JP5995833B2 - Stress estimation method, stress estimation system, and stress estimation program - Google Patents
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Description
本発明は、応力推定方法、応力推定システムおよび応力推定プログラムに関し、より具体的にはエルボに対する応力推定方法、応力推定システムおよび応力推定プログラムに関するものである。 The present invention relates to a stress estimation method, a stress estimation system, and a stress estimation program, and more specifically to a stress estimation method, a stress estimation system, and a stress estimation program for an elbow.
火力プラントなどにおいて、液体・気体・紛体などの流体を輸送するために配管が設置される。配管には直管とエルボがあり、直管は空間設計により様々な曲げ率を持つエルボによって接続されている。よって、１のプラントにおいてエルボは複数設置されている。
特に、火力プラントや原子力発電設備などでは配管およびエルボは高温（クリープ温度域）かつ高圧下で外力を受けながら長時間にわたって使用されるため、クリープ損傷が進行してボイド（空孔）が発生し、さらに発生したボイドの連結によってき裂が生じ、最終的に破断に至る場合がある。特に、配管およびエルボが溶接により形成されている場合、その溶接部分は母材と比較してクリープ損傷の進行が早いため、クリープボイドは溶接部分の近傍に発生しやすい。
In a thermal power plant or the like, piping is installed to transport fluids such as liquid, gas, and powder. There are straight pipes and elbows in the piping, and the straight pipes are connected by elbows with various bending rates according to the space design. Therefore, a plurality of elbows are installed in one plant.
Especially in thermal power plants and nuclear power generation facilities, pipes and elbows are used for a long time while receiving external force at high temperature (creep temperature range) and high pressure, so that creep damage progresses and voids are generated. In addition, cracks may be generated due to the connection of the generated voids, which may eventually lead to fracture. In particular, when the pipe and the elbow are formed by welding, creep damage tends to occur in the vicinity of the welded portion because the progress of creep damage is faster in the welded portion than in the base material.
火力プラントにおいて、き裂や破断に至る前の配管およびエルボの交換の需要は高く、その交換指標となる寿命評価方法が種々提案されている。
例えば特許文献１には、断面形状、寿命消費率および損傷状態から配管溶接部の寿命を評価する方法が開示されている。また、特許文献２には、配管の溶接近傍部の歪みを計測することで、その歪み情報から余寿命を推定する方法が開示されている。
In a thermal power plant, there is a high demand for replacement of piping and elbows before cracking or breaking, and various life evaluation methods serving as replacement indexes have been proposed.
For example,
しかしながら、上記特許文献１に開示された発明は、配管、特に直管を対象とした寿命の評価方法であるため、エルボについての十分な考慮がなされていないという問題があった。
また、上記特許文献２に開示された発明では、歪みセンサによって測定された歪み情報にて余寿命を推定するため、全てのエルボに対して歪みセンサの設置が必須となり、その作業は煩雑である。
また、上記特許文献１及び２に開示された精密な検査方法は、どのエルボを優先的に検査していくべきか、その基準が定まっていないため、寿命が近いなどの優先すべきエルボの検査が後回しにされる可能性がある。また全てのエルボについて検査を行うことになるため、検査の必要がないエルボに対しても精密な検査を行わなければならない。
However, since the invention disclosed in
In the invention disclosed in Patent Document 2, the remaining life is estimated based on strain information measured by the strain sensor. Therefore, it is necessary to install strain sensors for all elbows, and the work is complicated. .
In addition, the precise inspection methods disclosed in
溶接して形成されたエルボでは、溶接部分の近傍が最大応力となることがわかっている。応力が高い箇所は寿命が短いことから、このエルボにおける溶接部分の近傍の応力を求めることはすなわちエルボの寿命を推定することにつながる。 In the elbow formed by welding, it is known that the vicinity of the welded portion has the maximum stress. Since the part where the stress is high has a short life, obtaining the stress in the vicinity of the welded portion of the elbow leads to estimation of the life of the elbow.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、エルボを対象とし、評価部位における応力推定方法、応力推定システムおよび応力推定プログラムを提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the stress estimation method in the evaluation site | part, a stress estimation system, and a stress estimation program for elbows.
上記課題を解決するために、本発明の応力推定方法、応力推定システムおよび応力推定プログラムは以下の手段を採用する。
半円筒状に曲げ加工され、かつ、長手方向に曲げ加工された母材の端部を長手方向に溶接して形成された、流体を輸送するエルボの応力推定方法であって、複数の前記エルボに対し、前記エルボの評価部位における前記エルボの断面形状を特定し、前記断面形状に基づき前記評価部位の扁平率を前記エルボの溶接部を含む外径と該外径に直交する外径との差分から算出し、前記断面形状に基づき前記評価部位の前記局所扁平度を前記エルボの溶接部中央で周方向に直交する溶接部直交直線と、前記エルボの外周上の２つの隣り合う計測点を通る直線であって前記溶接部直交直線に対して周方向に相対する２つの直線とがそれぞれなす角の差分の絶対値から算出し、前記扁平率および前記局所扁平度に基づき前記評価部位に作用する応力の推定値を算出することを特徴とする応力推定方法を採用する。
In order to solve the above problems, the stress estimation method, the stress estimation system, and the stress estimation program of the present invention employ the following means.
A method for estimating the stress of an elbow for transporting a fluid, which is formed by welding an end of a base material bent in a semi-cylindrical shape and bent in a longitudinal direction, On the other hand, the elbow cross-sectional shape at the elbow evaluation part is specified, and the flatness of the evaluation part is determined based on the cross-sectional shape between the outer diameter including the welded portion of the elbow and the outer diameter orthogonal to the outer diameter. Calculated from the difference, and based on the cross-sectional shape, the local flatness of the evaluation portion is a welded part orthogonal straight line orthogonal to the circumferential direction at the center of the welded part of the elbow, and two adjacent measurement points on the outer periphery of the elbow. Calculated from the absolute value of the difference between the two straight lines passing through and perpendicular to the welded part orthogonal line in the circumferential direction, and acting on the evaluation site based on the flatness ratio and the local flatness Of stress The adopted stress estimation method and calculating.
本発明によれば、溶接して形成されたエルボの評価部位における断面形状と扁平率と局所扁平度に基づいて評価部位に作用する応力を推定することから、エルボの不連続な断面において最も大きな応力となる最大応力を推定することができる。
また断面形状は、外形計測という簡易な計測方法で算定が可能である。エルボ内部を流れる流体が外部に影響を及ぼさない場合は、外形計測であることから検査のために流体の輸送を停止する必要がない。
According to the present invention, since the stress acting on the evaluation portion is estimated based on the cross-sectional shape, flatness ratio, and local flatness of the evaluation portion of the elbow formed by welding, it is the largest in the discontinuous cross section of the elbow. The maximum stress that becomes the stress can be estimated.
The cross-sectional shape can be calculated by a simple measuring method called outer shape measurement. When the fluid flowing inside the elbow does not affect the outside, it is not necessary to stop the transportation of the fluid for inspection because it is an external shape measurement.
上記発明において、前記エルボについて算出された前記評価部位に作用する前記応力の前記推定値にもとづき、前記エルボの溶接部の推定寿命を評価するとしてもよい。 In the above invention, the estimated life of the welded portion of the elbow may be evaluated based on the estimated value of the stress acting on the evaluation portion calculated for the elbow.
本発明によれば、エルボについて算出された評価部位に作用する応力の推定値にもとづき、エルボの溶接部の推定寿命を評価することから、外形計測という簡易的な方法によってエルボの寿命を推定することができる。また、例えばプラントにおいて複数存在するエルボについて寿命を推定し、これを比較することで、精密検査を行う前に優先的に検査を行うべきエルボを簡易的な方法によって前もって選定することができ、精密検査に必要な時間や人的資源などを抑えることができる。また、破損などの恐れの無いエルボに対して不要な精密検査を行わずに済むとともに、寿命の短い精密検査の優先度の高いエルボの検査が延期され検査前に破損などが発生するのを防ぐことができる。さらに、優先検査エルボを選定することで、精密検査を行う場合の検査計画の策定基準とすることができる。 According to the present invention, the estimated life of the welded portion of the elbow is evaluated based on the estimated value of the stress acting on the evaluation part calculated for the elbow, so that the life of the elbow is estimated by a simple method called outer shape measurement. be able to. In addition, for example, by estimating the lifespan of multiple elbows in a plant and comparing them, elbows that should be preferentially inspected before precise inspection can be selected in advance by a simple method. Time and human resources required for inspection can be reduced. In addition, it is not necessary to perform unnecessary precision inspections on elbows that are not likely to be damaged, etc., and the inspection of elbows with a high priority of short life-span precision inspections is postponed to prevent damage etc. before inspection be able to. Furthermore, by selecting a priority inspection elbow, it can be used as a standard for formulating an inspection plan when performing a detailed inspection.
上記発明において、前記エルボの溶接部の推定寿命は、あらかじめ得ておいた前記応力と前記エルボの溶接部の破断までの時間との関係に対し、前記評価部位に作用する前記応力の前記推定値を適用することで得られるとしてもよい。 In the above invention, the estimated life of the welded portion of the elbow is the estimated value of the stress acting on the evaluation site with respect to the relationship between the stress obtained in advance and the time until fracture of the welded portion of the elbow. May be obtained by applying.
本発明によれば、エルボの溶接部の寿命が、あらかじめ得ておいた応力とエルボの溶接部の破断までの時間との関係に対し、評価部位に作用する応力の推定値を適用することで得られることから、事前に応力と寿命との関係を得ておくことでエルボの溶接部の寿命が容易に評価可能である。また、応力を算出するだけでエルボの溶接部の寿命が得られるため、寿命を算出するための精密検査に必要な時間や人的資源などを抑えることができる。 According to the present invention, the life of the elbow weld is applied to the estimated value of the stress acting on the evaluation site with respect to the relationship between the stress obtained in advance and the time to fracture of the elbow weld. Therefore, the life of the elbow weld can be easily evaluated by obtaining the relationship between stress and life in advance. Further, since the life of the elbow weld can be obtained simply by calculating the stress, it is possible to reduce the time and human resources required for precise inspection for calculating the life.
本発明は、半円筒状に曲げ加工され、かつ、長手方向に曲げ加工された母材の端部を長手方向に溶接して形成された、流体を輸送するエルボの応力推定システムであって、エルボの断面形状の特定と、前記断面形状に基づき前記エルボの評価部位の扁平率および局所扁平度の算出を行う算出部と、算出された前記扁平率および前記局所扁平度に基づき前記評価部位に作用する応力の推定値を算出する推定部と、を備え、上記いずれかに記載の応力推定方法を用いた応力推定システムを採用する。 The present invention is a stress estimation system for an elbow that transports a fluid, which is formed by welding an end of a base material bent in a semi-cylindrical shape and bent in the longitudinal direction in the longitudinal direction, Specifying the elbow cross-sectional shape and calculating the flatness and local flatness of the evaluation part of the elbow based on the cross-sectional shape; and the evaluation part based on the calculated flatness and local flatness A stress estimation system using any one of the stress estimation methods described above.
本発明によれば、溶接して形成されたエルボの評価部位における断面形状と扁平率と局所扁平度に基づいて評価部位に作用する応力を推定する方法を用いたシステムであることから、エルボの不連続な断面において最も大きな応力となる最大応力を推定することができる。
また断面形状は、外形計測という簡易な計測方法で算定が可能である。エルボ内部を流れる流体が外部に影響を及ぼさない場合は、外形計測であることから検査のために流体の輸送を停止する必要がない。
According to the present invention, since it is a system using a method for estimating stress acting on an evaluation site based on a cross-sectional shape, a flatness ratio, and a local flatness in an evaluation site of an elbow formed by welding, It is possible to estimate the maximum stress that is the largest stress in the discontinuous cross section.
The cross-sectional shape can be calculated by a simple measuring method called outer shape measurement. When the fluid flowing inside the elbow does not affect the outside, it is not necessary to stop the transportation of the fluid for inspection because it is an external shape measurement.
本発明は、半円筒状に曲げ加工され、かつ、長手方向に曲げ加工された母材の端部を長手方向に溶接して形成された、流体を輸送するエルボの応力推定プログラムであって、複数の前記エルボに対し、前記エルボの評価部位における前記エルボの断面形状を特定する処理と、前記断面形状に基づき前記評価部位の扁平率を前記エルボの溶接部を含む外径と該外径に直交する外径との差分から算出する処理と、前記断面形状に基づき前記評価部位の前記局所扁平度を前記エルボの溶接部中央で周方向に直交する溶接部直交直線と、前記エルボの外周上の２つの隣り合う計測点を通る直線であって前記溶接部直交直線に対して周方向に相対する２つの直線とがそれぞれなす角の差分の絶対値から算出する処理と、前記扁平率および前記局所扁平度に基づき前記評価部位に作用する応力の推定値を算出する処理と、をコンピュータに実行させるための応力推定プログラムを採用する。 The present invention is a stress estimation program for an elbow that transports a fluid, which is formed by welding an end of a base material bent in a semi-cylindrical shape and bent in the longitudinal direction, in the longitudinal direction, For a plurality of the elbows, a process for identifying the cross-sectional shape of the elbow at the evaluation portion of the elbow, and the flatness of the evaluation portion based on the cross-sectional shape are set to the outer diameter including the welded portion of the elbow and the outer diameter. A process calculated from the difference between the orthogonal outer diameter, the local flatness of the evaluation site based on the cross-sectional shape, a welded part orthogonal straight line orthogonal to the circumferential direction at the center of the welded part of the elbow, A straight line passing through two adjacent measurement points, and a process of calculating from the absolute value of the difference between the angles formed by two straight lines facing the welded portion orthogonal straight line in the circumferential direction; Local flatness Wherein the process of calculating the estimated value of the stress acting on the evaluation region, employing a stress estimation program for causing a computer to execute the basis.
本発明によれば、溶接して形成されたエルボの評価部位における断面形状と扁平率と局所扁平度に基づいて評価部位に作用する応力を推定することから、エルボの不連続な断面において最も大きな応力となる最大応力を推定することができる。
また断面形状は、外形計測という簡易な計測方法で算定が可能である。エルボ内部を流れる流体が外部に影響を及ぼさない場合は、外形計測であることから検査のために流体の輸送を停止する必要がない。
According to the present invention, since the stress acting on the evaluation portion is estimated based on the cross-sectional shape, flatness ratio, and local flatness of the evaluation portion of the elbow formed by welding, it is the largest in the discontinuous cross section of the elbow. The maximum stress that becomes the stress can be estimated.
The cross-sectional shape can be calculated by a simple measuring method called outer shape measurement. When the fluid flowing inside the elbow does not affect the outside, it is not necessary to stop the transportation of the fluid for inspection because it is an external shape measurement.
本発明によれば、エルボに対し断面形状などに基づき評価部位に作用する応力を推定するので、エルボの不連続な断面において最も大きな応力となる最大応力を推定することができる。 According to the present invention, since the stress acting on the evaluation site is estimated based on the cross-sectional shape and the like of the elbow, the maximum stress that is the largest stress in the discontinuous cross section of the elbow can be estimated.
以下に、本発明に係る応力推定方法、応力推定システムおよび応力推定プログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態にかかるエルボの斜視図を示している。図１（Ａ）が溶接前、図１（Ｂ）が溶接後の形状を示している。エルボ１は、図１（Ａ）に示すように、母材１０が半円筒状に曲げ加工され、かつ、長手方向に曲げ加工されており、図１（Ｂ）に示すように、各母材の端部を溶接金属を用いて長手方向に溶接（溶接部３０）して形成されたものである。
Hereinafter, an embodiment of a stress estimation method, a stress estimation system, and a stress estimation program according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of an elbow according to the present embodiment. FIG. 1A shows the shape before welding, and FIG. 1B shows the shape after welding. As shown in FIG. 1 (A), the
図２は、本実施形態にかかるエルボ１の横断面図を示している。
エルボ１の評価部位の周方向断面形状（以下、「周方向断面」を「断面」といい、「周方向断面形状」を「断面形状」という）を評価するにあたり、評価部位の外径及び管厚の寸法を計測する。評価対象のエルボ１は、鋼板にプレス加工等によって曲げ加工が施され長手方向に溶接されたものであることから、曲げ加工や溶接の精度を考慮するとエルボ１の断面形状は真円にはならず、扁平する（楕円状になる）場合が多い。このため、評価部位の同一断面において、同一円周上の複数箇所で計測した外径は、計測箇所によってその外径値が異なる。従って、エルボ１の評価部位における溶接部３０近傍の断面形状を判定するには、具体的には、評価部位の同一断面の同一円周上において、少なくとも２箇所以上の外径を計測する必要がある。この外径を計測する箇所の外周上の各点を、計測点５とする。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the
In evaluating the circumferential cross-sectional shape of the evaluation part of the elbow 1 (hereinafter, “circumferential cross-section” is referred to as “cross-section”, and “circumferential cross-sectional shape” is referred to as “cross-sectional shape”), the outer diameter and tube of the evaluation part Measure the thickness dimension. Since the
評価部位における断面同一円周上の２箇所の外径を計測して形状を判定する場合は、例えば、図１に示すように、この円周の仮想中心と長手方向の溶接部付近とを通る外径Ｄａと、この外径からずれた任意の位置での外径Ｄｂを計測し、これら２つの計測値を比較する。なお、必要に応じて、例えば図２に示すように、エルボ１の外径を所定の角度毎に（例えば、５°ピッチ）全周に亘って計測し、その結果を実測値として設計値からの誤差を評価することで、断面形状を評価してもよい。
ここで、断面形状を評価する断面は、エルボ１の中央部分にとるものとする。例えばエルボ１の長手方向の曲げ角度が９０°の場合は、４５°の地点の断面形状を計測する。これは、エルボ１の中央部分の応力が最も高い、すなわち最も寿命が短いためである。
When determining the shape by measuring the outer diameter of two locations on the same circumference of the cross section in the evaluation site, for example, as shown in FIG. 1, it passes through the virtual center of this circumference and the vicinity of the welded portion in the longitudinal direction. The outer diameter Da and the outer diameter Db at an arbitrary position deviated from the outer diameter are measured, and the two measured values are compared. If necessary, for example, as shown in FIG. 2, the outer diameter of the
Here, the cross-section for evaluating the cross-sectional shape is taken at the center of the
次に、評価部位の溶接部３０の形状を計測する。溶接部３０の形状を計測するために、例えば、Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ法によるＴＯＦＤ（Time of Flight Diffraction Technique）法などを用いることが出来る。本実施形態においては、Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ法によるＴＯＦＤ法を用いて溶接部３０の形状を計測するために、熱影響部２０の形状を計測する。
Next, the shape of the welded
図３は、本実施形態にかかるエルボ１の評価部位における溶接部近傍の横断面図を示している。図３に示すように、各母材１０が溶接金属によって溶接部３０にて接続されている。この時、母材１０の端部は、溶接の際の熱により影響を受けた熱影響部２０となっている。特に溶接製エルボについては、この熱影響部２０にクリープボイドが発生する傾向にある。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the vicinity of the welded portion at the evaluation site of the
ＴＯＦＤ法は、図４に示すように、同一の超音波特性を持つ２つの縦波斜角探触子をそれぞれ送信探触子２１と受信探触子２２として、エルボ１の外表面の周方向に沿った位置に、エルボ１の熱影響部２０を挟んで等距離に載置し、送信探触子２１によりエルボ１内に超音波２５を発信させ、受信探触子２２により熱影響部２０からの回折波２６を受信させて検出することによりエルボ１内の熱影響部２０の形状を検出する方法である。
As shown in FIG. 4, the TOFD method uses two longitudinal wave oblique angle probes having the same ultrasonic characteristics as a
具体的には、送信探触子２１によりエルボ１内に超音波２５を発信させ、受信探触子２２により熱影響部２０からの回折波２６を受信させて検出した結果、熱影響部２０を検出しない場合には、受信される信号はエルボ１の表面を伝播する表面透過波２７と底面反射波２８のみであるが、熱影響部２０を検出した場合には、表面透過波２７と底面反射波２８との間にさらに熱影響部２０の回折波２６が得られる。そして、送信探触子２１と受信探触子２２との距離Ｄが一定であることから、各々の伝播時間を読み取ることにより、熱影響部２０の形状を幾何学的に求め、溶接部３０の形状を求める。
Specifically, the
以上、断面形状の評価、及び溶接部３０の形状の計測により、エルボ１の断面形状が特定される。
この特定された断面形状から実機形状を再現し、その扁平率と局所扁平度を求める。
As described above, the cross-sectional shape of the
The actual machine shape is reproduced from the identified cross-sectional shape, and the flatness and local flatness are obtained.
評価部位における断面同一円周上の真円からの扁平の度合いを計測して形状を判定する場合は、図２に示すようにこの円周の仮想中心と長手方向の各溶接部３０付近とを通る外径φ１と、この外径φ１に直交する位置での外径φ２を計測し、これら２つの計測値を比較する。この評価部位における断面同一円周上の真円からの扁平の度合いを扁平率とする。扁平率は以下の式（１）で表される。
［数１］
（φ１−φ２）／φ１×１００・・・（１）
When determining the shape by measuring the degree of flatness from the perfect circle on the same circumference of the cross section at the evaluation site, as shown in FIG. 2, the virtual center of this circumference and the vicinity of each welded
[Equation 1]
(Φ1-φ2) / φ1 × 100 (1)
また、溶接して形成されたエルボ１は、各母材１０を溶接部３０にて接続しているが、溶接の精度によりその母材１０同士に周方向に直交する向きにずれが生じている。この評価部位の断面同一円周上における各母材１０の溶接部３０近傍のずれを局所扁平度とし、計測する。
Moreover, although the
局所扁平度の計測には、図２に示されるように、全周にわたるエルボ１の所定の角度毎（例えば５°ピッチ）の計測点５における外径および肉厚の計測が必要である。図５には、本実施形態にかかる評価部位における溶接部近傍の計測点を含めた横断面図が示されている。図５に示すように、エルボ１の外径および肉厚を計測する計測点５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄがエルボ１の外表面の周方向に沿って５°ピッチで設定されている。これら計測点５毎にエルボ１の外径が計測される。
また、各計測点５から肉厚を考慮して計測点５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄに対し、それぞれ内径位置７Ａ、７Ｂ、７Ｃ及び７Ｄが設定される。これら各内径位置７を結ぶことで、エルボ１の内径が推測可能である。
以下の説明において、各計測点５及び各内径位置７を区別する場合は、末尾にＡ〜Ｄのいずれかを付し、各計測点５及び各内径位置７を区別しない場合は、Ａ〜Ｄを省略する。
For the measurement of the local flatness, as shown in FIG. 2, it is necessary to measure the outer diameter and the thickness at the measurement points 5 at every predetermined angle (for example, 5 ° pitch) of the
Further, the inner diameter positions 7A, 7B, 7C and 7D are set for the measurement points 5A, 5B, 5C and 5D in consideration of the thickness from each measurement point 5, respectively. By connecting these respective inner diameter positions 7, the inner diameter of the
In the following description, when each measuring point 5 and each inner diameter position 7 are distinguished, any one of A to D is added at the end, and when each measuring point 5 and each inner diameter position 7 is not distinguished, A to D is used. Is omitted.
ここで、計測点５Ａ及び５Ｂは、評価部位における各溶接部３０の中央と評価部位における断面同一円周の仮想中心とを結ぶ周方向と直交する直線Ｒに対して、計測点５Ｄ及び５Ｃと周方向に相対する位置に設定されている。
よって、計測点５Ａと５Ｂとを結ぶ直線Ｌ１と溶接部３０の中央を通り周方向と直交する直線Ｒとがなす角θ１と、計測点５Ｄ及び５Ｃとを結ぶ直線Ｌ２と溶接部３０の中央を通り周方向と直交する直線Ｒとがなす角θ２との差分から、各母材１０の溶接部３０近傍のずれ、すなわち局所扁平度を求めることができる。
局所扁平度は以下の式（２）で表される。
［数２］
｜θ１−θ２｜・・・（２）
Here, the measurement points 5A and 5B are the measurement points 5D and 5C with respect to a straight line R that is orthogonal to the circumferential direction connecting the center of each welded
Accordingly, the angle L1 formed by the straight line R1 connecting the measurement points 5A and 5B and the straight line R passing through the center of the welded
The local flatness is expressed by the following formula (2).
[Equation 2]
| Θ1-θ2 | (2)
次に、各エルボ１を対象に、ＦＥＭ（Finite Element Method／有限要素法）クリープ解析を実施し、各エルボ１の等価一定応力のＦＥＭクリープ解析結果を求める。このＦＥＭクリープ解析結果は、後に述べる各エルボ１の等価一定応力の推定値との比較のために求めるものである。
また、各エルボ１の評価部位における等価一定応力と公称応力の比と、扁平率および局所扁平度の関係を最小二乗法に基づき求める。等価一定応力と公称応力の比と、扁平率および局所扁平度の関係、すなわち等価一定応力の推定値の推定式は以下の式（３）で表される。
［数３］
等価一定応力／公称応力＝Ａ×扁平率＋Ｂ×局所扁平度＋１・・・（３）
Next, FEM (Finite Element Method / finite element method) creep analysis is performed on each
Further, the relationship between the ratio of the equivalent constant stress and the nominal stress at the evaluation site of each
[Equation 3]
Equivalent constant stress / nominal stress = A × flatness + B × local flatness + 1 (3)
ここで、公称応力は部材における平均的な応力を示し、以下の式（４）で表される。
［数４］
｛（Ｐ×Ｒ）／２ｔ｝×｛（２Ｒｔ−Ｒ）／（Ｒｔ−Ｒ）｝・・・（４）
Here, the nominal stress indicates an average stress in the member, and is expressed by the following formula (4).
[Equation 4]
{(P × R) / 2t} × {(2R t −R) / (R t −R)} (4)
式（４）において、Ｐはエルボ１の内圧、Ｒはエルボ１の断面形状の平均半径、ｔはエルボ１の母材１０の肉厚、Ｒｔはエルボ１の断面中心に基づく曲げ半径である。
よって、ＦＥＭクリープ解析から求めた等価一定応力の解析値、式（４）で求めた公称応力、および断面形状から求めた扁平率および局所扁平度から対象のエルボ１について式（３）の係数Ａ及びＢが算出される。さらに、係数Ａ及びＢを適用した式（３）に対し、式（１）及び（２）で求めた各計測点５における扁平率および局所扁平度と公称応力を適用することで、対象のエルボ１の等価一定応力の推定値が導出される。
In equation (4), P is the internal pressure of the
Therefore, the coefficient A of the equation (3) for the
図６には、本実施形態にかかる等価一定応力の予測傾向を表したグラフが示されている。
図６において、縦軸はエルボ１の評価部位における等価一定応力の推定値、横軸はエルボ１の評価部位におけるＦＥＭクリープ解析での等価一定応力の解析結果の値を示す。また実線は、ＦＥＭクリープ解析での解析結果と等価一定応力の推定値とが等しい場合、すなわち誤差の無い場合を示している。よって、実線に近づくほど推定値が実際の値に近く精度が高いことを示し、実線から離れるほど推定値が実際の値とはかけ離れていることを示す。また各点線は、解析結果と推定値との誤差がそれぞれ５％の範囲を示している。
各エルボ１における、ＦＥＭクリープ解析から求めた等価一定応力の解析結果と、式（３）から求められた等価一定応力の推定値とを比較した。比較した結果はグラフ上の各記号で示されている。
FIG. 6 shows a graph representing the predicted tendency of the equivalent constant stress according to the present embodiment.
In FIG. 6, the vertical axis represents the estimated value of the equivalent constant stress at the evaluation part of the
The analysis result of the equivalent constant stress obtained from the FEM creep analysis in each
図６に示されるように、各エルボ１におけるＦＥＭクリープ解析から求めた等価一定応力の解析結果と、式（３）から求められた等価一定応力の推定値とは、誤差が少なくほぼ５％の誤差の範囲内であることがわかる。よって、扁平率および局所扁平度を用いた式（３）によって求められるエルボ１の等価一定応力の推定値は、高い精度で推定されるといえる。
As shown in FIG. 6, the analysis result of the equivalent constant stress obtained from the FEM creep analysis in each
また、あらかじめ応力とその応力によってクリープ破断が発生するまでの時間との関係から、図７に示すようなクリープ破断曲線を得ておくことができる。
図７において、縦軸は応力、横軸はその応力に対してクリープ破断が発生する時間を示す。応力が高いほどクリープ破断までの時間すなわち寿命が短いことから、クリープ破断曲線は右下がりの曲線となる。
Further, a creep rupture curve as shown in FIG. 7 can be obtained in advance from the relationship between the stress and the time until creep rupture occurs due to the stress.
In FIG. 7, the vertical axis represents stress, and the horizontal axis represents the time for creep rupture to occur with respect to the stress. The higher the stress is, the shorter the time until creep rupture, that is, the lifetime, so the creep rupture curve is a downward-sloping curve.
このクリープ破断曲線に対し、式（３）から求められた等価一定応力の推定値を適用し、該当するき裂発生寿命を求めることができる。例えば、等価一定応力の推定値がＳの場合、その時のき裂発生寿命はクリープ破断曲線からＬであると求めることができる。 By applying an estimated value of equivalent constant stress obtained from the equation (3) to this creep rupture curve, the corresponding crack initiation life can be obtained. For example, when the estimated value of the equivalent constant stress is S, the crack initiation life at that time can be determined to be L from the creep rupture curve.
図８には、本実施形態にかかるき裂発生寿命の予測傾向を表した両対数グラフが示されている。
図８において、縦軸はエルボ１の評価部位におけるき裂発生寿命の推定値、横軸はエルボ１の評価部位におけるＦＥＭクリープ解析の解析結果を図７のクリープ破断曲線に適用し求めたエルボ１の評価部位におけるき裂発生寿命を示す。
また実線は、ＦＥＭクリープ解析での解析結果から求めたき裂発生寿命とき裂発生寿命の推定値とが等しい場合、すなわち誤差の無い場合を示している。よって、実線に近づくほど推定値が実際の値に近く精度が高いことを示し、実線から離れるほど推定値が実際の値とはかけ離れていることを示す。また各点線は、解析結果と推定値との誤差がそれぞれ５％の範囲を示している。
各エルボ１における、ＦＥＭクリープ解析の解析結果から求めたき裂発生寿命と、推定式から求められたき裂発生寿命の推定値とを比較した。比較した結果はグラフ上の各記号で示されている。また、図６の各記号と図８の各記号は対応しており、それぞれ同一のエルボ１に対する値を示している。
FIG. 8 shows a log-log graph representing the predicted trend of crack initiation life according to the present embodiment.
In FIG. 8, the vertical axis represents the estimated crack initiation life at the evaluation site of the
The solid line shows the case where the crack initiation life obtained from the analysis result in the FEM creep analysis is equal to the estimated value of the crack initiation life, that is, the case where there is no error. Thus, the closer to the solid line, the closer the estimated value is to the actual value, and the higher the accuracy, and the further away from the solid line, the farther the estimated value is from the actual value. Each dotted line indicates a range where the error between the analysis result and the estimated value is 5%.
In each
図８に示されるように、各エルボ１におけるＦＥＭクリープ解析の解析結果から求めたき裂発生寿命と、き裂発生寿命の推定値とは、誤差が少なくほぼ５％の誤差の範囲内であることがわかる。よって、等価一定応力の推定値をクリープ破断曲線に適用して求められるき裂発生寿命の推定値は、高い精度で推定されるといえる。
As shown in FIG. 8, the crack initiation life obtained from the analysis result of the FEM creep analysis in each
以上、説明してきたように、本実施形態に係る応力推定方法、応力推定システムおよび応力推定プログラムによれば、溶接して形成されたエルボ１の評価部位における断面形状と扁平率と局所扁平度に基づいて評価部位に作用する応力を推定することから、エルボ１の不連続な断面において最も大きな応力となる最大応力を推定することができる。
また断面形状は、外形計測という簡易な計測方法で算定が可能である。エルボ１内部を流れる流体が外部に影響を及ぼさない場合は、外形計測であることから検査のために流体の輸送を停止する必要がない。
As described above, according to the stress estimation method, the stress estimation system, and the stress estimation program according to the present embodiment, the cross-sectional shape, flatness, and local flatness at the evaluation site of the
The cross-sectional shape can be calculated by a simple measuring method called outer shape measurement. When the fluid flowing through the
また、エルボ１について算出された応力にもとづき、エルボ１の溶接部３０の推定寿命を評価することから、外形計測という簡易的な方法によってエルボ１の寿命を推定することができる。また、例えばプラントにおいて複数存在するエルボ１について寿命を推定し、これを比較することで、精密検査を行う前に優先的に検査を行うべきエルボ１を簡易的な方法によって前もって選定することができ、精密検査に必要な時間や人的資源などを抑えることができる。また、破損などの恐れの無いエルボ１に対して不要な精密検査を行わずに済むとともに、寿命の短い精密検査の優先度の高いエルボ１の検査が延期され検査前に破損などが発生するのを防ぐことができる。さらに、優先検査エルボ１を選定することで、精密検査を行う場合の検査計画の策定基準とすることができる。
Further, since the estimated life of the welded
また、エルボ１の溶接部３０の寿命が、あらかじめ得ておいた応力とエルボ１の溶接部３０の破断までの時間との関係に対し、評価部位の応力を適用することで得られることから、事前に応力と寿命との関係を得ておくことでエルボ１の溶接部３０の寿命が容易に評価可能である。また、応力を算出するだけでエルボ１の溶接部３０の寿命が得られるため、寿命を算出するための精密検査に必要な時間や人的資源などを抑えることができる。
Moreover, since the life of the welded
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更なども含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
たとえば、上述した各実施形態においては母材１０が左右対称であるエルボ１についての応力推定方法であるとしたが、左右が非対称である部材についての応力を推定する方法であるとしてもよい。
For example, in each of the above-described embodiments, the stress estimation method is used for the
１ エルボ
１０ 母材
２０ 熱影響部
３０ 溶接部
1 Elbow 10
Claims (5)
複数の前記エルボに対し、
前記エルボの評価部位における前記エルボの断面形状を特定し、
前記断面形状に基づき前記評価部位の扁平率を前記エルボの溶接部を含む外径と該外径に直交する外径との差分から算出し、
前記断面形状に基づき前記評価部位の前記局所扁平度を前記エルボの溶接部中央で周方向に直交する溶接部直交直線と、前記エルボの外周上の２つの隣り合う計測点を通る直線であって前記溶接部直交直線に対して周方向に相対する２つの直線とがそれぞれなす角の差分の絶対値から算出し、
前記扁平率および前記局所扁平度に基づき前記評価部位に作用する応力の推定値を算出することを特徴とする応力推定方法。 A method for estimating the stress of an elbow that transports a fluid, formed by welding an end of a base material bent in a semi-cylindrical shape and bent in the longitudinal direction in the longitudinal direction,
For multiple elbows,
Identify the cross-sectional shape of the elbow at the elbow evaluation site,
Calculate the flatness of the evaluation site based on the cross-sectional shape from the difference between the outer diameter including the welded portion of the elbow and the outer diameter orthogonal to the outer diameter,
Based on the cross-sectional shape, the local flatness of the evaluation part is a straight line that passes through two adjacent measurement points on the outer periphery of the elbow, and a welded part orthogonal straight line that is orthogonal to the circumferential direction in the center of the welded part of the elbow. Calculated from the absolute value of the difference between the angles formed by two straight lines facing in the circumferential direction with respect to the weld orthogonal line,
A stress estimation method, wherein an estimated value of stress acting on the evaluation site is calculated based on the flatness ratio and the local flatness.
エルボの断面形状の特定と、前記断面形状に基づき前記エルボの評価部位の扁平率および局所扁平度の算出を行う算出部と、
算出された前記扁平率および前記局所扁平度に基づき前記評価部位に作用する応力の推定値を算出する推定部と、を備え、
請求項１から３のいずれかに記載の応力推定方法を用いた応力推定システム。 A stress estimation system for a fluid-carrying elbow that is formed by welding an end of a base material bent in a semi-cylindrical shape and bent in a longitudinal direction,
The ellipse cross-sectional shape specification, a calculation unit for calculating the flatness and local flatness of the evaluation portion of the elbow based on the cross-sectional shape,
An estimation unit that calculates an estimated value of a stress acting on the evaluation site based on the calculated flatness ratio and the local flatness,
A stress estimation system using the stress estimation method according to claim 1.
複数の前記エルボに対し、
前記エルボの評価部位における前記エルボの断面形状を特定する処理と、
前記断面形状に基づき前記評価部位の扁平率を前記エルボの溶接部を含む外径と該外径に直交する外径との差分から算出する処理と、
前記断面形状に基づき前記評価部位の前記局所扁平度を前記エルボの溶接部中央で周方向に直交する溶接部直交直線と、前記エルボの外周上の２つの隣り合う計測点を通る直線であって前記溶接部直交直線に対して周方向に相対する２つの直線とがそれぞれなす角の差分の絶対値から算出する処理と、
前記扁平率および前記局所扁平度に基づき前記評価部位に作用する応力の推定値を算出する処理と、
をコンピュータに実行させるための応力推定プログラム。
A stress estimation program for an elbow that transports a fluid, which is formed by welding an end of a base material bent in a semi-cylindrical shape and bent in a longitudinal direction,
For multiple elbows,
A process for identifying the cross-sectional shape of the elbow at the evaluation site of the elbow;
A process of calculating the flatness of the evaluation portion based on the cross-sectional shape from the difference between the outer diameter including the welded portion of the elbow and the outer diameter orthogonal to the outer diameter;
Based on the cross-sectional shape, the local flatness of the evaluation part is a straight line that passes through two adjacent measurement points on the outer periphery of the elbow, and a welded part orthogonal straight line that is orthogonal to the circumferential direction in the center of the welded part of the elbow. A process of calculating from the absolute value of the difference between the angles formed by two straight lines facing in the circumferential direction with respect to the weld orthogonal line;
A process of calculating an estimated value of stress acting on the evaluation site based on the flatness and the local flatness;
A stress estimation program that causes a computer to execute.
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