JPH06109684A - Method for non-destructive inspection of three-dimensional crack by dc potential difference method - Google Patents

Method for non-destructive inspection of three-dimensional crack by dc potential difference method

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JPH06109684A
JPH06109684A JP25686192A JP25686192A JPH06109684A JP H06109684 A JPH06109684 A JP H06109684A JP 25686192 A JP25686192 A JP 25686192A JP 25686192 A JP25686192 A JP 25686192A JP H06109684 A JPH06109684 A JP H06109684A
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crack
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Abstract

PURPOSE:To conduct determination of the sate of a three-dimensional crack accurately by virtually generating the three-dimensional crack inside a structure, calculating the potential difference distribution based on the virtual three-dimensional crack, actually measuring the potential difference distribution on the surface of the structure, comparing two potential differential distributions, and then obtaining error. CONSTITUTION:Current is allowed to flow from a constant current source 6 into a structure 1 via current input/output terminals 4 and 4'. The terminals 4 and 4' and potential difference measuring terminals 5 and 5' where the relative position is fixed are scanned on the surface of the structure, the potential difference is measured by a digital voltmeter 7, and a part indicating abnormality in the potential difference is detected. The data of a three-dimensional crack 2 is obtained by thinly scanning the longer and vertical directions of the abnormal site and then are stored in an actual potential difference distribution data storage part 9. A virtual three-dimensional crack generation part 10 generates data which become initial values and then stores them at a virtual crack data storage part 11. A virtual potential difference distribution calculation part 12 calculates the virtual potential distribution and then stores it at the virtual potential difference distribution data storage part 13. An error evaluation part 14 compares the actual potential difference distribution data with the virtual potential difference distribution data of the storage parts 9 and 13 and obtains error and then an optimization control part 15 instructs correction of cracks to the generation part 10.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、金属円管等の構造物の
非破壊検査方法に関するものであり、特に電位差法を用
いて構造物表面につき出していないき裂、すなわち埋没
き裂や内外表面に露れたき裂を検出し、き裂の三次元的
状態を定量化する非破壊検査方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for nondestructive inspection of a structure such as a metal circular tube, and in particular, a crack which is not exposed on the surface of the structure by using a potential difference method, that is, a buried crack or internal and external cracks. The present invention relates to a nondestructive inspection method for detecting a crack exposed on the surface and quantifying the three-dimensional state of the crack.

【0002】原子力・火力発電プラント、石油化学プラ
ントなどの余寿命評価における破壊力学の適用に際して
は、応力拡大係数、J積分等の破壊パラメータを算出す
ることが必要である。このとき荷重条件とともに構造物
中のき裂の大きさ、形状を非破壊的に評価することが重
要である。電位差法による非破壊検査技術は、その有力
な手段の1つとなる。
When applying fracture mechanics to residual life evaluation of nuclear / thermal power plants, petrochemical plants, etc., it is necessary to calculate fracture parameters such as stress intensity factor and J integral. At this time, it is important to nondestructively evaluate the size and shape of cracks in the structure as well as the load conditions. The non-destructive inspection technique by the potential difference method is one of the effective means.

【0003】構造物の表面上で電流を流したとき、構造
物内にき裂が存在すれば構造物内部の電流分布に乱れを
生じ、構造物表面の電位差分布に異常が現れる。電位差
法による非破壊検査技術は、この原理に基づいており、
構造物表面の電位差分布を計測し、その分布から逆に構
造物内のき裂の有無やき裂の状態を間接的に検出するも
のである。
When a current is applied on the surface of a structure, if a crack is present in the structure, the current distribution inside the structure is disturbed, and the potential difference distribution on the surface of the structure becomes abnormal. Non-destructive inspection technology by the potential difference method is based on this principle,
The potential difference distribution on the surface of a structure is measured, and the presence or absence of a crack in the structure and the state of the crack are indirectly detected from the distribution.

【0004】本発明は、構造物内に仮想的に設定した三
次元き裂を構造物表面の計測された電位差分布にしたが
って最適化し、少ない誤差で定量化する効率的な技術を
提供する。
The present invention provides an efficient technique for optimizing a three-dimensional crack virtually set in a structure according to the measured potential difference distribution on the surface of the structure and quantifying it with a small error.

【0005】[0005]

【従来の技術】従来、直流電位差法を用いて実構造物に
存在する三次元き裂の形状を評価した例として、以下の
参考文献(1),(2),(3)に示される林ら、久保
らの研究などがある。上述の研究例の中で対象とされて
いるき裂は、測定面に対して垂直な三次元き裂である。
これに対し実在するき裂は任意のアスペクト比の三次元
形状を有し、測定面に対して傾いている場合も多い。し
かしこのような一般的なき裂を直流電位差法により、定
量的に非破壊評価した例はなく、当該問題の解決は今後
の課題とされていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an example of evaluating the shape of a three-dimensional crack existing in an actual structure by using the DC potential difference method, the forest shown in the following references (1), (2) and (3) , Kubo and others. The crack targeted in the above-mentioned research examples is a three-dimensional crack perpendicular to the measurement surface.
On the other hand, a real crack has a three-dimensional shape with an arbitrary aspect ratio and is often inclined with respect to the measurement surface. However, there is no example of quantitatively nondestructively evaluating such a general crack by the DC potential difference method, and it was considered to be a future task to solve the problem.

【0006】また本発明者らは、参考文献(4)に示さ
れるように、先に直流電位差法を用いてアスペクト比が
零に近い細長い傾いた三次元き裂を対象として、その形
状評価を行っている。そこでは電位の特異点法により導
出した二次元解をき裂の長手方向に沿って逐次適用し、
これらの結果を総合することで、き裂形状の第一近似評
価を行っている。しかし同手法をアスペクト比が1に近
い円板状のき裂に適用した場合、その評価結果は大きな
誤差を含むことになる。 <参考文献> (1)林・ほか4名,材料,35−395(198
6),936,(2)林・ほか4名,材料,37−41
9(1988),964,(3)久保・ほか4名,機
論,54−498,A(1988),218,(4)坂
・ほか2名,非破壊検査,38−10(1989),9
99,
Further, as shown in Reference (4), the present inventors have first evaluated the shape of a slender three-dimensional crack whose aspect ratio is close to zero by using the DC potential difference method. Is going. There, a two-dimensional solution derived by the singularity method of the electric potential is applied sequentially along the longitudinal direction of the crack,
The first approximation evaluation of the crack shape is performed by summing up these results. However, when the same method is applied to a disk-shaped crack whose aspect ratio is close to 1, the evaluation result includes a large error. <References> (1) Hayashi et al., 4 persons, Materials, 35-395 (198)
6), 936, (2) Hayashi and 4 others, Materials, 37-41
9 (1988), 964, (3) Kubo and 4 others, Mechanism, 54-498, A (1988), 218, (4) Saka and 2 others, nondestructive inspection, 38-10 (1989), 9
99,

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、構造物内に
埋没したあるいは表面に露出した任意のアスペクト比と
傾きをもつ三次元き裂の状態を高精度にかつ容易に定量
化する手段をそなえた電位差法による非破壊検査方法を
実現することを目的としている。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a means for quantifying a state of a three-dimensional crack embedded in a structure or exposed on the surface and having an arbitrary aspect ratio and inclination with high accuracy and easily. The purpose is to realize the non-destructive inspection method by the prepared potential difference method.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、任意のアスペ
クト比をもつ三次元き裂を構造物内に仮想的に生成し
て、電位差法による計測時に構造物表面に現れるであろ
う電位差分布をその仮想的三次元き裂に基づいて計算
し、一方、構造物表面で実際に電位差分布を計測して、
それら2つの電位差分布を比較し、その誤差により仮想
的三次元き裂の形状、傾きなどの状態を修正し、誤差が
最小となる仮想的三次元き裂の状態を求めるようにした
ものである。
According to the present invention, a three-dimensional crack having an arbitrary aspect ratio is virtually generated in a structure, and a potential difference distribution that will appear on the surface of the structure when measured by the potential difference method. Is calculated based on the virtual three-dimensional crack, while the potential difference distribution is actually measured on the surface of the structure,
These two potential difference distributions are compared, the state of the virtual three-dimensional crack such as the shape and inclination is corrected by the error, and the state of the virtual three-dimensional crack with the minimum error is obtained. .

【0009】図1は本発明の原理説明図である。図1に
おいて、1は、評価対象の構造物であり、ここでは金属
円管の一部を破断して示してある。
FIG. 1 illustrates the principle of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a structure to be evaluated, and here, a part of a metal circular pipe is cut away and shown.

【0010】2は、構造物1内の計測面に対する裏面に
つき出している三次元き裂の例である。図中のa,cは
き裂のアスペクト寸法、βは傾き角を示す。3は、電位
差計測用のプローブである。ここでは便宜上単純化して
示してある。プローブ3には、4,4′で示される電流
入出力端子と、5,5′で示される電位差測定端子とが
備えられている。
Numeral 2 is an example of a three-dimensional crack extending on the back surface of the structure 1 with respect to the measurement surface. In the figure, a and c are the aspect dimensions of the crack, and β is the tilt angle. 3 is a probe for measuring a potential difference. Here, it is shown in a simplified manner for convenience. The probe 3 is provided with current input / output terminals denoted by 4,4 ′ and potential difference measurement terminals denoted by 5,5 ′.

【0011】電流入出力端子4,4′は、図示されてい
るようなプローブ3内の固定の設定状態のほか、プロー
ブ3から取り外して単独に使用することも可能にされて
いる。
The current input / output terminals 4 and 4'can be used not only in a fixed setting state in the probe 3 as shown in the drawing but also separately from the probe 3 for independent use.

【0012】電位差測定端子5,5′は、相対距離を固
定して電流入出力端子4,4′を結ぶ線と平行に、ある
いはその線と直交する方向に自由に移動できる構造とな
っている。
The potential difference measuring terminals 5 and 5'have a structure in which the relative distance is fixed and the potential difference measuring terminals 5 and 5'can move freely in parallel to a line connecting the current input / output terminals 4 and 4'or in a direction orthogonal to the line. .

【0013】6は、電流入出力端子4,4′に接続され
た定電流源である。7は、電位差測定端子5,5′に接
続されたディジタル電圧計である。8は、き裂の評価を
行うデータ解析装置である。
A constant current source 6 is connected to the current input / output terminals 4 and 4 '. Reference numeral 7 is a digital voltmeter connected to the potential difference measuring terminals 5 and 5 '. Reference numeral 8 is a data analysis device for evaluating cracks.

【0014】9は、実際の電位差分布測定時にディジタ
ル電圧計7の出力データを記憶する実電位差分布データ
記憶部である。10は、仮想的三次元き裂データを生成
する仮想的三次元き裂生成部である。
Reference numeral 9 denotes an actual potential difference distribution data storage unit that stores the output data of the digital voltmeter 7 when the actual potential difference distribution is measured. Reference numeral 10 is a virtual three-dimensional crack generation unit that generates virtual three-dimensional crack data.

【0015】11は、生成された仮想的三次元き裂デー
タを記憶する仮想き裂データ記憶部である。12は、生
成された仮想的三次元き裂データに対応する構造物表面
の電位差分布を計算する仮想電位差分布計算部である。
Reference numeral 11 is a virtual crack data storage unit for storing the generated virtual three-dimensional crack data. Reference numeral 12 is a virtual potential difference distribution calculation unit that calculates the potential difference distribution on the surface of the structure corresponding to the generated virtual three-dimensional crack data.

【0016】13は、計算結果の仮想電位差分布データ
を記憶する仮想電位差分布データ記憶部である。14
は、実電位差分布データと仮想電位差分布データとを比
較して、仮想電位差分布データの誤差を評価する誤差評
価部である。
A virtual potential difference distribution data storage unit 13 stores virtual potential difference distribution data as a calculation result. 14
Is an error evaluation unit that compares the actual potential difference distribution data with the virtual potential difference distribution data and evaluates the error of the virtual potential difference distribution data.

【0017】15は、評価結果の誤差の大きさに基づい
て、仮想的三次元き裂の修正を仮想的三次元き裂生成部
10に指示し、さらに修正された仮想的三次元き裂に応
じた仮想電位差分布の計算、誤差の評価を繰り返し実行
させて仮想的三次元き裂を最適化させる最適化制御部で
ある。
The reference numeral 15 instructs the virtual three-dimensional crack generation unit 10 to correct the virtual three-dimensional crack on the basis of the magnitude of the error of the evaluation result, and the virtual three-dimensional crack generation unit 15 further receives the corrected virtual three-dimensional crack. This is an optimization control unit that optimizes the virtual three-dimensional crack by repeatedly executing the calculation of the virtual potential difference distribution and the evaluation of the error according to the distribution.

【0018】[0018]

【作用】図1の動作は、次のように行われる。はじめ
に、プローブ3内の電流入出力端子4,4′および電位
差測定端子5,5′を一列に配置し、相対位置を固定し
て構造物表面に接触させ、定電流源6から電流入出力端
子4,4′を介して構造物1内に電流を流す。相対位置
を固定した電流入出力端子4,4′および電位差測定端
子5,5′を構造物表面上で粗く走査し、表面に現れる
電位差を、電位差測定端子5,5′によって検出し、デ
ィジタル電圧計7によって測定し、電位差に異常を示す
部位を見つける。次に前記異常部位の長手方向(図1の
三次元き裂2におけるき裂の長さcと平行な方向)と垂
直な方向に、異常部位をはさんで電流入出力端子4,
4′をたとえばプローブ3から外して十分な距離で離隔
配置し、定電流源6から電流入出力端子4,4′を介し
て構造物1内に電流を流す。次に電位差測定端子5,
5′の相対位置を固定して、前記異常部位の長手方向お
よびそれに垂直な方向に細かく走査することによりき裂
近傍での詳しい電位差分布データを得ることができる。
The operation of FIG. 1 is performed as follows. First, the current input / output terminals 4 and 4'and the potential difference measuring terminals 5 and 5'in the probe 3 are arranged in a line, and the relative positions are fixed and brought into contact with the surface of the structure. A current is passed through the structure 1 via 4, 4 '. The current input / output terminals 4, 4 ′ and the potential difference measuring terminals 5, 5 ′ whose relative positions are fixed are roughly scanned on the surface of the structure, and the potential difference appearing on the surface is detected by the potential difference measuring terminals 5, 5 ′ to obtain a digital voltage. It is measured by a total of 7 to find a site showing an abnormal potential difference. Next, in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the abnormal part (the direction parallel to the crack length c in the three-dimensional crack 2 in FIG. 1), the current input / output terminals 4 are sandwiched across the abnormal part.
4'is removed from the probe 3, for example, and is placed at a sufficient distance from the probe 3, and a current flows from the constant current source 6 into the structure 1 through the current input / output terminals 4 and 4 '. Next, the potential difference measuring terminal 5,
By fixing the relative position of 5'and finely scanning the abnormal portion in the longitudinal direction and the direction perpendicular thereto, detailed potential difference distribution data in the vicinity of the crack can be obtained.

【0019】このようにして実際に測定された電位差分
布データは、実電位差分布データ記憶部9に記憶され
る。次に、仮想的三次元き裂を生成して最適化する処理
を開始する。
The potential difference distribution data actually measured in this way is stored in the actual potential difference distribution data storage unit 9. Next, the process of generating and optimizing a virtual three-dimensional crack is started.

【0020】仮想的三次元き裂生成部10は、初期値と
なる仮想的三次元き裂データを生成し、仮想き裂データ
記憶部11に記憶させる。この仮想的三次元き裂データ
の初期値は、実電位差分布データ記憶部9に記憶されて
いる実電位差分布データに基づいて一次近似的に設定す
ることができる。
The virtual three-dimensional crack generation unit 10 generates virtual three-dimensional crack data as an initial value and stores it in the virtual crack data storage unit 11. The initial value of the virtual three-dimensional crack data can be linearly set based on the actual potential difference distribution data stored in the actual potential difference distribution data storage unit 9.

【0021】仮想電位差分布計算部12は、仮想き裂デ
ータ記憶部11のデータに基づき、所定の演算式にした
がって仮想電位差分布を計算し、結果のデータを仮想電
位差分布データ記憶部13に格納する。
The virtual potential difference distribution calculation unit 12 calculates a virtual potential difference distribution based on the data in the virtual crack data storage unit 11 according to a predetermined arithmetic expression, and stores the resulting data in the virtual potential difference distribution data storage unit 13. .

【0022】誤差評価部14は、実電位差分布データ記
憶部9にある実電位差分布データと仮想電位差分布デー
タ記憶部13にある仮想電位差分布データとを比較し、
誤差を求める。
The error evaluation section 14 compares the actual potential difference distribution data in the actual potential difference distribution data storage section 9 with the virtual potential difference distribution data in the virtual potential difference distribution data storage section 13,
Find the error.

【0023】最適化制御部15は、誤差評価部14が求
めた誤差の大きさにしたがって仮想的三次元き裂生成部
10に仮想的三次元き裂の修正を指示する。修正は予め
定められた手法に基づいて行われる。この修正された仮
想的三次元き裂に基づいて、再び仮想電位差分布計算部
12は仮想電位差分布を計算し、誤差評価部14はその
誤差を求める。最適化制御部15は、誤差が最小値に収
束するまで仮想的三次元き裂の修正を繰り返させ、最終
結果を三次元き裂の状態値として出力する。
The optimization control unit 15 instructs the virtual three-dimensional crack generation unit 10 to correct the virtual three-dimensional crack according to the magnitude of the error obtained by the error evaluation unit 14. The correction is performed based on a predetermined method. Based on the corrected virtual three-dimensional crack, the virtual potential difference distribution calculation unit 12 calculates the virtual potential difference distribution again, and the error evaluation unit 14 obtains the error. The optimization control unit 15 repeats the correction of the virtual three-dimensional crack until the error converges to the minimum value, and outputs the final result as the state value of the three-dimensional crack.

【0024】[0024]

【実施例】以下に、本発明の実施例の説明をする。図2
は、本発明の1実施例方法による三次元き裂の評価手順
を示す。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. Figure 2
3 shows a procedure for evaluating a three-dimensional crack according to the method of Example 1 of the present invention.

【0025】ここでは、図中(a)に示すような平板中
に存在する半だ円板状の裏面き裂、またはだ円板状の埋
没き裂の形状を評価する問題を扱う。き裂面はy−z平
面に対して垂直で、かつx−y平面と平行あるいはある
角度を成すものとする。
Here, the problem of evaluating the shape of a semi-elliptical disk-shaped back surface crack or an elliptic disk-shaped buried crack existing in a flat plate as shown in FIG. The crack plane shall be perpendicular to the yz plane and parallel or at an angle to the xy plane.

【0026】まず図中(a)に示すように、電流入出力
端子4,4′と電位差測定端子5,5′の相対的位置を
固定したプローブ3を、構造物1の測定面上で検査方向
(z方向)に走査する。このとき、き裂近傍で、プロー
ブ3の中心位置と得られる電位差の関係は、図中(b)
のようになる。グラフが最大値を示すプローブ3の中心
位置αm は、き裂の検査方向の位置とほぼ一致する。こ
れより同位置を持ってき裂の検査方向の概略位置とす
る。測定においては、き裂がない場合にx方向に一様に
なるようにz方向に電流を供給する。次に(c)に示す
ように電位差測定端子5,5′の中央のz方向位置が検
査方向の概略位置に一致するようにしてx方向に沿った
複数箇所でz方向の電位差分布を測定する。ここで得ら
れた電位差分布が最大値をとるx方向の位置をαccとす
る[(d)参照]。さらに(e)に示すように、(c)
と同様にしてx=αccの線上において、z方向の電位差
分布[(f)]を測定する。結局、き裂近傍のx方向お
よびz方向の十字線上の電位差分布を得る。最後に得ら
れた電位差分布と、解析的に求められた三次元き裂に対
する電位差分布ΔΦk を最適化法を用いてデータ解析装
置8内で照合することにより、逆問題を解く。このとき
以下のような関数F
First, as shown in (a) of the figure, the probe 3 in which the relative positions of the current input / output terminals 4, 4'and the potential difference measuring terminals 5, 5'are fixed is inspected on the measurement surface of the structure 1. Scan in the direction (z direction). At this time, the relationship between the center position of the probe 3 and the obtained potential difference near the crack is (b) in the figure.
become that way. The center position α m of the probe 3 at which the graph shows the maximum value substantially coincides with the position of the crack in the inspection direction. From this point, bring the same position to the approximate position in the crack inspection direction. In the measurement, a current is supplied in the z direction so as to be uniform in the x direction when there is no crack. Next, as shown in (c), the z-direction potential difference distribution is measured at a plurality of points along the x-direction so that the central z-direction positions of the potential-difference measuring terminals 5 and 5 ′ coincide with the approximate position in the inspection direction. . The position in the x direction where the potential difference distribution obtained here has the maximum value is α cc [see (d)]. Further, as shown in (e), (c)
Similarly, the potential difference distribution [(f)] in the z direction is measured on the line of x = α cc . After all, the potential difference distribution on the cross line in the x direction and the z direction near the crack is obtained. The finally obtained potential difference distribution is compared with the analytically determined potential difference distribution ΔΦ k for the three-dimensional crack in the data analyzer 8 by using the optimization method to solve the inverse problem. At this time, the following function F

【0027】[0027]

【数1】 [Equation 1]

【0028】を定義し、関数値が最小となるようなき裂
形状を探索する。ここにKは測定点数を、ΔΦmkは測定
より得られる電位差分布を表す。最適化にはPowellの共
役方向法を用いる(たとえば、参考文献「坂和、最適化
と最適制御、(1980)、50、森北出版」参照)。
Is defined and a crack shape that minimizes the function value is searched for. Here, K represents the number of measurement points, and ΔΦ mk represents the potential difference distribution obtained by measurement. Powell's conjugate direction method is used for optimization (see, for example, reference "Sakawa, Optimization and Optimal Control, (1980), 50, Morikita Publishing").

【0029】上述した評価手順の実行に当たっては、デ
ータ解析装置8内の仮想的三次元き裂生成部10におい
て仮定されるさまざまな三次元き裂に対する電位差分布
の計算が必要となる。この計算はなるべく容易に行える
ことが望ましい。任意の三次元き裂を有する測定面上の
電位差分布を理論的に導出する手法としては、有限要素
法、境界要素法、ラインスプリングを組み込んだ有限要
素法、解析解を近似した簡便手法、電位の特異点法があ
る。有限要素法、境界要素法は全く任意な形状のき裂、
部材等を取り扱える反面、用意すべきデータ量が膨大、
計算時間が長いという欠点を有する。またラインスプリ
ング法、簡便手法では計算は容易に行えるが、取り扱え
るき裂のアスペクト比、種類に制限がある。
To carry out the above-described evaluation procedure, it is necessary to calculate the potential difference distribution for various three-dimensional cracks assumed in the virtual three-dimensional crack generation unit 10 in the data analysis device 8. It is desirable that this calculation be performed as easily as possible. The finite element method, the boundary element method, the finite element method incorporating a line spring, the simple method approximating the analytic solution, and the potential are theoretically derived for the potential difference distribution on the measurement surface with an arbitrary three-dimensional crack. There is a singularity method. The finite element method and the boundary element method are completely arbitrary shape cracks,
Although you can handle parts etc., the amount of data to prepare is huge,
It has the disadvantage of long calculation time. Although the line spring method and the simple method can easily perform calculations, there are limitations on the aspect ratio and types of cracks that can be handled.

【0030】これに対し本発明者らは、先に二次元き裂
を対象とする電位の特異点法を提案した。同手法によれ
ば、円管内のき裂に対して、精度のよい解を比較的容易
に求めることができる(参考文献「阿部・ほか2名、非
破壊検査、35−5 (1986)、326.」参照)。
On the other hand, the present inventors have previously proposed a potential singularity method for a two-dimensional crack. According to this method, an accurate solution can be relatively easily obtained for a crack in a circular pipe (reference document "Abe et al., 2 persons, nondestructive inspection, 35-5 (1986), 326"). ."reference).

【0031】本実施例では、電位の特異点法を三次元問
題に拡張した手法により、測定面上の電位差分布を導出
する。以下に、この解析手法について説明する。ここで
は図3に示すような、裏面き裂あるいは埋没き裂を有す
る平板に遠方で一様電流を負荷したときの測定面上の電
位差分布を求める問題を考える。実際の測定において
は、電流は測定面より点入出力するが、入出力端子間隔
を十分に広げることにより、測定を行う入出力端子間の
中央付近では測定値とここで導出する理論値は十分に一
致する。ただし同平板のx方向、z方向の広がりは無限
であるとし、測定面(面ABCD)および裏面(面EF
GH)は電気的に絶縁であるとする。また裏面き裂およ
び埋没き裂の形状はそれぞれ半だ円板状およびだ円板状
とする。図4(a),(b)に示すように裏面き裂の形
状は、検査方向の位置α、き裂面とx−y平面の成す角
度β、長さa,cで、埋没き裂の形状はα,β,a,
c、板厚方向(y方向)の位置dの諸量で定義されるも
のとする。
In this embodiment, the potential difference distribution on the measurement surface is derived by a method in which the potential singularity method is extended to a three-dimensional problem. The analysis method will be described below. Here, let us consider the problem of obtaining the potential difference distribution on the measurement surface when a uniform current is applied to a flat plate having a back surface crack or a buried crack as shown in FIG. 3 at a distance. In the actual measurement, the current is input and output at a point from the measurement surface, but by widening the I / O terminal interval sufficiently, the measured value and the theoretical value derived here are sufficient near the center between the input and output terminals. Matches However, assuming that the spread of the flat plate in the x and z directions is infinite, the measurement surface (surface ABCD) and the back surface (surface EF)
GH) is electrically insulated. The shapes of the back surface crack and the buried crack are semi-ellipsoidal and ellipsoidal, respectively. As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the shape of the back surface crack is the position α in the inspection direction, the angle β between the crack surface and the xy plane, and the lengths a and c. The shapes are α, β, a,
It is defined by various amounts of c and position d in the plate thickness direction (y direction).

【0032】き裂の代わりに有限の開口幅を持つスリッ
トを用いた場合、両者の間ではき裂先端近傍の電位場は
異なる。しかし必要としているのは、き裂先端近傍の電
位場ではなく、測定面上の電位場である。さらにき裂長
さに比べスリット幅を十分に小さくとれば、精度上問題
ないことが数値実験によって確認されている。そこで図
5に示すようにき裂をスリットで置換する。ここにスリ
ットの開口幅を2Tとする。なお、これより後の説明
は、便宜上、裏面き裂を対象とした問題を中心として進
める。埋没き裂の問題についての説明は、両者の問題に
対する説明が異なる場合のみに行う。
When a slit having a finite opening width is used instead of the crack, the electric field near the tip of the crack is different between the two. However, what is needed is not the electric field near the crack tip, but the electric field on the measurement surface. Furthermore, it has been confirmed by numerical experiments that there is no problem in accuracy if the slit width is made sufficiently smaller than the crack length. Therefore, as shown in FIG. 5, the crack is replaced with a slit. Here, the opening width of the slit is 2T. For the sake of convenience, the description that follows will focus on the problem of backside cracks. The explanation of the buried crack problem will be given only if the explanations for both problems are different.

【0033】図6に示すように、半だ円板状スリットを
有する無限平板に一様電流が負荷される問題を、スリッ
トを有さない無限平板に一様電流が負荷される問題1
[同図(a)]と、問題1に仮想スリットを考え、同ス
リット面で問題1と大きさが同じで逆向きの電流が負荷
される問題2[同図(b)]の重ね合わせにより表すこ
とを考える。
As shown in FIG. 6, the problem that a uniform current is applied to an infinite flat plate having a semi-ellipsoidal slit, and the problem 1 that a uniform current is applied to an infinite plate that does not have a slit 1
By superimposing [Figure (a)] and virtual slit in problem 1, problem 2 [diagram (b)] of the same size as problem 1 and the opposite direction current is applied on the slit surface. Think to represent.

【0034】問題1の電位分布Φ1 は原点における値を
零とすれば、次のように表される。 Φ1 =Uz ……(2) ここにUはz方向の一様電流密度である。座標系とし
て、原点0が裏面の中央にあり、x−z平面が裏面に一
致するような直角座標系を考える。
The potential distribution Φ 1 of Problem 1 is expressed as follows, assuming that the value at the origin is zero. Φ 1 = Uz (2) where U is the uniform current density in the z direction. As a coordinate system, consider a rectangular coordinate system in which the origin 0 is at the center of the back surface and the xz plane coincides with the back surface.

【0035】次に問題2について説明する。問題2は図
7に示すようにx−z平面を境界とする半無限体中に電
流の入出力があるスリットが存在する問題2−1[同図
(a)]と、測定面ABCDで問題2−1と大きさが同
じで逆向きの電流が負荷される問題2−2[同図
(b)]の重ね合わせで表すことができる。このとき問
題2のき裂面における電流は、問題2−1のき裂面にお
ける電流および問題2−2において測定面ABCDより
入出力される電流により仮想き裂面上に引き起こされる
電流の重ね合わせで表される。
Next, problem 2 will be described. Problem 2 is problem 2-1 [(a) in the same figure] in which a slit with current input and output exists in a semi-infinite body bounded by the xz plane as shown in FIG. It can be expressed by a superposition of problem 2-2 [(b) in the same figure] which has the same magnitude as 2-1 and is loaded with a reverse current. At this time, the current on the crack surface of Problem 2 is the superposition of the current on the virtual crack surface due to the current on the crack surface of Problem 2-1 and the current input / output from the measurement surface ABCD in Problem 2-2. It is represented by.

【0036】問題2−1について考える。ここでは、ス
リット面での電流の入出力を表すために図8に示すよう
な流線を持つ、y軸とθなる角度を持つ方向を軸とする
三次元の二重吹き出しを導入する。二重吹き出しの強さ
をb、その位置を(x0,0,0 )とする。
Consider problem 2-1. Here, a three-dimensional double blow-out having a streamline as shown in FIG. 8 and having a direction having an angle of θ with the y-axis is introduced in order to represent the input and output of the current on the slit surface. Let b be the strength of the double balloon and (x 0, y 0, z 0 ) be its position.

【0037】x−z平面を境界とする半無限体中に二重
吹き出しが存在するときの電位分布φ2-1 は、鏡像の位
置(x0,−y0,0 )にy軸とπ−θなる角度を持つ方
向を軸とする同じ強さの二重吹き出しを置くことで、次
のように表される。
The potential distribution φ 2-1 when a double balloon exists in a semi-infinite body bounded by the x-z plane has a y-axis at the mirror image position (x 0, -y 0, z 0 ). By placing double balloons of the same strength with the direction having an angle of π−θ as the axis, it is expressed as follows.

【0038】[0038]

【数2】 [Equation 2]

【0039】z方向を軸とする二重吹き出しに、z方向
の一様流れを重ね合わせると、その流れは一様流体中に
置かれた球の回りの流れを表すことはよく知られてい
る。そのとき球の半径は、二重吹き出しの強さと、一様
流れの電流密度の関数となる。そこで、図9のように式
(3)で表される半無限体中の三次元の二重吹き出しを
平面上に分布させることにより、問題2−1の面上で電
流の入出力のある半無限体中に存在するスリットを表す
ことを考える。このとき二重吹き出しの軸の向きは、ス
リット面に垂直な方向とする。
It is well known that, when a uniform flow in the z direction is superposed on a double blowout having an axis in the z direction, the flow represents a flow around a sphere placed in a uniform fluid. . The radius of the sphere is then a function of the double bubble strength and the current density of the uniform flow. Therefore, as shown in FIG. 9, the three-dimensional double balloons in the semi-infinite body represented by the equation (3) are distributed on the plane, so that the half of the current input / output on the surface of the problem 2-1. Consider representing a slit that exists in an infinite body. At this time, the axis of the double blow-out is set to the direction perpendicular to the slit surface.

【0040】これより問題2−1を表す電位分布Φ2-1
を次のように得る。
From this, the potential distribution Φ 2-1 representing the problem 2-1
Is obtained as follows.

【0041】[0041]

【数3】 [Equation 3]

【0042】ここでAは二重吹き出しを分布させる面の
面積を表す。上式中の積分の離散化を考える。まずAを
M個の長方形に分割する。裏面き裂および埋没き裂に対
する分割例を、図10(a),(b)に示す。同図に示
すように、き裂をξ1 方向にM1 分割し、さらにそれぞ
れをξ2 方向にM1 分割する。ただ分割した各長方形の
それぞれの辺は、図中のようなスリット面上にとった局
所座標系(ξ1,ξ2 )のξ1 軸およびξ2 軸と平行とす
る。ここで図中の諸量は次式のように定義される。
Here, A represents the area of the surface on which the double blowouts are distributed. Consider the discretization of the integral in the above equation. First, A is divided into M rectangles. An example of division for a back surface crack and a buried crack is shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b). As shown in the drawing, crack M 1 is divided into xi] 1 direction, and further M 1 divides each xi] 2 directions. However, each side of each divided rectangle is parallel to the ξ 1 and ξ 2 axes of the local coordinate system (ξ 1, ξ 2 ) on the slit plane as shown in the figure. Here, the quantities in the figure are defined as the following equations.

【0043】[0043]

【数4】 [Equation 4]

【0044】ここにHere

【0045】[0045]

【数5】 [Equation 5]

【0046】次に各分割において、二重吹き出しの強さ
bは一定であるとし、m番めの分割の強さをbm で表
す。m番めの長方形の面積をAm とすれば積分は次のよ
うに離散化される。
Next, in each division, the strength b of the double balloon is constant, and the strength of the m-th division is represented by b m . If the area of the mth rectangle is A m , the integral is discretized as follows.

【0047】[0047]

【数6】 [Equation 6]

【0048】ここでWhere

【0049】[0049]

【数7】 [Equation 7]

【0050】ただし、裏面き裂の場合にはHowever, in the case of a backside crack,

【0051】[0051]

【数8】 [Equation 8]

【0052】埋没き裂の場合には、In the case of a buried crack,

【0053】[0053]

【数9】 [Equation 9]

【0054】一方、問題2−2を表す電位Φ2-2 を解析
的に表現するのは困難であると思われる。そこでここで
は以下に述べるような数値解法を導入する。まず図7
(b)に示す平板の横方向の広がりを有限とする。ただ
し、平板の横方向の広がりは板厚に比べて非常に大き
く、AB>>AE,AD>>AEとする。
On the other hand, it seems difficult to express the potential Φ 2-2 representing the problem 2-2 analytically. Therefore, here we introduce a numerical solution as described below. First, Fig. 7
The lateral expansion of the flat plate shown in (b) is finite. However, the lateral spread of the flat plate is much larger than the plate thickness, and AB >> AE and AD >> AE.

【0055】ここで有限要素法と同様に同平板に対して
三次元要素分割を行い、各節点の釣り合いを考えれば、
問題2−2の電位分布Φ2-2 の各節点における値Φ2-2i
に関して次式を得る。
If three-dimensional element division is performed on the same plate as in the finite element method and the balance of each node is considered,
Value Φ 2-2i at each node of potential distribution Φ 2-2 in Problem 2-2
We obtain

【0056】[0056]

【数10】 [Equation 10]

【0057】ここにNは、要素分割における総節点数を
表す。A2-2a(j,i) はラプラスの式より定式化される本
問題の剛性マトリックス、qj は節点電流である。本問
題の境界条件は次のようになる。まず面AEFB,BF
GC,CGHD,DHEAについては、二重吹き出しの
集合で表されるスリットから十分に離れていることによ
り、電気的に絶縁されていると考える。すなわち qj =0 ……(11) 次に面ABCDにおける境界条件は、問題2−1と大き
さが同じで逆向きの電流が負荷されるものとする。すな
わち、同面上の負荷される電流密度qは、
Here, N represents the total number of nodes in element division. A 2-2a (j, i) is the stiffness matrix of the problem formulated by the Laplace equation, and q j is the nodal current. The boundary conditions of this problem are as follows. First, the surface AEFB, BF
GC, CGHD, and DHEA are considered to be electrically insulated because they are sufficiently separated from the slits represented by the set of double blowing. That is, q j = 0 (11) Next, it is assumed that the boundary condition on the surface ABCD has the same magnitude as Problem 2-1 and is applied with an opposite current. That is, the loaded current density q on the same plane is

【0058】[0058]

【数11】 [Equation 11]

【0059】ここにnは面ABCDの外向き単位法線ベ
クトルであり、この場合n=yであることを考慮してい
る。さらに、上式のqを用いて面ABCD上の各節点に
負荷される電流は各要素毎に次式で与えられる。
Here, it is considered that n is an outward unit normal vector of the surface ABCD, and in this case, n = y. Further, the current loaded at each node on the surface ABCD using q in the above equation is given by the following equation for each element.

【0060】[0060]

【数12】 [Equation 12]

【0061】ここに添字eは要素であることを表し、N
r は形状関数を、Se は要素を構成する面の中で、面A
BCDに含まれる面の面積を表す。式(13)は要素内
にとった局所座標系(η1,η2,η3 )を用いて次のよう
に書き直される。ただし、η1,η2,η3 軸はそれぞれ
x,y,z軸と平行であり、η1 =±1は要素分割のz
軸と平行な辺を、η2 =1は面ABCD上を、η3 =±
1は要素分割のx軸と平行な辺を表す。
Here, the subscript e represents an element, and N
r is the shape function and S e is the surface A among the surfaces forming the element.
It represents the area of the surface included in the BCD. Equation (13) is rewritten as follows using the local coordinate system (η 1, η 2, η 3 ) taken in the element. However, the η 1, η 2, and η 3 axes are parallel to the x, y, and z axes, respectively, and η 1 = ± 1 is the z of the element division.
The side parallel to the axis, η 2 = 1 is on the plane ABCD, η 3 = ±
1 represents a side parallel to the x-axis of element division.

【0062】[0062]

【数13】 [Equation 13]

【0063】さらに式(7),(12)を考慮するとFurther considering equations (7) and (12)

【0064】[0064]

【数14】 [Equation 14]

【0065】ここで|J|はヤコピアンである。本実施
例では、上式の計算にあたっては、Gauss-Legendreの四
点公式を適用する。以上から式(15)で表される節点
電流を面ABCDを構成するすべての要素に対して重ね
合わせれば、境界条件として、面ABCD上の各節点の
電流が得られる。
Where | J | is the Jacobian. In this embodiment, the Gauss-Legendre four-point formula is applied to the calculation of the above equation. From the above, by superimposing the nodal currents represented by the equation (15) on all the elements constituting the surface ABCD, the currents at the respective nodes on the surface ABCD can be obtained as boundary conditions.

【0066】最後に問題2−2の性質上、面EFGHは
電気的に絶縁の境界条件となる。すなわち、 qj =0 ……(16) これまで述べてきたように、問題2−2の境界条件は、
すべて節点電流で与えられる。これより式(10)は次
のように変形でき、
Finally, due to the nature of Problem 2-2, the surface EFGH is a boundary condition of electrical insulation. That is, q j = 0 (16) As described above, the boundary condition of Problem 2-2 is
All are given in nodal current. From this, equation (10) can be transformed into

【0067】[0067]

【数15】 [Equation 15]

【0068】さらに式(15)を上式に代入することに
より、各節点におけるΦ2-2iを次のように得る。
By substituting the equation (15) into the above equation, Φ 2-2i at each node is obtained as follows.

【0069】[0069]

【数16】 [Equation 16]

【0070】ここでA2-2b(j,m)は、式(15)中の
{ }内の部分を要素分割全体にわたって重ね合わせる
ことにより得られる、N行×M列の行列である。これよ
り任意の点の問題2−2における電位分布Φ2-2 は、形
状関数Nr を用いて次のように表すことができる。ここ
では20節点アイソパラメトリック二次要素を用いる。
Here, A 2-2b (j, m) is an N-row × M-column matrix obtained by overlapping the part in {} in the equation (15) over the entire element division. Potential distribution [Phi 2-2 in which from an arbitrary point issues 2-2, can be used to shape functions N r expressed as follows. Here, a 20-node isoparametric quadratic element is used.

【0071】[0071]

【数17】 [Equation 17]

【0072】ただし、iは任意の点が含まれる要素のr
番めの節点番号を表す。以上より、問題1,2−1,2
−2の電位分布を表す式(2),(7),(19)を重
ね合わせることで、本実施例で対象としている、裏面き
裂あるいは埋没き裂を有する平板に遠方で一様電流を負
荷したときの任意の点の電位分布Φを次のように得る。
However, i is r of an element including an arbitrary point
Indicates the second node number. From the above, problems 1, 2-1, 2
By superimposing the equations (2), (7), and (19) representing the potential distribution of −2, a uniform current is applied to a flat plate having a back surface crack or a buried crack, which is a target in this embodiment, at a distance. The potential distribution Φ at an arbitrary point when loaded is obtained as follows.

【0073】[0073]

【数18】 [Equation 18]

【0074】式(20)を用いて電位差分布を計算する
にあたっては、あらかじめパラメータとして、 スリット面の分割 スリット幅とき裂長さとの比 要素分割 を与える。
In calculating the potential difference distribution using the equation (20), the division of the slit surface and the ratio element division of the slit width and the crack length are given as parameters in advance.

【0075】未知関数bm が求まれば上式を用いて、電
位差分布を計算することができる。図11に示すような
スリットを考える。二重吹き出しは図中の点PからQに
かけて分布させる。
Once the unknown function b m is obtained, the potential difference distribution can be calculated using the above equation. Consider a slit as shown in FIG. The double balloons are distributed from points P to Q in the figure.

【0076】未知関数bm を決定するための境界条件は
次のようにする。すなわちスリット面上は電気的に絶縁
であるとする。スリット面上の法線ベクトルをns とす
れば、この条件は次のように書き表される。
The boundary conditions for determining the unknown function b m are as follows. That is, the slit surface is electrically insulated. This condition is expressed as follows, where n s is the normal vector on the slit surface.

【0077】[0077]

【数19】 [Formula 19]

【0078】ここで上式に式(20)を代入し結局、境
界条件式として、次式を得る。
By substituting the equation (20) into the above equation, the following equation is finally obtained as a boundary condition equation.

【0079】[0079]

【数20】 [Equation 20]

【0080】本来上述の境界条件はスリット全面にわた
って成立しなければならない。しかし本解法において
は、同条件を以下のようにする。すなわち境界条件は図
11に示すスリット片面上の点VからWまでの範囲中の
規則的に選んだM個の点(図10中の・印で示した点)
上で成立するものとする。これより式(22)に示した
境界条件式は最終的にbm に関するM元の連立方程式に
帰着する。なお裏面き裂に関しては、同点の座標(xm,
m,m )は次のようにとる[図10(a)参照]。
Originally, the above-mentioned boundary condition must be satisfied over the entire surface of the slit. However, in this solution, the same conditions are set as follows. That is, the boundary conditions are M points that are regularly selected in the range from points V to W on one side of the slit shown in FIG. 11 (points indicated by a mark in FIG. 10).
The above shall hold. From this, the boundary condition expression shown in the expression (22) is finally reduced to an M-element simultaneous equation with respect to b m . Regarding the backside crack, the coordinates of the same point (x m,
y m, z m ) is taken as follows [see FIG. 10 (a)].

【0081】[0081]

【数21】 [Equation 21]

【0082】同様に埋没き裂に関しては、図10(b)
に示すように、
Similarly, as for the buried crack, FIG.
As shown in

【0083】[0083]

【数22】 [Equation 22]

【0084】ただし、However,

【0085】[0085]

【数23】 [Equation 23]

【0086】図12は、本発明者らが実験において使用
した要素分割例を示す。図示のようにx,z方向を10
分割、y方向を3分割している。また電位差分布を求め
る上で必要なパラメータは、M1 =4,T/a= 1.0*
10-3とした。上述の要素分割、パラメータの使用にあ
たっては、あらかじめ十分に収束した結果が得られるこ
とを確認している。また使用したプローブの電流入出力
端子間隔は4t(40mm)、電位差測定端子間隔は1
t(10mm)であり、供給した電流量は5Aであっ
た。
FIG. 12 shows an example of element division used by the inventors in experiments. As shown, the x and z directions are 10
Division, the y direction is divided into three. The parameters required to obtain the potential difference distribution are M 1 = 4, T / a = 1.0 *
It was set to 10 -3 . It has been confirmed in advance that a sufficiently converged result can be obtained when the above-described element division and the use of parameters are performed. The probe used had a current input / output terminal spacing of 4 t (40 mm) and a potential difference measurement terminal spacing of 1
t (10 mm), and the supplied current amount was 5 A.

【0087】プローブは、短時間に多数の点での測定動
作が行えるよう、極めて簡単に移動できる構造になって
いる。さらにばねを用いて測定端子を固定することによ
り、各測定位置での測定状況をできるだけ均一にするよ
うになっている。
The probe has a structure that can be moved extremely easily so that the measurement operation can be performed at a large number of points in a short time. Further, by fixing the measuring terminal by using a spring, the measuring situation at each measuring position is made as uniform as possible.

【0088】図13に試験片および評価の対象とするき
裂形状を示す。試験片はステンレス鋼(SUS304)
製で100×10×250mmを有している。いずれの
試験片もその中央部に裏面き裂を有している。同図に示
すように3種類のき裂を対象としている。はアスペク
ト比が1に近いき裂、はアスペクト比が零に近いき裂
である。およびのき裂は測定面に対して垂直なき
裂、は測定面に対して傾いたき裂である。ここでき裂
は放電加工により作成したスリット(幅 0.5mm)によ
り模擬している。
FIG. 13 shows the test piece and the crack shape to be evaluated. The test piece is stainless steel (SUS304)
It has a size of 100 × 10 × 250 mm. All the test pieces have a backside crack in the center thereof. As shown in the figure, three types of cracks are targeted. Indicates a crack whose aspect ratio is close to 1, and is a crack whose aspect ratio is close to zero. The cracks of and are cracks perpendicular to the measurement surface, and the cracks are inclined to the measurement surface. The cracks here are simulated by a slit (width 0.5 mm) created by electrical discharge machining.

【0089】図14に、得られたき裂形状の評価結果を
示す。図中の実線は評価の対象としたき裂形状を、破線
は評価したき裂形状を示す。いずれのき裂、すなわちア
スペクト比が零に近い細長いき裂から、1に近いような
丸いき裂に対して傾きまで含めてそれらの形状をよく評
価している。
FIG. 14 shows the evaluation result of the obtained crack shape. The solid line in the figure shows the crack shape that was the object of evaluation, and the broken line shows the evaluated crack shape. The shapes of all cracks, that is, elongated cracks with an aspect ratio close to zero to round cracks with an aspect ratio close to 1, are evaluated well.

【0090】以上述べた実施例は、き裂を有する部材が
電気的に均質な場合を取り扱っている。しかし多くのき
裂は、配管や圧力容器等の溶接部に発生する。溶接部の
電気抵抗率は母材のそれと比べて異なっていることが考
えられ、部材全体としては電気的に均質であるとは言え
ない。また肉盛りによる形状の不均質もある。これらの
影響を考慮しなくては、き裂形状の精度よい評価は困難
である。
The above-described embodiments deal with the case where the member having a crack is electrically homogeneous. However, many cracks occur in welds such as pipes and pressure vessels. It is considered that the electric resistivity of the welded portion is different from that of the base metal, and it cannot be said that the entire member is electrically homogeneous. There is also a non-uniform shape due to the buildup. Without considering these effects, it is difficult to evaluate the crack shape accurately.

【0091】次に、溶接部の影響を補正する実施例を説
明する。図15は、肉盛りを有する一般的な溶接部の断
面を例示したものである。図16は、このような溶接部
をもつ構造物中のき裂を対象とする実施例の評価手順を
示す。ここでは、図示のような平板中に存在する裏面き
裂または埋没き裂の形状を評価する問題を扱う。裏面き
裂および埋没き裂はそれぞれ半だ円板状および円板状と
し、y−z平面に垂直でかつx−y平面と平行またはあ
る傾き角を有するものとする。図4(a),(b)に示
すように裏面き裂の形状は、検査方向(z方向)の位置
α、き裂面とx−y平面の成す角度β、長さa,cで、
埋没き裂の形状はα,β,a,c、板厚方向(y方向)
の位置dの諸量で定義されるものとする。
Next, an embodiment for correcting the influence of the welded portion will be described. FIG. 15 exemplifies a cross section of a general weld having a buildup. FIG. 16 shows an evaluation procedure of an example for a crack in a structure having such a welded portion. Here, the problem of evaluating the shape of a back surface crack or a buried crack existing in a flat plate as illustrated is dealt with. The back surface crack and the buried crack have a semi-elliptic disk shape and a disk shape, respectively, and are perpendicular to the yz plane and parallel to the xy plane or have a certain inclination angle. As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the shape of the back surface crack is a position α in the inspection direction (z direction), an angle β between the crack surface and the xy plane, and lengths a and c.
The shape of the buried crack is α, β, a, c, and the plate thickness direction (y direction)
Shall be defined by the quantities at the position d.

【0092】本手順の実施にあたっては、溶接線はx方
向と平行とする。測定にあたっては溶接部近傍におい
て、き裂がない場合に、溶接線と平行な方向(x方向)
に一様となるように、z方向に電流を供給する。本実施
例では、溶接部近傍を対象としているため、検査方向
(z方向)のき裂の概略位置の見積もりは行わない。き
裂の検査方向概略位置は溶接部の中央(z=0)とす
る。図16(a)に示すように電位差測定端子の中央の
z方向位置が溶接線の中央に一致するようにして、溶接
線と平行な方向(x方向)に沿った複数箇所で溶接線に
垂直な方向(z方向)の電位差分布を測定する。ここで
得られた電位差分布が最大値をとる溶接線と平行な方向
(x方向)の位置をαccとする。[同図(b)参照]。
なお縦軸ΔΦは得られた電位差分布を、均質な部材より
得られる電位差で無次元化した値を表す。さらに同図
(c)に示すように同様にしてx=αccの線上におい
て、溶接線に垂直な方向(z方向)の電位差分布[同図
(d)]を測定する。測定された電位差分布に補正式を
適用して溶接部の影響を取り除く[同図(e)]。結
局、き裂近傍の溶接線と平行な方向(x方向)および溶
接線に垂直な方向(z方向)の十字線上の補正された電
位差分布を得る。最後に補正された電位差分布ΔΦ
mkと、解析的に求められた三次元き裂に対する電位差分
布ΔΦk を最適化法を用いてデータ解析装置内で照合す
ることにより、逆問題を解く。このとき式(1)のよう
な関数Fを定義し、関数値が最小となるようなき裂形状
を探索する。Kは測定点数を表す。最適化にはPowellの
共役方向法を用いる。
In carrying out this procedure, the weld line is parallel to the x direction. When measuring, the direction parallel to the weld line (x direction) when there is no crack near the weld
The current is supplied in the z direction so that the current becomes uniform. In this embodiment, since the vicinity of the welded portion is targeted, the rough position of the crack in the inspection direction (z direction) is not estimated. The approximate position of the crack in the inspection direction is the center of the weld (z = 0). As shown in FIG. 16 (a), the z-direction position of the center of the potential difference measuring terminal is made to coincide with the center of the welding line, and is perpendicular to the welding line at a plurality of points along the direction (x direction) parallel to the welding line. The potential difference distribution in different directions (z direction) is measured. The position in the direction (x direction) parallel to the welding line where the potential difference distribution obtained here has the maximum value is α cc . [Refer to the same figure (b)].
The vertical axis ΔΦ represents a value obtained by making the obtained potential difference distribution dimensionless by the potential difference obtained from a homogeneous member. Further, as shown in FIG. 7C, similarly, on the line of x = α cc , the potential difference distribution in the direction (z direction) perpendicular to the welding line [FIG. A correction formula is applied to the measured potential difference distribution to remove the influence of the welded portion [FIG. Eventually, the corrected potential difference distributions on the cross line in the direction parallel to the weld line (x direction) near the crack and in the direction perpendicular to the weld line (z direction) are obtained. Finally corrected potential difference distribution ΔΦ
The inverse problem is solved by matching mk and the potential difference distribution ΔΦ k for the three-dimensional crack obtained analytically in the data analysis device by using the optimization method. At this time, a function F as shown in equation (1) is defined, and a crack shape that minimizes the function value is searched for. K represents the number of measurement points. Powell's conjugate direction method is used for optimization.

【0093】補正式は次式を用いる。The following equation is used as the correction equation.

【0094】[0094]

【数24】 [Equation 24]

【0095】ここでwは試験片の基準位置から電位差測
定端子の中心位置までの距離であり、xまたはzをと
る。F(w) は、溶接部を有さない均質な部材より、W
(w) は溶接部のみを有する部材より得られる電位差分布
を示す。なお式(25)の使用に当たってはあらかじめ
x方向、z方向のF(w) ,W(w) を求めておく必要があ
る。
Here, w is the distance from the reference position of the test piece to the center position of the potential difference measuring terminal, and is x or z. F (w) is W
(w) shows the potential difference distribution obtained from the member having only the welded portion. In using equation (25), it is necessary to obtain F (w) and W (w) in the x and z directions in advance.

【0096】肉盛りを削除した溶接部の裏面き裂に対す
る補正式の検証結果を図17に示す。図中の実線は実際
のき裂形状を、破線は溶接部の影響を考慮せずに従来の
電気的に均質な部材に対する理論解を用いた手法より評
価したき裂形状を、一点鎖線は補正式を用いた評価結果
を示す。実線および破線を比較した場合、評価結果には
溶接部の影響が現れていることがわかる。両者のき裂先
端の位置はほぼ同じであるが、傾き、長さを精度良く評
価できているとは言えない。このため溶接部の影響を補
正する必要がある。さらに実線と一点鎖線を比較するこ
とで、肉盛りを削除した裏面き裂に対する補正式の有効
性がわかる。なお一点鎖線は実線にほぼ重なっている。
FIG. 17 shows the result of verification of the correction formula for the backside crack of the welded portion with the buildup removed. The solid line in the figure is the actual crack shape, the broken line is the crack shape evaluated by the method using the theoretical solution for the conventional electrically homogeneous member without considering the influence of the welded part, and the dashed-dotted line is the correction. The evaluation results using the formula are shown. When the solid line and the broken line are compared, it can be seen that the influence of the welded portion appears in the evaluation result. The positions of both crack tips are almost the same, but it cannot be said that the inclination and length can be evaluated accurately. Therefore, it is necessary to correct the influence of the welded portion. Furthermore, by comparing the solid line and the alternate long and short dash line, the effectiveness of the correction formula for the backside crack without the buildup can be seen. The alternate long and short dash line almost overlaps the solid line.

【0097】ところで溶接部には、電気的不均質と形状
不均質を伴う。前者は、溶接部の電気抵抗率と母材の電
気抵抗率の違いにより生じ、後者は肉盛りにより生じ
る。き裂の精度良い評価にはこれら両者の不均質の影響
の考慮が不可欠である。また溶接部に発生するき裂に
は、裏面き裂に加えて埋没き裂もある。これらの点から
前述の肉盛りを削除した裏面き裂に対する検証のみでは
十分とはいえない。ここではさらに肉盛りを有する溶接
部に存在する二次元埋没き裂を取り上げ、数値シミュレ
ーションにより補正式の検証を行った。
By the way, the welded portion is accompanied by electrical non-uniformity and non-uniform shape. The former is caused by the difference between the electrical resistivity of the weld and the electrical resistivity of the base metal, and the latter is caused by the buildup. In order to evaluate cracks with high accuracy, it is essential to consider the effects of these two inhomogeneities. In addition to backside cracks, cracks occurring in welds include buried cracks. From these points, it is not enough to verify the backside crack without the above-mentioned buildup. Here, the two-dimensional buried crack existing in the welded part with the build-up was taken up and the correction formula was verified by numerical simulation.

【0098】数値シミュレーションでは本来実験より得
られる測定面上の電位差分布の代わりに、数値計算より
求めた電位差分布を用いる。数値計算方法として、二次
元有限要素法を用いる。使用した要素は8節点アイソパ
ラメトリック二次要素である。いずれの場合において
も、計算より得られた電位差分布を4けたの数値に丸め
たものを用いる。
In the numerical simulation, the potential difference distribution obtained by the numerical calculation is used instead of the potential difference distribution on the measurement surface originally obtained by the experiment. A two-dimensional finite element method is used as a numerical calculation method. The element used is an 8-node isoparametric quadratic element. In any case, the potential difference distribution obtained by calculation is rounded to a 4-digit number.

【0099】き裂材は図18に示すようにアスペクト比
L/t=12である。ただしLは試験片の長さとする。
なおこの程度のアスペクト比であればき裂材端面の影響
は無視できる。中央部に図中に示すような溶接部を有す
る。溶接部中央での肉盛りの高さは 0.1tである。有限
要素解析にあたっては、き裂材の右半分のみを対象と
し、母材の電気抵抗率ρを 1.0、溶接部の抵抗率を 1.1
とした。板厚方向の位置が違う2種類の埋没き裂,
を対象とした。それぞれのき裂形状を図中に示す。測定
条件として、電流入出力端子間隔W1 =10t、電位差
測定端子間隔Wp= 0.4tとする。
The crack material has an aspect ratio L / t = 12 as shown in FIG. However, L is the length of the test piece.
If the aspect ratio is about this level, the effect of the end surface of the cracked material can be ignored. The central portion has a welded portion as shown in the figure. The height of the buildup at the center of the weld is 0.1t. In the finite element analysis, only the right half of the cracked material was targeted and the electrical resistivity ρ of the base metal was 1.0 and the resistivity of the weld was 1.1.
And Two types of buried cracks with different positions in the thickness direction,
Was targeted. Each crack shape is shown in the figure. As the measurement conditions, the current input / output terminal interval W 1 = 10t and the potential difference measurement terminal interval W p = 0.4t.

【0100】補正結果および評価結果を図19および図
20に示す。実線は溶接部の影響がない場合(溶接部を
母材で置き換えた)の電位差分布および評価の対象とし
たき裂形状を、また破線は補正前の、一点鎖線は補正式
より算出される電位差分布およびそれらから得られる評
価結果を表す。同図より実線は一点鎖線と比較的よく一
致しており、補正方法の妥当性がわかる。なお図19の
実線は電位の特異点法を用いた理論解析より得られた電
位差分布である。補正にあたって、F(w) およびW(w)
はそれぞれ有限要素解析で算出した。き裂形状の評価に
おいては補正後のそれは評価の対象とした形状とよく一
致している。
The correction results and evaluation results are shown in FIGS. 19 and 20. The solid line shows the potential difference distribution when there is no influence of the welded part (the welded part was replaced by the base metal) and the crack shape to be evaluated, the broken line is before correction, and the dashed-dotted line is the potential difference calculated by the correction formula. The distributions and the evaluation results obtained from them are shown. From the figure, the solid line is relatively in good agreement with the alternate long and short dash line, which shows the validity of the correction method. The solid line in FIG. 19 represents the potential difference distribution obtained by theoretical analysis using the singularity method of potential. For correction, F (w) and W (w)
Were calculated by finite element analysis. In the evaluation of crack shape, the corrected shape is in good agreement with the shape evaluated.

【0101】次に、溶接部に存在する三次元き裂の評価
方法の有効性を検証するために行った実験例を説明す
る。この実験例は、裏面き裂を対象としたものである。
実験では定電流源より5Aの電流をプローブの電流入出
力端子に供給し、き裂の長手方向に一様電流となるよう
に試験片の端面の複数点で入出力する。試験片と定電流
源の中間に参照用抵抗を設置して、同抵抗両端の電圧を
ディジタルボルトメータにより測定することで、供給し
ている電流量をモニタする。
Next, an example of an experiment conducted for verifying the effectiveness of the method for evaluating a three-dimensional crack existing in a weld will be described. This experimental example is for a backside crack.
In the experiment, a current of 5 A is supplied from a constant current source to the current input / output terminal of the probe, and input / output is performed at a plurality of points on the end surface of the test piece so that a uniform current is provided in the longitudinal direction of the crack. Install a reference resistor between the test piece and the constant current source, and measure the voltage across the resistor with a digital voltmeter to monitor the amount of current being supplied.

【0102】電位差の測定は、マイクロボルトメータの
出力をディジタルボルトメータに入力し、ディジタルボ
ルトメータの表示を読取ることで行う。電位差測定端子
間隔は10mmである。
The potential difference is measured by inputting the output of the microvoltmeter to the digital voltmeter and reading the display of the digital voltmeter. The potential difference measurement terminal interval is 10 mm.

【0103】図21は、試験片および評価の対象とする
き裂形状を示す。試験片の溶接においては、TIG溶接
を用いている。試験片はステンレス鋼(SUS304)
製で100×14×250mmを有している。試験片は
その中央部に裏面き裂を有している。同図に示すように
3種類の裏面き裂〜を対象としている。および
のき裂は測定面に対して垂直なき裂、または測定面に
対して傾いたき裂である。ここでき裂は放電加工により
作成したスリット(幅0.5mm)により模擬してい
る。
FIG. 21 shows a test piece and a crack shape to be evaluated. TIG welding is used for welding the test pieces. The test piece is stainless steel (SUS304)
It is made of 100 × 14 × 250 mm. The test piece has a backside crack in the center thereof. As shown in the figure, three types of back surface cracks are targeted. The cracks of and are cracks perpendicular to the measurement surface or cracks inclined to the measurement surface. The cracks here are simulated by slits (width 0.5 mm) created by electric discharge machining.

【0104】実験結果を図22に示す。図中の実線は実
際のき裂形状を、一点鎖線は評価されたき裂形状を示
す。いずれのき裂に対しても傾きまで含めてそれらの形
状をよく評価している。これより本実施例で提案した溶
接部に存在するき裂の高精度評価手法が有効であること
がわかる。
The experimental results are shown in FIG. The solid line in the figure shows the actual crack shape, and the alternate long and short dash line shows the evaluated crack shape. For all cracks, their shape including inclination is well evaluated. From this, it can be seen that the highly accurate evaluation method of cracks existing in the welded portion, which is proposed in this example, is effective.

【0105】[0105]

【発明の効果】本発明により、従来困難であった構造物
中の埋没き裂や裏面き裂の任意のアスペクト比と傾きを
もつ三次元形状の評価を非破壊で高精度に行うことが可
能となり、構造物の信頼性を著しく向上させることがで
きる。
According to the present invention, it is possible to perform nondestructive and highly accurate evaluation of a three-dimensional shape having an arbitrary aspect ratio and inclination of a buried crack or a backside crack in a structure, which has been difficult in the past. Therefore, the reliability of the structure can be significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の原理説明図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention.

【図2】本発明の1実施例によるき裂の評価手順の説明
図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a crack evaluation procedure according to an embodiment of the present invention.

【図3】一様電流を入出力されるき裂を有する無限平板
の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an infinite plate having a crack in which a uniform current is input / output.

【図4】三次元き裂の形状の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a shape of a three-dimensional crack.

【図5】き裂およびスリットの説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a crack and a slit.

【図6】一様電流を入出力されるスリットを有する無限
平板の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of an infinite flat plate having a slit for inputting and outputting a uniform current.

【図7】電流の入出力があるスリットを有する無限平板
の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of an infinite flat plate having a slit for inputting and outputting a current.

【図8】三次元二重吹き出しの説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a three-dimensional double balloon.

【図9】三次元二重吹き出しの連続分布によるスリット
の表現の説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of an expression of slits by a continuous distribution of three-dimensional double balloons.

【図10】二重吹き出しを分布させる面の分割の説明図
である。
FIG. 10 is an explanatory diagram of division of a surface on which double balloons are distributed.

【図11】スリット面上の境界条件の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of boundary conditions on a slit surface.

【図12】実験における要素分割例の説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram of an example of element division in an experiment.

【図13】実験に用いた試験片およびき裂形状の説明図
である。
FIG. 13 is an explanatory diagram of a test piece and a crack shape used in the experiment.

【図14】き裂形状の評価結果の説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram of an evaluation result of a crack shape.

【図15】溶接部の断面の説明図である。FIG. 15 is an explanatory view of a cross section of a welded portion.

【図16】溶接部の補正を行う実施例のき裂の評価手順
を示す説明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a crack evaluation procedure of an embodiment for correcting a welded portion.

【図17】肉盛りを削除した裏面き裂における補正式の
検証結果の説明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram of a verification result of a correction formula for a back surface crack with a padding removed.

【図18】数値シミュレーションによる補正式の検証の
ためのき裂材の説明図である。
FIG. 18 is an explanatory diagram of a crack material for verification of a correction formula by numerical simulation.

【図19】溶接部をもつ対象の数値シミュレーションに
よる補正結果の説明図である。
FIG. 19 is an explanatory diagram of a correction result by a numerical simulation of an object having a welded portion.

【図20】溶接部をもつ対象の数値シミュレーションに
よる評価結果の説明図である。
FIG. 20 is an explanatory diagram of an evaluation result of a numerical simulation of an object having a welded portion.

【図21】溶接部をもつ対象の実験に用いた試験片およ
びき裂形状の説明図である。
FIG. 21 is an explanatory diagram of a test piece and a crack shape used in an experiment of an object having a welded portion.

【図22】溶接部をもつ対象の実験による評価結果の説
明図である。
FIG. 22 is an explanatory diagram of an evaluation result by an experiment of an object having a welded portion.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 評価対象の構造物 2 三次元き裂 3 プローブ 4,4′ 電流入出力端子 5,5′ 電位差測定端子 6 定電流源 7 ディジタル電圧計 8 データ解析装置 9 実電位差分布データ記憶部 10 仮想的三次元き裂生成部 11 仮想き裂データ記憶部 12 仮想電位差分布計算部 13 仮想電位差分布データ記憶部 14 誤差評価部 15 最適化制御部 1 Structure to be evaluated 2 Three-dimensional crack 3 Probe 4, 4'Current input / output terminal 5, 5 'Potential difference measuring terminal 6 Constant current source 7 Digital voltmeter 8 Data analysis device 9 Real potential difference data storage unit 10 Virtual Three-dimensional crack generation unit 11 Virtual crack data storage unit 12 Virtual potential difference distribution calculation unit 13 Virtual potential difference distribution data storage unit 14 Error evaluation unit 15 Optimization control unit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 定電流源に接続された電流入出力端子
と、前記電流入出力端子の間に設けられた電位差測定端
子と、前記電流入出力端子および前記電位差測定端子を
用いて検査対象の構造物の外表面上の二次元的に分布す
る複数の位置で計測された電位差データを解析するデー
タ解析装置とを用い、電位差法により構造物内の実際の
三次元き裂の状態を定量化する非破壊検査方法におい
て、 前記データ解析装置に、構造物内で表面につき出してお
らず埋没したあるいは表面に露出した任意のアスペクト
比と傾きをもつ仮想的な三次元き裂の状態を設定し、 上記設定した仮想的な三次元き裂の状態に対応する構造
物表面上の仮想的な電位差分布を求め、 上記求められた構造物表面上の仮想的な電位差分布と、
前記電流入出力端子および前記電位差測定端子を用いて
計測した構造物表面上の電位差データに基づく実際の電
位差分布とを比較し、仮想的な電位差分布の誤差を求
め、 上記求めた仮想的な電位差分布の誤差に基づき、上記設
定した仮想的な三次元き裂の状態を修正し、 上記各処理を前記誤差が最小となる方向で順次的繰り返
し的に実行することにより仮想的三次元き裂の状態を最
適化して、構造物内の実際の三次元き裂の状態を定量的
に評価することを特徴とする直流電位差法による三次元
き裂の非破壊検査方法。
1. A current input / output terminal connected to a constant current source, a potential difference measuring terminal provided between the current input / output terminals, and an inspection target using the current input / output terminal and the potential difference measuring terminal. Quantify the actual state of three-dimensional cracks in a structure by the potential difference method using a data analysis device that analyzes the potential difference data measured at multiple positions on the outer surface of the structure that are two-dimensionally distributed. In the non-destructive inspection method, a virtual three-dimensional crack state having an arbitrary aspect ratio and inclination which is not exposed on the surface in the structure and is buried or exposed on the surface is set in the data analysis device. , The virtual potential difference distribution on the structure surface corresponding to the state of the virtual three-dimensional crack set above, the virtual potential difference distribution on the structure surface obtained above,
By comparing with the actual potential difference distribution based on the potential difference data on the surface of the structure measured using the current input / output terminal and the potential difference measuring terminal, the error of the virtual potential difference distribution is obtained, and the virtual potential difference obtained above is calculated. Based on the error in the distribution, the state of the virtual three-dimensional crack set as described above is corrected, and the above-described respective processes are sequentially and repeatedly executed in the direction in which the error is minimized to thereby create a virtual three-dimensional crack. A non-destructive inspection method for a three-dimensional crack by the direct current potential difference method, characterized by optimizing the state and quantitatively evaluating the state of the actual three-dimensional crack in the structure.
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