き裂進展試験方法およびき裂進展試験装置

【課題】き裂進展試験方法において、応力拡大係数が一定のまま、き裂を進展させる。
【解決手段】き裂進展試験方法は、試験片１に、き裂２を形成するき裂形成工程と、試験片１に、き裂２が延びる方向に垂直な方向４に一定の変位を加えたまま保持する保持工程と、を有する。ボールねじ機構や、シリンダの変位を制御可能な油圧機構を備えた保持手段によって、試験片１に一定の変位を加えたまま保持することができる。また、試験片１に加えられた変位を測定してフィードバックすることにより、油圧機構をサーボ制御してもよい。試験片１を水中に配置して試験を行うこともできる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造材料の健全性を試験するために、試験片に形成されたき裂を進展させるき裂進展試験方法、および、き裂進展試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉の炉内機器などには、応力腐食割れ（ＳＣＣ）が発生して構造健全性が損なわれるおそれがある。このため、ＳＣＣによるき裂の進展速度を、高い精度で測定する試験方法が必要とされている。
【０００３】
たとえば特許文献１には、小型で廉価なき裂進展特性評価装置が開示されている。
【特許文献１】特開平８－２７８２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、き裂進展速度は、応力拡大係数に支配されていると考えられている。このため、試験により取得したＳＣＣによるき裂進展速度と応力拡大係数との関係を用いて、実機のき裂進展寿命評価が行われている。
【０００５】
模擬炉水環境中の試験によるき裂進展速度データにはばらつきが大きく、ある応力拡大係数におけるき裂進展速度を決定するためには信頼性の高い試験データの取得が望まれている。しかし、従来のコンパクトテンション型試験片を用いた試験方法ではき裂長さの増加とともに応力拡大係数が変化するため、ある特定の応力拡大係数におけるき裂進展速度を正確に決定できないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するため、応力拡大係数が一定のままき裂を進展させるき裂進展試験ができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明は、試験片にき裂を進展させるき裂進展試験方法において、前記試験片にき裂を形成するき裂形成工程と、前記試験片に、前記き裂が延びる方向に垂直な強制変位を加え、その強制変位を一定に保つ保持工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、試験片にき裂を進展させるき裂進展試験装置において、き裂が形成された前記試験片に、前記き裂が延びる方向に垂直な強制変位を加え、その強制変位を一定に保つ保持手段、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、応力拡大係数が一定のままき裂を進展させるき裂進展試験ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係るき裂進展試験方法、および、そのための試験装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１１】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る第１の実施の形態のき裂進展試験方法に用いられる試験片の正面図である。図２は、図１の試験片の側面図である。
【００１２】
試験片１は、板厚が均一で、一対の長辺２１および一対の短辺２２で囲まれる長方形の板である。
【００１３】
き裂進展試験は、試験片１にき裂２を形成するき裂形成工程と、試験片１に変位を加えて保持する保持工程を有している。き裂形成工程において、き裂２は、試験片１の一方の長辺２１から短辺２２にほぼ平行に、その先端２０が試験片１のほぼ中央に位置するように形成される。
【００１４】
一方の短辺２２は、き裂２が剛体壁３にほぼ並行となるように、剛体壁３に固定されている。保持工程において、試験片１のき裂２を挟んで剛体壁３に対向する辺には、その辺の全体に一様な強制変位が加えられ、その強制変位は一定に保持される。図１では、試験片１に加える強制変位の方向を、破線の矢印４で示した。
【００１５】
次に、このようなき裂進展試験で、応力拡大係数がほぼ一定となることを、この試験を模擬した数値解析の結果を用いて示す。
【００１６】
図３は、き裂進展試験を模擬した数値解析モデルを示す図である。
【００１７】
ここで、試験片１の長さは２００ｍｍ、幅は１００ｍｍとし、一方の長辺２１から垂直に長さａのき裂２が形成されているとした。なお、解析は、対称性を考慮して１／２の部分をモデル化している。試験片１の短辺２２の全体に一様な０．０２５ｍｍの強制変位を、試験片１を引っ張るように長辺２１の方向に加えた状態を模擬している。
【００１８】
図４は、き裂長さａを変えて数値解析により求めた応力拡大係数Ｋを示すグラフである。なお、グラフの横軸は、き裂長さａを試験片１の短辺２２の長さＷで除して無次元化した無次元化き裂長さａ／Ｗである。
【００１９】
図４から、ａ／Ｗが０．１から０．４までの間ではき裂長さの増加とともに応力拡大係数Ｋは大きくなるが、ａ／Ｗが０．４から０．７までの間、すなわちき裂長さが板幅の４０％から７０％の間ではほぼ一定値を取ることがわかる。そこで、この範囲を試験範囲とする。
【００２０】
このように、き裂長さａが試験片１の幅の所定の割合の範囲にある場合には、応力拡大係数Ｋがほぼ一定となる。このため、試験片１にこの範囲のき裂長さのき裂２を形成しておくことにより、試験片１の一端に一様変位を与えるという非常に簡易な方法によって、応力拡大係数が一定のき裂進展試験を行うことができる。
【００２１】
また、き裂進展試験では、保持工程の後に、試験片１に強制変位を加えるために負荷した力を除荷する解放工程を追加し、解放工程の後に、再度、試験片１のき裂２を挟んで剛体壁３に対向する辺の全体に一様な強制変位を加えて、その強制変位を一定に保つことにより、試験片１に繰り返し強制変位を加えてもよい。
【００２２】
なお、試験片１の形状は長方形に限定されるものではない。
【００２３】
［第２の実施の形態］
図５は、本発明に係る第２の実施の形態のき裂進展試験方法に用いられる試験片の正面図である。図６は、図５の試験片をき裂進展試験装置の要部とともに示す側面図である。
【００２４】
試験片１の両方の短辺２２には、き裂２が形成されている場所の板厚よりも板厚が厚い掴み部５がそれぞれ形成されている。掴み部５の剛性は、板厚が厚いためき裂２が形成されている部分に比べて大きくなっている。
【００２５】
き裂進展試験装置は、向かい合う２つのチャック６およびボールねじ７を備えた負荷機構を有している。２つのチャック６は、それぞれ試験片１の掴み部５をつかめるようになっている。一つのチャック６には、ボールねじ７が取り付けられている。もう一方のチャック６は、剛体壁３に固定される。また、ボールねじ７は、ガイド８によって案内されている。
【００２６】
掴み部５は、２つのチャック６によって保持される。ボールねじ７は、回転角を制御することにより試験片１の端面に一定の強制変位を与える。
【００２７】
また、ガイド８としてシール部材を用いることと、模擬炉水環境中でのき裂進展試験を行うこともできる。
【００２８】
［第３の実施の形態］
図７は、本発明に係る第３の実施の形態のき裂進展試験方法に用いられる試験片をき裂進展試験装置の要部とともに示す側面図である。
【００２９】
本実施の形態のき裂進展試験装置は、チャック６に直接取り付けられた油圧シリンダ９、チャック６の間の変位を測定する変位計１０、および、油圧シリンダの変位を制御するサーボ制御器１１を有している。
【００３０】
サーボ制御器１１は、変位計１０によって測定されたチャック６の間の変位を受け取り、この変位量が一定に維持されるように、油圧シリンダ９の変位を制御する。この油圧シリンダ９によって、チャック６に強制変位を与える。これにより、高精度な応力拡大係数一定き裂進展試験が可能である。
【００３１】
なお、本実施の形態においても、ガイド８にシール部材を用いることで模擬炉水環境中でのき裂進展試験が可能である。
【００３２】
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のき裂進展試験方法に用いられる試験片の正面図である。
【図２】図１の試験片の側面図である。
【図３】き裂進展試験を模擬した数値解析モデルを示す図である。
【図４】き裂長さａを変えて数値解析により求めた応力拡大係数Ｋを示すグラフである。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態のき裂進展試験方法に用いられる試験片の正面図である。
【図６】図５の試験片をき裂進展試験装置の要部とともに示す側面図である。
【図７】本発明に係る第３の実施の形態のき裂進展試験方法に用いられる試験片をき裂進展試験装置の要部とともに示す側面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…試験片、２…き裂、３…剛体壁、５…掴み部、６…チャック、７…ボールねじ、８…ガイド、９…油圧シリンダ、１０…変位計、１１…サーボ制御器

【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片にき裂を進展させるき裂進展試験方法において、
前記試験片にき裂を形成するき裂形成工程と、
前記試験片に、前記き裂が延びる方向に垂直な強制変位を加え、その強制変位を一定に保つ保持工程と、
を有することを特徴とするき裂進展試験方法。
【請求項２】
前記保持工程の後に、前記試験片に前記強制変位を加えるために負荷した力を除荷する解放工程と、
前記解放工程の後に、前記試験片に前記強制変位を加えて、その強制変位を一定に保つ再保持工程と、
を有することを特徴とする請求項１記載のき裂進展試験方法。
【請求項３】
前記保持工程は、
前記試験片に加えられた変位を測定する測定工程と、
前記測定工程で測定された変位をフィードバックして前記試験片に加えられる変位をサーボ制御する工程と、
を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のき裂進展試験方法。
【請求項４】
前記保持工程は、前記試験片が水中に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載のき裂進展試験方法。
【請求項５】
前記き裂形成工程の前に、数値解析によって、前記試験片の形状および前記保持工程で進展させるき裂の長さの範囲を決定する解析工程を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載のき裂進展試験方法。
【請求項６】
試験片にき裂を進展させるき裂進展試験装置において、
き裂が形成された前記試験片に、前記き裂が延びる方向に垂直な強制変位を加え、その強制変位を一定に保つ保持手段、
を有することを特徴とするき裂進展試験装置。
【請求項７】
前記試験片は、前記き裂を挟んで変位を加える方向の両側の端部に所定の剛性を持った掴み部を備えていて、
前記保持手段は、前記掴み部を把持して、その掴み部の前記き裂に平行な方向全体にわたって一様な前記強制変位を加え、その強制変位を一定に保つものである、
ことを特徴とする請求項６記載のき裂進展試験装置。
【請求項８】
前記保持手段は、前記強制変位の方向に延びるボールねじ機構を有することを特徴とする請求項６または請求項７記載のき裂進展試験装置。
【請求項９】
前記保持手段は、
前記強制変位の方向に延びるシリンダと、
前記シリンダの変位を制御可能な油圧機構と、
を有することを特徴とする請求項６または請求項７記載のき裂進展試験装置。
【請求項１０】
前記保持手段は、
前記試験片に加えられた変位を測定する測定手段と、
前記測定手段が測定した変位をフィードバックして前記シリンダの変位を前記油圧機構を介してサーボ制御する制御手段と、
を有することを特徴とする請求項９記載のき裂進展試験装置。