JPH04169836A - 疲労損傷発生時期の予知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は繰り返し荷重を受けて疲労損傷が発生しやすい
橋梁、クレーン等の溶接構造物の疲労損傷発生時期の予
知方法に関する。

〔従来の技術〕

襦梁、クレーン等の溶接構造物においては、例えば第９
図に示すように、溶接接合からなる形状的不連続部の溶
接止端部が疲労損傷の発生箇所となり易い。従来、この
ような構造箇所の疲労損傷発生時期を予測する方法とし
ては、ひずみゲージを用いた応力計測あるいは応力解析
等により当該部に作用する繰返し応力Δσあるいはひず
みΔεをまず求め、次いで第１０図に示すような疲労寿
命曲線を用いて、疲労発生寿命Ｎｃを推定する方法が一
般的に採られていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来技術には次のような問題
点がある。

（１）　　疲労損傷が発生する溶接止端部等の局所の作
用応力ΔσあるいはひずみΔεが求まれば、へ 前述の方法である程度高精度豐疲労発生寿命Ｎｃの推定
が可能となるが、溶接継手部に発生する応力は、第９図
に示したように複雑に急変しており、ひずみゲージを用
いた応力計測等では当該局所のΔσあるいはΔ６を直接
的に計測することが困難である。また、有限要素法を適
用した応力解析でも、当該局所の形状及び荷重条件を再
現することが難しく、そのために近傍の値から外挿によ
る推定を行わざるを得す、精度的問題が生ずる。

（２）　　上述ｉｌｌの問題に加えて、当該部に作用す
るΔσあるいはΔεは一定振幅ではなく、構造物に作用
する荷重の性状により複雑に変動するのが通常であり、
この変動応力が疲労発生寿命に及ぼす影響を評価する確
たる方法がないのが現状で、推定精度をばらつかせる大
きな要因となる。

（３）　　実構造物での長期的な応力計測には、−船釣
に高度な測定技術と計測機器類が必要となり、多大の時
間と費用を要し、また、有限要素法に応力解析にも多大
の時間と費用を要する。

本発明は、このような事情に鑑みて提案されたもので、
誰にでも容易に実施ができ、しかも評価精度の高い疲労
損傷発生時期の予知方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明は、対象構造物の疲労強さより低くか
つ既知の疲労強さを有する材料の細線を上記構造物に貼
付して、上記細線の破断時期を検知し、同細線の破断時
期から対象構造物のひずみ変動幅を求め、さらに同ひず
み変動幅から上記対象構造物のき裂発生時期を求めるこ
とを特徴とする。

〔作用〕

このような方法によれば、取付けた材料は実構造物に使
用されている材料に比べて低い疲労強度を呈するので、
実構造物に疲労損傷が発生する以前に当該取付は材料に
破断が生し、その破断時期すなわち疲労発生寿命Ｎｃか
ら次のことが分る。

ｆｉｌ　　取付は材料の疲労寿命曲線が判明しているの
で、第２図に示す横軸のＮｃから矢印をたどって疲労損
傷の発生が懸念される構造局所に作用している繰返し応
力ΔσあるいはひずみΔεが求まり、これを基に同図に
示すように実構造物の疲労発生寿命が推定できる。疲労
強度には、ばらつきがつきものであるので、取付は材料
として疲労強度レベルの異なるものを数種類用いること
により、より信転性の高い寿命推定が行える。

（２）　　実構造物ではさきに述べた遺り変動応力が作
用することが多いが、このような場合においても上記（
１）で求まるΔσあるいはΔεは等価な疲労損傷度を与
える、いわゆる等価繰返し応力あるいはひずみに相当す
るものとなり、変動応力に対する評価精度が従来法に比
べて格段に向上することとなる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を図面について説明すると、第１図、
第２図はそれぞれ本発明方法の基本的原理を示す説明図
、線図であり、まず第１図において、ｌは実構造物にお
いて疲労損傷の発生が懸念される溶接構造箇所の溶接止
端部で、２ば当該溶接止端部の表面形状に沿って取付け
た材料である。材料２は実構造物の使用材料よりも低い
疲労強度を呈するので、実構造物に疲労損傷が発生する
以前に破断が生じるが、その破断時期を計測するために
、その両端は計測器に接続される。

第２図は第１図において実構造物に使用されている材料
１及び当該構造箇所に取付けた材料２の疲労寿命曲線を
示し、材料２の破断時期が計測されれば、前述〔作用〕
で述べた方法２手順で実構造物の疲労発生寿命を高精度
に推定することができる。

次に本発明の実施例として、第３図〜第５図に疲労損傷
の発生が懸念される構造箇所に取付ける材料の具体的形
状例を示し、第３図は疲労損傷予知線３が１センサーで
１本の場合を示す。

この予知線を第４図の様に線の種類を変えて複数個使用
すれば疲労損傷の予知はより高精度になる。また、危険
部が幅方向で限定できない場合は第５図に示すようにセ
ンサーの幅方向に予知線をだ行させることで疲労損傷の
予知が確実となる。

疲労損傷予知線３の破断時期は第６図に示すように出力
電圧をレコーダー等に連続記録するか、定期的に記録（
インターバル計測）することで確認できる。

本方法の効果確認試験を行った要領を第７図。

第８図について述べると、供試体は橋梁等で疲労損傷が
発生しやすい構造箇所をモデル化して製作したもので、
これの溶接止端部にφ０．０４鶴のアルミ線が配線され
たセンサーをポリエステル系の接着側で取付け、アルミ
線の両端をレコーダーに接続して連続的に導通の有無を
確認した。

供試体に変動荷重を負荷し、まずアルミ線が３Ｘ１０’
回で破断した。この結果より、第８図に示すように、供
試体の疲労寿命は１．５　Ｘ　１０ｈ回と推定された。

実際に供試体の溶接止端部よりクランクが確認されたの
は推定回数に非常に近い１．８Ｘ１０’回であった。

〔発明の効果〕

このような方法によれば、実構造物での長期的な応力計
測のように高度の測定技術（ひずみゲージの貼付法、ノ
イズ除去法など）や計測機器類（動ひずみ計、ペン書き
オシロ、データレコーダーなど）などを要することなく
、誰にでも簡単に行える。

実構造物に作用する変動応力の影響を同し疲労応力を受
ける取付は材料の破断て考慮できるので、評価精度が大
きく向上する。

要するに本発明によれば、対象構造物の疲労強さより低
くかつ既知の疲労強さを有する材料の細線を上記構造物
に貼付して、上記細線の破断時期を検知し、同細線の破
断時期から対象構造物のひずみ変動幅を求め、さらに同
ひずみ変動幅から上記対象構造物のき裂発生時期を求め
ることにより、誰にでも容易に実施ができ、しかも評価
精度の高い疲労損傷発生時期の予知方法を得るから、本
発明は産業上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的原理を説明する概念図、第２図
は実構造物に使用される材料及びそれに取付ける材料の
疲労寿命曲線を示すｖＡ図、第３図、第４図、第５図は
それぞれ実構造物に取付ける材料（疲労予知ｋｌＡ）の
具体的形状例を示す図、第６図は疲労予知線の破断時期
を計測する方法例を示す説明図、第７図は本方法の効果
を確認するため試験の概要図、第８図は同上の効果ｆｉ
ｍ結果を示す線図である。 第９図は従来法を示すための溶接止端部の応力状態図、
第１０図は同上疲労発生寿命を推定するための疲労寿命
曲線例を示す線図である。 １・・・溶接止端部、２・・・材料、３・・・溶接損傷
予知線、 代理人　弁理士　塚　本　正　文 第３図 立合■ と 第４図 第５図 沙イ峰■ ζ ｖ１’み夛１暢４と飄喧。Ｃ−り 雷天雀明みヒ゛−フへ・力１ε艶腑ｒＡｂ６−シ２（θ
ｌ’ｍｗｒ２）第６図 昂ガ電圧Ｖ ム しコーｑ′−耳＜ｔｌ餞 Ｓｆ贋りｌト ２、　　　第７図 第β図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 対象構造物の疲労強さより低くかつ既知の疲労強さを有
   する材料の細線を上記構造物に貼付して、上記細線の破
   断時期を検知し、同細線の破断時期から対象構造物のひ
   ずみ変動幅を求め、さらに同ひずみ変動幅から上記対象
   構造物のき裂発生時期を求めることを特徴とする疲労損
   傷発生時期の予知方法。