JPH0610645B2 - 応力拡大係数測定用ゲ−ジ、応力拡大係数測定方法およびき裂部材の余寿命監視装置 - Google Patents
応力拡大係数測定用ゲ−ジ、応力拡大係数測定方法およびき裂部材の余寿命監視装置Info
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- JPH0610645B2 JPH0610645B2 JP21195086A JP21195086A JPH0610645B2 JP H0610645 B2 JPH0610645 B2 JP H0610645B2 JP 21195086 A JP21195086 A JP 21195086A JP 21195086 A JP21195086 A JP 21195086A JP H0610645 B2 JPH0610645 B2 JP H0610645B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、き裂が生じた部材、ならびにき裂状切欠（以
下、き裂等という）を有する部材（以下、き裂部材とい
う）の先端部における応力拡大係数を非破壊的に測定す
る応力拡大係数測定用ゲージ、応力拡大係数測定方法お
よび前記き裂部材の余寿命を監視するき裂部材の余寿命
監視装置に関する。
下、き裂等という）を有する部材（以下、き裂部材とい
う）の先端部における応力拡大係数を非破壊的に測定す
る応力拡大係数測定用ゲージ、応力拡大係数測定方法お
よび前記き裂部材の余寿命を監視するき裂部材の余寿命
監視装置に関する。
（従来の技術） 一般に、欠陥を有していたり、あるいは使用中にき裂が
生じた構造物を安全に使用するために、破壊力学に基づ
いて各種の評価を行なっている。
生じた構造物を安全に使用するために、破壊力学に基づ
いて各種の評価を行なっている。
特に、今日では、破壊力学の基礎となるき裂を有するき
裂部材のき裂先端近傍の応力状態を代表するパラメータ
として、応力拡大係数という概念が提案されたことによ
り、線形破壊力学において、き裂を有するき裂部材の破
壊挙動を実用的に十分な精度で取扱うことができるよう
になった。すなわち、種々の形状のき裂部材について応
力拡大係数が解折され一般の利用に供され、構造物の安
全性が確保されている。
裂部材のき裂先端近傍の応力状態を代表するパラメータ
として、応力拡大係数という概念が提案されたことによ
り、線形破壊力学において、き裂を有するき裂部材の破
壊挙動を実用的に十分な精度で取扱うことができるよう
になった。すなわち、種々の形状のき裂部材について応
力拡大係数が解折され一般の利用に供され、構造物の安
全性が確保されている。
ところが、応力拡大係数の解析解が得られているもの
は、比較的単純な形状のものであり、他の多くは大型電
算機を用いた数値解析しなければならないのが現状であ
る。しかしながら、実際の構造物においては、き裂まで
を考慮した数値解析が電算機の容量不足、あるいは境界
条件が不明確等の理由より正確に実施することができな
い場合もある。
は、比較的単純な形状のものであり、他の多くは大型電
算機を用いた数値解析しなければならないのが現状であ
る。しかしながら、実際の構造物においては、き裂まで
を考慮した数値解析が電算機の容量不足、あるいは境界
条件が不明確等の理由より正確に実施することができな
い場合もある。
そこで、最近では実際の構造物に生じた欠陥、あるいは
き裂に対して実験的な応力解析により応力拡大係数を求
めることが試みられている。
き裂に対して実験的な応力解析により応力拡大係数を求
めることが試みられている。
すなわち、第８図に示す様に円形の薄いゲージベース１
１の上に２個の３軸ロゼット抵抗線ひずみゲージ１２，
１２を固着して形成されている応力拡大係数測定用ゲー
ジを本発明者自身が既に提案している（特願昭６０−２
１６８１０号参照）。
１の上に２個の３軸ロゼット抵抗線ひずみゲージ１２，
１２を固着して形成されている応力拡大係数測定用ゲー
ジを本発明者自身が既に提案している（特願昭６０−２
１６８１０号参照）。
このゲージパターンを詳述すると、各３軸ロゼット抵抗
線ひずみゲージ１２のゲージ中心０の間の距離Ｌ１を、
応力拡大係数を測定すべきき裂あるいはき裂状状切欠の
全長の1/10以下に設定し、かつ、各ゲージ中心０とゲー
ジベース１１の端縁との最短距離Ｌ２を同じくき裂等の
全長の1/10以下に設定している。
線ひずみゲージ１２のゲージ中心０の間の距離Ｌ１を、
応力拡大係数を測定すべきき裂あるいはき裂状状切欠の
全長の1/10以下に設定し、かつ、各ゲージ中心０とゲー
ジベース１１の端縁との最短距離Ｌ２を同じくき裂等の
全長の1/10以下に設定している。
そして、このような応力拡大係数測定用ゲージを用い
て、本発明者が開発した比例外挿法（第９図に詳細を示
す）により応力拡大係数を決定する。すなわち、応力拡
大係数測定用ゲージを第９図（ａ）に示すように、ゲー
ジベース１１をもってき裂１３の先端部に貼付し、この
状態で各３軸ロゼット抵抗線ひずみゲージ１２より第９
図（ａ）のｒ１およびｒ２の位置の応力を求める。そし
て、その応力値にあらかじめ、そのゲージパターンに対
して求めておいた較正係数を乗じて、第９図（ｂ）に示
すように、き裂先端（ｒ＝０）へ外挿し（これを比例外
挿法と呼ぶ）応力拡大係数を決定する。この応力拡大係
数と予め記憶してある材料定数の疲労き裂伝ぱ速度との
関係から、き裂部材の余寿命を評価する余寿命監視装置
を提案している。
て、本発明者が開発した比例外挿法（第９図に詳細を示
す）により応力拡大係数を決定する。すなわち、応力拡
大係数測定用ゲージを第９図（ａ）に示すように、ゲー
ジベース１１をもってき裂１３の先端部に貼付し、この
状態で各３軸ロゼット抵抗線ひずみゲージ１２より第９
図（ａ）のｒ１およびｒ２の位置の応力を求める。そし
て、その応力値にあらかじめ、そのゲージパターンに対
して求めておいた較正係数を乗じて、第９図（ｂ）に示
すように、き裂先端（ｒ＝０）へ外挿し（これを比例外
挿法と呼ぶ）応力拡大係数を決定する。この応力拡大係
数と予め記憶してある材料定数の疲労き裂伝ぱ速度との
関係から、き裂部材の余寿命を評価する余寿命監視装置
を提案している。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、以前の提案には更に工夫する必要があっ
た。
た。
すなわち、実際の構造部材においては、通常降伏応力の
1/2あるいは2/3程度の応力が作用するため応力拡大係数
測定用ゲージを、き裂１３のごく先端近傍に貼付する
と、き裂先端の塑成変形のために応力拡大係数算定精度
が低下する。また、応力拡大係数測定用ゲージをき裂先
端からの規定位置に貼付することは困難な作業であり、
貼付位置にずれが発生すると、そのずれが、応力拡大係
数算定精度に大きな影響を及ぼす。更に実際の疲労き裂
の余寿命評価にあたっては疲労き裂の開閉口の挙動を明
確に把握しないと評価精度がきわめて悪くなる。すなわ
ち、疲労き裂は外荷重により開閉内を繰返して伝ぱする
が、その途中でき裂面の微視的な塑性変形あるいは酸化
物発生等により、必ずしも外荷重が引張であっても開口
しているとは限らず、閉口していることがあり、実際に
疲労き裂が開口している有効な応力拡大係数範囲を把握
する必要がある。
1/2あるいは2/3程度の応力が作用するため応力拡大係数
測定用ゲージを、き裂１３のごく先端近傍に貼付する
と、き裂先端の塑成変形のために応力拡大係数算定精度
が低下する。また、応力拡大係数測定用ゲージをき裂先
端からの規定位置に貼付することは困難な作業であり、
貼付位置にずれが発生すると、そのずれが、応力拡大係
数算定精度に大きな影響を及ぼす。更に実際の疲労き裂
の余寿命評価にあたっては疲労き裂の開閉口の挙動を明
確に把握しないと評価精度がきわめて悪くなる。すなわ
ち、疲労き裂は外荷重により開閉内を繰返して伝ぱする
が、その途中でき裂面の微視的な塑性変形あるいは酸化
物発生等により、必ずしも外荷重が引張であっても開口
しているとは限らず、閉口していることがあり、実際に
疲労き裂が開口している有効な応力拡大係数範囲を把握
する必要がある。
このような測定、評価の高精度化の実現が強く望まれて
いる。
いる。
なぜなら、き裂が発生した場合に停止不可能な公共機械
も多いからである。また、緊急停止が不可能な機械にお
いても余寿命が十分あるのにただちに停止させて補修を
行なうのでは多大な損失を生じることとなり、また、定
量的な余寿命評価ができないままに、き裂を生じた機械
の運転を継続することは機械の大破壊を誘発させるおそ
れがある。
も多いからである。また、緊急停止が不可能な機械にお
いても余寿命が十分あるのにただちに停止させて補修を
行なうのでは多大な損失を生じることとなり、また、定
量的な余寿命評価ができないままに、き裂を生じた機械
の運転を継続することは機械の大破壊を誘発させるおそ
れがある。
本発明はこれらの点に鑑みてなされてものであり、き裂
部材のき裂先端部における応力拡大係数を、簡単な構成
でしかも高い精度で測定することのできる応力拡大係数
測定用ゲージと、この応力拡大係数測定用ゲージを用い
て、応力拡大係数を求めることのできる応力拡大係数測
定方法と、き裂部材の余寿命を高精度で求めて監視する
ことのできるき裂部材の余寿命監視装置とを提供するこ
とを目的とする。
部材のき裂先端部における応力拡大係数を、簡単な構成
でしかも高い精度で測定することのできる応力拡大係数
測定用ゲージと、この応力拡大係数測定用ゲージを用い
て、応力拡大係数を求めることのできる応力拡大係数測
定方法と、き裂部材の余寿命を高精度で求めて監視する
ことのできるき裂部材の余寿命監視装置とを提供するこ
とを目的とする。
（問題点を解決するための手段） 本発明の第１の発明の応力拡大係数測定用ゲージは、ゲ
ージベースの上に２個の３軸抵抗線ひずみゲージを間隔
をおいて取付け、前記ゲージベースをき裂部材のき裂近
傍に貼付した時に、き裂の延長線上に上記２個の３軸抵
抗線ひずみゲージの各ゲージ中心が位置するように配設
されてなることを特徴とする。
ージベースの上に２個の３軸抵抗線ひずみゲージを間隔
をおいて取付け、前記ゲージベースをき裂部材のき裂近
傍に貼付した時に、き裂の延長線上に上記２個の３軸抵
抗線ひずみゲージの各ゲージ中心が位置するように配設
されてなることを特徴とする。
本発明の第２の発明は、ゲージベースの上に２個の３軸
抵抗線ひずみゲージを間隔をおいて取付け、前記ゲージ
ベースをき裂部材のき裂近傍に貼付した時に、き裂の延
長線上に上記２個の３軸抵抗線ひずみゲージのゲージ中
心が位置するように配設されてなる応力拡大係数測定用
ゲージを、き裂部材のき裂先端近傍に貼付し、次に前記
各３軸抵抗線ひずみゲージによって応力を検出し、この
検出応力に基づいて下式（１）（２） ただし、 σｙ｜θ＝０ ：き裂の進行方向と直交する方向の引
張応力 τｘｙ｜θ＝０ ：せん断応力 ｒ ：き裂先端からの距離 αＩ，αＩＩ：較正係数 Ｔｙ：き裂縁に外力が作用する場合の引張断力 Ｔｘｙ：き裂縁に外力が作用する場合のせん断力 により、各３軸抵抗線ひずみゲージの検出応力に較正係
数を乗じ、これをき裂先端へ外挿することにより応力拡
大係数を求めることを特徴とする。
抵抗線ひずみゲージを間隔をおいて取付け、前記ゲージ
ベースをき裂部材のき裂近傍に貼付した時に、き裂の延
長線上に上記２個の３軸抵抗線ひずみゲージのゲージ中
心が位置するように配設されてなる応力拡大係数測定用
ゲージを、き裂部材のき裂先端近傍に貼付し、次に前記
各３軸抵抗線ひずみゲージによって応力を検出し、この
検出応力に基づいて下式（１）（２） ただし、 σｙ｜θ＝０ ：き裂の進行方向と直交する方向の引
張応力 τｘｙ｜θ＝０ ：せん断応力 ｒ ：き裂先端からの距離 αＩ，αＩＩ：較正係数 Ｔｙ：き裂縁に外力が作用する場合の引張断力 Ｔｘｙ：き裂縁に外力が作用する場合のせん断力 により、各３軸抵抗線ひずみゲージの検出応力に較正係
数を乗じ、これをき裂先端へ外挿することにより応力拡
大係数を求めることを特徴とする。
本発明の第３の発明のき裂部材の余寿命監視装置は、ゲ
ージベースの上に２個の３軸抵抗線ひずみゲージを間隔
をおいて取付け、前記ゲージベースをき裂部材のき裂近
傍に貼付した時に、き裂延長線上に上記２個の３軸抵抗
線ひずみゲージのゲージ中心が位置するように配設され
てなる応力拡大係数測定用ゲージを、き裂部材のき裂先
端近傍に貼付し、次に前記各３軸抵抗線ひずみゲージに
よって応力を検出し、応力拡大係数を算出する応力拡大
係数演算器と、き裂縁部に新たに貼付したき裂開閉口点
測定用抵抗線ひずみゲージの出力により、き裂の開閉口
点を算出する開閉口点演算器と、この応力拡大係数とき
裂の開閉口点から有効応力拡大係数範囲を算出し、この
有効応力拡大係数範囲と予め記憶してある材料定数とを
比較してき裂部材の残余寿命を求める評価器とを有する
ことを特徴とする。
ージベースの上に２個の３軸抵抗線ひずみゲージを間隔
をおいて取付け、前記ゲージベースをき裂部材のき裂近
傍に貼付した時に、き裂延長線上に上記２個の３軸抵抗
線ひずみゲージのゲージ中心が位置するように配設され
てなる応力拡大係数測定用ゲージを、き裂部材のき裂先
端近傍に貼付し、次に前記各３軸抵抗線ひずみゲージに
よって応力を検出し、応力拡大係数を算出する応力拡大
係数演算器と、き裂縁部に新たに貼付したき裂開閉口点
測定用抵抗線ひずみゲージの出力により、き裂の開閉口
点を算出する開閉口点演算器と、この応力拡大係数とき
裂の開閉口点から有効応力拡大係数範囲を算出し、この
有効応力拡大係数範囲と予め記憶してある材料定数とを
比較してき裂部材の残余寿命を求める評価器とを有する
ことを特徴とする。
（作用） 本発明の第１の発明の応力拡大係数測定用ゲージによれ
ば、２個の３軸ロゼット抵抗線ひずみゲージを、それぞ
れのゲージ中心とき裂先端部との距離を、き裂等の全長
の1/10〜3/10の範囲に貼付けることができる。従って、
各３軸ロゼット抵抗線ひずみゲージの出力より算出され
る較正係数が、き裂部材の幅や、き裂の長さ、き裂のき
裂部材に対する傾斜角等に依存しないで、き裂先端とゲ
ージ中心との距離の変化に応じてほぼ一直線状に変化す
ることとなり、より精度の高い応力拡大係数を容易かつ
安定的に測定することができる。
ば、２個の３軸ロゼット抵抗線ひずみゲージを、それぞ
れのゲージ中心とき裂先端部との距離を、き裂等の全長
の1/10〜3/10の範囲に貼付けることができる。従って、
各３軸ロゼット抵抗線ひずみゲージの出力より算出され
る較正係数が、き裂部材の幅や、き裂の長さ、き裂のき
裂部材に対する傾斜角等に依存しないで、き裂先端とゲ
ージ中心との距離の変化に応じてほぼ一直線状に変化す
ることとなり、より精度の高い応力拡大係数を容易かつ
安定的に測定することができる。
本発明の第２の発明の応力拡大係数測定方法によれば、
構成の簡単な第１の発明の応力拡大係数測定用ゲージを
用いて外挿に適切な位置の応力を検出し、その検出応力
に較正係数を乗じ、更にこれをき裂先端まで外挿して、
精度の高い応力拡大係数を極めて容易に求めることがで
きる。
構成の簡単な第１の発明の応力拡大係数測定用ゲージを
用いて外挿に適切な位置の応力を検出し、その検出応力
に較正係数を乗じ、更にこれをき裂先端まで外挿して、
精度の高い応力拡大係数を極めて容易に求めることがで
きる。
本発明の第３の発明のき裂部材の余寿命監視装置によれ
ば、一方の応力拡大係数演算器によって、第１の発明の
応力拡大係数測定用ゲージで検出した検出応力から第２
の発明の応力拡大係数測定方法に基づいて応力拡大係数
を算出し、他方の開閉口点演算器によって、き裂開閉口
点測定用抵抗線ひずみゲージの出力からき裂の開閉口点
を算出する。そして、算出された応力拡大係数とき裂の
開閉口点から有効応力拡大係数範囲を算出し、更に、評
価器によって予め記憶してあるき裂部材の材料定数と有
効応力拡大係数範囲とを比較してき裂部材の残余寿命を
正確に求めることができる。
ば、一方の応力拡大係数演算器によって、第１の発明の
応力拡大係数測定用ゲージで検出した検出応力から第２
の発明の応力拡大係数測定方法に基づいて応力拡大係数
を算出し、他方の開閉口点演算器によって、き裂開閉口
点測定用抵抗線ひずみゲージの出力からき裂の開閉口点
を算出する。そして、算出された応力拡大係数とき裂の
開閉口点から有効応力拡大係数範囲を算出し、更に、評
価器によって予め記憶してあるき裂部材の材料定数と有
効応力拡大係数範囲とを比較してき裂部材の残余寿命を
正確に求めることができる。
（実施例） 以下、本発明の実施例を説明する。
先ず、本発明によって応力拡大係数を求める比例外挿法
の基礎式は次式（３）（４）である。
の基礎式は次式（３）（４）である。
ただし、 σｙ｜θ＝０ ：き裂の進行方向と直交する方向の引
張応力 τｘｙ｜θ＝０ ：せん断応力 ｒ ：き裂先端からの距離 Ｔｙ：き裂縁に外力が作用する場合の引張力 Ｔｘｙ：き裂縁に外力が作用する場合のせん断力 ただし、サフィックスＡ，Ｂは、それぞれ応力拡大係数
を求めたい問題に関する値を示し、Ｂはあらじめ較正係
数を求めておく問題に関する値である。
張応力 τｘｙ｜θ＝０ ：せん断応力 ｒ ：き裂先端からの距離 Ｔｙ：き裂縁に外力が作用する場合の引張力 Ｔｘｙ：き裂縁に外力が作用する場合のせん断力 ただし、サフィックスＡ，Ｂは、それぞれ応力拡大係数
を求めたい問題に関する値を示し、Ｂはあらじめ較正係
数を求めておく問題に関する値である。
式（３），（４）による比例外挿法の基礎式の妥当性を
第２図以降で説明する。
第２図以降で説明する。
第２図に示すように、上下方向に一様引張を受ける中央
部のななめき裂２３の応力拡大係数は、すでに、写象関
数を用いて北川、結城らによって厳密な解が求められて
いる。
部のななめき裂２３の応力拡大係数は、すでに、写象関
数を用いて北川、結城らによって厳密な解が求められて
いる。
従って、この問題について第２図のような境界要素分割
により、境界要素法（ＢＥＭ）を用いて数値解析を行
い、式（３）（４）における較正係数αＩ，αIIを αＩ＝ＫＩＢ／（σｙｌθ＝０）Ｂ αII＝ＫIIB／（τｘｙｌθ＝０）Ｂ として算出した。この問題ではき裂縁に外力は作用して
いないのでＴｙ（０）＝Ｔｘｙ（０）＝０とした。その
結果を第３図の実線に示す。
により、境界要素法（ＢＥＭ）を用いて数値解析を行
い、式（３）（４）における較正係数αＩ，αIIを αＩ＝ＫＩＢ／（σｙｌθ＝０）Ｂ αII＝ＫIIB／（τｘｙｌθ＝０）Ｂ として算出した。この問題ではき裂縁に外力は作用して
いないのでＴｙ（０）＝Ｔｘｙ（０）＝０とした。その
結果を第３図の実線に示す。
この第３図中には、破線により既提案によるき裂の開口
変位を用いた場合の較正係数を参考のため示したが、き
裂の開口変位の場合の較正係数は、き裂先端からの距離
ｒに強く影響されることがわかる。当然ながらき裂先端
近傍の応力を用いた本提案の較正係数も、き裂先端から
の距離ｒの関数となることは図より明らかである。以上
より実際の応力拡大係数決定に際しては、式（３）
（４）を書き変えた次式（５）（６）を用いることが妥
当で、有効なことがわかる。
変位を用いた場合の較正係数を参考のため示したが、き
裂の開口変位の場合の較正係数は、き裂先端からの距離
ｒに強く影響されることがわかる。当然ながらき裂先端
近傍の応力を用いた本提案の較正係数も、き裂先端から
の距離ｒの関数となることは図より明らかである。以上
より実際の応力拡大係数決定に際しては、式（３）
（４）を書き変えた次式（５）（６）を用いることが妥
当で、有効なことがわかる。
次に、本発明の第１の発明である応力拡大係数測定用ゲ
ージについて説明する。
ージについて説明する。
第１図は第１の発明の一実施例である応力拡大係数測定
用ゲージ２５を示している。本実施例の応力拡大係数測
定用ゲージ２５は、四角形の薄いゲージベース２１の上
に、２個の３軸ロゼット抵抗線ひずみゲージ２２，２２
を固着して形成されている。そして、各３軸ロゼット抵
抗線ひずみゲージ２２のゲージ中心０と、ゲージベース
２１をき裂部材に貼付した時に、き裂２３の先端部から
の距離が、き裂等の全長２Ｃに対して、１／１０≦Ｌ２
／２Ｃ≦（Ｌ２＋Ｌ１）≦３／１０の範囲内となる様に
設定している。
用ゲージ２５を示している。本実施例の応力拡大係数測
定用ゲージ２５は、四角形の薄いゲージベース２１の上
に、２個の３軸ロゼット抵抗線ひずみゲージ２２，２２
を固着して形成されている。そして、各３軸ロゼット抵
抗線ひずみゲージ２２のゲージ中心０と、ゲージベース
２１をき裂部材に貼付した時に、き裂２３の先端部から
の距離が、き裂等の全長２Ｃに対して、１／１０≦Ｌ２
／２Ｃ≦（Ｌ２＋Ｌ１）≦３／１０の範囲内となる様に
設定している。
例えば、き裂２３等の全長が２７．５mm程度以上である
場合には、Ｌ２＝２．７５mm、Ｌ１＝２．５mmに形成し
た応力拡大係数測定用ゲージ２５が応力拡大係数の測定
に効果的である。
場合には、Ｌ２＝２．７５mm、Ｌ１＝２．５mmに形成し
た応力拡大係数測定用ゲージ２５が応力拡大係数の測定
に効果的である。
また、ゲージベース２１には、き裂先端の決められた位
置に貼付できる様に縦横のガイドライン２４，２４を入
れることも効果が高い。
置に貼付できる様に縦横のガイドライン２４，２４を入
れることも効果が高い。
また、き裂縁には、き裂２３の開閉口点を決定するため
の１軸抵抗線ひずみゲージ２６を貼付することが有効で
ある。
の１軸抵抗線ひずみゲージ２６を貼付することが有効で
ある。
このようにしてＬ１，Ｌ２を決めるのは次の理由に基づ
くものである。
くものである。
すなわち、第２図に示した中央ななめき裂２３を有する
帯板２７が引張荷重を受ける場合についてき裂長さに対
する板幅の比２Ｃ／Ｗ＝０．２，０．３，０．４，０．
５で、き裂の傾き角α＝０度、３０度，４５度の各場合
に境界要素法（ＢＥＭ）で解析し、較正係数αＩ，αII
を αＩ＝ＫＩＢ／σＹＢ αII＝ＫIIB／τｘｙＢ により算出した結果を第３図の実線に示す。
帯板２７が引張荷重を受ける場合についてき裂長さに対
する板幅の比２Ｃ／Ｗ＝０．２，０．３，０．４，０．
５で、き裂の傾き角α＝０度、３０度，４５度の各場合
に境界要素法（ＢＥＭ）で解析し、較正係数αＩ，αII
を αＩ＝ＫＩＢ／σＹＢ αII＝ＫIIB／τｘｙＢ により算出した結果を第３図の実線に示す。
この結果上記の各条件にかかわらずｒ／２ａＣ＜０．３
５の範囲内では較正係数は、２Ｃ／Ｗ、あるいはαに依
存しないで、一本の曲線で表示できる。
５の範囲内では較正係数は、２Ｃ／Ｗ、あるいはαに依
存しないで、一本の曲線で表示できる。
一方、抵抗線ひずみゲージがある有限の寸法を有してい
るので、き裂２３のごく近傍の応力測定が困難である。
るので、き裂２３のごく近傍の応力測定が困難である。
また、第３図からも明らかなように、き裂２３のごく先
端近傍では、較正係数がやや小さ目となり、較正係数を
取扱いの容易な直線で近似するには０．１≦ｒ／２Ｃ≦
０．３の範囲内が、ほぼ妥当で有効な応力拡大係数測定
を行なうことができる。
端近傍では、較正係数がやや小さ目となり、較正係数を
取扱いの容易な直線で近似するには０．１≦ｒ／２Ｃ≦
０．３の範囲内が、ほぼ妥当で有効な応力拡大係数測定
を行なうことができる。
次に、この応力拡大係数測定用ゲージ２５を用いて本発
明の第２の発明に基づく応力拡大係数の測定法を第４図
について説明する。
明の第２の発明に基づく応力拡大係数の測定法を第４図
について説明する。
この測定に用いたき裂部材３７は構造用炭素鋼（ＳＳ４
１材）からなる厚さ５mmの帯板である。このき裂部材３
７の中央にはななめの切欠３３を設けており、その切欠
先端に応力拡大係数測定用ゲージ２５を貼付する。そし
て、引張荷重をき裂部材３７に負荷し、この状態で各３
軸ロゼット抵抗線ひずみゲージ２２により第９図（ｂ）
のｒ１およびｒ２の位置の応力を求める。そして求めた
応力から式（５）（６）に基づいてｒ１およびｒ２の位
置のＫＩおよびＫIIを較正係数として第３図に示した値
を用いて算定する。そして、第９図（ｂ）に示すように
ｒ１およびｒ２の２点のＫＩ，ＫII値からｒ＝０の値に
外挿して、真の応力拡大係数を求める。
１材）からなる厚さ５mmの帯板である。このき裂部材３
７の中央にはななめの切欠３３を設けており、その切欠
先端に応力拡大係数測定用ゲージ２５を貼付する。そし
て、引張荷重をき裂部材３７に負荷し、この状態で各３
軸ロゼット抵抗線ひずみゲージ２２により第９図（ｂ）
のｒ１およびｒ２の位置の応力を求める。そして求めた
応力から式（５）（６）に基づいてｒ１およびｒ２の位
置のＫＩおよびＫIIを較正係数として第３図に示した値
を用いて算定する。そして、第９図（ｂ）に示すように
ｒ１およびｒ２の２点のＫＩ，ＫII値からｒ＝０の値に
外挿して、真の応力拡大係数を求める。
このように本発明に基づいて求めたＫＩ，ＫIIから下式
（７）（８）によって算出される応力拡大係数Ｆ１，Ｆ
KIIと北川による解析解とを比較して別表に示した。
（７）（８）によって算出される応力拡大係数Ｆ１，Ｆ
KIIと北川による解析解とを比較して別表に示した。
この別表から判るように、本発明の応力拡大係数測定用
ゲージ２５を用いて求められた応力拡大係数は工学的に
十分な精度である。
ゲージ２５を用いて求められた応力拡大係数は工学的に
十分な精度である。
次に、本発明の第３の発明を説明する。
本発明は、第１の発明の応力拡大係数測定用ゲージ２５
を用いて応力を求め、第２の発明により応力拡大係数を
求め、この応力拡大係数からき裂部材３７の残余寿命を
求めて監視するものである。
を用いて応力を求め、第２の発明により応力拡大係数を
求め、この応力拡大係数からき裂部材３７の残余寿命を
求めて監視するものである。
第５図は本発明の一実施例を示し、すみ肉溶接部の欠陥
からき裂が生じた場合のき裂部材３７の余寿命を監視す
る状態を示している。
からき裂が生じた場合のき裂部材３７の余寿命を監視す
る状態を示している。
本実施例においては、き裂１３の先端部に応力拡大係数
測定用ゲージ２５ならびにき裂開閉口点測定用ひずみゲ
ージ２６を貼付している。この応力拡大係数測定用ゲー
ジ２５で得られた応力は増幅器３８へ送られる。この増
幅器３８には、式（５）（６）によって応力拡大係数を
算出する応力拡大係数演算器３９が接続されている。ま
た、この演算器３９では、き裂開閉口点測定用ひずみゲ
ージ２６で測定されたひずみ値を増幅器４０へ送り、開
閉口点演算器４１において第６図に示すような手法でき
裂開閉口点を決定した結果から、有効応力拡大係数範囲
をも算出する。このように、有効応力拡大係数範囲を算
定しなければならない理由は、疲労き裂が完全に閉じて
上下面が接触した場合に、荷重は伝達されるため、き裂
が閉じている範囲での負荷は、き裂先端の疲労損傷に影
響を与えないと考えられるためである。応力拡大係数演
算器３９には、算出された有効応力拡大係数範囲を記憶
器４２に予め記憶されているき裂部材３７の材料定数と
比較する評価器４３が接続されている。この評価器４３
には比較結果を表示する表示器４４と、評価器４３によ
って危険と判断された時に運転停止信号を発する運転制
御器４５とが接続されている。
測定用ゲージ２５ならびにき裂開閉口点測定用ひずみゲ
ージ２６を貼付している。この応力拡大係数測定用ゲー
ジ２５で得られた応力は増幅器３８へ送られる。この増
幅器３８には、式（５）（６）によって応力拡大係数を
算出する応力拡大係数演算器３９が接続されている。ま
た、この演算器３９では、き裂開閉口点測定用ひずみゲ
ージ２６で測定されたひずみ値を増幅器４０へ送り、開
閉口点演算器４１において第６図に示すような手法でき
裂開閉口点を決定した結果から、有効応力拡大係数範囲
をも算出する。このように、有効応力拡大係数範囲を算
定しなければならない理由は、疲労き裂が完全に閉じて
上下面が接触した場合に、荷重は伝達されるため、き裂
が閉じている範囲での負荷は、き裂先端の疲労損傷に影
響を与えないと考えられるためである。応力拡大係数演
算器３９には、算出された有効応力拡大係数範囲を記憶
器４２に予め記憶されているき裂部材３７の材料定数と
比較する評価器４３が接続されている。この評価器４３
には比較結果を表示する表示器４４と、評価器４３によ
って危険と判断された時に運転停止信号を発する運転制
御器４５とが接続されている。
次に、本発明の作用を説明する。
先ず、応力拡大係数測定用ゲージ２５によりき裂１３の
先端の応力を検出し、また、き裂開閉口点測定用ゲージ
２６を用いてき裂縁部のひずみを検出し、それぞれ増幅
器３８，４０によって増幅し、更に応力拡大係数演算器
３９および開閉口点演算器４１により、応力拡大係数と
き裂開閉口点を算出し、有効応力拡大係数を算出する。
この場合負荷変動に伴う最大応力係数ＫＩｍａｘ，Ｋ
IImaxと、最小応力拡大係数ＫＩｍｉｎ，ＫIIminとの差
として応力拡大係数範囲を算定し、モードＩ成分につい
ては次式（９）（１０）の様にき裂開閉口比（Ｘ−Ｙ）
／（Ｘ−Ｚ）を乗じて有効応力拡大係数範囲とする（第
６図参照）。
先端の応力を検出し、また、き裂開閉口点測定用ゲージ
２６を用いてき裂縁部のひずみを検出し、それぞれ増幅
器３８，４０によって増幅し、更に応力拡大係数演算器
３９および開閉口点演算器４１により、応力拡大係数と
き裂開閉口点を算出し、有効応力拡大係数を算出する。
この場合負荷変動に伴う最大応力係数ＫＩｍａｘ，Ｋ
IImaxと、最小応力拡大係数ＫＩｍｉｎ，ＫIIminとの差
として応力拡大係数範囲を算定し、モードＩ成分につい
ては次式（９）（１０）の様にき裂開閉口比（Ｘ−Ｙ）
／（Ｘ−Ｚ）を乗じて有効応力拡大係数範囲とする（第
６図参照）。
△ＫＩ＝(KImax)KImin)(X-Y)(X-Z) ……（９） △ＫII＝（ＫIImax）ＫIImin……（１０） 混合モード下における破壊条件には最大主応力説を採用
することとし、式（９）（１０）より次式（１１）に示
される最大主応力拡大係数 △Ｋθｍａｘを算出する。
することとし、式（９）（１０）より次式（１１）に示
される最大主応力拡大係数 △Ｋθｍａｘを算出する。
ただし、 である。
このような△Ｋθｍａｘを用いて、評価器４３において
は第７図に示す記憶器４２に内蔵されている材料定数と
の比較検討を行う。
は第７図に示す記憶器４２に内蔵されている材料定数と
の比較検討を行う。
すなわち、一般に疲労き裂の伝ぱ速度は応力拡大係数範
囲に依存し、応力拡大係数範囲が小さければき裂伝ぱ速
度は減速し、ある限界値△Ｋｔｈ以下になれば全く伝ぱ
しない。一方、応力拡大係数が大きくなければき裂伝ぱ
速度は加速され、限界値△ＫＦＣ以上になれば不安定的
にき裂が伝ぱし、き裂部材３７が破断される。この第７
図に示されるき裂伝ぱ速度｛ｌｏｇ（ｄａ／ｄＮ）｝と
有効応力拡大係数の変動幅（ｌｏｇ△Ｋｅｆｆ）の関係
は、平均応力に依存しない材料によって決まる材料定数
であり、一般の（ｄａ／ｄＮ−△Ｋ）の関係の様に平均
応力によって複数のデータを準備する必要がない。ま
た、△Ｋｔｈ，△ＫＦＣも同様な材料定数でそれぞれ予
め記憶器４２に内蔵されている。そして、評価結果が△
Ｋｅｆｆ≦△Ｋｔｈであれば、き裂の伝ぱは停止してお
り、それ以上の進展はなく、機械は運転継続される。
囲に依存し、応力拡大係数範囲が小さければき裂伝ぱ速
度は減速し、ある限界値△Ｋｔｈ以下になれば全く伝ぱ
しない。一方、応力拡大係数が大きくなければき裂伝ぱ
速度は加速され、限界値△ＫＦＣ以上になれば不安定的
にき裂が伝ぱし、き裂部材３７が破断される。この第７
図に示されるき裂伝ぱ速度｛ｌｏｇ（ｄａ／ｄＮ）｝と
有効応力拡大係数の変動幅（ｌｏｇ△Ｋｅｆｆ）の関係
は、平均応力に依存しない材料によって決まる材料定数
であり、一般の（ｄａ／ｄＮ−△Ｋ）の関係の様に平均
応力によって複数のデータを準備する必要がない。ま
た、△Ｋｔｈ，△ＫＦＣも同様な材料定数でそれぞれ予
め記憶器４２に内蔵されている。そして、評価結果が△
Ｋｅｆｆ≦△Ｋｔｈであれば、き裂の伝ぱは停止してお
り、それ以上の進展はなく、機械は運転継続される。
また、△Ｋｔｈ≦△Ｋｅｆｆ＜△ＫＦＣの範囲であれ
ば、現在のき裂伝ぱ速度が判り、余寿命として近い将来
のき裂伝ぱ速度が近似的に得られ、運転を継続しなが
ら、補修時期等の判断を決定する。
ば、現在のき裂伝ぱ速度が判り、余寿命として近い将来
のき裂伝ぱ速度が近似的に得られ、運転を継続しなが
ら、補修時期等の判断を決定する。
また、△Ｋｅｆｆが第７図の領域IIIであれば、余寿命
はきわめて短く、早急な機械の停止と補修が必要であり
運転制御器４５より運転停止信号が送られることにな
り、緊急停止が不可能な構造物においては、監視を継続
しながら、機械の出力低下などにより、応力を低下さ
せ、き裂の伝ぱを減速させる。
はきわめて短く、早急な機械の停止と補修が必要であり
運転制御器４５より運転停止信号が送られることにな
り、緊急停止が不可能な構造物においては、監視を継続
しながら、機械の出力低下などにより、応力を低下さ
せ、き裂の伝ぱを減速させる。
このような判断結果は表示器４５により表示される。
このように本発明の応力拡大係数測定用ゲージは簡単な
構成でしかも容易に応力拡大係数を測定することができ
る。また、本発明の応力拡大係数測定方法は、応力拡大
係数測定用ゲージの出力を基に応力拡大係数を極めて容
易に測定することができ、しかも非破壊的に高精度で応
力拡大係数を測定することができる。また、本発明のき
裂部材の余寿命監視装置はき裂の開閉口点を考慮した有
効応力拡大係数を容易に測定できるとともに、き裂伝ぱ
速度、並びに近い将来のき裂長さ等を精度良く推定して
余寿命を監視することができるので、き裂部材の不安定
破壊を未然に防止することができ、有効に機械等の使用
メインテナンスができる等の効果を奏する。
構成でしかも容易に応力拡大係数を測定することができ
る。また、本発明の応力拡大係数測定方法は、応力拡大
係数測定用ゲージの出力を基に応力拡大係数を極めて容
易に測定することができ、しかも非破壊的に高精度で応
力拡大係数を測定することができる。また、本発明のき
裂部材の余寿命監視装置はき裂の開閉口点を考慮した有
効応力拡大係数を容易に測定できるとともに、き裂伝ぱ
速度、並びに近い将来のき裂長さ等を精度良く推定して
余寿命を監視することができるので、き裂部材の不安定
破壊を未然に防止することができ、有効に機械等の使用
メインテナンスができる等の効果を奏する。
第１図は本発明の応力拡大係数測定用ゲージ、き裂開閉
口点測定用ゲージの一実施例を示す平面図、第２図
（ａ）（ｂ）は本発明の妥当性ならびに較正係数の算出
のために行なった境界要素法解析対象を示す概略図、第
３図は本発明の妥当性を示す較正係数の解析結果を示す
特性図、第４図（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の妥当性を
検討するために実施した試験材料の概要を示し、同図
（ａ）は正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の右側面図、
同図（ｃ）は応力拡大係数測定用ゲージ部分の拡大図、
第５図は本発明のき裂部材の余寿命監視装置の一実施例
を示すブロック図、第６図はき裂開閉口点測定用ゲージ
によるき裂開閉口点の決定法を示す線図、第７図はき裂
伝ぱ速度と有効応力拡大係数範囲との関係を示す特性
図、第８図は本発明者が以前に提案した応力拡大係数測
定用ゲージを示す平面図、第９図（ａ）（ｂ）は第８図
のゲージを用いた比例外挿法による応力拡大係数の決定
法を示す概略図である。 ２１……ゲージベース、２２……３軸ロゼット抵抗線ひ
ずみゲージ、２３……き裂、２４……ガイドライン、２
５……応力拡大係数測定用ゲージ、２６……き列開閉口
点測定用ゲージ、３７……き裂部材、３８，４０……増
幅器、３９……応力拡大係数演算器、４１……開閉口点
演算器、４２……記憶器、４３……評価器。
口点測定用ゲージの一実施例を示す平面図、第２図
（ａ）（ｂ）は本発明の妥当性ならびに較正係数の算出
のために行なった境界要素法解析対象を示す概略図、第
３図は本発明の妥当性を示す較正係数の解析結果を示す
特性図、第４図（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の妥当性を
検討するために実施した試験材料の概要を示し、同図
（ａ）は正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の右側面図、
同図（ｃ）は応力拡大係数測定用ゲージ部分の拡大図、
第５図は本発明のき裂部材の余寿命監視装置の一実施例
を示すブロック図、第６図はき裂開閉口点測定用ゲージ
によるき裂開閉口点の決定法を示す線図、第７図はき裂
伝ぱ速度と有効応力拡大係数範囲との関係を示す特性
図、第８図は本発明者が以前に提案した応力拡大係数測
定用ゲージを示す平面図、第９図（ａ）（ｂ）は第８図
のゲージを用いた比例外挿法による応力拡大係数の決定
法を示す概略図である。 ２１……ゲージベース、２２……３軸ロゼット抵抗線ひ
ずみゲージ、２３……き裂、２４……ガイドライン、２
５……応力拡大係数測定用ゲージ、２６……き列開閉口
点測定用ゲージ、３７……き裂部材、３８，４０……増
幅器、３９……応力拡大係数演算器、４１……開閉口点
演算器、４２……記憶器、４３……評価器。
Claims (4)
- 【請求項１】ゲージベースの上に２個の３軸抵抗線ひず
みゲージを間隔をおいて取付け、前記ゲージベースをき
裂部材のき裂近傍に貼付した時に、き裂の延長線上に上
記２個の３軸抵抗線ひずみゲージの各ゲージ中心が位置
するように配設されてなる応力拡大係数測定用ゲージ。 - 【請求項２】ゲージベース上に、２個の３軸抵抗線ひず
みゲージのゲージ中心を結ぶ線分からなるガイドライン
と、このガイドラインに直交する他のガイドラインとを
付したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の応
力拡大係数測定用ゲージ。 - 【請求項３】ゲージベースの上に２個の３軸抵抗線ひず
みゲージを間隔をおいて取付け、前記ゲージベースをき
裂部材のき裂近傍に貼付した時に、き裂の延長線上に上
記２個の３軸抵抗線ひずみゲージの各ゲージ中心が位置
するように配設されてなる応力拡大係数測定用ゲージ
を、き裂部材のき裂先端近傍に貼付し、次に前記各３軸
抵抗線ひずみゲージによって応力を検出し、この検出応
力に基づいて下式（１）（２） ただし、 σｙ｜θ＝０ ：き裂の進行方向と直交する方向の引
張応力 τｘｙ｜θ＝０ ：せん断応力 ｒ ：き裂先端からの距離 αＩ，αII：較正係数 Ｔｙ：き裂縁に外力が作用する場合の引張
力 Ｔｘｙ：き裂縁に外力が作用する場合のせん
断力 により、各３軸抵抗線ひずみゲージの検出応力に較正係
数を乗じ、これをき裂先端へ外挿することにより応力拡
大係数を求めることを特徴とする応力拡大係数測定方
法。 - 【請求項４】ゲージベースの上に２個の３軸抵抗線ひず
みゲージを間隔をおいて取付け、前記ゲージベースをき
裂部材のき裂近傍に貼付した時に、き裂の延長線上に上
記２個の３軸抵抗線ひずみゲージの各ゲージ中心が位置
するように配設されてなる応力拡大係数測定用ゲージを
き裂部材のき裂先端近傍に貼付し、次に前記各３軸抵抗
線ひずみゲージによって応力を検出し、応力拡大係数を
算出する応力拡大係数演算器と；き裂縁部に新たに貼付
したき裂開閉口点測定用抵抗線ひずみゲージの出力によ
り、き裂の開閉口点を算出する開閉口点演算器と；この
応力拡大係数とき裂の開閉口点から有効応力拡大係数範
囲を算出し、この有効応力拡大係数範囲と予め記憶して
ある材料定数とを比較してき裂部材の残余寿命を求める
評価器：と；を有するき裂部材の余寿命監視装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21195086A JPH0610645B2 (ja) | 1986-09-09 | 1986-09-09 | 応力拡大係数測定用ゲ−ジ、応力拡大係数測定方法およびき裂部材の余寿命監視装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21195086A JPH0610645B2 (ja) | 1986-09-09 | 1986-09-09 | 応力拡大係数測定用ゲ−ジ、応力拡大係数測定方法およびき裂部材の余寿命監視装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6366428A JPS6366428A (ja) | 1988-03-25 |
| JPH0610645B2 true JPH0610645B2 (ja) | 1994-02-09 |
Family
ID=16614380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21195086A Expired - Lifetime JPH0610645B2 (ja) | 1986-09-09 | 1986-09-09 | 応力拡大係数測定用ゲ−ジ、応力拡大係数測定方法およびき裂部材の余寿命監視装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0610645B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022114982A1 (en) * | 2020-11-27 | 2022-06-02 | Shm System Spolka Z O.O. Spolka Komandytowa | Method and detector for identifying a moment of plastic deformation of material |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2564502B2 (ja) * | 1981-10-29 | 1996-12-18 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
| JPH02230130A (ja) * | 1989-12-15 | 1990-09-12 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 液晶電気光学装置 |
| JPH06289421A (ja) * | 1992-09-30 | 1994-10-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 液晶表示素子とその製造方法 |
| JPH07109895B2 (ja) * | 1993-09-01 | 1995-11-22 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
| JP4979546B2 (ja) * | 2007-11-13 | 2012-07-18 | 株式会社Ｉｈｉ | 溶接構造体の健全性検証方法 |
| CN113447388A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-28 | 重庆市潼南区九橡化大环保科技有限公司 | 沥青延度仪校准试件及其制备方法、校准方法 |
| CN114112130B (zh) * | 2021-09-30 | 2023-04-21 | 河海大学 | 可重复测量裂纹尖端应力强度因子的装置及其方法 |
-
1986
- 1986-09-09 JP JP21195086A patent/JPH0610645B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022114982A1 (en) * | 2020-11-27 | 2022-06-02 | Shm System Spolka Z O.O. Spolka Komandytowa | Method and detector for identifying a moment of plastic deformation of material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6366428A (ja) | 1988-03-25 |
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