JP2023017400A - 連結部材および連結部材の設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連結部材および連結部材の設計方法において、形状を大きく変更することなく、作用する応力を分散させることで、疲労寿命の延長を図る。【解決手段】第１部材と第２部材とを連結する連結部材であって、第１部材と第２部材との間で応力が作用する方向に交差する方向に沿って周囲より剛性が低い低剛性部が設けられる。【選択図】図１

Description

本開示は、少なくとも２個の部材を連結する連結部材、連結部材の設計方法に関するものである。

例えば、発電用ボイラなどの大型のボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉を有し、火炉壁に複数の燃焼バーナが火炉の周方向に沿って配設される。大型のボイラは、火炉の鉛直方向上方に煙道が連結され、煙道に蒸気を生成するための熱交換器が配置される。燃焼バーナが火炉内に燃料と空気（酸化性ガス）との混合気を噴射することで火炎が形成され、燃焼ガスが生成されて煙道に流れる。燃焼ガスが流れる領域に熱交換器が設置され、熱交換器を構成する伝熱管内を流れる水や蒸気を加熱して過熱蒸気が生成される。

大型ボイラの内壁面を構成する火炉壁や副側壁は、複数の伝熱管と、伝熱管同士を接続するフィンとにより構成される。フィンは、鉛直方向に長い金属製の板により構成され、水平方向の両端部が伝熱管の外面にそれぞれ溶接により固定される。燃料の燃焼により発生した熱は、伝熱管の内部を流通する水や蒸気と熱交換して回収することで、火炉壁や副側壁の温度上昇が抑制される。

大型のボイラでは、火炉で形成された燃焼ガスは、火炉内を上昇した後に煙道に流れ、煙道に配置された熱交換器で熱が回収されて温度が低下する。煙道は、コーナー部が構造不連続部によって形成され、隣接する伝熱管内を流れる水や蒸気の温度差により応力が集中し、疲労寿命が低下し、副側壁を構成するフィンが破損してしまうおそれがある。そのため、例えば、下記特許文献１では、火炉壁の下部に補強部材を設けている。

実開平０５－０２５１０７号公報

ところが、副側壁の下部に補強部材を設けると、副側壁の構造が複雑になり、副側壁の形状が大幅に変更されることで製造コストが増加してしまうという課題がある。

本開示は、上述した課題を解決するものであり、形状を大きく変更することなく、作用する応力を分散させることで、疲労寿命の延長を図る連結部材および連結部材の設計方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本開示の連結部材は、第１部材と第２部材とを連結する連結部材であって、前記第１部材と前記第２部材との間で応力が作用する方向に交差する方向に沿って周囲より剛性が低い低剛性部が設けられる。

本開示の連結部材の設計方法は、第１部材と第２部材とを連結する連結部材の設計方法であって、前記第１部材と前記第２部材との間で応力が作用する方向に沿って複数の領域を設定するように領域分けする工程と、前記複数の領域のヤング率を変化させて最適化する工程と、応力最大値が最小値になる前記複数の領域のヤング率を算出する工程と、を有する。

本開示の連結部材および連結部材の設計方法によれば、形状を大きく変更することなく、作用する応力を分散させることで、疲労寿命の延長を図ることができる。

図１は、ボイラを表す概略図である。 図２は、副側壁を表す概略図である。 図３は、第１実施形態の連結部材としてのフィンを表す正面図である。 図４は、フィンの長手方向におけるヤング率を表すグラフである。 図５は、フィンの具体的な構成を表す斜視図である。 図６は、従来のフィンに作用する応力を表す説明図である。 図７は、第１実施形態のフィンに作用する応力を表す説明図である。 図８は、第２実施形態の連結部材を表す正面図である。 図９は、連結部材におけるヤング率を表す説明図である。 図１０は、連結部材の設計方法を説明するためのフローチャートである。 図１１は、従来のフィンに作用する応力を表す説明図である。 図１２は、第２実施形態のフィンに作用する応力を表す説明図である。

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

［第１実施形態］
＜ボイラ＞
図１は、ボイラを表す概略図である。

図１に示すように、ボイラ１０は、例えば、石炭やバイオマスなどの固体燃料を粉砕した微粉燃料を燃焼バーナにより燃焼させ、燃焼により発生した熱を給水や蒸気と熱交換して過熱蒸気を生成することが可能なボイラである。

ボイラ１０は、火炉１１と、燃焼装置１２と、燃焼ガス通路１３とを有する。火炉１１は、四角筒の中空形状をなし、鉛直方向に沿って設置される。火炉１１の内壁面を構成する火炉壁２１は、複数の伝熱管と、伝熱管同士を接続するフィンとで構成される。火炉壁は、微粉燃料の燃焼により発生した熱を、伝熱管の内部を流れる水や蒸気と熱交換して回収することで、温度上昇が抑制される。

燃焼装置１２は、火炉壁２１の下部の領域に配置される。燃焼装置１２は、火炉壁２１に装着された複数の燃焼バーナ（図示略）を有する。複数の燃焼バーナは、それぞれ微粉燃料供給管を介して粉砕機に連結される。また、複数の燃焼バーナは、燃焼用空気としての外気を取り込む空気ダクトが連結される。火炉１１は、燃焼バーナの装着位置より上方にアディショナル空気ポートが設けられる。

燃焼ガス通路１３は、火炉１１の鉛直方向の上部に連結される。燃焼ガス通路１３は、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器１４が配置される。熱交換器１４は、例えば、過熱器、再熱器、節炭器を有する。過熱器と再熱器と節炭器は、火炉１１で発生した燃焼ガスと伝熱管を流通する給水や蒸気との間で熱交換を行う。

燃焼ガス通路１３は、下流側に熱交換器１４で熱回収された燃焼ガスが排出される煙道１５が連結される。煙道１５は、脱硝装置などが配置される。煙道１５は、火炉１１と同様に、四角筒の中空形状をなし、鉛直方向に沿って設置される。煙道１５の内壁面を構成する副側壁２２は、複数の伝熱管と、伝熱管同士を接続するフィンとで構成される。副側壁は、熱交換器１４で熱回収された燃焼ガスの熱を、伝熱管の内部を流れる水や蒸気と熱交換して回収することで、温度上昇が抑制される。

燃焼装置１２の燃焼バーナは、微粉燃料と燃焼用空気が供給されると、微粉燃料と燃焼用空気とが混合した微粉燃料混合気を火炉１１に吹き込む。このとき、微粉燃料混合気が着火することで火炎が形成される。火炉１１内の下部で火炎が生じ、高温の燃焼ガスが上昇し、燃焼ガス通路１３に排出される。

火炉１１は、下部の領域Ａにて、微粉燃料混合気と燃焼用空気とが燃焼して火炎が生じる。火炉１１は、領域Ａで空気の供給量が微粉燃料の供給量に対して理論空気量未満となるように設定されることで、内部が還元雰囲気に保持される。すなわち、微粉燃料の燃焼により発生した窒素酸化物（ＮＯｘ）が火炉１１の領域Ｂで還元され、アディショナル空気が追加供給されることで微粉燃料の酸化燃焼が完結され、微粉燃料の燃焼によるＮＯｘの発生量が低減される。

火炉１１内を上昇した燃焼ガスは、燃焼ガス通路１３に配置される熱交換器１４で熱交換する。その後、燃焼ガスは、煙道１５に流れ、脱硝装置により窒素酸化物が還元除去され、集塵装置で粒子状物質が除去され、脱硫装置で硫黄酸化物が除去された後、煙突から大気中に排出される。

＜副側壁＞
図２は、副側壁を表す概略図である。

図２は、煙道１５におけるコーナー部３０（図１参照）の副側壁２２を表している。図２に示すように、副側壁２２は、複数の伝熱管３１と、複数のフィン３２とで構成される。複数の伝熱管３１は、円筒管であって、鉛直方向に沿って配置され、水平方向に間隔を空けて配置される。フィン３２は、鉛直方向（長手方向）に長い平板形状をなし、隣接する伝熱管３１同士を接続する。フィン３２は、水平方向（幅方向）の両側部が溶接により伝熱管３１の外面に固定される。

コーナー部３０は、伝熱管３１とフィン３２が連結されて構成されることから、不連続部である。すなわち、コーナー部３０は、フィン３２を挟んで連結される隣接した伝熱管３１内を流れる水や蒸に温度差が発生する。すると、高温側の伝熱管から低温側の伝熱管３１に応力が作用し、伝熱管３１同士を連結するフィン３２に応力が集中し、疲労寿命が低下する。

第１実施形態は、連結部材を、伝熱管３１同士を連結するフィン３２に適用して説明する。第１実施形態は、フィン（連結部材）３２の形状を大きく変更することなく、作用する応力を分散させることで、疲労寿命の延長を図る。

＜フィン＞
図３は、第１実施形態の連結部材としてのフィンを表す正面図、図４は、フィンの長手方向におけるヤング率を表すグラフ、図５は、フィンの具体的な構成を表す斜視図である。

図３に示すように、フィン３２は、伝熱管（第１伝熱管）３１Ａと伝熱管（第２伝熱管）３１Ｂとを連結する。伝熱管３１Ａは、火炉１１側に配置され、伝熱管３１Ｂは、煙道１５側に配置される。フィン３２は、幅方向の両端部に長手方向に沿って接合部３２ａ，３２ｂが設けられる。フィン３２は、接合部３２ａが溶接により伝熱管３１Ａに接合され、接合部３２ｂが溶接により伝熱管３１Ｂに接合される。接合部３２ａ，３２ｂの幅は、溶接により熱影響を受けて変形しやすい領域であり、フィン３２の形状や厚さ、溶接の形態に応じて適宜設定すればよいものである。また、フィン３２は、長手方向における下部に円弧部３２ｃが設けられる。

フィン３２は、複数の低剛性部４１，４２，４３を有する。低剛性部４１，４２，４３は、剛性が周囲に位置するフィン本体４０の剛性より低い。例えば、フィン本体４０の剛性を１００％としたとき、低剛性部４１の剛性は１％以下、低剛性部４２の剛性は１％以下、低剛性部４３の剛性は８９％である。低剛性部４１，４２，４３は、伝熱管（第１部材）３１Ａと伝熱管（第２部材）３１Ｂとの間で、応力が作用する方向に交差する方向に沿って設けられる。この応力は、伝熱管３１Ａと伝熱管３１Ｂとの間に引張荷重が作用したときに生じる応力である、伝熱管３１Ａは、高温領域にあり、伝熱管３１Ｂは低温領域にあり、伝熱管３１Ａと伝熱管３１Ｂの熱伸び量が異なることで、両者の間に引張荷重が作用する。

低剛性部４１は、フィン３２の円弧部３２ｃおよび接合部３２ａに隣接して設けられた三角形状をなす領域である。低剛性部４２は、フィン３２の円弧部３２ｃからフィン３２の長手方向の上方の位置に設けられた矩形状をなす領域である。低剛性部４２は、低剛性部４１からフィン３２の長手方向に間隔を空けて配置される。低剛性部４３は、フィン３２の円弧部３２ｃからフィン３２の長手方向の上方の位置に設けられた矩形状をなす領域である。低剛性部４３は、低剛性部４２からフィン３２の長手方向に間隔を空けて配置される。

複数の低剛性部４１，４２，４３は、応力が作用する方向、ここでは、フィン３２の長手方向に間隔を空けて設けられる。その結果、フィン３２は、低剛性部４１，４２，４３と、低剛性部４１，４２，４３より剛性の高い高剛性部としてのフィン本体４０とが、フィン３２の長手方向に沿って交互に設けられることとなる。この場合、低剛性部４１，４２，４３は、接合部３２ａ，３２ｂの位置に設けず、接合部３２ａ，３２ｂ以外の位置に設けられる。

すなわち、図４に示すように、フィン３２の長手方向に沿って、低剛性部４１、高剛性部としてのフィン本体４０、低剛性部４２高剛性部としてのフィン本体４０、低剛性部４３、高剛性部としてのフィン本体４０が配置される。具体的には、図５に示すように、低剛性部４１は、薄肉部（または、切欠部）、低剛性部４２は、開口部、低剛性部４３は、ラティス構造である。第１実施形態のフィン３２は、低剛性部４３としてラティス構造を適用した場合、三次元積層装置により製造することが好ましい。

ここで、低剛性部４１，４２，４３と、高剛性部としてのフィン本体４０とは、ヤング率が相違する。第１実施形態では、フィン３２の長手方向に引張荷重を作用させたとき、応力が作用する方向を複数の領域に分け、各領域における具体的なヤング率を、領域分けによって分割されたＦＥＭモデルの領域剛性最適化（ＦＥＭ解析の繰返処理）によって決定する。

なお、第１実施形態では、フィン３２に３個の低剛性部４１，４２，４３を設けたが、その数は、３個に限定されるものではなく、１個でも２個でも、４個以上であってもよい。また、低剛性部４１，４２，４３の形状も、フィン３２の形状に応じて適宜設定すればよい。

＜応力分散の原理＞
図６は、従来のフィンに作用する応力を表す説明図、図７は、第１実施形態のフィンに作用する応力を表す説明図である。

図６に示すように、従来のフィン３２では、高温領域の伝熱管３１Ａと低温領域の伝熱管３１Ｂとは、熱伸び量が異なるために両者の間に引張荷重が作用する。フィン３２に長手方向に沿って引張荷重が作用すると、伝熱管３１Ａ側から伝熱管３１Ｂ側の円弧部３２ｃに向けて応力（荷重）Ｆが作用する。このとき、応力Ｆは、伝熱管３１Ｂ側の円弧部３２ｃに向けて一様に流れることとなり、フィン３２と伝熱管３１Ｂとの間の構造不連続部の近傍の円弧部３２ｃの１か所に集中し、応力集中部Ｓでの荷重が高くなる。

一方、図７に示すように、第１実施形態のフィン３２では、長手方向に沿った引張荷重が作用すると、伝熱管３１Ａ側から伝熱管３１Ｂ側の円弧部３２ｃに向けて応力Ｆが作用する。このとき、応力Ｆは、伝熱管３１Ｂ側の円弧部３２ｃに向けて一様に流れるものの、低剛性部４１，４２，４３により複数の応力（荷重）Ｆ１，Ｆ２に分散される。すなわち、低剛性部４１，４２により、円弧部３２ｃに作用する応力Ｆ１が制限され、円弧部３２ｃの応力集中部Ｓ１での荷重（荷重分担率）が従来の応力集中部Ｓでの荷重より低くなる。また、低剛性部４２，４３により分散された応力Ｆ２は、接合部３２ｂに作用するものの、応力集中部Ｓ２での荷重（荷重分担率）が従来の応力集中部Ｓでの荷重より低くなる。

第１実施形態のフィン３２では、低剛性部４１，４２，４３により、応力Ｆが複数の応力Ｆ１，Ｆ２に分散されて円弧部３２ｃや接合部３２ｂに作用することとなる。そのため、円弧部３２ｃでの荷重を低減することができ、応力集中を分散させることで、疲労寿命を延ばすことが可能になる。また、フィン３２の大幅な構造変更の必要もなくなる。

なお、第１実施形態では、低剛性部４１，４２，４３を有するフィン３２を、火炉１１側に配置される伝熱管３１Ａと煙道１５側に配置される伝熱管３１Ｂとを連結するフィンに適用したが、火炉１１側に配置される伝熱管３１同士、煙道１５側に配置される伝熱管３１同士を連結するフィンとして適用してもよい。

［第２実施形態］
＜連結部材＞
図８は、第２実施形態の連結部材を表す正面図、図９は、連結部材におけるヤング率を表す説明図である。

第２実施形態において、図８に示すように、連結部材５１は、第１部材５０Ａと第２不部材５０Ｂとを連結する。第１部材５０Ａと第２部材５０Ｂとの間に引張荷重Ｔが作用する。連結部材５１は、一端部が第１部材５０Ａに接合され、他端部が第２部材５０Ｂに接合される。連結部材５１は、矩形状をなし、中央部に円形孔５１ａが設けられる。

連結部材５１は、複数の低剛性部６１，６３，６５と、高剛性部６２，６４とを有する。連結部材本体６０は、高剛性部である。低剛性部６１，６３，６５は、剛性が連結部材本体６０および高剛性部６２，６４より低い。例えば、連結部材本体６０の剛性を１００％としたとき、低剛性部６１の剛性は１４％、高剛性部６２の剛性は３５％、低剛性部６３の剛性は１０％、高剛性部６４の剛性は６２％、低剛性部６５の剛性は１７％である。

複数の低剛性部６１，６３，６５および複数の高剛性部６２，６４は、第１部材５０Ａと第２部材５０Ｂとの間で、応力が作用する方向に交差する方向に沿って設けられる。複数の低剛性部６１，６３，６５は、応力が作用する方向に間隔を空けて設けられる。複数の高剛性部６２，６４も、応力が作用する方向に間隔を空けて設けられる。この応力は、第１部材５０Ａと第２部材５０Ｂとの間に引張荷重Ｔが作用したときに生じる応力である。低剛性部６１，６３，６５および高剛性部６２，６４は、連結部材５１の厚さや材料を変更したり、ラティス構造を適用したりすることで構成される。

ここで、複数の低剛性部６１，６３，６５および複数の高剛性部６２，６４は、ヤング率が相違する。図９に示すように、第２実施形態では、連結部材５１に引張荷重Ｔを作用させたとき、応力が作用する方向を複数の領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５に分け、各領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５における具体的なヤング率を、領域分けによって分割されたＦＥＭモデルの領域剛性最適化（ＦＥＭ解析の繰返処理）によって決定し、低剛性部６１，６３，６５および高剛性部６２，６４を形成する。この場合、低剛性部６１，６３，６５および高剛性部６２，６４は、応力が作用する方向（引張荷重Ｔの方向）の長さが、応力が作用する方向に直交する方向の長さより長いことが好ましい。

＜連結部材の設計方法＞
図１０は、連結部材の設計方法を説明するためのフローチャートである。

第２実施形態の連結部材の設計方法は、第１部材５０Ａと第２部材２０Ｂとの間で応力が作用する方向に沿って複数の領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５を設定するように領域分けする工程と、複数の領域のヤング率を変化させて最適化する工程と、応力最大値が最小値になる複数の領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５のヤング率を算出する工程とを有する。

図１０に示すように、ステップＳ１１にて、連結部材５１を領域分けする。連結部材は、円形孔５１ａを中心にリング形状をなす複数の領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５を設定する。ステップＳ１２にて、ＰＳＯ法（粒子群最適化法）により複数の領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５のヤング率を変化させる。ステップＳ１３にて、各領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５のヤング率を変化させることで、各領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５の応力最大値が最小値になる複数の領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５のヤング率を算出する。ステップＳ１４にて、最適化処理の回数Ｎが予め設定された所定回数Ｎ_０（例えば、２００）より小さいか否かを判定する。ここで、最適化処理の回数Ｎが所定回数Ｎ_０より小さいと判定されると、ステップＳ１２に戻って処理を繰り返す。一方、最適化処理の回数Ｎが所定回数Ｎ_０より小さくないと判定（Ｎｏ）されると、全ての処理を終了する。

＜応力分散の原理＞
図１１は、従来のフィンに作用する応力を表す説明図、図１２は、第２実施形態のフィンに作用する応力を表す説明図である。

図１１に示すように、従来の連結部材５１では、第１部材５０Ａと第２部材５０Ｂとの間に引張荷重Ｔが作用し、連結部材５１に引張荷重Ｔが作用する。すると、連結部材５１は、引張荷重Ｔとは逆方向に応力（荷重）Ｆが作用する。このとき、応力Ｆは、円形孔５１ａに向けて一様に流れることとなり、構造不連続部としての円形孔５１ａに集中し、応力集中部Ｓでの荷重が高くなる。

一方、図１２に示すように、第２実施形態の連結部材５１では、連結部材５１に対して引張荷重Ｔが作用すると、連結部材５１は、引張荷重Ｔとは逆方向に応力（荷重）Ｆが作用する。このとき、応力Ｆは、円形孔５１ａに向けて一様に流れるものの、低剛性部６１，６３，６５により複数の応力（荷重）Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３に分散される。すなわち、低剛性部６５により応力Ｆ３が分散され、低剛性部６３により応力Ｆ２が分散され、低剛性部６１により応力Ｆ１が分散される。そのため、応力集中部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３での荷重（荷重分担率）が従来の応力集中部Ｓでの荷重より低くなる。

第２実施形態のフィン３２では、低剛性部６１，６３，６５により、応力Ｆが複数の応力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３に分散されて円形孔５１ａに作用することとなる。そのため、円形孔５１ａでの局所的な荷重を低減することができ、応力集中を分散させることで、疲労寿命を延ばすことが可能になる。

［本実施形態の作用効果］
第１の態様に係る連結部材は、伝熱管３１Ａ／第１部材５０Ａと伝熱管３１Ｂ／第２部材５０Ｂとを連結するフィン３２／連結部材５１であって、伝熱管３１Ａ／第１部材５０Ａと伝熱管３１Ｂ／第２部材５０Ｂとの間で応力が作用する方向に交差する方向に沿って周囲より剛性が低い低剛性部４１，４２，４３，６１，６３，６５を設ける。

第１の態様に係る連結部材によれば、フィン３２／連結部材５１に引張荷重が作用したとき、応力は、低剛性部４１，４２，４３，６１，６３，６５により分散することができる。その結果、フィン３２／連結部材５１の形状を大きく変更することなく、作用する応力を分散させることで、疲労寿命の延長を図ることができる。

第２の態様に係る連結部材は、応力は、伝熱管３１Ａ／第１部材５０Ａと伝熱管３１Ｂ／第２部材５０Ｂとの間に引張荷重が作用したときに生じる応力である。これにより、フィン３２／連結部材５１に引張荷重が作用したときに発生する応力を適切に分散させることができる。

第３の態様に係る連結部材は、低剛性部４１，４２，４３，６１，６３，６５を応力が作用する方向に間隔を空けて複数設ける。これにより、フィン３２／連結部材５１に引張荷重が作用したときに発生する応力を低剛性部４１，４２，４３，６１，６３，６５で適切に分散させることができる。

第４の態様に係る連結部材は、低剛性部４１，４２，４３，６１，６３，６５と低剛性部４１，４２，４３，６１，６３，６５より剛性の高いフィン本体４０／連結部材本体６０および高剛性部６２，６４とを応力が作用する方向に沿って交互に設ける。これにより、フィン３２／連結部材５１に引張荷重が作用したときに発生する応力を適切に分散させることができる。

第５の態様に係る連結部材は、低剛性部４１，４２，４３，６１，６３，６５とフィン本体４０／連結部材本体６０および高剛性部６２，６４とは、ヤング率が相違する。これにより、低剛性部４１，４２，４３，６１，６３，６５の剛性力を容易に設定することができる。

第６の態様に係る連結部材は、低剛性部４１，４２，４３は、伝熱管３１Ａ，３１Ｂとの接合部３２ａ，３２ｂ以外の位置に設ける。これにより、伝熱管３１Ａ，３１Ｂとフィン３２との接合剛性を低下させることなく、応力集中を緩和することができる。

第７の態様に係る連結部材は、第１部材および第２部材を伝熱管３１Ａおよび伝熱管３２Ｂとし、伝熱管３１Ａと伝熱管３１Ｂとを、連結部材としてのフィン３２により連結するように配置する。これにより、ボイラ１０の火炉壁２１や副側壁２２の形状を大きく変更することなく、疲労寿命の延長を図ることができる。

第８の態様に係る連結部材の設計方法は、伝熱管３１Ａ／第１部材５０Ａと伝熱管３１Ｂ／第２部材５０Ｂとの間で応力が作用する方向に沿って複数の領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５を設定するように領域分けする工程と、複数の領域のヤング率を変化させて最適化する工程と、応力最大値が最小値になる複数の領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５のヤング率を算出する工程とを有する。これにより、連結部材５１の低剛性部４１，４２，４３，６１，６３，６５のヤング率を効率良く算出することができる。

１０ ボイラ
１１ 火炉
１２ 燃焼装置
１３ 燃焼ガス通路
１４ 熱交換器
１５ 煙道
２１ 火炉壁
２２ 副側壁
３０ コーナー部
３１ 伝熱管
３１Ａ 伝熱管（第１部材、第１伝熱管）
３１Ｂ 伝熱管（第２部材、第２伝熱管）
３２ フィン（連結部材）
３２ａ，３２ｂ 接合部
３２ｃ 円弧部
４０ フィン本体（高剛性部）
４１，４２，４３ 低剛性部
５０Ａ 第１部材
５０Ｂ 第２部材
５１ 連結部材
５１ａ 円形孔
６０ 連結部材本体（高剛性部）
６１，６３，６５ 低剛性部
６２，６４ 高剛性部

Claims (8)

1. 第１部材と第２部材とを連結する連結部材であって、
   前記第１部材と前記第２部材との間で応力が作用する方向に交差する方向に沿って周囲より剛性が低い低剛性部が設けられる、
   連結部材。
2. 前記応力は、前記第１部材と前記第２部材との間に引張荷重が作用したときに生じる応力である、
   請求項１に記載の連結部材。
3. 前記低剛性部は、前記応力が作用する方向に間隔を空けて複数設けられる、
   請求項１または請求項２に記載の連結部材。
4. 前記低剛性部と前記低剛性部より剛性の高い高剛性部とが、前記応力が作用する方向に沿って交互に設けられる、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の連結部材。
5. 前記低剛性部と前記高剛性部とは、ヤング率が相違する、
   請求項４に記載の連結部材。
6. 前記低剛性部は、前記第１部材との接合部および前記第２部材との接合部以外の位置に設けられる、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の連結部材。
7. 前記第１部材および前記第２部材は、第１伝熱管および第２伝熱管であり、前記第１伝熱管と前記第２伝熱管とを連結するように配置される、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の連結部材。
8. 第１部材と第２部材とを連結する連結部材の設計方法であって、
   前記第１部材と前記第２部材との間で応力が作用する方向に沿って複数の領域を設定するように領域分けする工程と、
   前記複数の領域のヤング率を変化させて最適化する工程と、
   応力最大値が最小値になる前記複数の領域のヤング率を算出する工程と、
   を有する連結部材の設計方法。

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