで溶接構造体の破壊特性を評価する際であって、上記破壊指標値が上記溶接残留応力に起因する変位量を下回る場合に、上記溶接構造体の降伏応力に基づいて上記破壊指標値を補正するという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、変位量が上記溶接構造体に形成された亀裂の先端変位量であり、上記破壊指標値が上記亀裂の先端の限界変位量であるという構成を採用する。

第３の発明は、上記第２の発明において、補正後の上記亀裂の先端の限界変位量が（δ^ｒ _ＷＰ，ｃｒ）であり、上記溶接構造体の使用温度範囲における最低温での降伏応力が（σ_Ｙ（Ｔ））であり、上記溶接構造体の室温での降伏応力が（σ_Ｙ０）、補正前の上記亀裂の先端の限界変位量が（δ_ｃｒ）である場合に、上記亀裂の先端の限界変位量は、下式（１０）に基づいて補正されるという構成を採用する。

第４の発明は、上記第１の発明において、変位量が上記溶接構造体に作用する破壊駆動力であり、上記破壊指標値が破壊靭性値あるいは靭性比であるという構成を採用する。

第５の発明は、上記第４の発明において、上記破壊指標値が靭性比であって（√δ_ｒ）であり、破壊駆動力が（δ^ｅ _ＷＰ）であり、上記溶接構造体に形成された亀裂の溶接残留応力に起因する先端変位量が（δ_ｒｅｓ）であり、上記溶接構造体の使用温度範囲における最低温での降伏応力が（σ_Ｙ（Ｔ））であり、上記溶接構造体の室温での降伏応力が（σ_Ｙ０）、補正前の上記亀裂の先端の限界変位量が（δ_ｃｒ）であり、溶接残留応力に起因する補正値が（ρ）である場合に、上記靭性比は、下式（１１）によって補正されるという構成を採用する。

第６の発明は、上記第１〜第５いずれかの発明において、上記破壊指標値が上記溶接残留応力に起因する変位量を上回る場合に、等価ＣＴＯＤ係数に基づいて上記破壊指標値を補正するという構成を採用する。

第７の発明は、溶接構造体の破壊特性評価方法であって、第１〜第６いずれかの発明である破壊指標値補正方法によって補正された上記破壊指標値を用いて上記溶接構造体の破壊特性を評価するという構成を採用する。

第８の発明は、破壊指標値補正装置であって、溶接残留応力に起因する変位量及び外力に起因する変位量の合算値と破壊指標値とを比較することで溶接構造体の破壊特性を評価する際であって、上記破壊指標値が上記溶接残留応力に起因する変位量を下回る場合に、上記溶接構造体の降伏応力に基づいて上記破壊指標値を補正する補正手段を備えるという構成を採用する。

第９の発明は、上記第８の発明において、変位量が上記溶接構造体に形成された亀裂の先端変位量であり、上記破壊指標値が上記亀裂の先端の限界変位量であるという構成を採用する。

第１０の発明は、第９の発明において、補正後の上記亀裂の先端の限界変位量が（δ^ｒ _ＷＰ，ｃｒ）であり、上記溶接構造体の使用温度範囲における最低温での降伏応力が（σ_Ｙ（Ｔ））であり、上記溶接構造体の室温での降伏応力が（σ_Ｙ０）、補正前の上記亀裂の先端の限界変位量が（δ_ｃｒ）である場合に、上記補正手段が、上記亀裂の先端の限界変位量を、下式（１２）に基づいて補正するという構成を採用する。

第１１の発明は、第８の発明において、変位量が上記溶接構造体に作用する破壊駆動力であり、上記破壊指標値が破壊靭性値あるいは靭性比であるという構成を採用する。

第１２の発明は、第１１の発明において、上記破壊指標値が靭性比であって（√δ_ｒ）であり、破壊駆動力が（δ^ｅ _ＷＰ）であり、上記溶接構造体に形成された亀裂の溶接残留応力に起因する先端変位量が（δ_ｒｅｓ）であり、上記溶接構造体の使用温度範囲における最低温での降伏応力が（σ_Ｙ（Ｔ））であり、上記溶接構造体の室温での降伏応力が（σ_Ｙ０）、補正前の上記亀裂の先端の限界変位量が（δ_ｃｒ）であり、溶接残留応力に起因する補正値が（ρ）である場合に、上記補正手段が、上記靭性比を、下式（４）によって補正するという構成を採用する。

第１３の発明は、第８〜第１２いずれかの発明において、上記破壊指標値が上記溶接残留応力に起因する変位量を上回る場合に、上記補正手段が、等価ＣＴＯＤ係数に基づいて上記破壊指標値を補正するという構成を採用する。

第１４の発明は、第８〜第１３いずれかの発明である破壊指標値補正装置によって補正された上記破壊指標値を用いて上記溶接構造体の破壊特性を評価するという構成を採用する。

破壊指標値が溶接残留応力に起因する変位量を下回る場合には、溶接構造体が室温よりも低温とされており、亀裂先端周りに形成される塑性域の寸法が亀裂の寸法に対して充分に小さくなり、溶接構造体の降伏応力が温度によって変化する。つまり、破壊指標値が溶接構造体の降伏応力の変化に応じて変化する。
本発明によれば、破壊指標値が溶接残留応力に起因する変位量を下回る場合に、溶接構造体の降伏応力に基づいて破壊指標値を補正することによって、破壊指標値が、溶接構造体が低温である場合における実際の破壊指標値により近づけられる。
この結果、低温環境で用いられる溶接構造体の破壊特性をより高精度に評価することが可能となる。

本発明の原理を説明するための図であり、室温における溶接残留応力分布Ａと、低温における破壊応力分布Ｂとを示すものである。 図１の破壊応力分布を得るために用いた破壊試験片を示す図である。 本発明の破壊指標値補正装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の破壊指標値補正装置及び破壊指標補正方法を検証するための実験に用いられる試験片を示す図である。 実験によって求められた限界ＣＴＯＤと、本実施形態の破壊指標値補正装置及び破壊指標値補正方法によって補正された限界ＣＴＯＤとを比較するものである。 実験よって求められた靭性比と、本実施形態の破壊指標値補正装置及び破壊指標値補正方法によって補正された靭性比とを比較するものである。

以下、図面を参照して、本発明に係る破壊指標値補正方法、破壊指標値補正装置、溶接構造体の破壊特性評価方法及び溶接構造体の破壊特性評価装置の一実施形態について説明する。

本実施形態の破壊指標値補正装置Ｓは、溶接残留応力に起因する変位量及び外力に起因する変位量の合算値と破壊指標値とを比較することで溶接構造体の破壊特性を評価する際であって、破壊指標値が溶接残留応力に起因する変位量を下回る場合に、溶接構造体の降伏応力に基づいて破壊指標値を補正するものである。
より詳細には、ＣＴＯＤ加算法を用いて溶接構造体の破壊特性評価を行う際であって、破壊指標値である亀裂の先端の限界変位量（限界ＣＴＯＤ）が溶接残留応力に起因する亀裂の先端変位量（δ_ｒｅｓ）を下回る場合に、本実施形態の破壊指標値補正装置Ｓは、溶接構造体の降伏応力に基づいて限界ＣＴＯＤを補正する。
またＦＡＤを用いて溶接構造体の破壊特性評価を行う際には、本実施形態の破壊指標値補正装置Ｓは、上述のように補正した限界ＣＴＯＤ（以下、補正済限界ＣＴＯＤ）を用いることによって、破壊指標値である靭性比や破壊靭性値の補正を行う。

さらに、本実施形態の破壊指標値補正装置Ｓは、破壊指標値が溶接残留応力に起因する変位量を上回る場合には、等価ＣＴＯＤ係数に基づいて破壊指標値を補正する。
なお、ここで言う等価ＣＴＯＤ係数とは、破壊靭性標準試験片を用いて得られる第１ワイブル応力曲線と、平板状三次元モデルに実溶接残留応力相当応力を付与して得られる第２ワイブル応力曲線との比である。この等価ＣＴＯＤ係数については、本出願人が出願した特願２００８−０８００７０に詳細が記載されている。

図３は、本実施形態の破壊指標値補正装置Ｓの概略構成を示すブロック図である。
パーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータ装置から構成されており、ＣＰＵ１と、記憶装置２と、入力装置３と、出力装置４と、通信装置５とを備えている。

ＣＰＵ１は、本実施形態の破壊指標値補正装置Ｓの全体を制御するものであり、記憶装置２、入力装置３、出力装置４及び通信装置５と電気的に接続されている。
また、ＣＰＵ１は、記憶装置２に記憶された計算プログラムＰに基づいて様々な演算処理を行う。

より詳細には、本実施形態においてＣＰＵ１は、破壊指標値が溶接残留応力に起因する変位量を下回ることを示す情報が入力された場合に、記憶装置２に予め記憶された溶接構造体の温度と降伏応力との関係から適切な降伏応力を抽出し、当該降伏応力に基づいて破壊指標値を補正する。つまり、本実施形態においてＣＰＵ１は、本発明の補正手段として機能する。

具体的には、本実施形態においてＣＰＵ１は、破壊指標値が溶接残留応力に起因する変位量を下回ることを示す情報が入力され、破壊指標値が限界ＣＴＯＤである場合には、入力装置３から入力される溶接構造体の温度に基づいて、記憶装置２に予め記憶された溶接構造体の温度と降伏応力との関係から溶接構造体の使用時の降伏応力を抽出する。そして、ＣＰＵ１は、この抽出した使用時の降伏応力及び必要量を、記憶装置２に予め記憶された下式（１４）に代入することによって限界ＣＴＯＤを補正する。

なお、式（１４）において、補正済限界ＣＴＯＤが（δ^ｒ _ＷＰ，ｃｒ）であり、溶接構造体の使用温度範囲における最低温での降伏応力が（σ_Ｙ（Ｔ））であり、溶接構造体の室温での降伏応力が（σ_Ｙ０）、補正前の限界ＣＴＯＤが（δ_ｃｒ）である。

また、ＣＰＵ１は、破壊指標値が溶接残留応力に起因する変位量を下回ることを示す情報が入力され、破壊指標値が靭性比である場合には、記憶装置２に予め記憶された下式（１５）によって靭性比を補正する。

なお、式（１５）において、靭性比が（√δ_ｒ）であり、溶接構造体に形成された亀裂の破壊駆動力に起因する先端変位量が（δ^ｅ _ＷＰ）であり、溶接残留応力に起因する先端変位量が（δ_ｒｅｓ）であり、副次的な応力に起因する補正値が（ρ）である。
また、ＣＰＵ１は、溶接構造体に形成された亀裂の破壊駆動力に起因する先端変位量（δ^ｅ _ＷＰ）を下式（１６）によって求める。

なお、式（１６）において、破壊駆動力が（Ｋ）である、平面応力に関係する計算を行う場合に「１」を平面歪みに関係する計算を行う場合に「２」を用いると定められた係数が（Ｘ）であり、ヤング率が（Ｅ）である。

また、本実施形態においてＣＰＵ１は、破壊指標値が溶接残留応力に起因する変位量を上回ることを示す情報が入力された場合に、等価ＣＴＯＤ係数を用いて破壊指標値を補正する。
具体的にはＣＰＵ１は、破壊指標値が溶接残留応力に起因する変位量を上回ることを示す情報が入力され、破壊指標値が限界ＣＴＯＤである場合には、記憶装置２に予め記憶された下式（１７）を用いて、限界ＣＴＯＤを補正する。

なお、式（１７）において、等価ＣＴＯＤ係数が（β_ｒ）である。

また、ＣＰＵ１は、破壊指標値が溶接残留応力に起因する変位量を上回ることを示す情報が入力され、破壊指標値が靭性比である場合には、下式（１８）を用いて、靭性比を補正する。

記憶装置２は、メモリ等の内部記憶装置及びハードディスクドライブ等の外部記憶装置によって構成されており、ＣＰＵ１から入力される情報を記憶すると共にＣＰＵ１から入力される指令に基づいて記憶した情報を出力するものである。
この記憶装置２は、図１に示すように、入力データＤ１と、計算データＤ２と、上記計算プログラムＰとを記憶している。

なお、入力データＤ１は、破壊指標値補正装置Ｓの外部から入力されるデータであり、実験等によって求められた溶接構造体の使用温度範囲における最低温での降伏応力（σ_Ｙ（Ｔ））、溶接構造体の室温での降伏応力（σ_Ｙ０）、溶接構造体の温度と降伏応力との関係式、補正前の限界ＣＴＯＤ（δ_ｃｒ）、溶接残留応力に起因する先端変位量（δ_ｒｅｓ）、副次的な応力に起因する補正値（ρ）、破壊駆動力（Ｋ）、ヤング率（Ｅ）等を含むデータ群である。また、この入力データＤ１には、上述の式（１４）〜（１８）が含まれている。
計算データＤ２は、ＣＰＵ１による処理の結果として得られるデータであり、例えば、補正済限界ＣＴＯＤ（δ^ｒ _ＷＰ，ｃｒ）、靭性比（√δ_ｒ）、溶接構造体に形成された亀裂の破壊駆動力に起因する先端変位量（δ^ｅ _ＷＰ）等を含むデータ群である。

入力装置３は、本実施形態の破壊指標値補正装置Ｓと作業者とのマンマシンインターフェイスであり、ポインティングデバイスであるキーボード３ａやマウス３ｂを備えている。
出力装置４は、ＣＰＵ１から入力される信号を可視化して出力するものであり、ディスプレイ４ａ及びプリンタ４ｂを備えている。
通信装置５は、本実施形態の破壊指標値補正装置Ｓと外部装置との間においてデータの受け渡しを行うものであり、社内ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークＮに対して電気的に接続されている。

このような構成を有する本実施形態の破壊指標値補正装置Ｓの動作（破壊指標値補正方法）は、計算プログラムＰの下、ＣＰＵ１が、記憶装置２に記憶された入力データＤ１に基づいて破壊指標値を補正し、その結果を出力装置４や通信装置５を介して出力することによって行われる。

例えば、破壊指標値が溶接残留応力に起因する変位量を下回ることを示す情報が入力され、破壊指標値が限界ＣＴＯＤである場合には、ＣＰＵ１は、入力装置３から入力される溶接構造体の温度に基づいて、入力データＤ１に含まれる溶接構造体の温度と降伏応力との関係から溶接構造体の使用時の降伏応力を抽出する。そして、ＣＰＵ１は、この抽出した使用時の降伏応力及び必要量を、入力データＤ１に含まれる式（１４）に代入することによって限界ＣＴＯＤを補正する。

また、破壊指標値が溶接残留応力に起因する変位量を下回ることを示す情報が入力され、破壊指標値が靭性比である場合には、ＣＰＵ１は、入力データＤ１に含まれる式（１６）を用いて亀裂の破壊駆動力に起因する先端変位量（δ^ｅ _ＷＰ）を算出し、さらに入力データＤ１に含まれる式（１５）を用いて靭性比を補正する。

また、破壊指標値が溶接残留応力に起因する変位量を上回ることを示す情報が入力され、破壊指標値が限界ＣＴＯＤである場合には、ＣＰＵ１は、入力データＤ１に含まれる式（１７）を用いて限界ＣＴＯＤを補正する。
また、破壊指標値が溶接残留応力に起因する変位量を上回ることを示す情報が入力され、破壊指標値が靭性比である場合には、ＣＰＵ１は、入力データＤ１に含まれる式（１８）を用いて靭性比を補正する。

以上のような本実施形態の破壊指標値補正装置Ｓ及び破壊指標値補正方法によれば、破壊指標値が溶接残留応力に起因する変位量を下回る場合に、溶接構造体の降伏応力に基づいて破壊指標値を補正することによって、破壊指標値が、溶接構造体が低温である場合における実際の破壊指標値により近づけられる。
この結果、低温環境であって破壊指標値が溶接残留応力に起因する変位量を下回る場合における溶接構造体の破壊特性をより高精度に評価することが可能となる。

また、本実施形態の破壊指標値補正装置Ｓ及び破壊指標値補正方法によれば、破壊指標値が溶接残留応力に起因する変位量を上回る場合に、等価ＣＴＯＤ係数に基づいて破壊指標値を補正する。
このため、低温環境であって破壊指標値が溶接残留応力に起因する変位量を上回る場合における溶接構造体の破壊特性を高精度に評価することが可能となる。

なお、本実施形態の破壊指標値補正装置Ｓにおいて、補正後の限界ＣＴＯＤ、補正後の靭性比、あるいは補正後の破壊靭性値を用いて、ＣＴＯＤ加算法やＦＡＤによる溶接構造体の破壊特性の評価を行っても良い。
この場合には、本実施形態の破壊指標値補正装置Ｓが本発明の溶接構造体の破壊特性評価装置として機能し、その動作が本発明の溶接構造体の破壊特性表方法となる。
また、この場合には、補正前の破壊指標値や、溶接残留応力に起因する変位量や、外力に起因する変位量を本実施形態の破壊指標値補正装置Ｓで算出しても良く、さらには破壊指標値が溶接残留応力に起因する変位量を下回るか上回るかの判定を行っても良い。

以下に実験によって求めた破壊指標値と本実施形態の破壊指標値補正装置及び破壊指標値補正方法によって補正された破壊指標との比較を行う。
なお、本実験においては、図４に示すような試験片を用い、（ａ）に示すワイドプレート状の試験片（ＷＰ）を用いた引張試験と、（ｂ）に示すブロック状の三点曲げ試験片（３ＰＢ）を用いた三点曲げ試験を行った。また、本実験において用いられる試験片は、以下の表１に示された材料によって形成した。

図５は、実験によって求められた限界ＣＴＯＤと、本実施形態の破壊指標値補正装置及び破壊指標値補正方法によって補正された限界ＣＴＯＤとを比較するものである。
また、図６は、実験よって求められた靭性比と、本実施形態の破壊指標値補正装置及び破壊指標値補正方法によって補正された靭性比とを比較するものである。
そして、これらの図に示されるように、本実施形態の破壊指標値補正装置及び破壊指標値補正方法によって補正された破壊指標は、実際の溶接構造物により近い破壊特性を示すワイドプレート状の試験片を用いた引張試験の実験結果に近い値を示した。
よって、本実施形態の破壊指標値補正装置及び破壊指標値補正方法によれば、低温環境における溶接構造体の破壊特性を高精度に評価できることが確認された。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

Ｓ……破壊指標値補正装置、１……ＣＰＵ（補正手段）、２……記憶装置、３……入力装置、４……出力装置、５……通信装置

Claims (8)

1. 溶接残留応力に起因する変位量及び外力に起因する変位量の合算値と破壊指標値とを比較することで溶接構造体の破壊特性を評価する際であって、前記破壊指標値が前記溶接残留応力に起因する変位量を下回る場合に、前記溶接構造体の降伏応力に基づいて前記破壊指標値を補正し、
   変位量が前記溶接構造体に形成された亀裂の先端変位量であり、前記破壊指標値が前記亀裂の先端の限界変位量であり、
   補正後の前記亀裂の先端の限界変位量が（δ ^ｒ _ＷＰ ，ｃｒ）であり、前記溶接構造体の使用温度範囲における最低温での降伏応力が（σ _Ｙ （Ｔ））であり、前記溶接構造体の室温での降伏応力が（σ _Ｙ０ ）、補正前の前記亀裂の先端の限界変位量が（δ _ｃｒ ）である場合に、前記亀裂の先端の限界変位量は、下式（１）に基づいて補正される
   ことを特徴とする破壊指標値補正方法。
   

   
2. 溶接残留応力に起因する変位量及び外力に起因する変位量の合算値と破壊指標値とを比較することで溶接構造体の破壊特性を評価する際であって、前記破壊指標値が前記溶接残留応力に起因する変位量を下回る場合に、前記溶接構造体の降伏応力に基づいて前記破壊指標値を補正し、
   変位量が前記溶接構造体に作用する破壊駆動力であり、前記破壊指標値が破壊靭性値あるいは靭性比であり、
   前記破壊指標値が靭性比であって（√δ _ｒ ）であり、前記溶接構造体に形成された亀裂の破壊駆動力に起因する先端変位量が（δ ^ｅ _ＷＰ ）であり、前記溶接構造体に形成された亀裂の溶接残留応力に起因する先端変位量が（δ _ｒｅｓ ）であり、前記溶接構造体の使用温度範囲における最低温での降伏応力が（σ _Ｙ （Ｔ））であり、前記溶接構造体の室温での降伏応力が（σ _Ｙ０ ）、補正前の前記亀裂の先端の限界変位量が（δ _ｃｒ ）であり、副次的な応力に起因する補正値が（ρ）である場合に、前記靭性比は、下式（２）によって補正される
   ことを特徴とする破壊指標値補正方法。
   

   
3. 前記破壊指標値が前記溶接残留応力に起因する変位量を上回る場合に、等価ＣＴＯＤ係数に基づいて前記破壊指標値を補正することを特徴とする請求項１または２記載の破壊指標値補正方法。
4. 請求項１〜３いずれか一項に記載の破壊指標値補正方法によって補正された前記破壊指標値を用いて前記溶接構造体の破壊特性を評価することを特徴とする溶接構造体の破壊特性評価方法。
5. 溶接残留応力に起因する変位量及び外力に起因する変位量の合算値と破壊指標値とを比較することで溶接構造体の破壊特性を評価する際であって、前記破壊指標値が前記溶接残留応力に起因する変位量を下回る場合に、前記溶接構造体の降伏応力に基づいて前記破壊指標値を補正する補正手段を備え、
   変位量が前記溶接構造体に形成された亀裂の先端変位量であり、前記破壊指標値が前記亀裂の先端の限界変位量であり、
   補正後の前記亀裂の先端の限界変位量が（δ ^ｒ _ＷＰ ，ｃｒ）であり、前記溶接構造体の使用温度範囲における最低温での降伏応力が（σ _Ｙ （Ｔ））であり、前記溶接構造体の室温での降伏応力が（σ _Ｙ０ ）、補正前の前記亀裂の先端の限界変位量が（δ _ｃｒ ）である場合に、前記補正手段は、前記亀裂の先端の限界変位量を、下式（３）に基づいて補正する
   ことを特徴とする破壊指標値補正装置。
   

   
6. 溶接残留応力に起因する変位量及び外力に起因する変位量の合算値と破壊指標値とを比較することで溶接構造体の破壊特性を評価する際であって、前記破壊指標値が前記溶接残留応力に起因する変位量を下回る場合に、前記溶接構造体の降伏応力に基づいて前記破壊指標値を補正する補正手段を備え、
   変位量が前記溶接構造体に作用する破壊駆動力であり、前記破壊指標値が破壊靭性値あるいは靭性比であり、
   前記破壊指標値が靭性比であって（√δ _ｒ ）であり、前記溶接構造体に形成された亀裂の破壊駆動力に起因する先端変位量が（δ ^ｅ _ＷＰ ）であり、前記溶接構造体に形成された亀裂の溶接残留応力に起因する先端変位量が（δ _ｒｅｓ ）であり、前記溶接構造体の使用温度範囲における最低温での降伏応力が（σ _Ｙ （Ｔ））であり、前記溶接構造体の室温での降伏応力が（σ _Ｙ０ ）、補正前の前記亀裂の先端の限界変位量が（δ _ｃｒ ）であり、副次的な応力に起因する補正値が（ρ）である場合に、前記補正手段は、前記靭性比を、下式（４）によって補正する
   ことを特徴とする破壊指標値補正装置。
   

   
7. 前記破壊指標値が前記溶接残留応力に起因する変位量を上回る場合に、前記補正手段は、等価ＣＴＯＤ係数に基づいて前記破壊指標値を補正することを特徴とする請求項５または６記載の破壊指標値補正装置。
8. 請求項５〜７いずれか一項に記載の破壊指標値補正装置によって補正された前記破壊指標値を用いて前記溶接構造体の破壊特性を評価することを特徴とする溶接構造体の破壊特性評価装置。

Images