JPH03176628A - 管の曲げ応力方向の固定による応力推定方法 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば橋台に架管されたパイプラインのよう
な管の応力分布を磁歪センサによりａｐｔ定する場合、
管に初期の磁気異方性分布が有っても、この影響を除去
して小さな曲げ応力も推定できる管の曲げ応力方向の固
定による応力推定方法に関するものである。

［従来の技術］ パイプラインの橋台架管部のような場所においては、管
の橋台貫通部は固定され不動部となっているため、地盤
性下等により応力が発生した場合、管の貫通部近傍では
大きな曲げ応力が発生し、貫通部から離れるにつれて曲
げ応力は次第に減衰する。管全体のあらゆる場所につい
て曲げ応力分布を求める場合には、曲げ応力の大きいと
ころから小さなところまでをすべて計Ａ１１ｌする必要
がある。

従来鋼材又は鋼製構造物等の応力及び残留応力を測定す
る方法として、Ｘ線や超音波のほかに磁歪センサによる
方法がある。この磁歪センサを用いて磁化可能な丸棒、
パイプ等円柱材料の応力を測定する方法としては先に出
願した特願昭６３−１５３６２２号公報に示された磁歪
応力測定法がある。

磁歪応力測定法は、磁性材料に荷重が作用すると透磁率
に異方性が生じ、荷重方向の透磁率が大きくなり、反対
に荷重方向と直角方向の透磁率が小さくなるので、両送
磁率の差を励磁コイルと検出コイルを持つ磁歪センサ（
磁気異方性センサともいう）によって検出することによ
り、主応力の方向および大きさを測定する方法である。

この測定方法によると、−点の測定時間が１０−１００
ｍ５ｅｃですみ、取扱いもきわめて便宜である。

ところが、従来の磁歪応力測定法は、一般に磁歪センサ
を被ａｌｌ定面に接触させて行うものであるため、被測
定面の状態によって接触面における磁気抵抗が大きく異
なる。そのため、測定誤差が大きくなるという欠点があ
った。

そこで、非接触状態、すなわち磁歪センサを被ＡＰ１定
而から一定の距離だけ離した状態で測定するという考え
方が出てくるわけであるが、この場合は磁歪感度が低下
するため、磁歪センサの設定にありきわめて微妙な調整
が必要であるという別の問題があった。

前記先願の発明においては、前記非接触計測における問
題点を解決し、磁化可能な丸棒、パイプ等の円柱材料に
対する磁歪応力測定法を非接触方式で実施できる装置を
開発し、その測定装置を使用して円柱材料の円周方向の
応力分布を従来よりも精度良く測定できる方法を提供し
た。

第１図は先の出願に係る磁歪応力測定法を説明する図で
あり、同図（ａ）は円柱材料１に曲げ荷重を加えて、円
柱材料１の上側に引張り応力十σ、下側に圧縮応力−σ
が働いている状態を示す。また同図（ｂ）は円柱材料１
の中心軸に対して垂直に、且つその外周面と一定の距Ｍ
ｈのリフト・オフ（ギャップのこと）を保ちながら、磁
歪センサ２を円柱材料ｌの最上点即ちＯｏの角度位置よ
り時計廻り方向に円周方向に沿って１回転させて、磁歪
センサ２が０″〜３６０°間のそれぞれの角度位置にお
いて検出する磁歪信号を連続的にａｌｌｊ定する方法を
示している。

第２図は第１図の磁歪応力測定法によるＳＩＮ近似法を
説明する図であり、同図（ａ）は磁歪センサ２が円柱材
料１の外周上の方位を示す角度とその応力分布を示し、
角度０″　（即ち円柱材料１の真上）において最大引張
り応力が、角度１８０＠（即ち円柱材料１の真下）にお
いて最大圧縮応力が発生することから、応力分布は５１
８０曲線に近似して分布する。

第２図（ｂ）は−２０ｋｇ　／−の荷重を円柱材料に加
えたときの、歪ゲージによる応力の実測値と３１Ｎθ近
似値とを示している。この図から実際の応力分布と５１
８０曲線とはかなり近似していることが判る。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の特願昭８３−１５３６２２号公報に示された磁歪
応力測定法によるＳＩＮθ近似法により、前記橋台架管
部付近の管曲げ応力を測定すると、曲げ応力の小さい場
所でＳＩＮθ近似曲線の振幅値を求める場合に、応力無
負荷時の残留応力による振幅値と曲げ応力による振幅値
とが相乗され、磁歪センサ出力から近似した５１８０曲
線に示された曲げの方向と実際の管の曲げ軸とが異なる
ため、応力計測値の計測精度が悪くなるという問題点か
あった。

本発明はかかる問題を解決するためになされたもので、
管材の管周方向に初切の磁気異方性分布が有っても、こ
れに影響されずに管材の実際の曲げ応力の方向に一致す
るようにＳＩＮ近似曲線により示される曲げ応力の方向
を固定した、管の曲げ応力方向の固定による応力推定方
法を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ この発明に係る管の曲げ応力方向の固定による応力推定
方法は、磁歪センサが管材の外周面上または内周面上を
非接触状態で相対移動する７ｎＪ定装置を用いて、前記
管材の管周方向の曲げ応力分布をＳＩＮ曲線で近似して
推定する方法において、前記管材が管周方向に初期の磁
気異方性分布を有する場合に、管材の実際の曲げ応力の
方向に一致するようにＳＩＮ近似曲線により示される曲
げ応力の方向を固定して、前記磁歪センサから得られる
計測値を近似するＳＩＮ近似曲線を算出し、該算出され
たＳＩＮ近似曲線の信号振幅値より対応する曲げ応力値
を推定する管の曲げ応力方向の固定による応力推定手段
を備えたものである。

［作用］ この発明においては、磁歪センサが管材の外周面上また
は内周面上を非接触状態で相対移動する７１１１１定装
置を用いて、前記管材の管周方向の曲げ応力分布をＳＩ
Ｎ曲線で近似して推定する方法において、管の曲げ応力
方向の固定による応力推定手段により、前記管材が管周
方向に初期の磁気異方性分布を有する場合に、管材の実
際の曲げ応力の方向に一致するようにＳＩＮ近似曲線に
より示されるＩＨＩげ応力の方向を固定して、前記磁歪
センサから得られる計測値を近似するＳＩＮ近似曲線を
算出し、該算出されたＳＩＮ近似曲線の信号振幅値より
対応する曲げ応力値を推定する。

［実施例］ 第３図は本発明の管の曲げ応力方向の固定による応力推
定方法を適用する管の応力測定装置のブロック図である
。図において（０は走行装置部であり、磁気異方性セン
サ１１及び走行台車１２を内蔵する。磁気異方性センサ
１１は非接触により管材の円周方向の磁気異方性を検出
するためのセンサであり、例えば直交する励磁コイルと
検出コイルとを備え、励磁コイルに一定の励振電流を流
して、応力の作用によって生じる磁気異方性を検出コイ
ルから得られる電圧信号として検出するものである。

走行台車１２は例えば管外周上に設けられたレール又は
／及びギヤ上を走行し、磁気異方性センサＩＬを管の円
周方向に移動させ計測を行わせるための走行機構である
。１３は磁歪７１１１定部であり、磁気異方性センサ１
１の励磁コイルに定電流を供給し、詞時に該センサｔｉ
の検出コイルより得られる検出信号を増幅し、磁気異方
性に比例した電圧信号として出力する磁歪測定部である
。１４はモータ・ドライバであり、走行台車１２に走行
駆動信号を供給し走行させ、その走行結果の位置情報と
してエンコーダ信号が帰還される。ｉ５はＡ／Ｄ変換器
、１Ｂは例えばＲ５２３２Ｃ等のインタフェース、１７
はパーソナル・コンピュータ（以下パソコンという）、
１８はＣＲＴ又は液晶等を用いたデータ表示部である。

第３図の動作を説明する。管材の円周方向の応力を測定
するには、例えば管材の中心軸に対する垂直面上の管材
外周面に、図示されないレール又は／及びギヤを取付け
、このレール又は／及びギヤ上にホルダを介して走行装
置部ｔｏを走行可能に取付ける。次にパソコン１７はイ
ンタフェース１６を介してモータ・ドライバ１４に１回
転の走行指令を与え、モータ・ドライバ１４は前記レー
ル又は／及びギヤ上の走行装置１０を管周に沿って１回
転走行させる。この走行中に、磁気異方性センサ１１（
磁歪センサ２と同一のもの）が第１図（ｂ）に示される
管材外周面上の０°〜３６０　’間の各角度位置におい
て、該センサｉ１からそれぞれ検出された各検出信号は
磁歪測定部１３により信号増幅後出力され、さらに該出
力はＡ／Ｄ変換器１５により量子化され、パソコンＩ７
に供給される。パソコン１７は磁気異方性センサ１１の
管材外周上の方位を示す各角度に対するセンサ出力値を
データ表示部１８に表示させ、必要の場合図示されない
プリンタによりハードコピーを出力する。本７１１１定
装置のデータ表示部１８に表示されたデータ又はプリン
タにより出力されたハードコピーデータに基づき、本発
明に係る管の、曲げ応力方向の固定による応力推定処理
を行うことができる。

以下本発明の管の曲げ応力方向の固定による応力推定方
法を説明する。

第４図（ａ）〜（Ｃ）は管の初期磁気異方性分布と、こ
れに大きな曲げ応力又は小さな曲げ応力が付加された場
合の近似結果をそれぞれ示す図であり、それぞれ横軸は
磁歪センサの管周上の方位を示す角度を、縦軸は磁歪セ
ンサ出力（単位はボルト）を示す。また図中の＋−は計
測値で、実線は計／ｌ１ｌｌ値に近似するＳＩＮθ近似
曲線である。

いま第４図（ａ）に示すような初期の磁気異方性分布を
もつ管があったとする。この管に大きな曲げ応力が付加
された場合に、磁歪センサ出力は第４図（ｂ）に示され
たようになり、はぼＳＩＮθ近似曲線に近い計測値とな
る。これは初期の磁気異方性分布が後に付加された応力
に比べ相対的に小さいため、測定値より算出されたＳＩ
Ｎθ近似曲線の曲げ応力の方向（最大引張応力が０°の
方向、最大圧縮応力は１８０°の方向）と実際の曲げ応
力の方向とは一致している。しかし小さな曲げ応力が付
加された状態では、磁歪センサ出力は第４図（Ｃ）に示
されるようになり、測定値より算出されたＳＩＮθ近似
曲線の曲げ応力の方向（最大引張応力が約６７″の方向
、最大圧縮応力が約２４７°の方向）は実際の曲げ応力
の方向（最大引張応力は０°の方向、最大圧縮応力は１
８０°の方向）と−致しない。また応力の大きさを示す
ＳＩＮθ近似曲線の振幅も初期の磁気異方性分布の影響
を大きく受けている。

本発明においては、管に初期の磁気異方性分布が有ると
きは、曲げ応力が小さい場合にも曲げ応力か大きく働い
ている場合と同じようにＳＩＮθ近似曲線で表示される
曲げ応力の方向を実際の曲げ応力の方向と一致するよう
に固定するものである。

第５図（ａ）は管の初期磁気異方性分布とそのＳＩＮθ
近似曲線を示す図であり、第５図（ｂ）は小さな曲げ応
力付加によるセンサ出力変化分とそのＳＩＮθ近似曲線
を示す図である。各図の横軸は第４図と同じ角度を、同
図（ａ）の士印は磁歪センサの計測値を、同図（ｂ）の
十印はセンサ出力変化分（小さな応力の付加されたとき
の磁歪センサの出力値から応力無負荷時の初期値を減算
した値が出力変化分である。）を、実線はＳＩＮθ近似
曲線をそれぞれ示している。

第６図（ａ）は第５図（ａ）の管の初期磁気異方性と同
図（ｂ）の小さな曲げ応力付加による変化分の加算され
た磁歪センサ出力の７１１１１定値を示す図である。

第６図（ｂ）は、同図（ａ）の測定値を通常の方法で近
似した結果を示す図である。ここで通常の方法とは、例
えば、測定値から最小２乗法を用いてＳＩＮθ近似曲線
を得る方法であり、管の実際の曲げ応力の方向を考慮し
ない方法である。同図（ｂ）の実線がこの通常のＳＩＮ
θ近似曲線を示している。

第６図（ｃ）は、同図（ａ）の測定値を本発明の方法で
近似した結果を示す図である。ここで本発明による方法
とは、測定値より５ＩＮｏ近似曲線を算出する場合に、
管の２つの支持間では曲げの方向はどの場所でも同一で
あるので、管の実際の曲げ応力の方向を見極め、この方
向に曲げ応力の方向を固定して近似するものである。第
６図（Ｃ）の例においては、５ＩＮｏ近似曲線の最大振
幅値を最大引張応力が発生する０″の方向に、またその
最小振幅値を最大圧縮応力が発生する１８０°の方向に
それぞれ固定して、測定値よりＳＩＮθ近似曲線を算出
するものである。同図（ｅ）の実線がこの本発明のＳＩ
Ｎθ近似曲線を示している。この本発明の方法により測
定値より近似されたＳＩＮθ曲線の曲げ応力の方向と実
際の曲げ応力の方向は一致して、曲げ応力の小さいとこ
ろから大きいところまで計測が可能となる。実際の応力
測定に際しては、あらかじめ歪ゲージ等により実測した
応力値と本発明の方法により磁歪センサ計測値より近似
したＳＩＮθ近似値とにより較正曲線を作成しておく。

そしてこの較正曲線を用いて、磁歪センサ出力より管の
曲げ応力方向を固定して算出されたＳＩＮθ近似曲線の
信号振幅値より対応する曲げ応力の推定を行うものであ
る。

また上記実施例においては、磁歪センサを管材の外周面
上を非接触で走行させる例を示したが、同様に磁歪セン
サを管材の内周面上を非接触で走行させるようにしても
よい。またこの場合に磁歪センサを走行させずに、管材
をその中心軸に対して回転させ、磁歪センサを固定する
ようにしてもよい。いずれの場合も磁歪センサと管材と
が相対移動をすればよく、一方を固定し他方を移動させ
ることにより同一効果を得ることができる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、磁歪センサが管材の外周
面上または内周面上を非接触状態で相対移動する測定装
置を用いて、前記管材の管周方向の曲げ応力分布をＳＩ
Ｎ曲線で近似して推定する方法において、前記管材が管
周方向に初期の磁気異方性分布を有する場合に、管材の
実際の曲げ応力の方向に一致するようにＳＩＮ近似曲線
により示される曲げ応力の方向を固定して、前記磁歪セ
ンサから得られる計７ｉｐｊ値を近似するＳＩＮ近似曲
線を算出し、該算出されたＳＩＮ近似曲線の信号振幅値
より対応する曲げ応力値を精度良く推定することができ
るようにしたので、磁歪センサを用いた管の曲げ応力計
測法の計測精度向上の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は先願に係る磁歪応力測定法を
説明する図、第２図（ａ）及び（ｂ）は第１図の磁歪応
力測定法によるＳＩＮ近似法を説明する図、第３図は本
発明の管の曲げ応力方向の固定による応力推定方法を適
用する管の応力推定装置のブロック図、第４図（ａ）〜
（ｃ）は管の初期磁気異方性分布と、これに大きな曲げ
応力又は小さな曲げ応力が付加された場合の近似結果を
それぞれ示す図、第５図（ａ）は管の初期磁気異方性分
布とそのＳＩＮθ近似曲線を示す図、第５図（ｂ）は小
さな曲げ応力付加によるセンサ出力変化分とそのＳＩＮ
θ近似曲線を示す図、第６図（ａ）は第５図（ａ）と第
５図（ｂ）の信号が加算された磁歪センサ出力の測定値
を示す図、第６図（ｂ）は同図（ａ）の測定値を通常の
方法で近似した結果を示す図、第６図（Ｃ）は同図（ａ
）の測定値を本発明の方法で近似した結果を示す図であ
る。 図において、１は円柱材料、２は磁歪センサ、１０は走
行装置部、１１は磁気異方性センサ、１２は走行台車、
１３は磁歪測定部、１４はモータ・ドライバ１５はＡ／
Ｄ変換器、１６はインタフェース、１７はパソコン、１
８はデータ表示部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　磁歪センサが管材の外周面上または内周面上を非接触
   状態で相対移動する測定装置を用いて、前記管材の管周
   方向の曲げ応力分布をＳＩＮ曲線で近似して推定する方
   法において、 前記管材が管周方向に初期の磁気異方性分布を有する場
   合に、管材の実際の曲げ応力の方向に一致するようにＳ
   ＩＮ近似曲線により示される曲げ応力の方向を固定して
   、前記磁歪センサから得られる計測値を近似するＳＩＮ
   近似曲線を算出し、該算出されたＳＩＮ近似曲線の信号
   振幅値より対応する曲げ応力値を推定することを特徴と
   する管の曲げ応力方向の固定による応力推定方法。