部材の破壊評価装置、方法及びプログラム
【課題】き裂が存在する部材の破壊強度を、高い信頼性で保守的に評価できる破壊評価技術を提供する。
【解決手段】進展き裂を仮想設定し順次そのき裂を大きくして更新する更新部６１と、前記部材を塑性崩壊させる極限荷重を算出する算出部４２と、前記塑性崩壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記極限荷重及び前記負荷荷重を対比する第１比較部４３と、前記更新された進展き裂に対応するJ積分を出力する関数部６３と、前記出力されたＪ積分を代入し対応する破壊荷重を逆算する逆算部５２と、き裂進展破壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記逆算された複数の破壊荷重のうちの極大値及び前記負荷荷重を対比する第２比較部５３と、第１比較部４３及び第２比較部５３において共に安全と判断される場合に合格認定する結果出力部６４と、を備える。
【解決手段】進展き裂を仮想設定し順次そのき裂を大きくして更新する更新部６１と、前記部材を塑性崩壊させる極限荷重を算出する算出部４２と、前記塑性崩壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記極限荷重及び前記負荷荷重を対比する第１比較部４３と、前記更新された進展き裂に対応するJ積分を出力する関数部６３と、前記出力されたＪ積分を代入し対応する破壊荷重を逆算する逆算部５２と、き裂進展破壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記逆算された複数の破壊荷重のうちの極大値及び前記負荷荷重を対比する第２比較部５３と、第１比較部４３及び第２比較部５３において共に安全と判断される場合に合格認定する結果出力部６４と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部材の破壊評価技術に関し、特にき裂を含む部材の破壊評価装置、方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力機器においては、経年的に、その構成部材に応力腐食割れや疲労等によるき裂が発生し，さらに成長する場合がある。そのような場合において、地震の発生等により定常操業時の定格を超える負荷荷重が部材に作用する際、き裂を含む部材の破壊強度を高精度に評価する構造健全性評価法の開発が急務となっている。
【０００３】
既存の構造健全性評価法として極限荷重評価法及びＪ積分法が知られている。
極限荷重評価法は、評価時におけるき裂（初期き裂）の寸法に基づき、残存する部材断面に降伏値を超える応力が作用し塑性崩壊を生じさせる限界点を求める方法である。
Ｊ積分法は、部材中をき裂先端が進展するか否かを、各種パラメータから演算されるＪ積分に基づいて判断する方法である（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】構造健全性評価ハンドブック,共立出版（２００５年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、実際の部材における破壊挙動として、き裂進展を生じた後に塑性崩壊する現象も見られ、この場合、従来の極限荷重評価法によれば、初期き裂の寸法に基づいているために危険側の評価を与える可能性がある。
また、Ｊ積分法は、一方端から反対端に向かって部材中を進展するき裂先端が反対端に到達するか否かに基づいて部材が破壊するか否かを判断している。このために、Ｊ積分法は、き裂進展が途中で停止した後に残存する部材断面が塑性崩壊することは想定外であり、前記と同様に危険側の評価を与える可能性がある。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、き裂が存在する部材の破壊強度を、信頼性が高く保守的に評価する破壊評価技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る部材の破壊評価装置は、演算に必要なパラメータを設定する条件設定部と、初期き裂を含む部材に負荷荷重が作用したときの進展き裂を仮想設定し順次そのき裂を大きくして更新する設定部と、前記初期き裂及び前記進展き裂を併せた全き裂の存在を前提に前記部材を塑性崩壊させる極限荷重を算出する算出部と、前記塑性崩壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記極限荷重及び前記負荷荷重を対比する第１比較部と、前記部材の構成材料における進展き裂及びＪ積分の関係を表し前記更新された進展き裂に対応するJ積分を出力する関数部と、前記全き裂を進展させて前記部材を破壊させる破壊荷重及びＪ積分の関係を示す定義式に前記出力されたＪ積分を代入し対応する破壊荷重を逆算する逆算部と、き裂進展破壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記逆算された複数の破壊荷重のうちの極大値及び前記負荷荷重を対比する第２比較部と、第１比較部及び第２比較部において共に安全と判断される場合に合格認定する結果出力部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、き裂が存在する部材の破壊強度を、高い信頼性で保守的に評価できる破壊評価技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る部材の破壊評価装置の実施形態を示すブロック図。
【図２】(Ａ)〜(Ｃ)は各々き裂を有する部材の破壊メカニズムを説明する図。
【図３】部材の構成材料における進展き裂（Δａn）に対するＪ積分の関係を表すＪ−Ｒ曲線図。
【図４】初期き裂ａ0からき裂を進展させるのに必要な破壊荷重ＭCを表すＭ−ａ曲線図。
【図５】本発明に係る部材の破壊評価方法の実施形態を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１のブロック図に示すように、部材の破壊評価システム１０（以下、「本システム１０」という）は、き裂検出装置１１と、想定負荷演算装置１２と、入力端末１３と、表示体１４と、部材の破壊評価装置２０（以下、「破壊評価装置２０」という）とから構成されている。
このように構成される本システム１０は、原子力発電所等のプラントシステム等に、通常運転時の定格を超える負荷荷重Ｍappが地震発生時等に作用した場合であっても、大規模損壊に至らないようその危険性を早期に察知し、有効な対策を講じるのに必要な情報を提供するものである。
【００１１】
き裂検出装置１１は、部材に含まれるき裂を計測するもので、き裂の検出原理として浸透探傷、蛍光探傷、磁粉探傷、過流探傷、放射線透過及び超音波探傷等の公知の方法を採用することができる。
想定負荷演算装置１２は、部材のレイアウト、支持方法、耐震規定の想定加速度等から、部材の任意断面に作用する負荷荷重Ｍappを演算するものである。
【００１２】
ここで図２を参照してき裂を有する部材の破壊メカニズムについて説明する。
部材には、図２（Ａ）に示されるように、所定長さの初期き裂ａ0がすでに存在しているものとする。ここで初期き裂ａ0とは、運転開始後の経年劣化により発生又は進展し、本システム１０を用いて部材の破壊評価を実施する時点において存在しているものを指す。
これに曲げ及び／又は引張の負荷荷重Ｍappが作用すると、図２（Ｂ）に示すようにき裂先端において塑性鈍化が生じた後に、図２（Ｃ）に示すように原子面間が分離するへき開によって、き裂が進展していく。
【００１３】
そして、このき裂が進展して反対端に到達すると、部材はき裂進展破壊に至ることになる。
一方、へき開によるき裂進展が反対端に到達しない場合であっても、残存する部分断面Ｓ0，Ｓ1，Ｓ2に作用する応力が、流動応力σf（降伏応力σYと引張強さσuの平均で表される）を超えると、この部分断面が塑性崩壊し、破断に至ることになる。
【００１４】
破壊評価装置２０は、図１に示されるように、インターフェース２１と、データ蓄積部２２と、制御部２３と、条件設定部３０と、塑性崩壊判定部４０と、き裂進展破壊判定部５０と、Δａn更新部６１と、ａn演算部６２と、J−Δａ関数部６３と、結果出力部６４とから構成される。
【００１５】
また、破壊評価装置２０は、このような実行手段を含むコンピュータであって、プログラムに基づいて指定された演算やデータ処理を実行するものである場合も含まれる。
このように構成される破壊評価装置２０は、インターフェース２１を介してき裂検出装置１１、想定負荷演算装置１２及び入力端末１３からもたらされる情報を、制御部２３の動作に基づいて、部材の破壊評価に関する合否情報を表示体１４に出力する。また、データ蓄積部２２には、外部入力データ及び内部処理データが蓄積される。
【００１６】
条件設定部３０は、部材形状入力部３１と、荷重条件入力部３２と、材料定数入力部３３と、き裂情報入力部３４とから構成される。
このように構成される条件設定部３０は、応力（力／断面）及びき裂寸法を組み合わせて定義される破壊強度を、部材について評価するのに際し、演算処理に必要なパラメータを設定するものである。
【００１７】
部材形状入力部３１は、平板、円筒、ノズル、配管エルボ、配管ティー、球殻、丸棒、ボルト等に分類されたモデルの中から形状パラメータを選択し、それぞれの肉厚や径等の寸法パラメータを入力することにより部材の形状を規定するものである。
【００１８】
荷重条件入力部３２は、想定負荷演算装置１２により演算されたものの中から、注目するき裂の主応力面に作用する負荷荷重Ｍappを取得するものである。さらに、この主応力面に作用する荷重種類が「引張」であるか「曲げ」であるか等の区別も行う。
【００１９】
材料定数入力部３３は、部材の構成材料に関する、引張強さ、降伏応力、ヤング率、ポアッソン比、J積分抵抗曲線（図３参照）の定数Ｃ，ｍ、Ramberg-Osgood定数α，ｎ（後記する数式（５）参照）等の材料定数を取得するものである。
なお、原子力機器の構造材として典型的に用いられる材料名を入力するだけで、前記した材料定数が自動取得されるようにこれら材料定数のデータベースをデータ蓄積部２２に蓄積しておいてもよい。
【００２０】
き裂情報入力部３４は、き裂検出装置１１により検出された欠陥の形状、寸法、部材内における位置等の情報を取得する。さらに、立体欠陥は、主応力面に投影して平面欠陥に置き換えられ、平面欠陥はその領域を包絡する矩形、扇形、楕円又は半楕円に置き換えられて、モデル化される。
そして、それぞれモデル化されたき裂は、初期き裂ａ0として、そのき裂長さ、き裂深さ等の代表寸法が演算処理に用いるパラメータとして設定される。
【００２１】
Δａn更新部６１は、初期き裂ａ0を含む部材に負荷荷重Ｍappが付与されたときの進展き裂Δａnを仮想設定し順次そのき裂を大きくして更新するものである。つまり、Δａ1＜Δａ2＜Δａ3＜…のようにΔａnを段階的に大きく設定して、それぞれをａn演算部６２及びJ−Δａ関数部６３に出力し、後記する演算処理を実行させる。
なお、ａn演算部６２及びJ−Δａ関数部６３に出力されるΔａnは、それぞれ適切な補正処理がなされる場合がある。
【００２２】
ａn演算部６２は、次式（１）に示されるように初期き裂ａ0と進展き裂Δａnとを加算した仮想的な全き裂ａnを算出する。
ａn＝ａ0＋Δａn （１）
【００２３】
J−Δａ関数部６３は、部材の構成材料のJ積分抵抗曲線（Ｊ−Ｒ曲線）について、Δａn更新部６１から出力される進展き裂Δａnに対応するJ積分を出力する。
図３は、このＪ−Ｒ曲線を示し、部材の構成材料における進展き裂Δａnに対するＪ積分の関係を表している。ここでＪ積分とは、進展き裂Δａnの先端近傍の応力（σ）と歪（ε）の大きさを尺度とする破壊のパラメータである。き裂が進展するのにつれて、部材におけるき裂進展抵抗が増加するためにこのような曲線が描かれる。
ここで、図３に示されるき裂のステージ（０）は図２（Ａ）に対応し、ステージ（Ｉ）（II）は図２（Ｂ）に対応し、ステージ（III）は図２（Ｃ）に対応している。
【００２４】
このＪ−Ｒ曲線図は、材料に固有の特性が反映されており、原子力機器用として多用される材料のものがデータベース化されデータ蓄積部２２に保持されている。もしくは、次式（２）で示される一般式により近似することができ、材料定数であるＣ，ｍを入力端末１３を通じて入力し、材料定数入力部３３において特定することができる。
Ｊ＝ＣΔａｍ （２）
【００２５】
塑性崩壊判定部４０は、極限荷重定義部４１と、極限荷重算出部４２と、第１比較部４３とから構成されている。
このように構成される塑性崩壊判定部４０は、負荷荷重Ｍappによる応力が、初期き裂ａ0及び進展き裂Δａnを除き残存する部分断面に作用した場合、この部分断面が塑性崩壊するか否かについて判定するものである。
【００２６】
極限荷重定義部４１は、次の一般式（３）で示すように、全き裂ａnを含む部材が塑性崩壊するときの極限荷重Ｍnを演算する演算式を定義するものである。
Ｍn＝ｆ(ａn,σf) （３）
ここで関数ｆは、部材形状入力部３１及びき裂情報入力部３４から取得される情報により定義されるものである。典型的な部材モデル及びき裂モデルの組み合わせについては、適用される演算式がデータ蓄積部２２等に登録されており、必要な寸法パラメータを入力すれば極限荷重Ｍnが演算されるようになっている。
そして流動応力σfは、部材材料の実質的な強度を表す値として、一般的に、降伏応力と引張強さの平均値が用いられ、材料定数入力部３３から取得される。
【００２７】
極限荷重算出部４２は、更新される仮想的な全き裂ａnを順次入力し、この全き裂ａnの存在を前提に、極限荷重定義部４１から取得した演算式を用いて、部材を塑性崩壊させる極限荷重Ｍnをそれぞれ算出するものである。
【００２８】
第１比較部４３は、算出された極限荷重Ｍn及び入力された負荷荷重Ｍappを対比して、部材の塑性崩壊の可能性について「危険」又は「安全」の判断をするものである。
つまり、極限荷重算出部４２から順次出力される極限荷重Ｍnを、負荷荷重Ｍappと比較してＭapp＜Ｍnであれば部材は塑性崩壊しない（安全）、Ｍapp≧Ｍnであれば部材は塑性崩壊する（危険）と判断する。
【００２９】
き裂進展破壊判定部５０は、Ｊ積分定義部５１と、破壊荷重逆算部５２と、第２比較部５３とから構成されている。
このように構成されるき裂進展破壊判定部５０は、負荷荷重Ｍappによる応力が、仮想的な全き裂ａnに作用した場合、進展き裂Δａnがさらに進展して部材が破壊するか否かについて判定するものである。
【００３０】
Ｊ積分定義部５１は、次の一般式（４）で示されるように、全き裂ａnを含む部材に破壊荷重ＭCが作用した場合にき裂進展によりこの部材が破壊するときのＪ積分を演算する演算式を定義するものである。
Ｊ＝ｇ(ａn,ＭC) （４）
ここで関数ｇは、部材形状入力部３１、き裂情報入力部３４及び材料定数入力部３３から取得される情報により定義されるものである。そして、部材の構成材料の応力（σ）−歪（ε）関係式として、次式（５）のRamberg-Osgood式を用いることができる。
ε＝σ／Ｅ＋(ασ0／Ｅ)・(σ／σ0)n （５）
ここで、Ｅはヤング率、α，σ0，ｎは材料定数を表し、σ0はσY（降伏応力）で代用するのが一般的である。
関数ｇも関数ｆと同様に、典型的な部材モデル及びき裂モデルの組み合わせについて適用される演算式がデータ蓄積部２２等に登録されている。
【００３１】
破壊荷重逆算部５２は、ａn演算部６２から全き裂ａnを、J−Δａ関数部６３からＪ積分を、Ｊ積分定義部５１で定義された定義式に入力し、対応する破壊荷重ＭＣを逆算するものである。
図４は、ａn演算部６２から順次入力される全き裂ａnに対し、破壊荷重逆算部５２で出力された破壊荷重ＭＣをプロットしたＭ−ａ曲線図である。
このように、Ｍ−ａ曲線における破壊荷重ＭＣは極大値Ｍmaxを有し、この極大値Ｍmax未満の破壊荷重ＭＣが作用すると対応する全き裂ａnでき裂の進展が停止するが、この極大値Ｍmaxを超える破壊荷重ＭＣが作用すると、ａPを超えて一気にき裂が進展することが示されている。
【００３２】
第２比較部５３は、極大値Ｍmax及び負荷荷重Ｍappを対比して、部材のき裂進展破壊の可能性について「危険」又は「安全」の判断をするものである。
つまり、破壊荷重逆算部５２から順次出力される破壊荷重ＭＣのうち極大値Ｍmaxを、負荷荷重Ｍappと比較してＭapp＜Ｍmaxであれば部材はき裂進展破壊しない（安全）、Ｍapp≧Ｍmaxであれば部材はき裂進展破壊する（危険）と判断する。
【００３３】
結果出力部６４は、第１比較部４３及び第２比較部５３において共に「安全」と判断される場合に「合格」と認定するものである。
図４を参照して換言すると、進展き裂Δａnを順次大きく更新して、仮想的な全き裂ａnが極大値Ｍmaxに対応するaPに到達するまでに、第１比較部４３及び第２比較部５３が共にが「安全」と判断していれば「合格」と認定される。そして、aPに到達するまでに、第１比較部４３及び第２比較部５３のいずれか一方が「危険」と判断すれば「不合格」と認定される。
【００３４】
なお、変形例として結果出力部６４は、負荷荷重Ｍappが「変位制御型」又は「応力制御型」のうち「変位制御型」である場合、第１比較部４３が「危険」と判断してもこれを反映させず、第２比較部５３が「安全」と判断していれば、「合格」と認定する実施形態も採用され得る。
つまり、極限荷重Ｍnが、負荷荷重Ｍappを下回る場合であっても、部材への負荷形態が「変位制御型」である場合には、「合格」と判断する。一方、部材への負荷形態が「荷重制御型」である場合には、極限荷重Ｍnが負荷荷重Ｍappを下回れば「不合格」すると判断する。
これは、「変位制御型」の負荷荷重Ｍappの下では、破壊は徐々に進行し、急速に進行することはないことを考慮して、「荷重制御型」の負荷荷重Ｍappに対してのみ、塑性崩壊判定部４０を機能させるものである。
この変形例によれは、「変位制御型」の負荷荷重Ｍappに対して過度に保守的な評価となることを回避し、より合理的な判断の下に構造部材の健全性を評価することが可能となる。
【００３５】
図５のフローチャートを参照して本発明に係る部材の破壊評価方法の実施形態、及び破壊評価装置２０の動作（適宜、図１参照）の説明を行う。
まず、入力端末１３を介して部材の寸法パラメータ、物性値パラメータを条件設定部３０に入力する（Ｓ１１）。次に、き裂検出装置１１で部材に含まれるき裂を検出し（Ｓ１２）、想定負荷演算装置１２でこのき裂に作用する負荷荷重Ｍappを演算し条件設定部３０に入力する（Ｓ１３）。
【００３６】
検出されたき裂は、適切にモデル化した後に、初期き裂ａ0が条件設定部３０において決定される（Ｓ１４）。そして、この初期き裂ａ0を含む部材に負荷荷重Ｍappが付与されたときの進展き裂Δａnを更新部６１において仮想的に設定する（Ｓ１５）。なおこの進展き裂Δａnは、ルーチンが循環する度に順次大きく更新されることになる（Ｓ２４；Ｎ０→Ｓ１５）。
決定された初期き裂ａ0及び仮想された進展き裂Δａnを併せた全き裂ａnを演算部６２において演算し（Ｓ１６）、極限荷重定義部４１から演算式を呼び出して（Ｓ１７）、この全き裂ａnの存在を前提に部材を塑性崩壊させるのに必要な極限荷重Ｍnを算出部４２において算出する（Ｓ１８）。
【００３７】
次に、部材が塑性崩壊する可能性についての「危険」又は「安全」の判断をするために算出された極限荷重Ｍn及び入力された負荷荷重Ｍappを第１比較部４３において対比する（Ｓ１９）。この対比において、極限荷重Ｍnが負荷荷重Ｍapp以下であれば（Ｓ１９；Ｎｏ）、部材は塑性崩壊する可能性があり「危険」と判断され、原則として「不合格」の判定がなされる（Ｓ２８）。変形例であるステップ（Ｓ２７）については後記する。
【００３８】
一方、第１比較部４３の対比において、極限荷重Ｍnが負荷荷重Ｍappを超えると判断されれば（Ｓ１９；Ｙｅｓ）、部材は塑性崩壊する可能性がない「安全」と判定され、き裂進展破壊の可能性についての判定に移る。
まず、部材の構成材料における進展き裂Δａn及びＪ積分の関係を表すＪ−Ｒ曲線を呼び出して（Ｓ２０）、更新部６１から入力する進展き裂Δａnに対応するJ積分を関数部６３において同定する（Ｓ２１）。
【００３９】
次に、全き裂ａnを進展させて部材を破壊させるのに必要な破壊荷重Ｍc及びＪ積分の関係を示す定義式を定義部５１から呼び出して（Ｓ２２）、関数部６３から出力されたＪ積分を代入し対応する破壊荷重Ｍcを逆算部５２において逆算する（Ｓ２３）。
そして、この逆算された破壊荷重Ｍcが極大値Ｍmaxを示すまで（Ｓ２４；Ｙｅｓ）、ルーチンを循環させる（Ｓ２４；Ｎｏ）。
【００４０】
次に、部材がき裂進展破壊する可能性についての「危険」又は「安全」の判断をするために、逆算された複数の破壊荷重Ｍcのうちの極大値Ｍmax及び負荷荷重Ｍappを第２比較部５３において対比する（Ｓ２５）。この段階で、極大値Ｍmaxが負荷荷重Ｍappを超えて「安全」と判断されれば（Ｓ２５；Ｙｅｓ）、第１比較部４３と第２比較部５３の二つの対比において共に「安全」と判断されることになるので「合格」判定される（Ｓ２６）。
一方、極大値Ｍmaxが負荷荷重Ｍapp以下であれば（Ｓ２５；Ｎｏ）、部材はき裂進展破壊する可能性があり「危険」と判断され、「不合格」の判定がなされる（Ｓ２８）。
「合格」の判定が得られればそのまま継続運転が認められ、「不合格」の判定では部材の補修又は取り替えを行う必要がある。
【００４１】
一方において、前記した変形例のように、負荷荷重Ｍappが「変位制御型」又は「荷重制御型」の区別のうち「変位制御型」であることが判っていれば（Ｓ２７；Ｎｏ）、ステップ（Ｓ１９；Ｎｏ）の判定結果を無視してステップ（Ｓ２０）に進む。負荷荷重Ｍappが「荷重制御型」であることが判っていれば（Ｓ２７；Ｙｅｓ）、原則通り「不合格」となる（Ｓ２８）。
【００４２】
以上説明した通り、本発明に係る破壊評価装置、方法、プログラムによれば、部材のき裂進展破壊を判断している過程においても、残存する部分断面Ｓ1,Ｓ2（図２）における極限荷重Ｍnが負荷荷重Ｍappと比較されて塑性崩壊が発生しないことを確認しているため、高い信頼性を持って構造部材の健全性を評価することが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１０…破壊評価システム(本システム)、１１…き裂検出装置、１２…想定負荷演算装置、１３…入力端末、１４…表示体、２０…破壊評価装置、２１…インターフェース、２２…データ蓄積部、２３…制御部、３０…条件設定部、３１…部材形状入力部、３２…荷重条件入力部、３３…材料定数入力部、３４…き裂情報入力部、４０…塑性崩壊判定部、４１…極限荷重定義部、４２…極限荷重算出部（算出部）、４３…第１比較部、５０…き裂進展破壊判定部、５１…Ｊ積分定義部、５２…破壊荷重逆算部（逆算部）、５３…第２比較部、６１…Δａn更新部（更新部）、６２…ａn演算部（演算部）、６３…Ｊ−Δａ関数部（関数部）、６４…結果出力部、ａ0…初期き裂、Δａn…進展き裂、ａn…全き裂、Ｍapp…負荷荷重、Ｍc…破壊荷重、Ｍmax…極大値、Ｍn…極限荷重。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部材の破壊評価技術に関し、特にき裂を含む部材の破壊評価装置、方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力機器においては、経年的に、その構成部材に応力腐食割れや疲労等によるき裂が発生し，さらに成長する場合がある。そのような場合において、地震の発生等により定常操業時の定格を超える負荷荷重が部材に作用する際、き裂を含む部材の破壊強度を高精度に評価する構造健全性評価法の開発が急務となっている。
【０００３】
既存の構造健全性評価法として極限荷重評価法及びＪ積分法が知られている。
極限荷重評価法は、評価時におけるき裂（初期き裂）の寸法に基づき、残存する部材断面に降伏値を超える応力が作用し塑性崩壊を生じさせる限界点を求める方法である。
Ｊ積分法は、部材中をき裂先端が進展するか否かを、各種パラメータから演算されるＪ積分に基づいて判断する方法である（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】構造健全性評価ハンドブック,共立出版（２００５年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、実際の部材における破壊挙動として、き裂進展を生じた後に塑性崩壊する現象も見られ、この場合、従来の極限荷重評価法によれば、初期き裂の寸法に基づいているために危険側の評価を与える可能性がある。
また、Ｊ積分法は、一方端から反対端に向かって部材中を進展するき裂先端が反対端に到達するか否かに基づいて部材が破壊するか否かを判断している。このために、Ｊ積分法は、き裂進展が途中で停止した後に残存する部材断面が塑性崩壊することは想定外であり、前記と同様に危険側の評価を与える可能性がある。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、き裂が存在する部材の破壊強度を、信頼性が高く保守的に評価する破壊評価技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る部材の破壊評価装置は、演算に必要なパラメータを設定する条件設定部と、初期き裂を含む部材に負荷荷重が作用したときの進展き裂を仮想設定し順次そのき裂を大きくして更新する設定部と、前記初期き裂及び前記進展き裂を併せた全き裂の存在を前提に前記部材を塑性崩壊させる極限荷重を算出する算出部と、前記塑性崩壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記極限荷重及び前記負荷荷重を対比する第１比較部と、前記部材の構成材料における進展き裂及びＪ積分の関係を表し前記更新された進展き裂に対応するJ積分を出力する関数部と、前記全き裂を進展させて前記部材を破壊させる破壊荷重及びＪ積分の関係を示す定義式に前記出力されたＪ積分を代入し対応する破壊荷重を逆算する逆算部と、き裂進展破壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記逆算された複数の破壊荷重のうちの極大値及び前記負荷荷重を対比する第２比較部と、第１比較部及び第２比較部において共に安全と判断される場合に合格認定する結果出力部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、き裂が存在する部材の破壊強度を、高い信頼性で保守的に評価できる破壊評価技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る部材の破壊評価装置の実施形態を示すブロック図。
【図２】(Ａ)〜(Ｃ)は各々き裂を有する部材の破壊メカニズムを説明する図。
【図３】部材の構成材料における進展き裂（Δａn）に対するＪ積分の関係を表すＪ−Ｒ曲線図。
【図４】初期き裂ａ0からき裂を進展させるのに必要な破壊荷重ＭCを表すＭ−ａ曲線図。
【図５】本発明に係る部材の破壊評価方法の実施形態を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１のブロック図に示すように、部材の破壊評価システム１０（以下、「本システム１０」という）は、き裂検出装置１１と、想定負荷演算装置１２と、入力端末１３と、表示体１４と、部材の破壊評価装置２０（以下、「破壊評価装置２０」という）とから構成されている。
このように構成される本システム１０は、原子力発電所等のプラントシステム等に、通常運転時の定格を超える負荷荷重Ｍappが地震発生時等に作用した場合であっても、大規模損壊に至らないようその危険性を早期に察知し、有効な対策を講じるのに必要な情報を提供するものである。
【００１１】
き裂検出装置１１は、部材に含まれるき裂を計測するもので、き裂の検出原理として浸透探傷、蛍光探傷、磁粉探傷、過流探傷、放射線透過及び超音波探傷等の公知の方法を採用することができる。
想定負荷演算装置１２は、部材のレイアウト、支持方法、耐震規定の想定加速度等から、部材の任意断面に作用する負荷荷重Ｍappを演算するものである。
【００１２】
ここで図２を参照してき裂を有する部材の破壊メカニズムについて説明する。
部材には、図２（Ａ）に示されるように、所定長さの初期き裂ａ0がすでに存在しているものとする。ここで初期き裂ａ0とは、運転開始後の経年劣化により発生又は進展し、本システム１０を用いて部材の破壊評価を実施する時点において存在しているものを指す。
これに曲げ及び／又は引張の負荷荷重Ｍappが作用すると、図２（Ｂ）に示すようにき裂先端において塑性鈍化が生じた後に、図２（Ｃ）に示すように原子面間が分離するへき開によって、き裂が進展していく。
【００１３】
そして、このき裂が進展して反対端に到達すると、部材はき裂進展破壊に至ることになる。
一方、へき開によるき裂進展が反対端に到達しない場合であっても、残存する部分断面Ｓ0，Ｓ1，Ｓ2に作用する応力が、流動応力σf（降伏応力σYと引張強さσuの平均で表される）を超えると、この部分断面が塑性崩壊し、破断に至ることになる。
【００１４】
破壊評価装置２０は、図１に示されるように、インターフェース２１と、データ蓄積部２２と、制御部２３と、条件設定部３０と、塑性崩壊判定部４０と、き裂進展破壊判定部５０と、Δａn更新部６１と、ａn演算部６２と、J−Δａ関数部６３と、結果出力部６４とから構成される。
【００１５】
また、破壊評価装置２０は、このような実行手段を含むコンピュータであって、プログラムに基づいて指定された演算やデータ処理を実行するものである場合も含まれる。
このように構成される破壊評価装置２０は、インターフェース２１を介してき裂検出装置１１、想定負荷演算装置１２及び入力端末１３からもたらされる情報を、制御部２３の動作に基づいて、部材の破壊評価に関する合否情報を表示体１４に出力する。また、データ蓄積部２２には、外部入力データ及び内部処理データが蓄積される。
【００１６】
条件設定部３０は、部材形状入力部３１と、荷重条件入力部３２と、材料定数入力部３３と、き裂情報入力部３４とから構成される。
このように構成される条件設定部３０は、応力（力／断面）及びき裂寸法を組み合わせて定義される破壊強度を、部材について評価するのに際し、演算処理に必要なパラメータを設定するものである。
【００１７】
部材形状入力部３１は、平板、円筒、ノズル、配管エルボ、配管ティー、球殻、丸棒、ボルト等に分類されたモデルの中から形状パラメータを選択し、それぞれの肉厚や径等の寸法パラメータを入力することにより部材の形状を規定するものである。
【００１８】
荷重条件入力部３２は、想定負荷演算装置１２により演算されたものの中から、注目するき裂の主応力面に作用する負荷荷重Ｍappを取得するものである。さらに、この主応力面に作用する荷重種類が「引張」であるか「曲げ」であるか等の区別も行う。
【００１９】
材料定数入力部３３は、部材の構成材料に関する、引張強さ、降伏応力、ヤング率、ポアッソン比、J積分抵抗曲線（図３参照）の定数Ｃ，ｍ、Ramberg-Osgood定数α，ｎ（後記する数式（５）参照）等の材料定数を取得するものである。
なお、原子力機器の構造材として典型的に用いられる材料名を入力するだけで、前記した材料定数が自動取得されるようにこれら材料定数のデータベースをデータ蓄積部２２に蓄積しておいてもよい。
【００２０】
き裂情報入力部３４は、き裂検出装置１１により検出された欠陥の形状、寸法、部材内における位置等の情報を取得する。さらに、立体欠陥は、主応力面に投影して平面欠陥に置き換えられ、平面欠陥はその領域を包絡する矩形、扇形、楕円又は半楕円に置き換えられて、モデル化される。
そして、それぞれモデル化されたき裂は、初期き裂ａ0として、そのき裂長さ、き裂深さ等の代表寸法が演算処理に用いるパラメータとして設定される。
【００２１】
Δａn更新部６１は、初期き裂ａ0を含む部材に負荷荷重Ｍappが付与されたときの進展き裂Δａnを仮想設定し順次そのき裂を大きくして更新するものである。つまり、Δａ1＜Δａ2＜Δａ3＜…のようにΔａnを段階的に大きく設定して、それぞれをａn演算部６２及びJ−Δａ関数部６３に出力し、後記する演算処理を実行させる。
なお、ａn演算部６２及びJ−Δａ関数部６３に出力されるΔａnは、それぞれ適切な補正処理がなされる場合がある。
【００２２】
ａn演算部６２は、次式（１）に示されるように初期き裂ａ0と進展き裂Δａnとを加算した仮想的な全き裂ａnを算出する。
ａn＝ａ0＋Δａn （１）
【００２３】
J−Δａ関数部６３は、部材の構成材料のJ積分抵抗曲線（Ｊ−Ｒ曲線）について、Δａn更新部６１から出力される進展き裂Δａnに対応するJ積分を出力する。
図３は、このＪ−Ｒ曲線を示し、部材の構成材料における進展き裂Δａnに対するＪ積分の関係を表している。ここでＪ積分とは、進展き裂Δａnの先端近傍の応力（σ）と歪（ε）の大きさを尺度とする破壊のパラメータである。き裂が進展するのにつれて、部材におけるき裂進展抵抗が増加するためにこのような曲線が描かれる。
ここで、図３に示されるき裂のステージ（０）は図２（Ａ）に対応し、ステージ（Ｉ）（II）は図２（Ｂ）に対応し、ステージ（III）は図２（Ｃ）に対応している。
【００２４】
このＪ−Ｒ曲線図は、材料に固有の特性が反映されており、原子力機器用として多用される材料のものがデータベース化されデータ蓄積部２２に保持されている。もしくは、次式（２）で示される一般式により近似することができ、材料定数であるＣ，ｍを入力端末１３を通じて入力し、材料定数入力部３３において特定することができる。
Ｊ＝ＣΔａｍ （２）
【００２５】
塑性崩壊判定部４０は、極限荷重定義部４１と、極限荷重算出部４２と、第１比較部４３とから構成されている。
このように構成される塑性崩壊判定部４０は、負荷荷重Ｍappによる応力が、初期き裂ａ0及び進展き裂Δａnを除き残存する部分断面に作用した場合、この部分断面が塑性崩壊するか否かについて判定するものである。
【００２６】
極限荷重定義部４１は、次の一般式（３）で示すように、全き裂ａnを含む部材が塑性崩壊するときの極限荷重Ｍnを演算する演算式を定義するものである。
Ｍn＝ｆ(ａn,σf) （３）
ここで関数ｆは、部材形状入力部３１及びき裂情報入力部３４から取得される情報により定義されるものである。典型的な部材モデル及びき裂モデルの組み合わせについては、適用される演算式がデータ蓄積部２２等に登録されており、必要な寸法パラメータを入力すれば極限荷重Ｍnが演算されるようになっている。
そして流動応力σfは、部材材料の実質的な強度を表す値として、一般的に、降伏応力と引張強さの平均値が用いられ、材料定数入力部３３から取得される。
【００２７】
極限荷重算出部４２は、更新される仮想的な全き裂ａnを順次入力し、この全き裂ａnの存在を前提に、極限荷重定義部４１から取得した演算式を用いて、部材を塑性崩壊させる極限荷重Ｍnをそれぞれ算出するものである。
【００２８】
第１比較部４３は、算出された極限荷重Ｍn及び入力された負荷荷重Ｍappを対比して、部材の塑性崩壊の可能性について「危険」又は「安全」の判断をするものである。
つまり、極限荷重算出部４２から順次出力される極限荷重Ｍnを、負荷荷重Ｍappと比較してＭapp＜Ｍnであれば部材は塑性崩壊しない（安全）、Ｍapp≧Ｍnであれば部材は塑性崩壊する（危険）と判断する。
【００２９】
き裂進展破壊判定部５０は、Ｊ積分定義部５１と、破壊荷重逆算部５２と、第２比較部５３とから構成されている。
このように構成されるき裂進展破壊判定部５０は、負荷荷重Ｍappによる応力が、仮想的な全き裂ａnに作用した場合、進展き裂Δａnがさらに進展して部材が破壊するか否かについて判定するものである。
【００３０】
Ｊ積分定義部５１は、次の一般式（４）で示されるように、全き裂ａnを含む部材に破壊荷重ＭCが作用した場合にき裂進展によりこの部材が破壊するときのＪ積分を演算する演算式を定義するものである。
Ｊ＝ｇ(ａn,ＭC) （４）
ここで関数ｇは、部材形状入力部３１、き裂情報入力部３４及び材料定数入力部３３から取得される情報により定義されるものである。そして、部材の構成材料の応力（σ）−歪（ε）関係式として、次式（５）のRamberg-Osgood式を用いることができる。
ε＝σ／Ｅ＋(ασ0／Ｅ)・(σ／σ0)n （５）
ここで、Ｅはヤング率、α，σ0，ｎは材料定数を表し、σ0はσY（降伏応力）で代用するのが一般的である。
関数ｇも関数ｆと同様に、典型的な部材モデル及びき裂モデルの組み合わせについて適用される演算式がデータ蓄積部２２等に登録されている。
【００３１】
破壊荷重逆算部５２は、ａn演算部６２から全き裂ａnを、J−Δａ関数部６３からＪ積分を、Ｊ積分定義部５１で定義された定義式に入力し、対応する破壊荷重ＭＣを逆算するものである。
図４は、ａn演算部６２から順次入力される全き裂ａnに対し、破壊荷重逆算部５２で出力された破壊荷重ＭＣをプロットしたＭ−ａ曲線図である。
このように、Ｍ−ａ曲線における破壊荷重ＭＣは極大値Ｍmaxを有し、この極大値Ｍmax未満の破壊荷重ＭＣが作用すると対応する全き裂ａnでき裂の進展が停止するが、この極大値Ｍmaxを超える破壊荷重ＭＣが作用すると、ａPを超えて一気にき裂が進展することが示されている。
【００３２】
第２比較部５３は、極大値Ｍmax及び負荷荷重Ｍappを対比して、部材のき裂進展破壊の可能性について「危険」又は「安全」の判断をするものである。
つまり、破壊荷重逆算部５２から順次出力される破壊荷重ＭＣのうち極大値Ｍmaxを、負荷荷重Ｍappと比較してＭapp＜Ｍmaxであれば部材はき裂進展破壊しない（安全）、Ｍapp≧Ｍmaxであれば部材はき裂進展破壊する（危険）と判断する。
【００３３】
結果出力部６４は、第１比較部４３及び第２比較部５３において共に「安全」と判断される場合に「合格」と認定するものである。
図４を参照して換言すると、進展き裂Δａnを順次大きく更新して、仮想的な全き裂ａnが極大値Ｍmaxに対応するaPに到達するまでに、第１比較部４３及び第２比較部５３が共にが「安全」と判断していれば「合格」と認定される。そして、aPに到達するまでに、第１比較部４３及び第２比較部５３のいずれか一方が「危険」と判断すれば「不合格」と認定される。
【００３４】
なお、変形例として結果出力部６４は、負荷荷重Ｍappが「変位制御型」又は「応力制御型」のうち「変位制御型」である場合、第１比較部４３が「危険」と判断してもこれを反映させず、第２比較部５３が「安全」と判断していれば、「合格」と認定する実施形態も採用され得る。
つまり、極限荷重Ｍnが、負荷荷重Ｍappを下回る場合であっても、部材への負荷形態が「変位制御型」である場合には、「合格」と判断する。一方、部材への負荷形態が「荷重制御型」である場合には、極限荷重Ｍnが負荷荷重Ｍappを下回れば「不合格」すると判断する。
これは、「変位制御型」の負荷荷重Ｍappの下では、破壊は徐々に進行し、急速に進行することはないことを考慮して、「荷重制御型」の負荷荷重Ｍappに対してのみ、塑性崩壊判定部４０を機能させるものである。
この変形例によれは、「変位制御型」の負荷荷重Ｍappに対して過度に保守的な評価となることを回避し、より合理的な判断の下に構造部材の健全性を評価することが可能となる。
【００３５】
図５のフローチャートを参照して本発明に係る部材の破壊評価方法の実施形態、及び破壊評価装置２０の動作（適宜、図１参照）の説明を行う。
まず、入力端末１３を介して部材の寸法パラメータ、物性値パラメータを条件設定部３０に入力する（Ｓ１１）。次に、き裂検出装置１１で部材に含まれるき裂を検出し（Ｓ１２）、想定負荷演算装置１２でこのき裂に作用する負荷荷重Ｍappを演算し条件設定部３０に入力する（Ｓ１３）。
【００３６】
検出されたき裂は、適切にモデル化した後に、初期き裂ａ0が条件設定部３０において決定される（Ｓ１４）。そして、この初期き裂ａ0を含む部材に負荷荷重Ｍappが付与されたときの進展き裂Δａnを更新部６１において仮想的に設定する（Ｓ１５）。なおこの進展き裂Δａnは、ルーチンが循環する度に順次大きく更新されることになる（Ｓ２４；Ｎ０→Ｓ１５）。
決定された初期き裂ａ0及び仮想された進展き裂Δａnを併せた全き裂ａnを演算部６２において演算し（Ｓ１６）、極限荷重定義部４１から演算式を呼び出して（Ｓ１７）、この全き裂ａnの存在を前提に部材を塑性崩壊させるのに必要な極限荷重Ｍnを算出部４２において算出する（Ｓ１８）。
【００３７】
次に、部材が塑性崩壊する可能性についての「危険」又は「安全」の判断をするために算出された極限荷重Ｍn及び入力された負荷荷重Ｍappを第１比較部４３において対比する（Ｓ１９）。この対比において、極限荷重Ｍnが負荷荷重Ｍapp以下であれば（Ｓ１９；Ｎｏ）、部材は塑性崩壊する可能性があり「危険」と判断され、原則として「不合格」の判定がなされる（Ｓ２８）。変形例であるステップ（Ｓ２７）については後記する。
【００３８】
一方、第１比較部４３の対比において、極限荷重Ｍnが負荷荷重Ｍappを超えると判断されれば（Ｓ１９；Ｙｅｓ）、部材は塑性崩壊する可能性がない「安全」と判定され、き裂進展破壊の可能性についての判定に移る。
まず、部材の構成材料における進展き裂Δａn及びＪ積分の関係を表すＪ−Ｒ曲線を呼び出して（Ｓ２０）、更新部６１から入力する進展き裂Δａnに対応するJ積分を関数部６３において同定する（Ｓ２１）。
【００３９】
次に、全き裂ａnを進展させて部材を破壊させるのに必要な破壊荷重Ｍc及びＪ積分の関係を示す定義式を定義部５１から呼び出して（Ｓ２２）、関数部６３から出力されたＪ積分を代入し対応する破壊荷重Ｍcを逆算部５２において逆算する（Ｓ２３）。
そして、この逆算された破壊荷重Ｍcが極大値Ｍmaxを示すまで（Ｓ２４；Ｙｅｓ）、ルーチンを循環させる（Ｓ２４；Ｎｏ）。
【００４０】
次に、部材がき裂進展破壊する可能性についての「危険」又は「安全」の判断をするために、逆算された複数の破壊荷重Ｍcのうちの極大値Ｍmax及び負荷荷重Ｍappを第２比較部５３において対比する（Ｓ２５）。この段階で、極大値Ｍmaxが負荷荷重Ｍappを超えて「安全」と判断されれば（Ｓ２５；Ｙｅｓ）、第１比較部４３と第２比較部５３の二つの対比において共に「安全」と判断されることになるので「合格」判定される（Ｓ２６）。
一方、極大値Ｍmaxが負荷荷重Ｍapp以下であれば（Ｓ２５；Ｎｏ）、部材はき裂進展破壊する可能性があり「危険」と判断され、「不合格」の判定がなされる（Ｓ２８）。
「合格」の判定が得られればそのまま継続運転が認められ、「不合格」の判定では部材の補修又は取り替えを行う必要がある。
【００４１】
一方において、前記した変形例のように、負荷荷重Ｍappが「変位制御型」又は「荷重制御型」の区別のうち「変位制御型」であることが判っていれば（Ｓ２７；Ｎｏ）、ステップ（Ｓ１９；Ｎｏ）の判定結果を無視してステップ（Ｓ２０）に進む。負荷荷重Ｍappが「荷重制御型」であることが判っていれば（Ｓ２７；Ｙｅｓ）、原則通り「不合格」となる（Ｓ２８）。
【００４２】
以上説明した通り、本発明に係る破壊評価装置、方法、プログラムによれば、部材のき裂進展破壊を判断している過程においても、残存する部分断面Ｓ1,Ｓ2（図２）における極限荷重Ｍnが負荷荷重Ｍappと比較されて塑性崩壊が発生しないことを確認しているため、高い信頼性を持って構造部材の健全性を評価することが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１０…破壊評価システム(本システム)、１１…き裂検出装置、１２…想定負荷演算装置、１３…入力端末、１４…表示体、２０…破壊評価装置、２１…インターフェース、２２…データ蓄積部、２３…制御部、３０…条件設定部、３１…部材形状入力部、３２…荷重条件入力部、３３…材料定数入力部、３４…き裂情報入力部、４０…塑性崩壊判定部、４１…極限荷重定義部、４２…極限荷重算出部（算出部）、４３…第１比較部、５０…き裂進展破壊判定部、５１…Ｊ積分定義部、５２…破壊荷重逆算部（逆算部）、５３…第２比較部、６１…Δａn更新部（更新部）、６２…ａn演算部（演算部）、６３…Ｊ−Δａ関数部（関数部）、６４…結果出力部、ａ0…初期き裂、Δａn…進展き裂、ａn…全き裂、Ｍapp…負荷荷重、Ｍc…破壊荷重、Ｍmax…極大値、Ｍn…極限荷重。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
演算に必要なパラメータを設定する条件設定部と、
初期き裂を含む部材に負荷荷重が作用したときの進展き裂を仮想設定し順次そのき裂を大きくして更新する更新部と、
前記初期き裂及び前記進展き裂を併せた全き裂の存在を前提に前記部材を塑性崩壊させる極限荷重を算出する算出部と、
前記塑性崩壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記極限荷重及び前記負荷荷重を対比する第１比較部と、
前記部材の構成材料における進展き裂及びＪ積分の関係を表し前記更新された進展き裂に対応するJ積分を出力する関数部と、
前記全き裂を進展させて前記部材を破壊させる破壊荷重及びＪ積分の関係を示す定義式に前記出力されたＪ積分を代入し対応する破壊荷重を逆算する逆算部と、
き裂進展破壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記逆算された複数の破壊荷重のうちの極大値及び前記負荷荷重を対比する第２比較部と、
第１比較部及び第２比較部において共に安全と判断される場合に合格認定する結果出力部と、を備えることを特徴とする部材の破壊評価装置。
【請求項２】
前記負荷荷重が変位制御型又は応力制御型のうち前記変位制御型である場合、前記結果出力部は、前記第１比較部の判断を反映させないことを特徴とする請求項１に記載の部材の破壊評価装置。
【請求項３】
演算に必要なパラメータを設定するステップと、
初期き裂を含む部材に負荷荷重が作用したときの進展き裂を仮想設定し順次そのき裂を大きくして更新するステップと、
前記初期き裂及び前記進展き裂を併せた全き裂の存在を前提に前記部材を塑性崩壊させる極限荷重を算出するステップと、
前記塑性崩壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記極限荷重及び前記負荷荷重を対比するステップと、
前記部材の構成材料における進展き裂及びＪ積分の関係を表し前記更新された進展き裂に対応するJ積分を出力するステップと、
前記全き裂を進展させて前記部材を破壊させる破壊荷重及びＪ積分の関係を示す定義式に前記出力されたＪ積分を代入し対応する破壊荷重を逆算するステップと、
き裂進展破壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記逆算された複数の破壊荷重のうちの極大値及び前記負荷荷重を対比するステップと、
前記二つの対比において共に安全と判断される場合に合格認定するステップと、を含むことを特徴とする部材の破壊評価方法。
【請求項４】
コンピュータを、
演算に必要なパラメータを設定する手段、
初期き裂を含む部材に負荷荷重が作用したときの進展き裂を仮想設定し順次そのき裂を大きくして更新する手段、
前記初期き裂及び前記進展き裂を併せた全き裂の存在を前提に前記部材を塑性崩壊させる極限荷重を算出する手段、
前記塑性崩壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記極限荷重及び前記負荷荷重を対比する手段、
前記部材の構成材料における進展き裂及びＪ積分の関係を表し前記更新された進展き裂に対応するJ積分を出力する手段、
前記全き裂を進展させて前記部材を破壊させる破壊荷重及びＪ積分の関係を示す定義式に前記出力されたＪ積分を代入し対応する破壊荷重を逆算する手段、
き裂進展破壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記逆算された複数の破壊荷重のうちの極大値及び前記負荷荷重を対比する手段、
前記二つの対比において共に安全と判断される場合に合格認定する手段、として機能させることを特徴とする部材の破壊評価プログラム。
【請求項１】
演算に必要なパラメータを設定する条件設定部と、
初期き裂を含む部材に負荷荷重が作用したときの進展き裂を仮想設定し順次そのき裂を大きくして更新する更新部と、
前記初期き裂及び前記進展き裂を併せた全き裂の存在を前提に前記部材を塑性崩壊させる極限荷重を算出する算出部と、
前記塑性崩壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記極限荷重及び前記負荷荷重を対比する第１比較部と、
前記部材の構成材料における進展き裂及びＪ積分の関係を表し前記更新された進展き裂に対応するJ積分を出力する関数部と、
前記全き裂を進展させて前記部材を破壊させる破壊荷重及びＪ積分の関係を示す定義式に前記出力されたＪ積分を代入し対応する破壊荷重を逆算する逆算部と、
き裂進展破壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記逆算された複数の破壊荷重のうちの極大値及び前記負荷荷重を対比する第２比較部と、
第１比較部及び第２比較部において共に安全と判断される場合に合格認定する結果出力部と、を備えることを特徴とする部材の破壊評価装置。
【請求項２】
前記負荷荷重が変位制御型又は応力制御型のうち前記変位制御型である場合、前記結果出力部は、前記第１比較部の判断を反映させないことを特徴とする請求項１に記載の部材の破壊評価装置。
【請求項３】
演算に必要なパラメータを設定するステップと、
初期き裂を含む部材に負荷荷重が作用したときの進展き裂を仮想設定し順次そのき裂を大きくして更新するステップと、
前記初期き裂及び前記進展き裂を併せた全き裂の存在を前提に前記部材を塑性崩壊させる極限荷重を算出するステップと、
前記塑性崩壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記極限荷重及び前記負荷荷重を対比するステップと、
前記部材の構成材料における進展き裂及びＪ積分の関係を表し前記更新された進展き裂に対応するJ積分を出力するステップと、
前記全き裂を進展させて前記部材を破壊させる破壊荷重及びＪ積分の関係を示す定義式に前記出力されたＪ積分を代入し対応する破壊荷重を逆算するステップと、
き裂進展破壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記逆算された複数の破壊荷重のうちの極大値及び前記負荷荷重を対比するステップと、
前記二つの対比において共に安全と判断される場合に合格認定するステップと、を含むことを特徴とする部材の破壊評価方法。
【請求項４】
コンピュータを、
演算に必要なパラメータを設定する手段、
初期き裂を含む部材に負荷荷重が作用したときの進展き裂を仮想設定し順次そのき裂を大きくして更新する手段、
前記初期き裂及び前記進展き裂を併せた全き裂の存在を前提に前記部材を塑性崩壊させる極限荷重を算出する手段、
前記塑性崩壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記極限荷重及び前記負荷荷重を対比する手段、
前記部材の構成材料における進展き裂及びＪ積分の関係を表し前記更新された進展き裂に対応するJ積分を出力する手段、
前記全き裂を進展させて前記部材を破壊させる破壊荷重及びＪ積分の関係を示す定義式に前記出力されたＪ積分を代入し対応する破壊荷重を逆算する手段、
き裂進展破壊の可能性について危険又は安全の判断をするために前記逆算された複数の破壊荷重のうちの極大値及び前記負荷荷重を対比する手段、
前記二つの対比において共に安全と判断される場合に合格認定する手段、として機能させることを特徴とする部材の破壊評価プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−３８７７８（Ｐ２０１１−３８７７８Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８３４００（Ｐ２００９−１８３４００）
【出願日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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