KR20160086898A - 잔류 응력 측정 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

원주 형상의 축부와 이 축부의 외주면보다 직경 방향의 외향으로 돌출되는 판 형상부를 갖는 대상체에 있어서 그 축부와 판 형상부를 접속하는 필릿면의 근방의 잔류 응력의 분포를 정밀도 양호하게 측정할 수 있는 방법을 제공한다. 이러한 방법은, 측정 사이클을 반복하는 것을 포함하며, 해당 측정 사이클은, 상기 대상체를 절삭하여 새로운 절삭면을 형성하는 공정과, 상기 절삭면 상의 복수 개소의 잔류 응력을 측정하는 공정을 포함한다. 상기 절삭면은, 상기 축부의 중심축과 동심의 원추면 또는 원통면이며, 상기 원추면 또는 원통면의 연장면이, 반복되는 상기 측정 사이클로 불변의 기준 위치를 지나간다. 상기 기준 위치는 상기 대상체의 중앙 종단면에서 최대의 직경을 갖는 상기 필릿면의 원호의 중심 위치인 것이 바람직하다.

Description

잔류 응력 측정 방법{RESIDUAL STRESS MEASURING METHOD}
본 발명은 잔류 응력 측정 방법에 관한 것이다.
구조물 내부의 잔류 응력을 정확하게 측정하는 것이 요구된다. 왜냐하면, 해당 잔류 응력은 해당 구조물의 강도나 수명에 영향을 미치기 때문이다. 잔류 응력의 발생원이 되고 있는 열 변형, 소성 변형 등의 변형은 고유 변형이라 불리며, 이러한 고유 변형으로부터 잔류 응력을 산출하는 고유 변형법이 제창되고 있다. 고유 변형법은, 잔류 응력이 해방되는 것에 의해 생기는 해방 변형(탄성 변형)을 측정하는 것과, 유한요소법을 이용한 역해석에 의해, 계측한 해방 변형으로부터 고유 변형의 분포를 도출하는 것과, 또한 유한요소법을 이용한 순해석에 의해 잔류 응력의 분포를 산출하는 것을 포함한다.
예를 들면, 축 형상 부재의 잔류 응력을 상기 고유 변형법에 근거하여 측정하는 방법으로서, 구조물을 축 방향으로 절단한 측정편(T편)과, 이 T편의 절단 방향과 직교하는 방향으로 절단한 측정편(L편)을 이용한 T-L법이 알려져 있다. 구체적으로는, 상기 T편과 상기 L편의 각각에 대하여 해방 변형을 측정하는 것과, 원통 좌표상의 모델에 있어서 유한요소법을 이용하여 상기 해방 변형으로부터 고유 변형을 도출하는 것과, 또한 잔류 응력을 산출하는 것을 포함하는 방법이 제창되어 있다(일본 특허 공개 제 2005-181172 호 공보, "고유 변형법에 의한 용접 잔류 응력의 측정" 등 참조).
고유 변형법은, 그 원리상, 반드시 측정하고자 하는 부위의 해방 변형을 직접 측정하는 것을 필요로 하지 않는다. 그러나, 해방 변형의 측정은 오차를 수반하기 때문에, 초기 상태에서 잔류 응력이 보다 높은 위치에서의 해방 변형을 측정하는 것이 잔류 응력의 예측 정밀도를 높이는 것을 가능하게 한다. 따라서, 잔류 응력의 구배가 급준한 부분에는 보다 많은 측정점을 설정하는 것이 바람직하다. 그러나, 대상체를 절단하는 간격을 좁히려면 물리적인 한계가 있어서, 종래의 TL법을 적용하면 잔류 응력의 구배가 급준한 부분이 하나의 절단편에 포함되어 버리는 경우가 있다. 이 때문에, 구조물의 형상에 따라서는 잔류 응력의 산출 정밀도가 불충분하게 되는 경우가 있다.
특히, 원주 형상의 축부와, 이 축부의 외주면보다 직경 방향의 외향으로 돌출되는 판 형상부(플랜지)를 구비하고, 축부와 판 형상부를 접속하는 부분에 응력 집중을 완화시키기 위한 필릿면이 마련된 구조물의 잔류 응력을 측정하는 경우에, 상기 문제점이 현저하게 될 우려가 있다. 구체적으로, 이러한 구조물에서는, 상기 필릿면이 최약(最弱) 부위가 될 가능성이 높고, 최약 부위인 필릿면을 고강도화하기 위해서 표면 처리 기술이 적용되는 경우가 있다. 이와 같이 표면 처리 기술이 적용된 필릿면의 근방에는 집중적으로 잔류 응력이 분포된다. 그렇지만, 종래의 T-L법에 의한 원통 좌표 모델을 이용한 해석에서는, 필릿면 전체가 1개의 L편에 포함되어 버리는 것에 의해, 필릿면 근방의 국소적인 잔류 응력 분포를 충분한 정밀도로 해석할 수 없다는 문제점이 생길 수 있다.
일본 특허 공개 제 2005-181172 호 공보
나카쵸 게이지 외 5명 "고유 변형법에 의한 용접 잔류 응력의 측정", 용접 학회 논문집, 평성 21년 3월, 제 27권, 제 1 호, P. 104-113
본 발명은 원주 형상의 축부와 이 축부로부터 직경 방향으로 돌출되는 판 형상부를 가져서 해당 축부와 해당 판 형상부를 접속하는 부분에 필릿면이 마련되는 대상체의 해당 필릿면 근방에 있어서의 잔류 응력의 분포를 정밀도 양호하게 측정할 수 있는 잔류 응력 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 방법은, 원주 형상의 축부와 이 축부의 외주면보다 전체 둘레에 걸쳐서 직경 방향의 외향으로 돌출하는 판 형상부를 가져서 상기 축부와 상기 판 형상부를 접속하는 부분에 필릿면이 마련된 대상체의 잔류 응력을 측정하는 방법으로서, 측정 사이클을 반복하여 실행하는 것을 포함하며, 이러한 측정 사이클은, 상기 대상체를 절삭하여 상기 축부의 중심축과 동심의 원추면 또는 원통면인 새로운 절삭면을 형성하는 공정에 있어서, 상기 원추면 또는 원통면의 연장면이, 반복되는 상기 측정 사이클로 불변의 기준 위치를 지나가는 것과, 상기 절삭면 상의 복수 개소의 잔류 응력을 측정하는 공정을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태의 잔류 응력 측정 방법의 흐름을 나타내는 흐름도,
도 2는 도 1의 잔류 응력 측정 방법에 의해 잔류 응력이 측정되는 축 형상 부재를 도시하는 단면도,
도 3은 상기 축 형상 부재로부터 절출되는 대상체의 단면도로서, 도 1에 나타내는 순차 절삭 해방 변형 측정 공정에서 순차 형성되는 절삭면을 도시하는 도면,
도 4는 도 1에 도시하는 순차 절삭 해방 변형 측정 공정의 상세한 흐름을 나타내는 흐름도,
도 5a는 도 4에 도시하는 기준 위치 결정 공정에서 결정되는 기준 위치의 제 1 예를 도시하는 단면도,
도 5b는 도 4에 도시하는 기준 위치 결정 공정에서 결정되는 기준 위치의 제 2 예를 도시하는 단면도,
도 5c는 도 4에 도시하는 기준 위치 결정 공정에서 결정되는 기준 위치의 제 3 예를 도시하는 단면도,
도 6은 도 4에 도시하는 변형 게이지 첩착 공정에서 변형 게이지가 첩착되는 대상체의 예를 도시하는 사시도,
도 7은 도 4의 인접 홈 형성 공정에서 인접 홈이 형성되는 대상체의 예를 도시하는 사시도,
도 8은 도 4에 도시하는 인접 홈 형성 공정에서의 인접 홈의 형성의 예를 도시하는 대상체의 단면도,
도 9는 도 4에 나타내는 표층 분리 공정의 예를 도시하는 대상체의 단면도,
도 10은 도 4의 층 분리 공정에 의해 절출된 소편의 예를 도시하는 평면도,
도 11은 도 1에 도시하는 측정편 절출 및 해방 변형 측정 공정의 상세한 흐름을 도시하는 흐름도,
도 12는 도 11의 표면 측정편 및 내부 측정편 시작 공정에서의 대상체의 절단 방법을 도시하는 일부 단면 사시도,
도 13은 측정편에 있어서 변형 게이지가 첩착되는 위치를 도시하는 부분 확대 평면도,
도 14는 도 1의 순차 절삭 해방 변형 측정 공정 및 측정편 절출 및 해방 변형 측정 공정에서의 해방 변형의 측정 방향을 도시하는 축 형상 부재의 모식적 단면도,
도 15는 도 1의 잔류 응력 측정 방법의 실시예에 있어서 측정된 잔류 응력의 분포를 도시하는 도면.
이하, 적절히 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다.
[잔류 응력 측정 방법]
도 1은 축 형상 부재의 잔류 응력을 측정하는 잔류 응력 측정 방법을 나타내는 흐름도이다. 이하, 해당 잔류 응력 측정 방법에 대하여, 도 2의 축 형상 부재(1)의 잔류 응력을 측정하는 경우에 대해 설명한다.
해당 잔류 응력 측정 방법은 도 1에 나타나는 단계(S01, S02, S03, S04 및 S05)를 포함한다. 단계(S01)는 상기 축 형상 부재(1)로부터 실제의 측정에 사용하는 복수의 대상체(시험편)를 채취하는 대상체 채취 공정이다. 단계(S02)는 일부의 대상체를 이용하여 순차적으로 절삭에 의한 해방 변형의 측정을 실행하는 순차 절삭 해방 변형 측정 공정이다. 단계(S03)는 나머지 대상체로부터 측정편을 절출하여 그 해방 변형의 측정을 실행하는 측정편 절출 및 해방 변형 측정 공정이다. 단계(S04)는 단계(S03)에서 측정한 해방 변형의 분포로부터 유한요소법 순해석에 의해 고유 변형의 분포를 도출하는 고유 변형 도출 공정이다. 마지막으로, 단계(S05)는 상기 고유 변형의 분포로부터 유한요소법 순해석에 의해 잔류 응력의 분포를 산출하는 잔류 응력 산출 공정이다.
도 2의 축 형상 부재(1)는, 원주 형상의 축(2)과, 전체 둘레에 걸쳐서 상기 축(2)의 외주면보다 직경 방향으로 외향으로 돌출되는 판 형상부(3)를 구비하고, 상기 축(2)과, 상기 판 형상부(3)의 접속 부분에 필릿면(5)이 마련되어 있다. 구체적으로, 도 2에 예시되는 상기 축 형상 부재(1)에서는, 상기 축(2)에 있어서 그 축 방향으로 등간격으로 나열되는 4개의 위치에 각각 상기 판 형상부(3)가 마련되며, 각 판 형상부(3)는 원반 형상을 이룬다.
＜대상체 채취 공정＞
도 1의 단계(S01)인 대상체 채취 공정에서는, 상기 축 형상 부재(1)가 도 1에 이점쇄선으로 나타내는 위치에서 절단되며, 이에 의해, 서로 동일한 형상을 갖고, 잔류 응력에 대해 균등하다고 간주할 수 있는 3개의 대상체(4)가 채취된다. 각 대상체(4)는, 상기 축(2)을 분할하는 것에 의해 얻어지는 원주 형상의 축부(2a)와, 상기 판 형상체(3)를 포함하며, 이러한 판 형상체(3)는, 상기 축부(2a)의 축 방향의 중간 위치에 있어서 전체 둘레에 걸쳐서 해당 축부(2a)의 외주면보다 직경 방향의 외향으로 돌출된다. 상기 축부(2a)와 상기 판 형상부(3)의 접속 부분에 상기 필릿면(5)이 위치한다. 이러한 실시형태에서는, 편의상, 상기 3개의 대상체(4) 중, 이후에 상술하는 단계(S02)의 순차 절삭 해방 변형 측정에 제공되는 2개의 대상체를 제 1 대상체(4a)라고 부르고, 다음에 상술하는 단계(S03)의 측정편 절출 및 해방 변형 측정에 제공되는 1개의 대상체를 제 2 대상체(4b)라고 부른다.
＜순차 절삭 해방 변형 측정 공정＞
도 1의 단계(S02)인 순차 절삭에 의한 해방 변형 측정 공정은 특정의 측정 사이클을 복수회 걸쳐서 반복하여 해방 변형을 얻는 것을 포함한다. 상기 측정 사이클은, 도 3에 도시하는 절삭면(6)을 순차 형성하는 제 1 공정과, 각 절삭면(6)으로부터 소편을 절출하여 그 해방 변형을 변형 게이지에 의해 측정하는 제 2 공정을 포함한다. 상기 제 1 공정에서는, 상기 측정 사이클의 반복에 따라서 상기 제 1 대상체(4a)가 반복하여 절삭되는 것에 의해, 상기 절삭면(6)이 복수 회에 걸쳐서 형성되며, 각각의 절삭면(6)은 상기 축부(2a)의 중심축(C)과 동심으로 해당 중심축(C)에 대한 경사각이 일정한 각도씩 다른 원추면 또는 원통면이다.
도 4에, 도 1의 단계(S02)에 있어서의 상기 순차 절삭 해방 변형 측정 공정의 상세한 흐름을 나타낸다. 이러한 순차 절삭 해방 변형 측정 공정은, 기준 위치의 설정(단계(S11))과, 절삭 각도 및 측정 사이클의 총수의 결정(단계(S12))과, 상기 측정 사이클을 상기 총수만큼 반복하는 것(단계(S13 내지 S19))을 포함한다.
단계(S11)에서는, 상기 제 1 대상체(4a)의 외측에서 상기 필릿면(5)의 근방에 기준 위치(Ps)가 정해진다. 이러한 기준 위치(Ps)는, 도 5a에 도시하는 바와 같이 상기 제 1 대상체(4a)의 중앙 종단면(중심축(C)을 지나는 평면)에 있어서 상기 필릿면(5)이 단일 반경(R1)을 갖는 원호로 이루어지는 경우에는, 해당 원호의 중심 위치에 정해지는 것이 바람직하다. 도 5b와 같이 상기 필릿면(5)이 서로 다른 반경(R1, R2)을 갖는 복수의 원호로 이루어지는 경우, 특히 잔류 응력을 정확하게 알고자 하는 범위에서 가장 큰 반경(R1)을 갖는 원호의 중심에 기준 위치(Ps)가 정해지는 것이 바람직하다. 또한, 도 5c와 같이, 특히 잔류 응력을 정확하게 알고자 하는 범위 내에서 가장 길이가 큰 원호(반경(R3)보다 작은 반경(R1)의 원호)의 중심에 기준 위치(Ps)가 정해져도 좋다.
이어서, 도 4의 단계(S12)에 있어서, 도 3에 도시하는 복수의 절삭면(6) 중 서로 인접하는 절삭면(6)끼리의 사이의 각도와, 상기 측정 사이클의 총수(절삭 횟수)가 결정된다. 서로 인접하는 절삭면(6)끼리의 사이의 각도는 상기 필릿면(5)과 각 절삭면(6)의 교점 사이의 거리가 후술하는 단계(S16)에 있어서의 인접 홈의 깊이보다 커지도록 정해진다. 측정 사이클의 총수는 잔류 응력을 확인하고자 하는 범위와 상기 절삭면(6) 사이의 각도에 의해서 정해진다. 복수의 제 1 대상체(4a)를 사용할 경우, 최초에 형성되는 절삭면(6)의 각도를 서로 등가인 복수의 제 1 대상체(4a) 사이에서 상이하게 하여 그들 측정 결과를 통합하는 것에 의해, 측정 데이터를 얻을 수 있는 절삭면(6) 각도의 간격을 실질적으로 작게 할 수 있다. 도 3에 도시하는 절삭면(6) 사이의 각도는 20°이지만, 2개의 제 1 대상체(4a)의 사용이 10° 간격으로 해방 변형의 측정값을 얻는 것을 가능하게 한다.
상기와 같이 결정된 측정 사이클의 총수와 동일한 횟수만큼, 단계(S13) 내지 단계(S19)까지의 공정이 반복된다. 즉, 해당 횟수만큼 상기 측정 사이클이 반복된다.
단계(S14)에서는, 제 1 대상체(4a)를 절삭하는 것에 의해 원추면(또는 원통면)으로 이루어지는 새로운 절삭면(6)이 형성된다. 단계(S15)에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 새롭게 형성된 절삭면(6)에 복수의 제 1 변형 게이지(7)가 첩착(貼着)된다.
이들 제 1 변형 게이지(7)는 절삭면(6)(원추면 또는 원통면)의 능선 방향(원추면에 포함되는 직선 방향)을 따라서 나열하는 복수 개소에 각각 첩착된다. 바람직하게는, 각각의 제 1 변형 게이지(7)는, 필릿면(5)에 가까운 영역에 있어서는 작은 간격(예를 들면 6㎜ 간격)으로, 필릿면(5)으로부터 멀어질수록 큰 간격으로, 첩착된다. 회전체인 제 1 대상체(4a)에 존재하는 잔류 응력 및 고유 변형은 둘레 방향으로 등가이기 때문에, 도시하는 바와 같이 제 1 변형 게이지(7)를 둘레 방향으로 나열하는 복수의 열로 나누고, 열끼리의 사이에서 제 1 변형 게이지(7)의 위치를 능선 방향으로 어긋나도록 하여 해당 제 1 변형 게이지(7)를 첩착하는 것에 의해, 실질적으로 측정점의 능선 방향의 간격을 작게 할 수 있다.
또한, 각 제 1 변형 게이지(7)에는, 직교하는 2 방향의 변형을 검출할 수 있는 것을 사용하며, 또한, 절삭면(6)의 능선 방향(D1) 및 이 능선 방향으로 직교하는 접선 방향(둘레 방향)(D2)의 변형을 검출할 수 있도록 해당 제 1 변형 게이지(7)를 배향하는 것이 바람직하다. 이와 같이 배열할 수 있는 2축의 제 1 변형 게이지(7)로서는, 예를 들어 베이스 직경 4.5㎜, 게이지 길이 1㎜ 또한 게이지 폭 0.7㎜의 것을 입수가능하다.
제 1 변형 게이지(7)를 첩착한 후, 단계(S16)에 있어서, 도 7에 도시하는 바와 같이, 상기 능선 방향으로 나열하는 제 1 변형 게이지(7)의 열을 따라서 인접 홈(8)이 형성된다. 인접 홈(8)은, 예를 들어 도 8에 도시하는 바와 같이, 엔드밀(9)에 의해 형성될 수 있다. 인접 홈(8)은 각각의 제 1 변형 게이지(7)를 둘러싸도록 형성되어도 좋다.
단계(S17)에서는, 절삭면(6)으로부터 제 1 변형 게이지(7)의 열을 포함하는 띠 형상의 표층 부분이 분리된다. 이러한 분리는, 공구, 예를 들어 도 9에 도시하는 T 슬롯 커터(10)를 인접 홈(8) 내에 삽입하는 것에 의해 실행된다. 이러한 T 슬롯 커터(10)는, 소정의 회전축 주위로 회전 구동되는 것에 의해, 측방, 즉 그 회전축과 직교하는 회전 직경 방향으로 가공물을 절입(切入)하는 절삭을 실행한다. 도 8 및 도 9에 도시하는 예에서는, 제 1 변형 게이지(7)의 양측의 인접 홈(8) 중 한쪽이, 해당 인접 홈(8) 내에 상기 T 슬롯 커터(10)가 수직으로, 즉 그 회전축과 평행한 방향으로 삽입되는 것을 허용하는 넓은 폭을 갖고 있다. 이와 같이 삽입된 T 슬롯 커터(10)에 의해서 제 1 변형 게이지(7)의 하층을 측방으로부터 절제하는 것에 의해, 절삭면(6)으로부터 제 1 변형 게이지(7)의 열을 포함하는 띠 형상의 상기 표층 부분을 분리할 수 있다. 이렇게 해서 분리한 띠 형상의 표층 부분을 추가로 제 1 변형 게이지(7)끼리의 사이의 위치에서 절단하는 것에 의해, 도 10에 도시하는 바와 같이 각각이 제 1 변형 게이지(7)를 포함하는 복수의 소편(11)을 절출할 수 있다. 각 소편(11)은, 예를 들어 제 1 변형 게이지(7)를 제외하고 약 2.3㎜의 두께를 갖는다. 이와 같이 하여 절출한 소편(11)으로부터 잔류 응력이 해방되는 것에 의해 해당 소편(11)에 해방 변형이 생긴다. 이러한 해방 변형은 단계(S18)에서 제 1 변형 게이지(7)에 의해 측정된다.
단계(S19)에 있어서, 단계(S12)에서 결정된 수와 동일한 횟수만큼 측정 사이클이 반복되고 있으면, 이러한 순차 절삭 해방 변형 측정 공정은 종료된다. 측정 사이클의 반복 횟수가 상기 결정된 횟수에 만족하지 않은 경우에는 단계(S14 내지 S18)의 공정이 반복된다.
＜측정편 절출 해방 변형 측정 공정＞
도 11은 도 1의 단계(S03)의 공정, 즉 측정편을 절출하여 해방 변형의 측정을 실행하는 측정편 절출 및 해방 변형 측정 공정의 상세한 흐름을 나타낸다.
이러한 측정편 절출 및 해방 변형 측정 공정에서는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 제 2 대상체(4b)를 절단하는 것에 의해 내부 측정편(12) 및 표면 측정편(13)이 절출된다. 내부 측정편(12)은, 도 13에 도시하는 복수의 제 2 변형 게이지(7a)를 이용한 제 2 대상체(4b) 내부의 해방 변형의 측정에 제공되며, 표면 측정편(13)은, 도 12에 도시하는 바와 같이 필릿면(5)에 제 3 변형 게이지(7b)를 첩착하여 실행하는 필릿면(5)의 표면의 해방 변형의 측정에 제공된다.
상세하게 설명하면, 이러한 측정편 절출 및 해방 변형 측정 공정에서는, 먼저, 단계 (S21)에 있어서, 도 12에 도시하는 바와 같이, 제 2 대상체(4b)의 필릿면(5)의 복수 개소에 각각 복수의 제 3 변형 게이지(7b)가 첩착된다. 각각의 첩착 개소는, 축부(2a)의 중심축(C)을 지나는 평면 상에 각 제 3 변형 게이지(7b)의 중심이 위치하도록 설정된다. 각 제 3 변형 게이지(7b)는, 제 2 대상체(4b)의 표면과 중심축(C)을 지나는 평면의 교선 방향 및 이 교선에 직교하는 방향(둘레 방향 (D2))의 변형을 각각 검출할 수 있도록 배향되는 것이 바람직하다. 그리고, 단계(S22)에 있어서, 도 12에 도시하는 바와 같이, 제 2 대상체(4b)를 톱으로 평면을 따라서 절단하는 것에 의해 복수의 내부 측정편(12) 및 복수의 표면 측정편(13)이 절출된다.
도시한 실시형태에서는, 각 내부 측정편(12)은 중심축(C) 상에서 5°의 각도로 만나는 2개의 평면(중앙 종단면)에 의해서 획정되며, 표면 측정편(13)은 중심축(C) 상에서 10°의 각도로 만나는 2개의 평면(중앙 종단면)에 의해서 획정되어 있다. 이러한 실시형태에서는, 서로 인접하는 2개의 표면 측정편(13)이 절출되고, 이들 2개의 표면 측정편(13)의 양측에서 각각 1개의 내부 측정편(12)이 절출된다. 대상체의 절단 간격에는 물리적인 한계가 있지만, 내부 측정편(12) 및 표면 측정편(13)의 절출 시에, 제 2 대상체(4b)를 상기 중앙 종단면을 따라서 절단하기 전에, 2개의 표면 측정편(13)의 사이를 분리하는 절단면에 직교하며 또한 중심축(C)과 평행한 2개의 절단면에 의해 제 2 대상체(4b)의 중앙부를 미리 절제하는 것이 상기 각 내부 측정편(12)의 절출을 가능하게 한다. 이와 같이 하여 절출된 내부 측정편(12) 및 표면 측정편(13)은 각각 중심축(C)측의 부분이 절제된 형상을 갖는다.
이와 같이 하여 절출된 내부 측정편(12)을 이용하여, 단계(S23)에 있어서, X선 잔류 응력 측정이 실행된다. 이러한 X선 잔류 응력 측정에서는, 극좌표가 설정되며 이 극좌표를 기준으로, 측정점이 결정된다. 상기 극좌표는, 상기 내부 측정편(12)의 중앙 종단면에 있어서, 상술한 순차 절삭 해방 변형 측정 공정에 있어서의 제 1 대상체(4a)의 절삭면(6)을 구성하는 원추면 또는 원통면의 능선에 대응하도록 설정된다. 상기 측정점끼리의 간격은 제 1 변형 게이지(7)의 첩착 간격보다 작아도 좋다(예를 들면, 0.5㎜).
그리고, 단계(S24)에 있어서, 단계(S23)에서 측정된 잔류 응력을 다른 측정값과 합하여 이용할 수 있도록, 해당 잔류 응력이 해방 변형과 등가인 값으로 환산된다.
또한, 단계(S25)에 있어서, 도 13에 도시하는 바와 같이 내부 측정편(12)에 상기 복수의 제 2 변형 게이지(7a)가 나열되어 첩착된다. 이들 제 2 변형 게이지(7a)는, 상술한 순차 절삭 해방 변형 측정 공정에 있어서의 제 1 대상체(4a)의 절삭면(6)을 구성하는 원추면 또는 원통면의 능선에 대응하는 직선상에 나열하는 복수 개소에 각각 배치된다. 또한, 제 2 변형 게이지(7a)는, 바람직하게는, 제 1 대상체(4a)의 절삭면(6)에 있어서의 제 1 변형 게이지(7)와 동일한 간격으로, 즉 순차 절삭 해방 변형 측정에 있어서의 해방 변형의 측정 위치와 합치하는 위치에 첩착된다. 또한, 이들 제 2 변형 게이지(7a)는, 제 1 대상체(4a)의 절삭면(6)을 구성하는 원추면 또는 원통면의 능선에 대응하는 방향(D1) 및 제 1 대상체(4a)의 절삭면(6)을 구성하는 원추면 또는 원통면의 법선 방향(D3)의 변형을 검출하도록 배향된다.
그리고, 단계(S26)에 있어서, 내부 측정편(12) 및 표면 측정편(13)을 추가로 절단하는 것에 의해, 제 2 변형 게이지(7a) 및 제 3 변형 게이지(7b)를 포함하는 부분의 잔류 응력이 각각 해방되며, 단계(S27)에 있어서, 제 2 변형 게이지(7a) 및 제 3 변형 게이지(7b)에 의해서 각각 해방 변형이 측정된다.
단계(S23)에 있어서의 X선을 이용한 잔류 응력의 측정은, 이론적으로는 높은 정밀도를 갖고, 측정 간격을 작게 할 수 있지만, 표면 거칠기 등의 측정 조건의 영향이 크기 때문에, 정밀도 양호하게 측정을 실행하기 위해서는 상당한 시간이 든다. 한편, 단계(S25) 내지 단계(S27)에 있어서의 제 2 변형 게이지(7a)를 이용한 제 2 대상체(4b) 내부의 해방 변형의 측정은, 제 2 변형 게이지(7a)의 크기에 의해 측정 간격에 제약은 있지만, 비교적 용이하게 실행할 수 있다. 이 때문에, 단계(S27)에서는, X선을 이용하여 측정한 잔류 응력의 측정값을 단계(S24)에 있어서 해방 변형으로 환산한 값과, 단계(S25) 내지 단계(S27)에 있어서 제 2 변형 게이지(7a)를 이용하여 측정한 해방 변형의 측정값을 조합하여 이용하는 것에 의해, 정확성과 간편성의 밸런스를 취할 수 있다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 중앙 종단면 상의 기준 위치(Ps)를 중심으로 하는 극좌표에 있어서의 각 측정점에 있어서의 해방 변형의 측정 데이터로서, 절삭면(6)의 능선 방향인 D1 방향의 성분과, 이 D1 방향에 직교하는 동시에 좌표 평면에 직교하는 방향(제 1 대상체(4a) 및 제 2 대상체(4b)의 둘레 방향)인 D2 방향의 성분과, 내부 측정편(12)에 있어서 D1 방향 및 D2 방향과 직교하는 D3 방향의 성분이 측정된다. 이와 같이, 각 측정점에 있어서의 해방 변형의, 서로 직교하는 3방향의 성분 전체가 3차원적으로 얻어지기 때문에, 고유 변형의 도출 정밀도가 향상되는 동시에 연산이 용이하다.
＜고유 변형 도출 공정＞
도 1의 단계(S04)인 고유 변형 도출 공정에서는, 단계(S03)에서 얻어진 해방 변형의 데이터를 기초로, 유한요소법에 따르는 역해석에 의해 고유 변형의 분포가 도출된다.
여기에서, 해방 변형(탄성 변형)과 고유 변형의 관계는 하기의 수학식 1로 나타낸다.
[수학식 1]
Figure pct00001
탄성 응답 매트릭스 [H]는, 계측한 해방 변형의 측정 조건(측정 형상)에 대한 고유 변형 성분의 감도를 나타내고 있다. 즉, 매트릭스 [H]의 성분은, 측정 형상에 의존하여, 각각의 고유 변형 성분에 단위 변형을 주었을 때의 탄성 응답을 구하는 반복 계산에 의해 산출된다.
또한, 계측한 해방 변형에는 반드시 오차가 포함되기 때문에, 고유 변형의 최확값과 해방 변형의 사이에는 다음의 수학식 2의 관계가 있다.
[수학식 2]
Figure pct00002
고유 변형 성분의 최확값은, 잔차(殘差)의 평방합을 최소로 하는 조건으로부터 일의적으로 주어진다(최소이승법). 최근에는, 물체 내에서 분포되어 있는 고유 변형을 함수로 표시하는 수법이 적용되는 경우가 많다. 고유 변형을 직접 계산하는 것이 아니라, 설정한 함수의 계수의 값을 계산하는 것에 의해 고유 변형 분포가 구해진다. 이러한 경우, 수학식 1 및 수학식 2의 고유 변형 성분 및 최확값을 대신하여, 분포 함수의 계수가 미지수로 계산된다. 이러한 함수 표시를 이용하는 것에 의해, 미지수의 수를 대폭 감소시킬 수 있다.
＜잔류 응력 산출 공정＞
해당 잔류 응력 측정 방법에서는, 마지막으로, 도 1의 단계(S05)인 잔류 응력 산출 공정에 있어서, 단계(S04)에서 도출한 고유 변형의 분포에 근거하여, 유한요소법의 순해석에 의해 잔류 응력의 분포가 산출된다.
대상체(4)에 최초로 존재하고 있던 잔류 응력과 고유 변형의 관계는 하기의 수학식 3으로 나타난다.
[수학식 3]
Figure pct00003
고유 변형과 잔류 응력의 관계를 나타내는 탄성 응답 매트릭스는 유한요소 해석에 의해 도출된다.
＜이점＞
해당 잔류 응력 측정 방법은, 제 1 대상체(4a)에 기준 위치(Ps)를 지나는 원추면 또는 원통면으로 이루어지는 절삭면(6)을 순차 형성하는 것과, 그 절삭면으로부터 소편(11)을 절출하는 것에 의해, 중앙 종단면에 있어서 기준 위치(Ps)를 중심으로 하는 극좌표상에 설정되는 복수의 측정점의 해방 변형을 측정하는 것을 포함하며, 이에 의해, 제 1 대상체(4a)의 내부의 필릿면(5)의 근방에 다수의 측정점을 설정하여 각각의 측정점의 변형을 측정하기 때문에, 필릿면(5)의 근방의 잔류 응력 분포를 상세하게 측정하는 것을 가능하게 한다.
또한, 해당 잔류 응력 측정 방법에서는, 제 1 대상체(4a)와 균등한 제 2 대상체(4b)를 2개의 중앙 종단면으로 절단하는 것에 의해 해당 제 2 대상체(4b)로부터 절출한 내부 측정편(12)을 이용하며, 제 1 대상체(4a)에 대하여 설정한 측정점과 대응하는 측정점에 있어서, 제 1 대상체(4a)에서 측정한 2방향(D1, D2)의 해방 변형 및 해당 방향(D1, D2)과 직교하는 방향(D3)의 해방 변형을 측정하는 것이 실행된다. 이에 의해, 각 측정점에 있어서의 해방 변형의 데이터로서 직교 3차원 성분 전체가 얻어지기 때문에, 정확한 고유 변형, 나아가서는 잔류 응력을 측정할 수 있다. 또한, 제 2 대상체(4b)의 표면에 있어서도, 방향(D2)과 이에 직교하는 방향의 해방 변형이 측정되므로, 잔류 응력의 측정 정밀도를 높일 수 있다.
[기타 실시형태]
금회 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아닌 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기 실시형태의 구성에 한정되는 것이 아니며, 특허청구범위에 의해서 나타나며, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
상기 잔류 응력 측정 방법은, 대상체의 축부와 동심 또한 기준 위치를 지나는 원추면 또는 원통면으로 이루어지는 절삭면을 형성하고, 이 절삭면의 변형을 해석하는 것을 주제로 한다. 따라서, 이러한 다른 공정은, 생략 또는 다른 공정과 치환하여도 좋다. 예를 들면, 내부 측정편(12) 및 표면 측정편(13)을 이용한 측정은 필수의 공정은 아니다. 또한, 예를 들어 변형 게이지(7)를 이용한 해방 변형의 측정에 의한 해석으로 전환하여, 각 절삭면의 변형을 X선 회절법, 중성자 회절법, 음탄성법 등에 의해서 비파괴 측정이 실행되어도 좋다.
해당 잔류 응력 측정 방법에 있어서, 절삭면(6)으로부터 소편(11)을 절출하기 위한 공구는, 그 회전축에 대하여 직교하는 회전 직경 방향으로 가공물을 절입하도록 절삭하는 것이 가능한 공구이면 좋고, T 슬롯 커터(10)로 교체하여 V홈 커터와 같은 공구를 이용하여도 좋다.
또한, 해당 잔류 응력 측정 방법에 있어서, 제 1 대상체(4a)와 제 2 대상체(4b)는 동일한 축 형상 부재(1)로부터 절출한 것에 한정되지 않으며, 다른 축 형상 부재(1)로부터 절출한 것이어도 좋다.
또한, 제 1 대상체(4a) 및 제 2 대상체(4b)의 개수를 임의로 증가시켜, 절삭면(6)의 각도차를 보다 작은 각도로 해도 좋다.
또한, 해당 잔류 응력 측정 방법에 있어서, 기준 위치(Ps)는, 필릿면(5)의 원호의 중심에 한정되지 않으며, 잔류 응력을 상세하게 구하고자 하는 부분에 있어서의 측정점의 간격(순차 형성하는 절삭면간의 간격)을 작게 할 수 있는 위치이면 좋다.
(실시예)
이하, 실시예에 의해서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
상술한 실시형태에 근거하여, 해당 잔류 응력 측정 방법에 의해 측정한 잔류 응력의 중앙 종단면에 있어서의 분포를 도 15에 도시한다. 이러한 측정에 이용한 제 1 대상체 및 제 2 대상체는 직경 280㎜의 축부와 두께 80㎜ 및 직경 500㎜의 판 형상부를 갖고, 축부와 판 형상부 사이에 필릿면이 마련되어 있으며 해당 필릿면의 주요부는 22㎜의 반경을 갖는다.
도 15에 도시하는 바와 같이, 해당 잔류 응력 측정 방법에서는, 상세한 잔류 응력의 분포를 구할 수 있다.
(산업상의 이용 가능성)
해당 잔류 응력 측정 방법이 적용되는 축 형상 부재로서, 예를 들면 크랭크 샤프트가 있다. 크랭크 샤프트의 샤프트부를 축부, 아암 및 카운터 웨이트가 일체가 된 웹을 판 형상부로서 해당 잔류 응력 측정 방법이 적용되는 것은 물론, 핀을 축부, 아암을 판 형상부로 하여 해당 잔류 응력 측정 방법을 적용할 수도 있다. 해당 잔류 응력 측정 방법은, 크랭크 샤프트 이외의 다양한 구조물의 해석에도 이용할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 원주 형상의 축부와 이 축부의 외주면보다 직경 방향의 외향으로 돌출되는 판 형상부를 가져서 해당 축부와 해당 판 형상부를 접속하는 부분에 필릿면이 마련된 대상체의 해당 필릿면의 근방에 있어서의 잔류 응력의 분포를 정밀도 양호하게 측정할 수 있는 잔류 응력 측정 방법이 제공된다.
이러한 방법은, 원주 형상의 축부와 이 축부의 외주면보다 전체 둘레에 걸쳐서 직경 방향의 외향으로 돌출되는 판 형상부를 가져서 상기 축부와 상기 판 형상부의 접속 부분에 필릿면이 마련된 대상체의 잔류 응력을 측정하는 방법으로서, 측정 사이클을 반복하여 실행하는 것을 포함하며, 이러한 측정 사이클은, 상기 대상체를 절삭하여 상기 축부의 중심축과 동심의 원추면 또는 원통면인 새로운 절삭면을 형성하는 공정에 있어서, 상기 원추면 또는 원통면의 연장면이, 반복되는 상기 측정 사이클로 불변의 기준 위치를 지나가는 것과, 상기 절삭면 상의 복수 개소의 잔류 응력을 측정하는 공정을 포함한다.
해당 잔류 응력 측정 방법에서는, 상기 기준 위치를 지나가는 원추면 또는 원통면인 절삭면을 반복하여 형성하는 것이, 기준 위치의 근방의 측정점을 세밀하게 설정하는 것을 특징으로 하는 것을 가능하게 하고, 이에 의해, 잔류 응력의 측정점의 간격을 작게 하여 많은 측정 데이터를 얻는 것을 가능하게 한다. 그 결과, 해당 잔류 응력 측정 방법은, 필릿면 근방의 잔류 응력의 분포를 정밀도 양호하게 측정하는 것을 가능하게 한다.
해당 잔류 응력 측정 방법에 있어서, 상기 기준 위치는, 바람직하게는, 상기 대상체의 중앙 종단면에 있어서 상기 필릿면에 포함되는 원호 중 최대 직경을 갖는 원호의 중심 위치이면 좋다. 이러한 중심 위치는, 중앙 종단면에 있어서 해방 변형의 측정점의 위치를 나타내기 위한 극좌표(국소 좌표)의 원점이기 때문에, 상기와 같이 필릿면의 가장 지배적인 원호의 중심을 기준 위치로 하는 것에 의해, 필릿면의 근방에 많은 측정점을 배치하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 고유 변형, 나아가서는 잔류 응력의 측정 정밀도가 높아진다.
또한, 상기 절삭면 상의 잔류 응력을 측정하는 공정에 있어서, 상기 원추면 또는 원통면의 능선 방향으로 나열하는 복수의 개소에서 각각 잔류 응력이 측정되는 것이 바람직하다. 이와 같이 능선 방향으로 나열하는 복수의 측정점을 설정하는 것이, 실질적으로 원통면 또는 원주면의 전체에 대하여 대상체의 고유 변형의 분포를 효율적으로 측정하는 것을 가능하게 한다. 또한, 능선 방향으로 나열하는 복수의 측정점의 위치가 둘레 방향으로 지그재그 형상으로 분할되어도 좋다. 한편, 대상체가 축 형상이 아닌 경우, 상기 원추면 또는 원통면의 능선 방향으로 나열하는 복수의 측정 위치를 둘레 방향으로 분산시키는 것에 의해, 원통면 또는 원주면의 전체에 대하여 대상체의 고유 변형의 분포를 측정할 수 있다.
상기 절삭면 상의 잔류 응력을 측정하는 공정에 있어서, 상기 원추면 또는 원통면의 능선 방향 및 이 능선에 직교하는 접선 방향의 잔류 응력의 성분을 측정하면 좋다. 이에 의해, 중앙 종단면상에서의 측정점의 배치에 따른 극좌표의 동경(動徑) 방향(원점에서 본 측정점의 방향)과 변형 게이지에 의한 측정 방향이 일치하므로, 해석이 용이해진다.
또한, 해당 잔류 응력 측정 방법에 있어서, 상기 절삭면 상의 잔류 응력을 측정하는 공정이, 상기 절삭면에 변형 게이지를 첩착하는 공정과, 상기 절삭면으로부터 상기 변형 게이지를 포함하는 소편을 절출하는 공정과, 상기 변형 게이지를 이용하여 상기 소편의 해방 변형을 측정하는 공정을 포함하면 좋다. 해당 해방 변형의 측정은 잔류 응력을 정확하게 측정하는 것을 가능하게 한다.
또한, 해당 잔류 응력 측정 방법에 있어서, 상기 소편을 절출하는 공정이, 상기 변형 게이지에 인접하는 홈을 형성하는 공정과, 소정의 회전축 주위로 회전 구동되는 것에 의해 해당 회전축과 직교하는 회전 직경 방향으로 가공물을 절입하도록 절삭을 실행하는 공구를 상기 홈에 삽입하여 상기 절삭면의 하측의 부위를 해당 공구에 의해 절삭해서 절단하는 것에 의해 해당 절삭면의 표층을 분리하는 공정을 포함하면 좋다. 이러한 공구에 의한 절삭에 의해 소편을 절출하는 것에 의해, 절삭면 표면에 형성되는 절삭 홈을 얕게 할 수 있다. 이것은, 형성된 절삭면과 다음의 절삭면의 각도차를 작게 하는 것을 가능하게 하며, 이에 의해, 측정점을 세밀하게 설정하여 고유 변형, 나아가서는 잔류 응력의 측정 정밀도를 높이는 것을 가능하게 한다.
또한, 해당 잔류 응력 측정 방법이 상기 대상체와 균등한 제 2 대상체의 잔류 응력을 측정하는 공정을 추가로 구비하고, 상기 제 2 대상체의 잔류 응력을 측정하는 공정이, 상기 제 2 대상체의 축부의 중심축을 지나는 2개의 평면을 따라서 상기 제 2 대상체를 절단하는 것에 의해 해당 2개의 평면으로 획정되는 측정편을 얻는 공정과, 상기 측정편의 절단면에 있어서 상기 원추면 또는 원통면의 능선에 대응하는 직선상에 위치하는 복수 개소의 잔류 응력을 측정하는 공정을 포함하면 좋다. 이에 의해, 측정점을 보다 많게 하여 잔류 응력의 측정 정밀도를 더욱 향상시키는 것이 가능하다.
상기 측정편의 절단면 상의 복수 개소의 잔류 응력을 측정하는 공정에 있어서, 상기 원추면 또는 원통면의 능선 및 법선에 대응하는 방향의 잔류 응력의 성분을 측정하면 좋다. 제 2 대상체의 측정편에 있어서의 잔류 응력의 측정 방향 중 한쪽을, 측정점의 배치에 따른 극좌표의 동경 방향으로 하는 것에 의해, 연산이 용이해진다. 또한, 제 2 대상체의 측정편에 있어서의 잔류 응력의 측정 방향의 다른쪽을, 대상체의 절삭면의 법선에 대응하는 방향으로 하는 것에 의해, 대상체의 절삭면에 있어서 측정할 수 없는 방향의 잔류 응력의 성분을 측정할 수 있다. 이 때문에, 해당 잔류 응력 측정 방법은 보다 정확하게 잔류 응력을 측정할 수 있다.
또한, 해당 잔류 응력 측정 방법에 있어서, 상기 측정편의 절단면 상의 복수 개소의 잔류 응력을 측정하는 공정이, 상기 측정편의 절단면에 있어서 상기 원추면 또는 원통면의 능선에 대응하는 직선상에 복수의 제 2 변형 게이지를 나열하여 첩착하는 공정과, 상기 측정편을 추가로 절단하여 상기 측정편의 잔류 응력을 해방하는 것에 의해, 상기 각 제 2 변형 게이지를 이용하여 해방 변형을 측정하는 공정을 포함하면 좋다. 이와 같이 제 2 대상체에 있어서도 해방 변형을 측정하는 것에 의해, 잔류 응력을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 해당 잔류 응력 측정 방법이 상기 제 2 대상체의 표면 상의 복수 개소의 잔류 응력을 측정하는 공정을 추가로 구비하여도 좋다. 이와 같이 제 2 대상체의 외표면의 잔류 응력을 측정하는 것이 잔류 응력의 측정 정밀도를 더욱더 향상될 수 있게 한다.
또한, 상기 제 2 대상체의 표면 상의 복수 개소의 잔류 응력을 측정하는 공정에 있어서, 상기 제 2 대상체의 표면과 상기 중심축을 지나는 평면의 교선 방향 및 이 교선에 직교하는 방향의 잔류 응력의 성분을 측정하면 좋다. 이러한 측정에서는, 제 2 대상체의 표면 상의 잔류 응력의 측정 방향 중 한쪽이 측정점의 배치에 따른 극좌표의 편각 방향과 일치하므로, 해석이 용이해진다.
또한, 해당 잔류 응력 측정 방법에 있어서, 상기 제 2 대상체의 표면 상의 복수 개소의 잔류 응력을 측정하는 공정이 상기 제 2 대상체의 표면에 제 3 변형 게이지를 첩착하는 공정을 포함하면 좋다. 이와 같이, 제 2 변형 게이지를 이용하여 해방 변형을 측정하는 것에 맞추어 제 3 변형 게이지를 이용하여 제 2 대상체의 외표면의 해방 변형을 측정하는 것이 잔류 응력의 측정 정밀도의 향상을 가능하게 한다.
또한, 해당 잔류 응력 측정 방법에 있어서, 상기 대상체의 상기 축부와 상기 제 2 대상체의 상기 축부가 일체로 형성되어 있으면 좋다. 1개의 구조체로부터 대상체와 제 2 대상체를 채취하는 것에 의해, 해당 잔류 응력 측정 방법에 사용하는 샘플의 수를 줄일 수 있다.

Claims (13)

  1. 원주 형상의 축부와 상기 축부의 외주면보다 전체 둘레에 걸쳐서 직경 방향의 외향으로 돌출되는 판 형상부를 가져서 상기 축부와 상기 판 형상부를 접속하는 부분에 필릿면이 마련된 대상체의 잔류 응력을 측정하는 방법에 있어서,
    측정 사이클을 반복하여 실행하는 것을 포함하며, 상기 측정 사이클은, 상기 대상체를 절삭하여 상기 축부의 중심축과 동심의 원추면 또는 원통면인 새로운 절삭면을 형성하는 공정에 있어서, 상기 원추면 또는 원통면의 연장면이, 반복되는 상기 측정 사이클로 불변의 기준 위치를 지나가는 것과, 상기 절삭면 상의 복수 개소의 잔류 응력을 측정하는 공정을 포함하는
    잔류 응력 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 위치가, 상기 대상체의 중앙 종단면에 있어서 상기 필릿면에 포함되는 원호 중 최대의 직경을 갖는 원호의 중심 위치인
    잔류 응력 측정 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 절삭면 상의 잔류 응력을 측정하는 공정에 있어서, 상기 원추면 또는 원통면의 능선 방향으로 나열하는 복수의 개소에서 각각 잔류 응력이 측정되는
    잔류 응력 측정 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절삭면 상의 잔류 응력을 측정하는 공정에 있어서, 상기 원추면 또는 원통면의 능선 방향 및 상기 능선에 직교하는 접선 방향의 잔류 응력의 성분이 측정되는
    잔류 응력 측정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 절삭면 상의 잔류 응력을 측정하는 공정이,
    상기 절삭면에 변형 게이지를 첩착하는 공정과,
    상기 절삭면으로부터 상기 변형 게이지를 포함하는 소편을 절출하는 공정과,
    상기 변형 게이지를 이용하여 상기 소편의 해방 변형을 측정하는 공정을 포함하는
    잔류 응력 측정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 소편을 절출하는 공정이,
    상기 변형 게이지에 인접하는 홈을 형성하는 공정과,
    소정의 회전축 주위로 회전 구동되는 것에 의해 상기 회전축과 직교하는 회전 직경 방향으로 가공물을 절입하도록 절삭을 실행하는 공구를 상기 홈 내에 삽입하여 상기 절삭면의 하측 부위를 상기 공구에 의해 절삭해서 절단함으로써 상기 절삭면의 표층을 분리하는 공정을 포함하는
    잔류 응력 측정 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상체와 균등한 제 2 대상체의 잔류 응력을 측정하는 공정을 추가로 구비하고,
    상기 제 2 대상체의 잔류 응력을 측정하는 공정이,
    상기 제 2 대상체의 축부의 중심축을 지나는 2개의 평면을 따라서 상기 제 2 대상체를 절단하는 것에 의해 상기 2개의 평면에 의해 획정되는 측정편을 얻는 공정과,
    상기 측정편의 절단면에 있어서, 상기 원추면 또는 원통면의 능선에 대응하는 직선상에 위치하는 복수 개소의 잔류 응력을 측정하는 공정을 포함하는
    잔류 응력 측정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 측정편의 절단면 상의 복수 개소의 잔류 응력을 측정하는 공정에 있어서, 상기 원추면 또는 원통면의 능선 및 법선에 대응하는 방향의 잔류 응력의 성분이 측정되는
    잔류 응력 측정 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 측정편의 절단면 상의 복수 개소의 잔류 응력을 측정하는 공정이,
    상기 측정편의 절단면에 있어서 상기 원추면 또는 원통면의 능선에 대응하는 직선상에 복수의 제 2 변형 게이지를 나열하여 첩착하는 공정과,
    상기 측정편을 추가로 절단하여 상기 측정편의 잔류 응력을 해방하는 것에 의해, 상기 각 제 2 변형 게이지를 이용하여 해방 변형을 측정하는 공정을 포함하는
    잔류 응력 측정 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 대상체의 표면 상의 복수 개소의 잔류 응력을 측정하는 공정을 추가로 구비하는
    잔류 응력 측정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 대상체의 표면 상의 복수 개소의 잔류 응력을 측정하는 공정에 있어서, 상기 제 2 대상체의 표면과 상기 중심축을 지나는 평면의 교선의 방향 및 상기 교선에 직교하는 방향의 잔류 응력의 성분이 측정되는
    잔류 응력 측정 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 대상체의 표면 상의 복수 개소의 잔류 응력을 측정하는 공정이 상기 제 2 대상체의 표면에 제 3 변형 게이지를 첩착하는 공정을 포함하는
    잔류 응력 측정 방법.
  13. 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대상체의 상기 축부와 상기 제 2 대상체의 상기 축부가 일체로 형성되어 있는
    잔류 응력 측정 방법.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6516323B2 (ja) * 2015-03-05 2019-05-22 株式会社神戸製鋼所 残留応力推定方法及び残留応力推定装置
JP6345618B2 (ja) * 2015-03-05 2018-06-20 株式会社神戸製鋼所 残留応力推定方法及び残留応力推定装置
CN106555810A (zh) * 2015-09-30 2017-04-05 北汽福田汽车股份有限公司 曲轴装置及测试曲轴所受到的应力的系统
JP6560998B2 (ja) * 2016-03-03 2019-08-14 株式会社神戸製鋼所 残留応力算出方法
US10900768B2 (en) * 2017-11-29 2021-01-26 Hill Engineering, Llc Systems and methods for analysis of material properties of components and structures using machining processes to enable stress relief in the material under test
US11609169B2 (en) 2017-11-29 2023-03-21 Hill Engineering, Llc Analysis of material properties of internal surfaces using machining processes to enable stress relief in the material under test
CN108489651B (zh) * 2018-03-14 2020-08-04 中国石油大学(华东) 多角度角焊缝残余应力测试对中装置
JP6867329B2 (ja) * 2018-04-25 2021-04-28 株式会社神戸製鋼所 残留応力算出方法
DE102018214436B4 (de) * 2018-08-27 2020-07-16 Universität Stuttgart Verfahren zur Bestimmung eines Spannungszustands in einem Bauteil
CN109341990A (zh) * 2018-10-26 2019-02-15 北京工业大学 畸变荷载下钢箱梁结构的实验加载装置及其加载方法
CN109509224B (zh) * 2018-11-09 2022-04-19 西南科技大学 一种平面材料小孔应力集中极坐标化展示方法
CN111460702B (zh) * 2020-03-09 2023-06-20 扬州大学 一种基于正逆向损伤特征融合的结构件损伤识别方法
JP7344841B2 (ja) * 2020-06-02 2023-09-14 株式会社神戸製鋼所 残留応力測定方法
CN112304478B (zh) * 2020-07-30 2021-09-28 北京航空航天大学 一种基于蠕变轮廓法的残余应力测试方法
CN114088263B (zh) * 2021-10-28 2023-05-23 广东省特种设备检测研究院（广东省特种设备事故调查中心） 一种自增强超高压管式反应器残余应力的监测方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005181172A (ja) 2003-12-22 2005-07-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 残留応力測定方法及び装置

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07110390B2 (ja) * 1987-03-20 1995-11-29 富士重工業株式会社 無段変速機用ベルトの製造管理方法
US5164669A (en) * 1990-07-23 1992-11-17 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Method of characterizing residual stress in ferromagnetic materials using a pulse histogram of acoustic emission signals
EP0878710A1 (en) * 1997-05-15 1998-11-18 Hoogovens Aluminium Walzprodukte GmbH Method for residual stress measurement
JPH11304603A (ja) * 1998-04-17 1999-11-05 Toshiba Corp 残留応力測定方法および装置
US7286893B1 (en) * 1998-06-30 2007-10-23 Jyoti Mazumder Tailoring residual stress and hardness during direct metal deposition
KR100326302B1 (ko) * 2000-03-13 2002-03-08 윤종용 광섬유의 잔여 응력 및 포토일래스틱 효과 측정을 위한측정장치 및 그 방법
US6470756B1 (en) * 2001-02-23 2002-10-29 The Regents Of The University Of California System and method for measuring residual stress
JP3612293B2 (ja) 2001-07-31 2005-01-19 株式会社東芝 物体内部の残留応力測定方法およびその測定装置
US7516534B2 (en) * 2001-11-25 2009-04-14 Stresswave, Inc. Method for attaching a nut element to a metal structure
JP4079638B2 (ja) 2001-12-26 2008-04-23 株式会社東芝 有限要素法による残留応力解析方法
KR100416723B1 (ko) * 2002-04-04 2004-01-31 (주)프론틱스 잔류응력 측정장치 및 이 장치를 이용한 잔류응력 데이터측정방법, 잔류응력 측정방법 및 이 측정방법을 기록한기록매체
GB0304192D0 (en) * 2003-02-25 2003-03-26 Accentus Plc Measurement of thermally induced stress
JP3746287B2 (ja) * 2004-01-15 2006-02-15 学校法人東京電機大学 応力測定方法とその装置
KR100569143B1 (ko) * 2004-02-26 2006-04-07 현대자동차주식회사 실린더블록 샴부의 잔류응력 측정방법
KR100517857B1 (ko) * 2004-12-16 2005-09-30 (주)프론틱스 연속압입시험법을 이용한 잔류응력 측정방법
JP2006284199A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Toshiba Corp 残留応力測定装置及びその測定方法
JP4910135B2 (ja) 2006-08-03 2012-04-04 国立大学法人 岡山大学 ひずみ測定方法及びひずみ測定装置
JP4328349B2 (ja) * 2006-11-29 2009-09-09 株式会社日立製作所 残留応力測定方法及び装置
JP4919875B2 (ja) * 2007-05-30 2012-04-18 株式会社東芝 構造物の応力解析方法及び装置
US7739059B2 (en) * 2007-07-16 2010-06-15 Airbus France Method, System, and computer program product for calculating the residual stress equilibrium of two concentric cylinders coldworked by a loading-unloading expansion process
JP2009048361A (ja) * 2007-08-17 2009-03-05 Ihi Corp 溶接構造物の残留応力解析方法
JP2009216514A (ja) * 2008-03-10 2009-09-24 Toshiba Corp 残留応力評価システム及び残留応力測定方法
JP5020146B2 (ja) 2008-03-28 2012-09-05 株式会社小松製作所 歯車の圧縮残留応力評価方法および歯車設計方法
JP5545043B2 (ja) 2010-06-02 2014-07-09 株式会社Ｉｈｉ 残留応力測定方法
JP2012206824A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Fuji Xerox Co Ltd 内部残留応力算出装置、及びプログラム
JP5347001B2 (ja) * 2011-08-18 2013-11-20 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 Ｘ線回折装置
GB201117343D0 (en) * 2011-10-07 2011-11-23 Airbus Uk Ltd Method and apparatus for measuring residual stresses in a component
ITRM20120017A1 (it) * 2012-01-18 2013-07-19 Univ Degli Studi Roma Tre Metodo per la misura del rapporto di poisson e dello stress residuo
CN103196592B (zh) * 2013-04-10 2015-07-01 东南大学 微机械残余应力的测试结构及其测试方法
DE102014202020B4 (de) * 2014-02-05 2016-06-09 MTU Aero Engines AG Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Eigenspannungen eines Bauteils

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005181172A (ja) 2003-12-22 2005-07-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 残留応力測定方法及び装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
나카쵸 게이지 외 5명 "고유 변형법에 의한 용접 잔류 응력의 측정", 용접 학회 논문집, 평성 21년 3월, 제 27권, 제 1 호, P. 104-113

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