JPS60181649A - 応力測定方法 - Google Patents

応力測定方法

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JPS60181649A
JPS60181649A JP59036259A JP3625984A JPS60181649A JP S60181649 A JPS60181649 A JP S60181649A JP 59036259 A JP59036259 A JP 59036259A JP 3625984 A JP3625984 A JP 3625984A JP S60181649 A JPS60181649 A JP S60181649A
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Yukio Ogura
幸夫 小倉
Sadahisa Tomita
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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は応力の測定方法に係り、特に超音波探傷を用い
た応力測定方法に関する。
〔発明の背景〕
一端部から他端部にわたってほぼ一定の幅寸法を有する
内部欠陥のある構造体に作用する応力を測定する方法と
して、従来、構造体の表面にひずみゲージを貼付け、こ
のひずみゲージから出力される信号によって測定する方
法がある。しかし、この従来の方法にあっては以下に列
挙する不具合がある。
(1)測定される応力は表面応力であり、構造体全体に
作用する応力は測定できない6 (2)測定に際し、ひずみゲージを貼付するための構造
体の表面仕上げ作業、ひずみゲージの接着作業、ひずみ
ゲージに接続されるリード線の結線作業等の前処理、及
びひずみゲージを構造体からはがす後処理を必要とし、
多大な作業工数を要する。
(3)一度、測定された後のひずみゲージは再使用が不
能であり、ランニングコストがかかる。
(4)ひずみゲージにはリード線が接続されることから
、測定される構造体の回転動作等が困難である。
〔発明の目的〕
本発明は、このような従来技術における実情に鑑みてな
されたもので、その目的は、ひずみゲージを用いること
なく構造体全体に作用する応力を測定することのできる
応力測定方法を提供するこ−とにある。
〔発明の概要〕
この目的を達成するために、本発明は超音波探傷を用い
た非破壊検査に着目し、一端部から他端部にわたってほ
ぼ一定の幅寸法を有する内部欠陥に作用する応力を測定
する応力測定方法において。
上述の内部欠陥に超音波ビームを投射して当該内部欠陥
の欠陥高さ及び欠陥幅をめるとともに、内部欠陥の一端
部と他端部を含む方向に超音波ビームを投射することに
よって得られる上述の一端部における第1の散乱波エコ
ーのエコー高さと、他端部における第2の散乱波エコー
のエコー高さとの比をめ、上述の欠陥高さ及び欠陥幅に
対応する上述の比と上述の応力との相関関係から、当該
構造体に作用する応力を測定する構成にしである。
(発明の実施例〕 以下、本発明の応力測定方法の一実施例を、第1図〜第
9図に基づいて説明する。
第1図〜第5図は実際の測定作業に先立っておこなわれ
る準備作業を例示する説明図である。第1図において、
1は試験体で、例えば板厚Tが50mmの材質50kg
の高張力鋼からなっている。
2はこの試験体lに形成した内部欠陥で、探傷面3から
の距離Qが例えば25mmの位置にあり、欠陥高さSが
10++wnになっている。なお、tは内部欠陥2の幅
寸法つまり欠陥幅で、当該欠陥幅tの方向が探傷面3に
平行となるようにこの内部欠陥2を形成しである。4は
超音波ビームを内部欠陥2に投射する探触子で、探傷面
3上に配置され、該探傷面3に対して例えば垂直に超音
波ビームを入射させるようになっており、公知の図示し
ないオツシロスコープやパルス反射式ハスコープ表示型
超音波探傷器などの表示手段、およびマイクロコンピュ
ータ等の演算手段に接続されている。
そして、この第1図に示す状態において例えば5 M 
Hzの周波数で探触子4から内部欠陥2に向って超音波
ビームを投射ちと、第2図に示すように、内部欠陥2の
第1の端部例えば上端部5における第1の散乱波エコー
6と、第2の端部例えば下端部7に第2の散乱波エコー
8とが生じる。
このようにして得られる第1の散乱波エコー6と第2の
散乱波エコー8とに注目すると、内部欠陥2の欠陥幅t
が狭いほど上端部5における第1の散乱波エコー6のエ
コー高さhlが小さくなり、下端部7における第2の散
乱波エコー8のエコー高さhlが大きくなる関係があり
、逆に4欠陥幅tが広くなると第1の散乱波エコー6の
エコー高さhlが大きくなり、第2の散乱波エコー8の
エコー高さhlが小さくなる関係がある。
したがって、試験体1における内部欠陥2の欠陥幅tを
各種の値に設定し、これらの欠陥幅tに対応するエコー
高さhx、hzをそれぞれめるとともに、当該hx、h
zに基づいて次の式、Hr(dB)=20Qog1 o
 (hx /hz ) (1)によってエコー高さの比
Hrをマイクロコンピュータ等の演算手段により演算す
ると、第3図に例示するエコー高さの比Hrと欠陥幅t
との相関関係が得られる。このような相関関係は例えば
図示しないマイクロコンピュータ等の記憶部に記憶させ
ておく。
なお、上述の相関関係は上記した材質、板厚T等を有す
る試験体lの内部欠陥2におけるものであるが、この第
3図に示す相関関係とほぼ同等の相関関係が試験体1の
材質、板厚T、内部欠陥2までの距離Q、周波数などに
ほとんど影響されることなく成立する。
次に、試験体1に作用する応力と、試験体1に内在する
内部欠陥2の欠陥幅tとの関係に着目すると、一般に、
試験体1に作用する応力の大きさに相応して欠陥幅tは
変化する。すなわち、当該応力が例えば引張応力の場合
、応力の値が大きくなる程、欠陥幅tは大きな幅寸法に
なる関係にある。このことから内部欠陥2を有する試験
体1に引張応力を作用させた場合に、当該応力と上述し
た第3図に示すエコー高さの比Hrとは相関関係にある
ことがわかる。そこで、第4図に示すように試験体lに
引張応力がほぼOの状態、すなわち静的状態における欠
陥幅tが2μm、欠陥高さSが5.10.20mmの内
部欠陥2をそれぞれ別個に形成し、他の条件を第3図が
得られたときと同様にして内部欠陥2に超音波ビームを
投射しつつ、例えば引張試験機において矢印18方向に
試験体1に徐々に引張力を与えると、第5図に示すよう
に欠陥高さS=5.10.20(+nm)のそれぞれに
対応したエコー高さの比Hr(dB)と応力(kg/n
mn2)との相関関係が得られる。
なお、上述の第5図に示す相関関係は静的状態に保たれ
た欠陥幅tが2μmの場合の内部欠陥2についてのもの
であるが、欠陥幅tが静的状態におけるときに上記の2
μmとは異なる各種の値に設定した内部欠陥2のそれぞ
れについて上記と同様にしてあらかじめ第5図に示すよ
うな相関関係をめておき、例えば図示しないマイクロコ
ンビ二一タ等の記憶部に記憶させておく。また、この場
合、上記では欠陥高さSが5.10.20(mm)とな
る3種のものを挙げたが、この欠陥高さSも可能な限り
、種々設定し、それぞれに対応するエコー高さの比Hr
(dB)と応力(kg/no”)との相関関係をめ図示
しないマイクロコンピュータ等の記憶部に記憶させてお
く。このような準備作業をおこなった後、次に述べる実
際の測定作業に入る。 第6図〜第9図は実際の測定作
業を例示する説、四回である。なお、第6,8図に示す
9は内部欠陥2を有する構造体で、この構造体9は例え
ば後に別の図示しない構造体に溶接等によって接続され
、これに伴って引張応力を生じうるものと仮定する。
まず、上述のように第3図に例示するエコー高さの比H
rと欠陥幅tとの相関関係、及び第5図に例示するエコ
ー高さの比Hrと応力との相関関係をあらかじめ設定し
た状態において、第6図に示すように図示しない構造体
に接続する前の静的状態にある構造体9の探傷面3に探
触子4を配置し、超音波ビーム10を投射する。この場
合、構造体9に内部欠陥2が存在するときは、第7図に
示すように図示しないオツシロスコープ等の表示手段に
おいて、構造体9の底面によって反射するエコー(エコ
ー高さE)の他に、内部欠陥2による散乱波エコーが得
られる。またこのとき、超音波ビーム10の方向と内部
欠陥2の上端部5と下端部7とを含む方向とが一致して
いるときは、上述したように内部欠陥2の上端部5にお
ける第1の散乱波エコー6と下端部7における第2の散
乱波エコー8との双方が得られるが、今仮に第6図に示
すように一致していないとすると、第7図に示すように
構造体9の底面によって反射するエコーの他には1つの
エコーのみが得られる。
このような場合は、第8図に示すように、探触子4とし
て探傷面3に対して超音波ビーム10が斜角に入射する
ものを用い、この探触子4を探傷面3上を移動させる。
そして、第9図に示すように、図示しないオツシロスコ
ープ等の表示手段によって内部ケ脇2めト蛇部ζL−セ
はス笛1山助坦波エコー6(エコー高さhl)と下端部
7における第2の散乱波エコー8(エコー高さ1)2)
とが同時に得られたとき、探触子4から投射される超音
波ビーム10の方向と内部欠陥2の上端部5と下端部7
とを含む方向が一致し、このとき得られるhx、hzに
基づき図示しないマイクロコンピュータ等の演算手段に
よって、上式したエコー高さの比Hrをめる(1)式の
演算をおこなう。
なお、構造体9の内部欠陥2が前述した第1図に示すよ
うなものである場合は、第6図に示す状態に相応する内
部欠陥2の存在を確認する作業時に直ちに第9図に示す
ようなエコー高さhl、、hzが得られることから、斜
角に入射する探触子4を用いることなく上述のHrを演
算することができる。
このようにして得られたHrが例えば5(dB)であっ
たとすれば、第3図に例示する相関関係から内部欠陥2
の欠陥幅tは20μrnとめられる。
また上述の第8図に例示するように、超音波ビームの方
向が内部欠陥2の上端部5と下端部7とを含む方向に一
致したときにエコー高さhlの第1の散乱波エコー6と
エコー高さhzの第2の散乱波エコー8とが得られるが
、公知のようにこれらのエコー高さhlとエコー高さh
zとから内部欠陥2の欠陥高さSが例えば10mmのよ
うにめられる。
このようにして得られた欠陥高さ5(=10(1))、
欠陥幅しく=20μm)によって、マイクロコンピュー
タ等の記憶部にあらかじめ記憶されている第5図に例示
するようなエコー高さの比Hrと応力との1つの相関関
係が選定される。
そして、第6,8図に示す構造体9を図示しない構造体
に溶接等によって接続したときに、当該構造体9の全体
に生じる応力例えば引張応力は次のようにして簡単にめ
られる。すなわち、上述した第8図に示すようにして内
部欠陥2に超音波ビーム10を投射して第9図に例示す
るように、上端部5における第1の散乱波エコー6のエ
コー高さhl、下端部7における第2の散乱波エコー8
のエコー高hzをめ、上記(1)式によってエコー高さ
の比Hrを演算し、上記した欠陥高さS(−10nm)
、欠陥幅t (= 20 μm)におけるエコー高さの
比Hrと応力との選定された相関関係から、当該比Hr
に対応する応力が得られる。
このようにして測定をおこなう実施例にあっては、何ら
ひずみゲージを使用することなく、図示しない構造体に
接続される構造体9の全体に作用する引張応力を高精度
に、かつ容易に測定することができる。
なお、上記では応力が引張応力である場合について述べ
たが、本発明はこれに限らず圧縮応力であってもよい。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明の応力測定方法は、超音波探
傷を用い、構造体の内部欠陥の欠陥高さ及び欠陥幅をめ
るとともに、該内部欠陥の第1の端部、第2の端部にお
ける散乱波エコーのエコー高さの比をめ、これらのエコ
ー高さの比を構造体に生じる応力の評価指標とした構成
にしであることから、ひずみゲージによることなく構造
体全体に作用する応力を測定することができ、従来に比
べて下記に列挙する効果を奏する。
(1)構造体全体に作用する応力を精度良く測定するこ
とができる。
(2)測定に際し、ひずみゲージの接着、はがし作業等
の処理を要しないので作業工数が少なくて済む。
(3)超音波探傷であるので耐久性に優れ、ランニング
コストが少なくて済む。
(4)測定される構造体の回転動作等に何ら制約を受け
ることがない。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第9図は本発明の応力測定方法の一実施例を示
す説明図で、特に第1図〜第5図は実際の測定作業に先
立っておこなわれる準備作業を例示しており、第1図は
探触子を試験体に配置した状態を示す要部断面図、第2
図は超音波ビームを投射した状態を示す要部断面図、第
3図は超音波ビームの投射によって得られるエコー高さ
の比と欠陥幅の関係を示す説明図、第4図は試験体に引
張応力を与えた状態を示す要部断面図、第5図は第4図
に例示する操作によって得られるエコー高さの比と応力
の関係を示す説明図、第6図〜第9図は実際の測定作業
を例示しており、第6図は探触子を内部欠陥を内包する
構造体に配置した状態を示す要部断面図、第7図は第6
図に示す状態において得られる散乱波エコーを示す波形
図、第8図は超音波ビームを内部欠陥の上端部と下端部
を含む方向に投射させた状態を示す要部断面図、第9図
は第8図に示す状態において得られる散乱波エコーを示
す波形図である。 l・・・・・・試験体、2・・・・・・内部欠陥、3・
・・・・・探傷面、4・・・・・・探触子、5・・・・
・・上端部(第1の端部)、6・・・・・・第1の散乱
波エコー、7・・・・・・下端部(第2の端部)、8・
・・・・・第2の散乱波エコー、9・・・・・構造体、
lO・・・・・・超音波ビーム。 第1門 第2図 第3図 儒 突戸石幅t(pm) 第4図 第5図 メさ 力 (kQ/mm2) 第6図 第8図 第7図 翳藺 第9図 時間

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 一端部から他端部にわたってほぼ一定の幅寸法を有する
    内部欠陥のある構造体に作用する応力を測定する応力測
    定方法において、上記内部欠陥に超音波ビームを投射し
    て当該内部欠陥の欠陥高さ及び欠陥幅をめるとともに、
    上記内部欠陥の上記一端部と上記他端部を含む方向に超
    音波ビームを投射することによって得られる上記一端部
    における第1の散乱波エコーのエコー高さと、上記他端
    部における第2の散乱波エコーのエコー高さとの比をめ
    、上記欠陥高さ及び欠陥幅に対応する上記比と上記応力
    との相関関係から、当該構造体に作用する応力を測定す
    ることを特徴とする応力測定方法。
JP59036259A 1984-02-29 1984-02-29 応力測定方法 Granted JPS60181649A (ja)

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