JP4686522B2 - Fracture surface analysis method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は構造物の破面の解析を行う破面解析方法及び装置に関する。 The present invention relates to a fracture surface analysis method and apparatus for analyzing a fracture surface of a structure.
特開２００６−１１８８７６号公報には、構造物の破壊原因の推定作業を客観的な情報処理に基づいて支援するための破面解析支援装置が開示されている。この破面解析支援装置は、構造物の破壊破面を示す画像情報と破壊破面に関する付帯情報とを破壊破面データシートとして複数記憶する記憶部と、破壊破面データシートを検索するための検索条件を入力する入力手段と、検索条件に対応する破壊破面データシートを記憶部から読み出す情報処理手段と、情報処理手段の検索結果を出力する出力手段とを有する。 Japanese Patent Laying-Open No. 2006-118876 discloses a fracture surface analysis support device for supporting an estimation work of a cause of destruction of a structure based on objective information processing. The fracture surface analysis support device includes a storage unit for storing a plurality of image information indicating a fracture surface of a structure and incidental information related to the fracture surface as a fracture surface data sheet, and for retrieving the fracture surface data sheet. Input means for inputting search conditions, information processing means for reading a fracture surface data sheet corresponding to the search conditions from the storage unit, and output means for outputting search results of the information processing means.
一般に、破面解析による構造物の破壊要因の推定では、破面観察のみならず、応力解析、破壊力学解析、材料データベースを連携させた統合的な判断が必要である。しかしながら、特開２００６−１１８８７６号公報に記載された破面解析支援装置では、破面の観察のみから、破壊要因を推定する。そのため破壊要因の精度を向上させることが困難である。 In general, estimation of the failure factor of a structure by fracture surface analysis requires not only fracture surface observation but also integrated judgment that links stress analysis, fracture mechanics analysis, and material database. However, in the fracture surface analysis support apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-118876, the fracture factor is estimated only from observation of the fracture surface. Therefore, it is difficult to improve the accuracy of the destruction factor.
本発明の目的は、破面観察による構造物の破壊要因推定の精度向上と効率化を実現することにある。 An object of the present invention is to realize an improvement in accuracy and efficiency in estimating the cause of destruction of a structure by observing a fracture surface.
本発明によると、構造物の破面の解析方法は、モニタの画面に構造物の破面の像を表示する破面像ステップと、前記モニタの画面に表示された破面の像の上にユーザが描画したビーチマーク線とき裂の起点を入力するビーチマーク線及び起点入力ステップと、前記起点から各ビーチマーク線までの距離として定義されるき裂深さと、前記各ビーチマーク線に対応する前記構造物の外周に沿った長さとして定義されるき裂長さと、を含むビーチマーク長さを測定するビーチマーク長さ測定ステップと、前記ビーチマーク線に対応するストライエーション幅を設定するストライエーション幅設定ステップと、前記構造物を構成する材料のき裂進展速度と応力拡大係数範囲の関係を含む材料データを入力する材料データ入力ステップと、を有する。 According to the present invention, a method for analyzing a fracture surface of a structure includes a fracture surface image step for displaying an image of a fracture surface of a structure on a monitor screen, and an image of the fracture surface displayed on the monitor screen. The beach mark line drawn by the user and the beach mark line and the starting point input step for inputting the starting point of the crack, the crack depth defined as the distance from the starting point to each beach mark line, and the corresponding beach mark line A beach mark length measuring step for measuring a beach mark length including a crack length defined as a length along the outer periphery of the structure, and a striation for setting a striation width corresponding to the beach mark line A width setting step, and a material data input step for inputting material data including a relationship between a crack growth rate of the material constituting the structure and a stress intensity factor range.
本発明によると、これらのステップにて求めたデータを所定の破壊力学解析モデルに、入力することにより、構造物の破壊要因を推定する。 According to the present invention, the failure factor of the structure is estimated by inputting the data obtained in these steps to a predetermined fracture mechanics analysis model.
本発明によると、破面観察による構造物の破壊要因推定の精度向上と効率化を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to improve the accuracy and efficiency of the estimation of the destruction factor of the structure by the fracture surface observation.
図１４は、本発明の破面解析装置３３とクライアント端末３１の関係を示す。破面解析装置３３は、インターネットやイントラネット３２によって、クライアント端末３１に接続されている。破面解析装置３３には、破壊力学解析モデルデータベース３３ａ、応力拡大係数算出モデルデータベース３３ｂ、有限要素法熱構造解析モデルデータベース３３ｃが接続されている。破面解析装置３３には、図示しない記憶装置及び演算算装置が備えられている。ユーザは、クライアント端末３１にて、図４に示す解析対象の破面の画像を入力し、それにデータ及び命令を付加して、破面解析装置３３に送信する。破面解析装置３３は、図１〜図３にて説明する破面解析処理を実行する。破面解析処理の結果は、クライアント端末３１に送信される。クライアント端末３１では、破面解析処理の結果をモニタに表示する。図６〜図１３は、クライアント端末３３に表示された処理の結果を示す。
FIG. 14 shows the relationship between the fracture
図１〜図３の破面解析処理は、膨大な数値解析が必要である。そのため、高速な大型計算機である破面解析装置３３に図１〜図３の処理を実行させる。一方、クライアント端末３１には、計算機負荷の軽い入出力を実行させる。これにより、効率と経済性の向上を図ることができる。
The fracture surface analysis processing of FIGS. 1 to 3 requires enormous numerical analysis. Therefore, the fracture
尚、破面解析装置３３とクライアント端末３１を一体化して構成し、それをユーザが使用するように構成してもよい。例えば、破面解析装置３３に入力装置とモニタが設けられ、ユーザは、入力装置を介して、破面の画像を入力し、モニタに破面の画像を表示することができるようにしてもよい。
The fracture
図４は、クライアント端末のモニタの画面１に表示された破面の像の表示例を示す。破面２の像は、電子顕微鏡又は光学顕微鏡による像であってもよく、破面画像の電子データをコンピュータのモニタの画面１に映し出すことにより生成したものでもよい。図４の例は、丸棒の破面２の像である。破面２には、ビーチマーク３が現れる。ビーチマークとは、破面において観察される模様で、砂浜に残る波跡に似ているためこのように呼ばれる。ビーチマーク３は、起点６を中心とする複数の略同心円状の線からなり、き裂伝播方向やき裂の進展の履歴を示す。破面２には、最終破断面４が現れる。最終破断面４は、ビーチマーク３の起点６の反対側に現れる。
FIG. 4 shows a display example of an image of the fracture surface displayed on the
図５は、丸棒の場合の応力拡大係数算出モデルの例を示す。図示のように、丸棒１０の外周面に、き裂１１が発生した場合を想定する。丸棒に外力として引張力を印加すると、引張応力σ０と曲げ応力σ１が発生する。このとき、き裂深さ１２とき裂長さ１３を測定する。き裂深さ１２は、起点６からビーチマーク３までの距離、き裂長さ１３は、ビーチマーク３に対応する円周上の長さである。き裂深さ１２とき裂長さ１３をここでは、ビーチマーク長さと称する。
FIG. 5 shows an example of a stress intensity factor calculation model in the case of a round bar. As shown in the figure, it is assumed that a
応力拡大係数算出モデルでは、引張応力σ０と曲げ応力σ１は、ビーチマーク長さ（き裂深さ１２及びき裂長さ１３）と応力拡大係数範囲ΔKの関数である。従って、ビーチマーク長さ（き裂深さ１２及びき裂長さ１３）と応力拡大係数範囲ΔKが求められれば、引張応力σ０と曲げ応力σ１が求められる。
In the stress intensity factor calculation model, the tensile stress σ0 and the bending stress σ1 are functions of the beach mark length (
本例は、丸棒の場合であるが、形状が複雑な物体の場合は、有限要素法解析による応力拡大係数算出モデルを用いる。 This example is a case of a round bar, but in the case of an object having a complicated shape, a stress intensity factor calculation model by finite element method analysis is used.
図１を参照して、本発明による破面解析装置における破面解析処理の第１の例を説明する。尚、随時、図４を参照する。先ず、ステップＳ１にて、ユーザは、クライアント端末のモニタに破面の像を表示する。 A first example of fracture surface analysis processing in the fracture surface analysis apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. Note that FIG. 4 is referred to as needed. First, in step S1, the user displays a fracture surface image on the monitor of the client terminal.
ステップＳ２にて、ユーザは、クライアント端末のモニタの画像に表示された破面の上にて、ビーチマーク線５を描画する。ユーザは、図４の画面１の破面２の像を見ながらビーチマーク線５及び破壊の起点６を描く。即ち、ユーザは、破面２に形成されたビーチマーク３を認識し、このビーチマーク３をなぞるように、タッチペンやマウスなどの入力手段により、ビーチマーク線５を描画する。ステップＳ３にて、クライアント端末のモニタの画像に表示された破面の上にて、破壊の起点６を設定する。即ち、ユーザは、図４の画面１の破面２の像を見ながら、タッチペンやマウスなどの入力手段により、破面２に、破壊の起点６を、描画する。起点６を描画するとき、最終破断面４を描画してもよい。ビーチマーク線５と起点６は破面の像と共に、クライアント端末から破面解析装置に送られる。
In step S <b> 2, the user draws a
ステップＳ４にて、破面解析装置において、ビーチマーク３の長さ、即ち、き裂深さとき裂長さを測定する。上述のように、き裂深さは、起点６からビーチマーク線５上の点７aまでの距離、き裂の長さは、ビーチマーク線５に対応する円周上の長さである。起点６から第１のビーチマーク線５上の点７aまでの距離８a、及び、それに対応する円周上の長さ９aを測定する。同様に、起点６から第３番目のビーチマーク線５上の点７ｂまでの距離８ｂ、及び、それに対応する円周上の長さ９ｂを測定する。全てのビーチマーク線５に対して測定が終了したら、それを記録装置に格納する。こうして、図６のき裂深さａとき裂長さ２ｃが得られる。
In step S4, the fracture surface analyzer measures the length of the
ステップＳ５にて、破面解析装置において、ビーチマーク線５とミクロ破面情報を対応付ける。ミクロ破面情報は、ストライエーションやストライエーション状模様である。ストライエーションは、疲労破壊した材料の破面に残る平行なしま模様であり、通常電子顕微鏡で観察される。しま模様は疲労き裂進展方向に対して垂直に並んでおり、このストライエーションの間隔、即ち、ストライエーション幅が、き裂進展速度に対応する。即ち、ストライエーション幅からき裂進展速度を求めることができる。ストライエーション状模様もほぼ同様であり、ストライエーション状模様の間隔が、き裂進展速度と対応する。ステップＳ４及びステップＳ５にて、図６の表のストライエーション幅とき裂進展速度が得られる。
In step S5, the
以下に、ステップＳ６にて、破面解析装置は、破壊力学解析モデルを選択する。破壊力学解析モデルとして、多数のモデルが知られている。ここでは、破壊力学解析モデルデータベース３３ａから、適切なモデルを選択する。以下のステップは、破壊力学解析モデルを用いて行なう。ステップＳ７にて、破面解析装置は、応力拡大係数算出モデルを選択する。応力拡大係数算出モデルとして、多数のモデルが知られている。ここでは、応力拡大係数算出モデルデータベース３３ｂから、適切なモデルを選択する。ステップＳ６及びＳ７の選択は、ユーザがクライアント端末にて選択してもよい。選択した結果は、クライアント端末から破面解析装置に送られる。
Hereinafter, in step S6, the fracture surface analysis apparatus selects a fracture mechanics analysis model. Many models are known as fracture mechanics analysis models. Here, an appropriate model is selected from the fracture mechanics
ステップＳ８にて、破面解析装置において、材料データを入力する。ここで、材料データとは、破面２の材料のき裂進展速度da/dNと応力拡大係数範囲ΔKの関係、き裂進展下限界応力拡大係数範囲ΔKth、破壊靱性値KIC、降伏応力、引張強さ、疲労強度、疲労曲線などである。また、これらの材料データに関して、温度を変化させたときのデータを用意する。この材料データの入力は、ユーザがクライアント端末にて入力してもよい。入力したデータは、クライアント端末から破面解析装置に送られる。
In step S8, material data is input in the fracture surface analyzer. Here, the material data refers to the relationship between the crack growth rate da / dN of the material on the
ステップＳ９にて、破面解析装置は、ステップＳ４にて求めた、ビーチマーク長さ、即ち、き裂深さとき裂長さを入力する。即ち、記憶装置に記憶されたビーチマーク長さを読み出す。ステップＳ１０にて、破面解析装置は、ステップＳ５にて設定したミクロ破面情報を入力する。即ち、ステップＳ５にて求めたストライエーション幅（即ちき裂進展速度）を入力する。ステップＳ１１にて、破面解析装置は、ステップＳ８にて入力したき裂進展速度da/dNと応力拡大係数範囲ΔKの関係から、応力拡大係数範囲ΔKを求める。き裂進展速度da/dNは、ステップＳ１０にて入力したストライエーション幅から得られる。 In step S9, the fracture surface analysis apparatus inputs the beach mark length obtained in step S4, that is, the crack depth and the crack length. That is, the beach mark length stored in the storage device is read out. In step S10, the fracture surface analysis apparatus inputs the micro fracture surface information set in step S5. That is, the striation width (ie, crack growth rate) obtained in step S5 is input. In step S11, the fracture surface analyzing apparatus obtains the stress intensity factor range ΔK from the relationship between the crack growth rate da / dN input in step S8 and the stress intensity factor range ΔK. The crack growth rate da / dN is obtained from the striation width input in step S10.
ステップＳ１２にて、破面解析装置は、変位、変位等の物理量を算出する。即ち、ステップＳ９にて入力したビーチマーク長さ（き裂深さとき裂長さ）とステップＳ１１にて得られた応力拡大係数範囲ΔKを、応力拡大係数算出モデルに入力し、引張応力σ０と曲げ応力σ１を求める。引張応力σ０と曲げ応力σ１の和が得られる。これらの応力が求められると、変位、歪み等が求められる。 In step S12, the fracture surface analysis apparatus calculates physical quantities such as displacement and displacement. That is, the beach mark length (crack depth and crack length) input in step S9 and the stress intensity factor range ΔK obtained in step S11 are input to the stress intensity factor calculation model, and the tensile stress σ0 and bending The stress σ1 is obtained. The sum of tensile stress σ0 and bending stress σ1 is obtained. When these stresses are obtained, displacement, strain and the like are obtained.
図６は、以上のステップを経て、ビーチマーク線から得られた物理量のデータを示す。このデータは、ビーチマーク番号、ビーチマーク長さ（き裂深さ、き裂長さ）、ミクロ破面情報（ストライエーション幅）、応力拡大係数範囲ΔK、き裂進展速度da/dN、応力、変位、荷重、及び、歪みを含む。 FIG. 6 shows physical quantity data obtained from the beach mark line through the above steps. This data includes beach mark number, beach mark length (crack depth, crack length), micro fracture surface information (striation width), stress intensity factor range ΔK, crack growth rate da / dN, stress, displacement , Load and strain.
ステップＳ１３にて、破面解析装置は、構造物が受けたと想定される事象、即ち、物理量の履歴を入力する。図７は、構造物の物理量の履歴の例を示す。この履歴の例は、事象番号、応力、変位、荷重、及び、ひずみを含む。更に、この履歴は、各事象の周波数、時間、繰返し数などのデータも含む。この履歴は、有限要素法解析などの応力解析や実機の計測や試験などから作成したものを読み込むことにより得られる。このデータは、ユーザが、キーボード等の入力装置より、入力してもよい。入力したデータは、クライアント端末から破面解析装置に送られる。 In step S <b> 13, the fracture surface analysis apparatus inputs an event assumed to have been received by the structure, that is, a physical quantity history. FIG. 7 shows an example of a physical quantity history of a structure. Examples of this history include event number, stress, displacement, load, and strain. In addition, this history includes data such as the frequency, time, and number of repetitions of each event. This history can be obtained by reading a stress analysis such as a finite element method analysis or a measurement or test of a real machine. This data may be input by the user from an input device such as a keyboard. The input data is sent from the client terminal to the fracture surface analysis device.
ステップＳ１４にて、破面解析装置は、ビーチマークから得られた物理量と構造物が受けたと想定される物理量を、クライアント端末のモニタに表示する。ビーチマークから得られた物理量は図６に示し、構造物が受けたと想定される物理量が図７に示す。 In step S14, the fracture surface analyzing apparatus displays the physical quantity obtained from the beach mark and the physical quantity assumed to be received by the structure on the monitor of the client terminal. The physical quantity obtained from the beach mark is shown in FIG. 6, and the physical quantity assumed to be received by the structure is shown in FIG.
ステップＳ１５にて、破面解析装置は、ビーチマークから得られた物理量と構造物が受けたと想定される物理量を比較する。ここでは、複数のケースを想定し、ビーチマークから得られた物理量と構造物が受けたと想定される物理量の間の誤差平方和を算出する。図８に、２つのケース１、２を想定し、ビーチマークから求めた応力と構造物が受けたと想定される応力との間の誤差平方和を算出した例を示す。
In step S15, the fracture surface analyzing apparatus compares the physical quantity obtained from the beach mark with the physical quantity assumed to be received by the structure. Here, assuming a plurality of cases, the error sum of squares between the physical quantity obtained from the beach mark and the physical quantity assumed to be received by the structure is calculated. FIG. 8 shows an example in which two
ステップＳ１６にて、破面解析装置は、ビーチマークから得られた物理量と構造物が受けたと想定される物理量の履歴の間の整合性を検出する。誤差平方和の合計が最小となるケースは、構造物が受けたと想定される物理量の履歴とビーチマークから算出した物理量の間の整合性が高いと判定する。ここでは、２つのケースのうち、誤差平方和の合計が小さいほうを選択する。こうして、ビーチマークに基づいて、構造物が受けた事象、即ち、物理量の履歴を特定することができる。 In step S16, the fracture surface analysis device detects consistency between the physical quantity obtained from the beach mark and the history of the physical quantity assumed to have been received by the structure. In the case where the sum of the error sums of squares is minimum, it is determined that the consistency between the physical quantity history assumed to be received by the structure and the physical quantity calculated from the beach mark is high. Here, the smaller of the two cases is selected. Thus, based on the beach mark, the event that the structure has received, that is, the history of the physical quantity can be specified.
図２を参照して、本発明による破面解析装置における破面解析処理の第２の例を説明する。ステップＳ１〜ステップＳ８は、図１に示した第１の例のステップＳ１〜ステップＳ８と同様であってよい。ここでは、ステップＳ８より後のステップについて説明する。本例によると、き裂進展解析を行うことが図１の第１の例と異なる。 With reference to FIG. 2, the 2nd example of the fracture surface analysis process in the fracture surface analysis apparatus by this invention is demonstrated. Steps S1 to S8 may be the same as Steps S1 to S8 of the first example shown in FIG. Here, steps after step S8 will be described. According to this example, the crack propagation analysis is different from the first example of FIG.
ステップＳ２１にて、破面解析装置は、初期き裂データを入力する。初期き裂の大きさ、すなわち、初期き裂深さと初期き裂長さを入力する。ステップＳ２２にて、破面解析装置は、この初期き裂が発生したと想定される時期や荷重繰返し数を入力する。ステップＳ２１とステップＳ２２における入力処理は、ユーザがクライアント端末にて入力してもよい。入力したデータは、クライアント端末から破面解析装置に送られる。 In step S21, the fracture surface analysis apparatus inputs initial crack data. Enter the initial crack size, that is, the initial crack depth and the initial crack length. In step S22, the fracture surface analysis apparatus inputs the time when the initial crack is assumed to have occurred and the number of load repetitions. The input processing in step S21 and step S22 may be input by the user at the client terminal. The input data is sent from the client terminal to the fracture surface analysis device.
ステップＳ２３は、ステップＳ１３と同様である。即ち、図７に示す、構造物が受けたと想定される事象、即ち、物理量の履歴を入力する。ステップＳ２３の前に、ステップＳ３０を挿入してよい。ステップＳ３０では、破面解析装置は、有限要素法熱構造解析による解析結果や実機の計測や試験などから作成したデータを読み込む。また場合によっては、ユーザが、キーボード等の入力装置にて、図７に示した物理量を、入力してもよい。 Step S23 is the same as step S13. That is, an event assumed to have been received by the structure shown in FIG. 7, that is, a history of physical quantities is input. Step S30 may be inserted before step S23. In step S <b> 30, the fracture surface analysis apparatus reads data created from an analysis result by a finite element method thermal structure analysis, measurement or a test of an actual machine, or the like. In some cases, the user may input the physical quantity shown in FIG. 7 using an input device such as a keyboard.
ステップＳ２４は、応力拡大係数範囲ΔKを算出する。図１のステップＳ１１では、き裂進展速度da/dNと応力拡大係数範囲ΔKの関係から、応力拡大係数範囲ΔKを求めたが、本例では、破壊力学解析モデルから応力拡大係数範囲ΔKを算出する。即ち、破壊力学解析モデルに、ステップＳ２１にて入力した初期き裂データ、ステップＳ２２にて入力した初期き裂が発生したと想定される時期及び荷重繰返し数、及び、ステップＳ２３にて入力した構造物が受けたと想定される物理量の履歴を入力することによって、応力拡大係数範囲ΔKを算出する。 Step S24 calculates a stress intensity factor range ΔK. In step S11 of FIG. 1, the stress intensity factor range ΔK is obtained from the relationship between the crack growth rate da / dN and the stress intensity factor range ΔK. In this example, the stress intensity factor range ΔK is calculated from the fracture mechanics analysis model. To do. That is, the initial crack data input in step S21, the time and the number of load repetitions assumed to have occurred in step S22, and the structure input in step S23 in the fracture mechanics analysis model. The stress intensity factor range ΔK is calculated by inputting a history of physical quantities assumed to be received by the object.
ステップＳ２５にて、き裂進展速度da/dNを算出する。応力、変位、荷重等の事象の１回当たりのき裂進展速度da/dNを算出する。き裂進展速度da/dNは、ステップＳ１０にて入力したストライエーション幅から得られる。 In step S25, the crack growth rate da / dN is calculated. Calculates the crack growth rate da / dN per event such as stress, displacement, and load. The crack growth rate da / dN is obtained from the striation width input in step S10.
ステップＳ２６にて、破面解析装置は、き裂進展解析を行う。き裂進展速度da/dNを積分することにより、き裂深さとき裂長さを算出する。き裂進展解析によって、き裂深さ又はき裂長さと、時間、又は、応力、変位、荷重等の繰返し数との関係が求められる。 In step S26, the fracture surface analyzer performs crack propagation analysis. By integrating the crack growth rate da / dN, the crack depth and crack length are calculated. The relationship between the crack depth or crack length and the number of repetitions of time, stress, displacement, load, etc. is determined by crack growth analysis.
ここでは、３つのケースを想定し、き裂進展解析を行った。３つのケースでは、事象の応力、繰返し回数、累積回数、き裂深さ、を変化させた。図９は、き裂進展解析から得たき裂深さとビーチマークから求めたき裂深さの比較結果を示す。 Here, three cases were assumed and crack growth analysis was performed. In three cases, the stress of the event, the number of repetitions, the number of accumulations, and the crack depth were varied. FIG. 9 shows a comparison result between the crack depth obtained from the crack propagation analysis and the crack depth obtained from the beach mark.
ステップＳ２７にて、破面解析装置は、き裂長さをクライアント端末のモニタに表示する。図１０は、クライアント端末のモニタに表示された、き裂進展曲線のグラフである。き裂進展曲線は、き裂進展解析から得た３つのケースについて求めた。横軸は、時間又は荷重繰返し数、縦軸は、裂長さである。このグラフでは、き裂長さが、時間又は繰返し数の増加と共に増加することが示されている。尚、本例では、き裂進展解析から得たき裂進展曲線とビーチマークから求めたき裂深さ２１が重ね合わされて描画されている。こうして、き裂進展解析から求めたき裂深さとビーチマークから求めたき裂深さの間の整合性を判定することができる。
In step S27, the fracture surface analyzer displays the crack length on the monitor of the client terminal. FIG. 10 is a graph of a crack growth curve displayed on the monitor of the client terminal. Crack growth curves were obtained for three cases obtained from crack growth analysis. The horizontal axis is time or the number of load repetitions, and the vertical axis is the crack length. This graph shows that the crack length increases with increasing time or number of repetitions. In this example, the crack growth curve obtained from the crack propagation analysis and the
尚、き裂進展解析から求めたき裂深さとビーチマークから求めたき裂深さの間の整合性を評価するために、図４の破面２にて確認したビーチマーク線５と、き裂進展解析で得られたき裂形状を重ね合わせて表示してもよい。き裂進展解析の結果として得られたき裂形状は、き裂深さとき裂長さから形成してもよいが、有限要素法き裂進展解析から形成してもよい。
In order to evaluate the consistency between the crack depth obtained from the crack propagation analysis and the crack depth obtained from the beach mark, the
ステップＳ２８にて、破面解析装置は、き裂長さの比較を行う。本例では、３つのケースのき裂進展解析結果とビーチマークから得た物理量の整合性を評価し、整合性の最良のケースを選択する。こうして選択したケースを用いて、破面２を形成した応力などの物理量の履歴を決定する。図１１に示す例では、整合性の指標として、き裂深さの誤差平方和を用いた。即ち、ビーチマークから求めたき裂深さと、き裂進展解析から得られたき裂深さと、の間の誤差平方和を計算し、誤差平方和の合計が最小となるケースを決定する。こうして決定したケースが、破面２を形成した事象であると推定する。こうして、構造物を破壊した事象が特定され、事故解析の精度と効率が向上できる。
In step S28, the fracture surface analysis apparatus compares crack lengths. In this example, the consistency of the physical quantity obtained from the crack growth analysis results and beach marks in the three cases is evaluated, and the best case of consistency is selected. Using the case selected in this way, a history of physical quantities such as stress that forms the
図１２は、クライアント端末のモニタに表示された、き裂進展曲線のグラフである。本例では、き裂進展解析により得た裂進展曲線上に、ビーチマークにより推定された、き裂長さが重ね合わされて描画されている。それによって、ビーチマークを発生させた事象の時間を推定することができる。本例では、き裂進展解析から得られた事象の時間やそのときの荷重の繰返し回数と、ビーチマークから得た構造物の受けた事象の時間やそのときの荷重の繰返し数を比較することができる。そのため、構造物を破壊した事象が特定し、事故解析の精度と効率を向上することができる。 FIG. 12 is a graph of a crack growth curve displayed on the monitor of the client terminal. In this example, the crack length estimated by the beach mark is drawn on the crack growth curve obtained by crack growth analysis. Thereby, the time of the event that caused the beach mark can be estimated. In this example, the time of the event obtained from the crack growth analysis and the number of repetitions of the load at that time are compared with the time of the event received by the structure obtained from the beach mark and the number of repetitions of the load at that time. Can do. Therefore, the event that destroyed the structure can be specified, and the accuracy and efficiency of the accident analysis can be improved.
図１３に示す例では、整合性の指標として、応力や繰返し数の誤差平方和を用いた。即ち、ビーチマークから求めた応力や繰返し数と、き裂進展解析から得られた応力や繰返し累積回数、の間の誤差平方和を計算し、それが最小となる条件を決定する。それにより、破面２を形成した応力とその繰返し数を推定することができる。すなわち、き裂進展解析の３つのケースのうち、誤差平方和の合計が最も小さいケースが、実際に破面を形成した要因と推定する。
In the example shown in FIG. 13, the error or the error sum of squares of the number of repetitions is used as an index of consistency. That is, the error sum of squares between the stress and number of repetitions obtained from the beach mark and the stress and number of repeated accumulations obtained from crack propagation analysis is calculated, and the condition under which the error is minimized is determined. Thereby, the stress which formed the
ステップＳ２８の比較処置において、き裂進展解析結果とビーチマークから得た物理量の整合性が低い場合には、ステップＳ７以下の破壊力学解析ステップに戻り、再度解析を行う。この繰返しは、自動的なループを作成し、誤差平方和の合計を許容値以下とするまで繰り返しても良い。 If the consistency between the crack growth analysis result and the physical quantity obtained from the beach mark is low in the comparison process in step S28, the process returns to the fracture mechanics analysis step in step S7 and subsequent steps, and the analysis is performed again. This repetition may be repeated until an automatic loop is created and the sum of the error sums of squares falls below the allowable value.
ステップＳ２９にて、破面解析装置は、破面を形成した要因と推定できる応力や繰返し数などの物理量を、クライアント端末のモニタに表示する。 In step S <b> 29, the fracture surface analysis apparatus displays physical quantities such as stress and the number of repetitions that can be presumed to be the cause of the fracture surface on the monitor of the client terminal.
図３を参照して、本発明による破面解析装置における破面解析処理の第３の例を説明する。図３のステップＳ４０は図１の最終ステップＳ１６と同一であり、ステップＳ４１は、図２の発明の最終ステップＳ２９と同一である。即ち、本例の処理は、図１の処理又は図２の処理に引き続いて実行される。 With reference to FIG. 3, the 3rd example of the fracture surface analysis process in the fracture surface analysis apparatus by this invention is demonstrated. Step S40 of FIG. 3 is the same as the final step S16 of FIG. 1, and step S41 is the same as the final step S29 of the invention of FIG. That is, the process of this example is executed following the process of FIG. 1 or the process of FIG.
ステップＳ４２にて、破面解析装置は、複数の有限要素法熱構造解析モデルが格納された有限要素法熱構造解析モデルデータベース３３ｃから構造物の有限要素法熱構造解析モデルを読み込む。ステップＳ４３にて、破面解析装置は、有限要素法熱構造解析モデルの境界条件を読み込む。ステップＳ４４にて、破面解析装置は、この有限要素法熱構造解析を実施する。ステップＳ４５にて、破面解析装置は、ステップＳ４０、及び、ステップＳ４１にて表示した構造物の応力、変位等の物理量とステップＳ４４にて求めた構造物の応力、変位等の物理量を比較する。即ち、応力や変位などの誤差平方和の合計を求め、これが予め決めた許容値を超えている場合には、ステップＳ４７の有限要素法熱構造解析モデルの境界条件修正ステップにて、有限要素法解析モデルの境界条件を変更する。誤差平方和の合計が許容値以下となった場合には、ステップＳ４６に進む。
In step S42, the fracture surface analysis apparatus reads the finite element method thermal structure analysis model of the structure from the finite element method thermal structure
ステップＳ４６にて、破面解析装置は、破面２を形成した構造物の境界条件を模擬した、有限要素法熱構造解析モデルの境界条件、いわゆる、実働境界条件を決定する。この有限要素法モデルを用いて、構造物を改良した場合などの代表される、構造物のき裂進展解析のパラメータサーベイを容易に行うことができる。
In step S46, the fracture surface analysis apparatus determines a boundary condition of a finite element method thermal structure analysis model that simulates the boundary condition of the structure on which the
図９、図１１、及び、図１３に示す例では、き裂進展解析結果と破面２との比較において、誤差平方和の比較が行われている。誤差平方和を低減する方法としては、各種最適化手法、すなわち、実験計画法、線形計画法、非線形計画法、遺伝的アルゴリズムなどを用いてもよい。
In the example shown in FIGS. 9, 11, and 13, the error sum of squares is compared in the comparison between the crack growth analysis result and the
本発明は、破面から構造物の破損要因を推定する、破面解析装置に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in a fracture surface analysis apparatus that estimates a damage factor of a structure from a fracture surface.
以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者によって容易に理解されよう。 The example of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above-described example, and various modifications can be easily made by those skilled in the art within the scope of the invention described in the claims. It will be understood.
１…画面、２…破面、３…破面２に形成されたビーチマーク、４…最終破断面、５…確認したビーチマーク線、６…破壊の起点、７a…ビーチマーク、７ｂ…ビーチマーク、８a…ビーチマーク７aの起点６からの距離、８ｂ…ビーチマーク７ｂの起点６からの距離、９a…き裂の長さ、１０…円筒、１１…き裂、１２…き裂深さ、１３…き裂長さ、２１…ビーチマークから求めたき裂長さ、３１…クライアント端末、３２…インターネットやイントラネット、３３…破面解析装置
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記モニタの画面に表示された破面の像の上にユーザが描画したビーチマーク線とき裂の起点を入力するビーチマーク線及び起点入力ステップと、
前記起点から各ビーチマーク線までの距離として定義されるき裂深さと、前記各ビーチマーク線に対応する前記構造物の外周に沿った長さとして定義されるき裂長さと、を含むビーチマーク長さを測定するビーチマーク長さ測定ステップと、
前記ビーチマーク線に対応するストライエーション幅を設定するストライエーション幅設定ステップと、
前記構造物を構成する材料のき裂進展速度と応力拡大係数範囲の関係を含む材料データを入力する材料データ入力ステップと、
前記ストライエーション幅設定ステップにて設定した前記ストライエーション幅から前記破面のき裂進展速度を演算し、該き裂進展速度を前記材料データ入力ステップにて入力した前記き裂進展速度と応力拡大係数範囲の関係に適用することによって、応力拡大係数範囲ΔKを算出する応力拡大係数範囲ΔK算出ステップと、
前記ビーチマーク長さ測定ステップにて測定したビーチマーク長さと、前記応力拡大係数範囲ΔK算出ステップにて算出した前記応力拡大係数範囲ΔKとから前記各ビーチマークが形成されたときの応力を演算する応力演算ステップと、
前記応力演算ステップにて演算した応力から、前記各ビーチマークが形成されたときに前記構造物が受けた変位、荷重、及び、歪みを含む物理量を演算する物理量演算ステップと、
前記構造物が受けたと想定される物理量の履歴を入力する想定物理量入力ステップと、
前記物理量演算ステップにて演算した前記構造物が受けた物理量と、前記想定物理量入力ステップにて入力した前記構造物が受けたと想定される物理量を比較する比較ステップと、
前記比較ステップによる比較結果より、前記構造物が受けた物理量を特定する物理量特定ステップと、
を含む構造物の破面の解析方法。 A fracture surface display step for displaying an image of the fracture surface of the structure on the monitor screen;
A beach mark line and a starting point input step for inputting a beach mark line and a crack starting point drawn by the user on the image of the fracture surface displayed on the monitor screen;
Beach mark length including a crack depth defined as a distance from the starting point to each beach mark line, and a crack length defined as a length along the outer periphery of the structure corresponding to each beach mark line A beach mark length measuring step for measuring the thickness;
A striation width setting step for setting a striation width corresponding to the beach mark line;
A material data input step for inputting material data including a relationship between a crack growth rate of the material constituting the structure and a stress intensity factor range;
The crack growth rate of the fracture surface is calculated from the striation width set in the striation width setting step, and the crack growth rate and stress expansion are input in the material data input step. A stress intensity factor range ΔK calculating step for calculating the stress intensity factor range ΔK by applying to the relationship of the coefficient ranges;
The stress when each beach mark is formed is calculated from the beach mark length measured in the beach mark length measurement step and the stress intensity factor range ΔK calculated in the stress intensity factor range ΔK calculation step. A stress calculation step;
A physical quantity calculating step for calculating a physical quantity including a displacement, a load, and a strain received by the structure when each beach mark is formed from the stress calculated in the stress calculating step;
An assumed physical quantity input step for inputting a history of physical quantities assumed to be received by the structure;
A comparison step for comparing the physical quantity received by the structure calculated in the physical quantity calculation step with the physical quantity assumed to be received by the structure input in the assumed physical quantity input step;
From the comparison result of the comparison step, a physical quantity specifying step for specifying a physical quantity received by the structure;
For analyzing fractured surfaces of structures containing
複数の有限要素法熱構造解析モデルが格納された有限要素法熱構造解析モデルデータベースから所定の有限要素法熱構造解析モデルを選択する有限要素法熱構造解析モデル選択ステップと、
前記有限要素法熱構造解析モデル選択ステップにて選択された有限要素法熱構造解析モデルの境界条件を読み込む境界条件を読み込みステップと、
前記境界条件を用いて前記有限要素法熱構造解析モデルを実施する有限要素法熱構造解析実施ステップと、
前記物理量演算ステップにて演算した前記構造物が受けた物理量と、前記想定物理量入力ステップにて入力した前記構造物が受けたと想定される物理量を比較する比較ステップと、
前記比較ステップにて、両者の物理量の差異が所定の許容値を超えているか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップにて、両者の物理量の差異が所定の許容値を超えている場合には、両者の物理量の差異が所定の許容値以下になるまで、前記有限要素法熱構造解析実施ステップ、前記比較ステップ及び前記判定ステップを繰り返すことを特徴とする構造物の破面の解析方法。 The method for analyzing a fracture surface of a structure according to claim 1, further comprising:
A finite element method thermal structure analysis model selection step for selecting a predetermined finite element method thermal structure analysis model from a finite element method thermal structure analysis model database in which a plurality of finite element method thermal structure analysis models are stored;
A boundary condition reading step for reading a boundary condition of the finite element method thermal structure analysis model selected in the finite element method thermal structure analysis model selection step;
A finite element method thermal structure analysis performing step for implementing the finite element method thermal structure analysis model using the boundary condition;
A comparison step for comparing the physical quantity received by the structure calculated in the physical quantity calculation step with the physical quantity assumed to be received by the structure input in the assumed physical quantity input step;
In the comparison step, a determination step for determining whether or not a difference between both physical quantities exceeds a predetermined allowable value;
In the determination step, if the difference between the physical quantities exceeds a predetermined allowable value, the finite element method thermal structure analysis execution step until the difference between the physical quantities is equal to or less than a predetermined allowable value, A method for analyzing a fracture surface of a structure, wherein the comparison step and the determination step are repeated.
前記モニタの画面に表示された破面の像の上にユーザが描画したビーチマーク線とき裂の起点を入力するビーチマーク線及び起点入力ステップと、
前記起点から各ビーチマーク線までの距離として定義されるき裂深さと、前記各ビーチマーク線に対応する前記構造物の外周に沿った長さとして定義されるき裂長さと、を含むビーチマーク長さを測定するビーチマーク長さ測定ステップと、
複数の破壊力学解析モデルが格納された破壊力学解析モデルデータベースから所定の破壊力学解析モデルを選択する破壊力学解析モデル選択ステップと、
前記ビーチマーク線に対応するストライエーション幅を設定するストライエーション幅設定ステップと、
前記構造物を構成する材料のき裂進展速度と応力拡大係数範囲の関係を含む材料データを入力する材料データ入力ステップと、
初期き裂深さと初期き裂長さを含む初期き裂データを入力する初期き裂データ入力ステップと、
初期き裂が発生したと想定される時期及び荷重繰返し数を入力する想定初期き裂発生データ入力ステップと、
前記構造物が受けたと想定される物理量の履歴を入力する想定物理量入力ステップと、
前記破壊力学解析モデル選択ステップにて選択した破壊力学解析モデルに、前記初期き裂データ入力ステップにて入力した初期き裂データと、前記想定初期き裂発生データ入力ステップにて入力した初期き裂が発生したと想定される時期及び荷重繰返し数と、前記想定物理量入力ステップにて入力した構造物が受けたと想定される物理量の履歴を入力することによって、応力拡大係数範囲ΔKを算出する応力拡大係数範囲ΔK算出ステップと、
前記ストライエーション幅設定ステップにて設定した前記ストライエーション幅から前記破面のき裂進展速度を演算するき裂進展速度演算ステップと、
前記き裂進展速度を積分することにより、き裂深さとき裂長さを算出するビーチマーク長さ演算ステップと、
き裂進展解析によって、前記ビーチマーク長さ演算ステップによって演算されたき裂深さ又はき裂長さと、応力、荷重の繰返し数及び荷重の繰返し累積回数との関係を求めるき裂進展解析ステップと、
前記き裂進展解析ステップにて得られたデータから、横軸が、時間又は荷重繰返し数、縦軸がき裂深さ又はき裂長さとするき裂進展グラフを生成し、それをモニタに表示するき裂進展グラフ表示ステップと、
を有する構造物の破面の解析方法。 A fracture surface display step for displaying an image of the fracture surface of the structure on the monitor screen;
A beach mark line and a starting point input step for inputting a beach mark line and a crack starting point drawn by the user on the image of the fracture surface displayed on the monitor screen;
Beach mark length including a crack depth defined as a distance from the starting point to each beach mark line, and a crack length defined as a length along the outer periphery of the structure corresponding to each beach mark line A beach mark length measuring step for measuring the thickness;
A fracture mechanics analysis model selection step for selecting a predetermined fracture mechanics analysis model from a fracture mechanics analysis model database storing a plurality of fracture mechanics analysis models;
A striation width setting step for setting a striation width corresponding to the beach mark line;
A material data input step for inputting material data including a relationship between a crack growth rate of the material constituting the structure and a stress intensity factor range;
An initial crack data input step for inputting initial crack data including an initial crack depth and an initial crack length;
An assumed initial crack initiation data input step for inputting the time when the initial crack is assumed to have occurred and the number of load cycles;
An assumed physical quantity input step for inputting a history of physical quantities assumed to be received by the structure;
The initial crack data input at the initial crack data input step and the initial crack input at the assumed initial crack initiation data input step to the fracture mechanics analysis model selected at the fracture mechanics analysis model selection step. Stress expansion for calculating the stress intensity factor range ΔK by inputting the time when the occurrence of the occurrence of the load and the number of load repetitions and the history of the physical quantity assumed to have been received by the structure input in the assumed physical quantity input step. A coefficient range ΔK calculation step;
A crack growth rate calculating step for calculating a crack growth rate of the fracture surface from the striation width set in the striation width setting step;
A beach mark length calculating step for calculating a crack depth and a crack length by integrating the crack growth rate;
Crack propagation analysis step for obtaining the relationship between the crack depth or crack length calculated by the beach mark length calculation step and the stress, the number of repetitions of the load, and the number of repetitions of the load by crack propagation analysis,
From the data obtained in the crack growth analysis step, a crack growth graph is generated with the horizontal axis representing the time or load repetition rate and the vertical axis representing the crack depth or crack length, and this is displayed on the monitor. A crack growth graph display step;
Of analyzing the fracture surface of a structure having
更に、き裂長さの比較を行うき裂長さ比較ステップを有し、該き裂長さ比較ステップは、前記各ケースにおいて、き裂深さ又はき裂長さの誤差平方和を演算し、該誤差平方和の合計が最小となるケースを選択することを特徴とする構造物の破面の解析方法。 In the analysis method of the fracture surface of the structure of Claim 10,
Further, a crack length comparison step for comparing crack lengths is performed, and the crack length comparison step calculates the error square sum of the crack depth or the crack length in each case, and calculates the error square. A method for analyzing a fracture surface of a structure, wherein a case having the smallest sum is selected.
複数の有限要素法熱構造解析モデルが格納された有限要素法熱構造解析モデルデータベースから所定の有限要素法熱構造解析モデルを選択する有限要素法熱構造解析モデル選択ステップと、
前記有限要素法熱構造解析モデル選択ステップにて選択された有限要素法熱構造解析モデルの境界条件を読み込む境界条件を読み込みステップと、
前記境界条件を用いて前記有限要素法熱構造解析モデルを実施する有限要素法熱構造解析実施ステップと、
前記物理量演算ステップにて演算した前記構造物が受けた物理量と、前記想定物理量入力ステップにて入力した前記構造物が受けたと想定される物理量を比較する比較ステップと、
前記比較ステップにて、両者の物理量の差異が所定の許容値を超えているか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップにて、両者の物理量の差異が所定の許容値を超えている場合には、両者の物理量の差異が所定の許容値以下になるまで、前記有限要素法熱構造解析実施ステップ、前記比較ステップ及び前記判定ステップを繰り返すことを特徴とする構造物の破面の解析方法。 The method for analyzing a fracture surface of a structure according to claim 9, further comprising:
A finite element method thermal structure analysis model selection step for selecting a predetermined finite element method thermal structure analysis model from a finite element method thermal structure analysis model database in which a plurality of finite element method thermal structure analysis models are stored;
A boundary condition reading step for reading a boundary condition of the finite element method thermal structure analysis model selected in the finite element method thermal structure analysis model selection step;
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