JP6478189B2 - 応力解析装置、方法およびプログラム - Google Patents
応力解析装置、方法およびプログラム Download PDFInfo
- Publication number
- JP6478189B2 JP6478189B2 JP2015186004A JP2015186004A JP6478189B2 JP 6478189 B2 JP6478189 B2 JP 6478189B2 JP 2015186004 A JP2015186004 A JP 2015186004A JP 2015186004 A JP2015186004 A JP 2015186004A JP 6478189 B2 JP6478189 B2 JP 6478189B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stress
- error
- value
- equation
- provisional
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
- G01N23/207—Diffractometry using detectors, e.g. using a probe in a central position and one or more displaceable detectors in circumferential positions
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
- G01N23/205—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials using diffraction cameras
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
- G01N2223/60—Specific applications or type of materials
- G01N2223/607—Specific applications or type of materials strain
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
α:入射X線に対して垂直に配置した2次元検出器上でのデバイ‐シェラー環の周回角
2ηα:入射X線と回折X線のなす角度、回折角度2θ α と2ηα=π-2θαの関係がある
2θα:デバイ‐シェラー環のαの位置での回折角度
図1は、応力解析システム10を示す概略図である。応力解析システム10は、X線回折装置50および応力解析装置100により構成されており、X線回折装置50と応力解析装置100との間はデータの送受信が可能になっている。なお、X線回折装置50と応力解析装置100との間は通信可能に接続されていることが好ましいが、記憶媒体を用いてデータを移動させてもよい。
X線回折装置50は、X線発生部、ピンホールコリメータ53および検出部55を備えている。X線発生部は、X線を発生させ、発生させたX線をピンホールコリメータ53に向けて照射する。ピンホールコリメータ53は、照射されたX線をコリメートし、歪みがないときに等方的な構造を有する試料の表面に照射する。ピンホールコリメータ53を通じて照射されたX線は、試料Sの特定結晶格子面によって回折される。このとき、回折X線は、X線照射点を頂点とするコーン状の領域に照射される。検出部55は、例えば2次元半導体検出器であり、ピンホールコリメータ53の両側に設けられ、回折X線を検出する。
上記のように構成される応力解析装置100の動作の一例を説明する。図5は、応力解析装置100の動作を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、分かりやすくするために後述の式(10)等に含まれる記号を用いている。
次に応力を算出する原理を説明する。図6は、試料表面上のオイラー角φ、ψで散乱ベクトルを示す模式図である。装置座標系において、オイラー(Euler)角φ、ψで示される方位から見た垂直歪みεφψと、装置座標軸上での垂直応力σ11、σ22、σ33、剪断応力σ23、σ13、σ12との関係は以下のように表される。
[2]応力とd0の両方を変数とする非線型方程式を解き、d0の誤差に起因する応力計算値の誤差を完全に排除する。
誤差を含んだ無歪み状態での結晶格子面間隔d0(k)を用いて応力を計算すれば、得られる値にも誤差が含まれる。そこで、d0(k)を式(11)のように定義し、この関係を利用してd0(k)の値を改良し、応力の計算精度を高める。
式(5)からd0も変数として誘導した以下の非線形方程式(16)は、その解の修正値を求める線形方程式で、d0の係数が、他の変数の係数の線形結合と定数の和になる。
(DRS法とcosα法の比較)
実際のデバイ‐シェラー環の撮影データを用いて、cosα法と本実施形態の方法(DRS法)とで、応力解析を行った。図7(a)は、円周角αおよび回折角2θの座標上に、撮影されたデバイ‐シェラー環のピーク位置および理論的なピーク位置をプロットしたグラフである。図7(b)は、生データから計算された応力値とピーク位置の理論値から再計算した応力値を対比した表である。なお、ピーク位置の理論値の計算方法は後述する。
ピーク位置の理論値は、以下の手順[1]〜[6]で行った。
[1]DRS法で計算された無歪み状態での結晶格子面間隔d0と光学系の配置、および与えられたデバイ‐シェラー環の周回角αから、そのαにおける無歪み状態での散乱ベクトルのオイラー角φ(k)、ψ(k)を計算する。
[2]上記の計算によって得られたφ(k)、ψ(k)とd0、および与えられた応力値から、そのオイラー角において観測されるであろう結晶格子面間隔の暫定値dφψ(k)を、式(5)、(8)を用いて計算する。
[3]上記の計算によって得られたdφψ(k)から、手順[1]と同様にオイラー角の改良値φ(k+1)、ψ(k+1)を計算する。
[4]上記の計算によって得られたφ(k+1)、ψ(k+1)から、手順[2]と同様に結晶格子面間隔の改良値dφψ(k+1)を計算する。
[5]上記の手順[3]、[4]を|dφψ(k)−dφψ(k+1)|が、例えば10−8以下になるまで繰り返す。
[6]最終的に得られた結晶格子面間dφψ(k+n)から、与えられたαにおける回折角2θφψを計算する。
50 X線回折装置
53 ピンホールコリメータ
55 検出部
75a、75b デバイ‐シェラー環
100 応力解析装置
110 画像蓄積部
120 ピーク位置決定部
130 散乱ベクトル算出部
140 操作部
150 定数算出部
160 解析部
170 暫定値補正部
180 制御部
190 出力部
Claims (5)
- 試料の残留応力を算出する応力解析装置であって、
試料の表面に垂直な方向の応力が一定のとき、誤差の項を含み応力と歪みとの関係を示す方程式を用い、複数の散乱ベクトルに対する回折X線による測定値と暫定値を用いて前記誤差を解の一つとして算出する解析部と、
前記算出された誤差により前記暫定値を補正する暫定値補正部と、を備え、
前記解析部および補正部は、前記誤差の算出および前記暫定値の補正を繰り返し、
前記暫定値補正部は、結晶格子面間隔の誤差率が正負を反転した歪みの誤差に等しいと近似して前記暫定値を補正することを特徴とする応力解析装置。 - 前記方程式に前記補正された暫定値の最終値を代入したときに得られる各応力値を解析結果として出力する出力部を更に備えることを特徴とする請求項1記載の応力解析装置。
- 前記解析部は、前記方程式の解を最小自乗法で算出することを特徴とする請求項1または請求項2記載の応力解析装置。
- 試料の残留応力を算出する応力解析の方法であって、
試料の表面に垂直な方向の応力が一定のとき、誤差の項を含み応力と歪みとの関係を示す方程式を用い、複数の散乱ベクトルに対する回折X線による測定値と暫定値を用いて前記誤差を算出するステップと、
結晶格子面間隔の誤差率が正負を反転した歪みの誤差に等しいと近似して前記算出された誤差により前記暫定値を補正するステップと、を含み、
前記誤差の算出および前記暫定値の補正を繰り返すことを特徴とする方法。 - 試料の残留応力を算出する応力解析のプログラムであって、
試料の表面に垂直な方向の応力が一定のとき、誤差の項を含み応力と歪みとの関係を示す方程式を用い、複数の散乱ベクトルに対する回折X線による測定値と暫定値を用いて前記誤差を算出する処理と、
結晶格子面間隔の誤差率が正負を反転した歪みの誤差に等しいと近似して前記算出された誤差により前記暫定値を補正する処理と、をコンピュータに実行させ、
前記誤差の算出および前記暫定値の補正を繰り返すことを特徴とするプログラム。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015186004A JP6478189B2 (ja) | 2015-09-18 | 2015-09-18 | 応力解析装置、方法およびプログラム |
US15/232,936 US10401310B2 (en) | 2015-09-18 | 2016-08-10 | X-ray stress analysis apparatus, method, and program |
CN201610821660.5A CN106970098B (zh) | 2015-09-18 | 2016-09-13 | 应力解析装置、方法以及程序 |
DE102016217752.4A DE102016217752A1 (de) | 2015-09-18 | 2016-09-16 | Spannungsanalysevorrichtung, Verfahren und Programm |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015186004A JP6478189B2 (ja) | 2015-09-18 | 2015-09-18 | 応力解析装置、方法およびプログラム |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017058349A JP2017058349A (ja) | 2017-03-23 |
JP2017058349A5 JP2017058349A5 (ja) | 2017-11-30 |
JP6478189B2 true JP6478189B2 (ja) | 2019-03-06 |
Family
ID=58224981
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015186004A Active JP6478189B2 (ja) | 2015-09-18 | 2015-09-18 | 応力解析装置、方法およびプログラム |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10401310B2 (ja) |
JP (1) | JP6478189B2 (ja) |
CN (1) | CN106970098B (ja) |
DE (1) | DE102016217752A1 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10416102B2 (en) * | 2017-06-23 | 2019-09-17 | Bruker Axs, Inc. | X-ray diffraction device and method to measure stress with 2D detector and single sample tilt |
JP6775777B2 (ja) * | 2017-08-29 | 2020-10-28 | 株式会社リガク | X線回折測定における測定結果の表示方法 |
JP7101040B2 (ja) * | 2018-05-09 | 2022-07-14 | 三菱製鋼株式会社 | ばねの製造方法及びばね |
US11519798B2 (en) * | 2018-12-18 | 2022-12-06 | Metal Industries Research & Development Centre | Residual stress detection device and detection method thereof |
WO2023181935A1 (ja) * | 2022-03-24 | 2023-09-28 | コニカミノルタ株式会社 | 予測装置、予測システムおよび予測プログラム |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4489425A (en) * | 1983-01-14 | 1984-12-18 | Science Applications, Inc. | Means and method for determining residual stress on a polycrystalline sample by X-ray diffraction |
US4561062A (en) * | 1983-02-18 | 1985-12-24 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Energy, Mines And Resources | Stress measurement by X-ray diffractometry |
US4686631A (en) * | 1985-02-08 | 1987-08-11 | Ruud Clayton O | Method for determining internal stresses in polycrystalline solids |
US5148458A (en) * | 1990-01-18 | 1992-09-15 | Clayton Ruud | Method and apparatus for simultaneous phase composition and residual stress measurement by x-ray diffraction |
JP3887588B2 (ja) * | 2002-08-30 | 2007-02-28 | 株式会社リガク | X線回折による応力測定法 |
JP5842242B2 (ja) * | 2013-10-17 | 2016-01-13 | 国立大学法人金沢大学 | 回折環分析方法および回折環分析装置 |
-
2015
- 2015-09-18 JP JP2015186004A patent/JP6478189B2/ja active Active
-
2016
- 2016-08-10 US US15/232,936 patent/US10401310B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2016-09-13 CN CN201610821660.5A patent/CN106970098B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2016-09-16 DE DE102016217752.4A patent/DE102016217752A1/de not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106970098B (zh) | 2020-05-22 |
CN106970098A (zh) | 2017-07-21 |
JP2017058349A (ja) | 2017-03-23 |
US10401310B2 (en) | 2019-09-03 |
DE102016217752A1 (de) | 2017-03-23 |
US20170082561A1 (en) | 2017-03-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6478189B2 (ja) | 応力解析装置、方法およびプログラム | |
Tamura | XMAS: A versatile tool for analyzing synchrotron X-ray microdiffraction data | |
Kriegner et al. | Xrayutilities: A versatile tool for reciprocal space conversion of scattering data recorded with linear and area detectors | |
Boué et al. | Failing softly: a fracture theory of highly-deformable materials | |
Suzuki | Proposal for a direct-method for stress measurement using an X-ray area detector | |
JP6313010B2 (ja) | 回折環計測装置 | |
JP5842242B2 (ja) | 回折環分析方法および回折環分析装置 | |
Callaghan et al. | Quantitative full-field data fusion for evaluation of complex structures | |
Zhang et al. | Determination of deviatoric elastic strain and lattice orientation by applying digital image correlation to Laue microdiffraction images: The enhanced Laue-DIC method | |
Drobakhin et al. | Study of eigenfrequencies with the help of Prony’s method | |
Sato et al. | Development of the tensor CT algorithm for strain tomography using Bragg-edge neutron transmission | |
JP2007218809A (ja) | 材料試験機 | |
Peterson et al. | Assessment and validation of Cosα method for residual stress measurement | |
Zhao | Deformation measurement using digital image correlation by adaptively adjusting the parameters | |
Lapshin | Drift-insensitive distributed calibration of probe microscope scanner in nanometer range: Virtual mode | |
JP6223294B2 (ja) | 赤外線応力測定システムにおける応力値の補正方法およびその方法を用いた赤外線応力測定システム | |
JP2014153266A (ja) | 車両用ドアハンドルの操作力測定装置 | |
KR20200015375A (ko) | X선 투과 검사 장치 및 x선 투과 검사 방법 | |
Moser et al. | 3d digital imaging correlation: Applications to tire testing | |
He et al. | Strain and stress measurements with a two-dimensional detector | |
Marais et al. | Data processing at the south African Nuclear Energy Corporation SOC Ltd (Necsa) neutron diffraction facility | |
JP7514502B2 (ja) | 回折環による応力解析方法 | |
JP4123816B2 (ja) | 被検査物の厚さ測定方法 | |
Mohamed et al. | A low cost non-contact and non-destructive method for evaluating the variation of the shear modulus for Glued Laminated Timber Beams using a photogrammetric approach | |
JP2012112708A (ja) | X線回折装置、x線回折装置のデータ解析方法、x線回折装置の制御方法およびその方法を実現するためのプログラム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171023 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171023 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180730 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180807 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180828 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190115 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190125 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6478189 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
SG99 | Written request for registration of restore |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R316G99 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
SG99 | Written request for registration of restore |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R316G99 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S803 | Written request for registration of cancellation of provisional registration |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R316805 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S803 | Written request for registration of cancellation of provisional registration |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R316805 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |