JP6430220B2 - 構造物の寿命診断方法及び構造物の寿命診断装置 - Google Patents
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Description
<第1の実施形態>
第1の実施形態に係る構造物の寿命診断方法は、高温の環境に置かれた機器(構造物)のクリープ損傷量を高精度かつ容易に得ることが可能である。寿命診断対象の機器(構造物)は、例えば高クロム鋼などのフェライト系耐熱鋼により製作されている。なお、寿命診断対象の機器(構造物)は、Ni基超合金であってもよい。
工程S1では、設計情報である診断対象の機器(構造物)の形状寸法、使用環境での圧力条件、温度条件などを用いて構造解析を行い、機器に発生する温度分布、発生応力(工程S5において詳述する図9に示す評価部位の発生応力P)などを得る。この場合の構造解析は、広く構造検討で用いられている有限要素法(FEM:Finite Element Method)などを利用する。
工程S2は、工程S1により損傷の進行が予想される損傷部位(評価部位)を対象として、機器の現地定検時に、機器(実機)本体の硬さを計測するステップである。損傷部位の硬さの計測は、エコーチップ硬さ試験機などを用いて非破壊的な方法で行う。本実施形態で寿命診断の対象とするフェライト系耐熱鋼は、高温損傷と実質的なクリープ損傷と蓄積により軟化する傾向を持つ。このため、機器における製造初期の硬さの検査記録と、現時点で計測した硬さの計測結果とを比較して、軟化量が多い部位は、損傷の進行が速いといえる。工程S2の結果により、特に損傷の進行が速い損傷部位を絞り込むことが可能である。
工程S3は、工程S1及び工程S2の結果に基づき、損傷の進行が速い(残存寿命が少ない部位)として特定された明確な損傷部位から、微小なサンプルを採取するサンプル採取ステップと、採取したサンプルの硬さを計測する硬さ計測ステップと、を有する。サンプルの採取部位は、一箇所とは限らず、工程S1及び工程S2の結果に基づき、明確な損傷部位を複数箇所選択することも可能である。サンプルの具体的な採取方法は、機械加工や放電加工など、既存の技術(例えば上記特許文献3に例示された採取方法など)を用いることが可能である。
工程S4は、工程S3で取得した硬さ計測結果より損傷量を計算する工程である。具体的な計算例として、図2は、構造物のクリープ損傷量とビッカース硬さ[HV]との関係を示している。クリープ損傷量は、クリープ破断時間に対する寿命比であり、ビッカース硬さを計測した時間をクリープ破断時間で除した値である。図2に示すように、損傷量と硬さとの関係を予めマスターカーブDとして保有することで、硬さの計測結果から損傷量を定量化することが可能である。
工程S5は、工程S3で採取した微小サンプルを実際に破壊試験に供し、損傷量と残存寿命を定量化する工程である。図3は、工程S5を詳細に示したフローチャートである。本実施形態は、微小サンプル試験としてスモールパンチクリープ(SPC:Small Punch Creep)試験を採用している。図3に示すように、工程S5は、試験片の加工後に(工程S5a)、SPC試験を実施する(工程S5b)。
F:SPC試験荷重
σ:等価応力
δstd:荷重軸変形曲線における定常変形量
δtrn:荷重軸変形曲線における遷移変形量
tacc:荷重軸変形曲線における加速変形開始時刻
MCD:荷重軸変形曲線における最小荷重軸変形速度
B0,B1:荷重軸変形速度曲線を回帰して得る材料定数
α,β:材料定数(データベース値)
工程S6は、工程S1、工程S4及び工程S5から算出した損傷量及び残存寿命より、損傷量の最終値を決定する工程、(つまり構造物の寿命を総合的に判定する工程)である。図10は、損傷量の最終値の算出工程を示している。工程S1、工程S4及び工程S5の何れの算出結果も、所定の数値範囲を有している。これは解析による評価(工程S1)、硬さを用いた評価(工程S4)、及びSPC試験による評価(工程S5)の何れも、評価結果を得るために実験データを用いているからである。
次に、第2の実施の形態を図12に基づき説明する。なお、図12において、図1に示した第1の実施形態中の要素と同一の要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。
F : SPC試験荷重
tacc : 荷重軸変形曲線における加速変形開始時刻
MCD : 荷重軸変形曲線における最小荷重軸変形速度
α,β,γ : 材料定数(データベース値)
Claims (5)
- 構造物から採取した試験片に対し、500℃〜900℃の環境下において剛体球を一定の試験荷重で押し付け、前記剛体球が前記試験片を貫通するまでの破断時間及び前記試験片の時間の経過に伴う変形の挙動を計測するサンプル試験を用いた寿命診断方法であって、
前記サンプル試験による前記破断時間と前記構造物を構成する素材についての単軸クリープ試験による破断時間とが等しくなる等価応力を、
前記試験荷重(F)と、
前記変形の挙動をあらわす荷重軸変形曲線から得られる各種パラメータ(δ、t、MCD、B 0 、B 1 )と、
前記サンプル試験の試験荷重(F)と等価応力(σ)の比(F/σ)を、予め取得した単軸クリープ試験の破断時間とその応力の関係とサンプル試験の破断時間とその試験荷重の関係および前記各種パラメータから定式化した関数と、
材料定数(α、β)を格納するデータベースの内容と、
に基づいて、算出する第1の算出工程と、
前記算出された等価応力に対応する前記サンプル試験の破断時間を用いて、前記構造物の寿命を算出する第2の算出工程と、
を有する構造物の寿命診断方法。 - 構造解析を用いて前記構造物の寿命を予測する第1の予測工程と、
前記構造物の硬さを非破壊的な手法により計測した結果を用いて前記構造物の寿命を予測する第2の予測工程と、
前記サンプル試験の結果を用いて前記構造物の寿命を予測する第3の予測工程と、
前記第1〜第3の予測工程による予測結果に基づいて、前記構造物の寿命を総合的に判定する寿命判定工程と、を有し、
前記第3の予測工程は、前記第1及び第2の算出工程を含む、
請求項1記載の構造物の寿命診断方法。 - 前記第1及び/又は第2の予測工程では、前記第3の予測工程により前記試験片を前記構造物から採取するための前記構造物上の損傷部位を特定する、
請求項2記載の構造物の寿命診断方法。 - 前記第2の予測工程では、前記試験片を切断及び研磨し、前記試験片の研磨面を通じて硬さを計測する、
請求項2又は3記載の構造物の寿命診断方法。 - 構造物から採取した試験片に対し、500℃〜900℃の環境下において剛体球を一定の試験荷重で押し付け、前記剛体球が前記試験片を貫通するまでの破断時間及び前記試験片の時間の経過に伴う変形の挙動を計測するサンプル試験の試験結果を用いる構造物の寿命診断装置であって、
前記サンプル試験により計測された破断時間及び前記計測された時間の経過に伴う変形量と前記変形量を計測したときの試験荷重との入力を受付ける入力受付部と、
前記サンプル試験による前記破断時間と前記構造物を構成する素材についての単軸クリープ試験による破断時間とが等しくなる等価応力を、
前記試験荷重(F)と、
前記変形の挙動をあらわす荷重軸変形曲線から得られる各種パラメータ(δ、t、MCD、B 0 、B 1 )と、
前記サンプル試験の試験荷重(F)と等価応力(σ)の比(F/σ)を、予め取得した単軸クリープ試験の破断時間とその応力の関係とサンプル試験の破断時間とその試験荷重の関係および前記各種パラメータから定式化した関数と、
材料定数(α、β)を格納するデータベースの内容と、
に基づいて算出する第1の算出部と、
前記算出された等価応力に対応する前記サンプル試験の破断時間を用いて、前記構造物の寿命を算出する第2の算出部と、
前記算出された構造物の寿命の算出結果を出力する情報出力部と、
を備える構造物の寿命診断装置。
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JP2014233755A JP6430220B2 (ja) | 2014-11-18 | 2014-11-18 | 構造物の寿命診断方法及び構造物の寿命診断装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014233755A JP6430220B2 (ja) | 2014-11-18 | 2014-11-18 | 構造物の寿命診断方法及び構造物の寿命診断装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2016099132A JP2016099132A (ja) | 2016-05-30 |
JP6430220B2 true JP6430220B2 (ja) | 2018-11-28 |
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ID=56077608
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2014233755A Active JP6430220B2 (ja) | 2014-11-18 | 2014-11-18 | 構造物の寿命診断方法及び構造物の寿命診断装置 |
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JP2965716B2 (ja) * | 1991-02-08 | 1999-10-18 | 株式会社東芝 | 配管寿命診断法 |
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2014
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