特許 6037983 き裂の開口挙動取得方法、き裂の開口挙動取得装置及びき裂の開口挙動取得プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6037983

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】き裂の開口挙動取得方法、き裂の開口挙動取得装置及びき裂の開口挙動取得プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/32 20060101AFI20161128BHJP

【ＦＩ】

   G01N3/32 C

【請求項の数】10

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-188823(P2013-188823)

(22)【出願日】2013年9月11日

(65)【公開番号】特開2014-186021(P2014-186021A)

(43)【公開日】2014年10月2日

【審査請求日】2015年9月3日

(31)【優先権主張番号】特願2013-33696(P2013-33696)

(32)【優先日】2013年2月22日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100126893

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(72)【発明者】

【氏名】堤 一也

【審査官】 渡邊 吉喜

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−１２２９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０５３０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１２１８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０３１１２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ３／００−３／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試験対象物の表面におけるき裂の延在方向の中央を含む領域に、該き裂を前記延在方向に交差する方向にまたぐようにして第一のひずみゲージを設ける第一取付工程と、
前記試験対象物の表面における前記き裂から離間した箇所に、第二のひずみゲージを設ける第二取付工程と、
前記試験対象物に対して荷重を加えた際における前記第一のひずみゲージ及び前記第二のひずみゲージの出力を取得する出力取得工程と、
前記第一のひずみゲージ及び前記第二のひずみゲージの出力の差分を算出する差分算出工程と、
前記出力取得工程と前記差分算出工程との間に、前記第一のひずみゲージの出力と前記第二のひずみゲージの出力との弾性域における傾きを一致させる補正工程と、
を備えることを特徴とするき裂の開口挙動取得方法。

【請求項2】

前記第一取付工程は、前記き裂の全体を覆うように前記第一のひずみゲージを取り付けることを特徴とする請求項１に記載のき裂の開口挙動取得方法。

【請求項3】

前記差分算出工程で算出した前記差分に基づいて、前記第一のひずみゲージと前記第二のひずみゲージとの出力の差から前記き裂が開口を開始したとみなせる開口開始点を算出する開口開始点算出工程と、
前記差分算出工程で算出した前記差分に基づいて、前記開口開始点からの前記差分の最大値を前記き裂の開口量として算出し、算出した前記開口量から応力拡大係数を算出する係数算出工程と、を有すること特徴とする請求項１または請求項２に記載のき裂の開口挙動取得方法。

【請求項4】

前記係数算出工程で算出した前記応力拡大係数が、前記き裂が進展する速度であるき裂進展速度が増加し始める基準応力拡大係数を超えているか否かを判定するき裂進展判定工程を有することを特徴とする請求項３に記載のき裂の開口挙動取得方法。

【請求項5】

前記き裂進展判定工程において前記応力拡大係数が前記基準応力拡大係数を超えていると判定された場合に、前記応力拡大係数から前記き裂進展速度を算出し、時間経過に伴うき裂の長さを推定して前記試験対象物の許容する許容き裂長さに達するまでの時間を算出する進展時間算出工程を有することを特徴とする請求項４に記載のき裂の開口挙動取得方法。

【請求項6】

試験対象物の表面におけるき裂の延在方向の中央を含む領域に、該き裂を前記延在方向に交差する方向にまたぐようにして取り付けられる第一のひずみゲージと、
前記試験対象物の表面における前記き裂から離間した箇所に取り付けられる第二のひずみゲージと、
前記試験対象物に対して荷重を加えた際における前記第一のひずみゲージ及び前記第二のひずみゲージの出力に基づいて、前記き裂の開口挙動を推定する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記第一のひずみゲージの出力と前記第二のひずみゲージの出力との弾性域における傾きを一致させる補正部と、
前記補正部で補正した前記第一のひずみゲージ及び前記第二のひずみゲージの出力の差分を算出する差分算出部と、
前記差分算出部で算出した前記差分に基づいて、前記第一のひずみゲージと前記第二のひずみゲージとの出力の差から前記き裂が開口を開始したとみなせる開口開始点を算出する開口開始点算出部と、
前記差分算出部で算出した前記差分に基づいて、前記開口開始点からの前記差分の最大値を前記き裂の開口量として算出し、算出した前記開口量から応力拡大係数を算出する係数算出部と、を有することを特徴とするき裂の開口挙動取得装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記係数算出部で算出した前記応力拡大係数が、前記き裂が進展する速度であるき裂進展速度が増加し始める基準応力拡大係数を超えているか否かを判定するき裂進展判定部を有することを特徴とする請求項６に記載のき裂の開口挙動取得装置。

【請求項8】

前記制御部は、前記き裂進展判定部において前記応力拡大係数が前記基準応力拡大係数を超えていると判定された場合に、前記応力拡大係数から前記き裂進展速度を算出し、時間経過に伴う前記き裂の長さを推定して、前記試験対象物の許容する許容き裂長さに達するまでの時間を算出する進展時間算出部を有することを特徴とする請求項７に記載のき裂の開口挙動取得装置。

【請求項9】

試験対象物の表面におけるき裂の開口挙動をコンピュータで取得するき裂の開口挙動取得プログラムであって、
前記コンピュータの入力装置により、前記試験対象物の前記き裂上に配置された第一のひずみゲージが出力した第一出力及び前記試験対象物の前記き裂と離間した位置に配置された第二のひずみゲージが出力した第二出力を取得する入力工程と、
前記入力工程で取得された前記第一出力と前記第二出力との弾性域における傾きを一致させる補正工程と、
前記補正工程で補正された前記第一出力と前記第二出力との差分を算出する差分算出工程と、
前記差分算出工程で算出された前記差分に基づいて、前記第一出力と前記第二出力との差から前記き裂が開口を開始したとみなせる開口開始点を算出する開口開始点算出工程と、
前記差分算出工程で算出した前記差分に基づいて、前記開口開始点からの前記差分の最大値を前記き裂の開口量として算出し、算出した前記開口量から応力拡大係数を算出する係数算出工程と、
前記係数算出工程で算出した前記応力拡大係数が、前記き裂が進展する速度であるき裂進展速度が増加し始める基準応力拡大係数を超えているか否かを判定するき裂進展判定工程と、
前記き裂進展判定工程において前記応力拡大係数が前記基準応力拡大係数を超えていると判定された場合に、前記応力拡大係数から前記き裂進展速度を算出し、時間経過に伴う前記き裂の長さを推定して、前記試験対象物の許容する許容き裂長さに達するまでの時間を算出する進展時間算出工程と、
前記進展時間算出工程における算出結果を前記コンピュータの出力装置から出力させる出力工程と、
を前記コンピュータに実行させることを特徴とするき裂の開口挙動取得プログラム。

【請求項10】

試験対象物の表面におけるき裂の開口挙動をコンピュータで取得するき裂の開口挙動取得プログラムであって、
前記コンピュータの入力装置により、前記試験対象物の前記き裂上に配置された第一のひずみゲージが出力した第一出力及び前記試験対象物の前記き裂と離間した位置に配置された第二のひずみゲージが出力した第二出力を取得する入力工程と、
前記入力工程で取得された前記第一出力と前記第二出力との弾性域における傾きを一致させる補正工程と、
前記補正工程で補正された前記第一出力と前記第二出力との差分を算出する差分算出工程と、
前記差分算出工程で算出された前記差分に基づいて、前記第一出力と前記第二出力との差から前記き裂が開口を開始したとみなせる開口開始点を算出する開口開始点算出工程と、
前記差分算出工程で算出した前記差分に基づいて、前記開口開始点からの前記差分の最大値を前記き裂の開口量として算出し、算出した前記開口量から応力拡大係数を算出する係数算出工程と、
前記係数算出工程で算出した前記応力拡大係数が、前記き裂が進展する速度であるき裂進展速度が増加し始める基準応力拡大係数を超えているか否かを判定するき裂進展判定工程と、
前記き裂進展判定工程における判定結果を前記コンピュータの出力装置から出力させる出力工程と、
を前記コンピュータに実行させることを特徴とするき裂の開口挙動取得プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、き裂の開口挙動取得方法、き裂の開口挙動取得装置及びき裂の開口挙動取得プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

構造物の表面に発生したき裂は進展すると構造物の損傷に至るおそれがあり、進展するおそれのあるき裂を事前に検出することは構造物を安全に使用する上で重要である。特に、構造物に生じたき裂は、開閉口を繰り返すことで進展するため、き裂が開口したか否かといったき裂の開口挙動を検出することが進展する恐れのあるき裂を検出する上で必要となってくる。

【0003】

例えば、特許文献１では、き裂の先端部に第一のひずみゲージ、き裂から離れた位置に第二のひずみゲージをそれぞれ張り付け、ひずみゲージの出力を異なる二点から得ることで、き裂が開口している範囲でのひずみ量の変化を検出する方法が開示されている。このような方法を用いることで、き裂が開口している範囲での有効応力拡大係数を求めて、き裂の成長予測を行うことで機器の寿命予測精度の向上を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６３−１２２９２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述のような方法では、き裂の先端部を測定しているため、き裂が開口したことを正確に検出することが難しいという問題を有している。特に、微小なき裂の場合、き裂の先端部の開口量は微小であり、その変化量が小さすぎるため正確にき裂の開口挙動を検出することが困難である。

【0006】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、き裂の開口挙動を精度高く検出することが可能なき裂の開口挙動取得方法、き裂の開口挙動取得装置及びき裂の開口挙動取得プログラム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】

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の一態様におけるき裂の開口挙動取得方法は試験対象物の表面におけるき裂の延在方向の中央を含む領域に、該き裂を前記延在方向に交差する方向にまたぐようにして第一のひずみゲージを設ける第一取付工程と、前記試験対象物の表面における前記き裂から離間した箇所に、第二のひずみゲージを設ける第二取付工程と、前記試験対象物に対して荷重を加えた際における前記第一のひずみゲージ及び前記第二のひずみゲージの出力を取得する出力取得工程と、前記第一のひずみゲージ及び前記第二のひずみゲージの出力の差分を算出する差分算出工程と、前記出力取得工程と前記差分算出工程との間に、前記第一のひずみゲージの出力と前記第二のひずみゲージの出力との弾性域における傾きを一致させる補正工程と、を備える。

【0008】

このようなき裂の開口挙動取得方法よれば、出力取得工程によって、き裂が開口した際の変形量が最も大きくなるき裂の中央部分のひずみ量を第一のひずみゲージによって取得することができる。即ち、き裂が開口した際のひずみ量の変化が最も認識し易い部分におけるひずみ量を取得することができる。また、出力取得工程では、第二のひずみゲージによって取得することで、試験対象物の標準的なひずみ量を取得することができる。その後、差分算出工程にて、差分を求めることで、き裂が開口した際の試験対象物の標準的なひずみ量と、き裂の中央を含む領域でのひずみ量との変化の差を算出することができる。き裂が開口した際に最も変化量が大きなき裂の中央を含む領域のひずみ量と試験対象物の標準的なひずみ量との差分を算出しているため、差分算出工程で算出される差分は大きくなる。その結果、変化が明確にすることできる。そして、変化が明確になることで、き裂が開口する際の応力やひずみ量を精度高く取得することができ、き裂の開口挙動を正確に検知することができる。

【0010】

このようなき裂の開口挙動取得方法よれば、補正工程によって、第一のひずみゲージの出力と第二のひずみゲージの出力とを補正することで、試験条件による誤差を補正することができる。即ち、き裂が開口するまでの領域である弾性域ではヒステリシスループが応力に対してひずみ量を線形に変化させることを利用し補正する。その結果、弾性域における第一のひずみゲージの出力と第二のひずみゲージの出力とを一致させ、き裂が開口するまでの誤差を取り除くことができ、き裂が開口した際のひずみ量の変化が微小であっても検出し易くすることができる。これにより、より精度高くき裂の開口挙動を取得することができる。

【0011】

さらに、本発明の他の態様におけるき裂の開口挙動取得方法は、前記第一取付工程は、前記き裂の全体を覆うように前記第一のひずみゲージを取り付けてもよい。

【0012】

このようなき裂の開口挙動取得方法によれば、試験対象物に延在するき裂の全体としてのひずみ量を検出することで、開口挙動を検出することができる。これにより、き裂の中央部分が不明な複雑な形状をなすき裂に対しても、精度高くき裂の開口挙動を取得することができる。

【0013】

また、本発明の他の態様におけるき裂の開口挙動取得方法は、前記差分算出工程で算出した前記差分に基づいて、前記第一のひずみゲージと前記第二のひずみゲージとの出力の差から前記き裂が開口を開始したとみなせる開口開始点を算出する開口開始点算出工程と、前記差分算出工程で算出した前記差分に基づいて、前記開口開始点からの前記差分の最大値を前記き裂の開口量として算出し、算出した前記開口量から応力拡大係数を算出する係数算出工程と、を有していてもよい。

【0014】

このようなき裂の開口挙動取得方法によれば、き裂が開口し始めた時点を精度高く検出することができる。即ち、き裂が開口し始めるタイミングを第一のひずみゲージの出力と第二のひずみゲージの出力との差からき裂が開口を開始したとみなせる開口開始点として検出することで、き裂が開口したことを容易に精度高く検出することができる。また、開口開始点から差分の最大値までをき裂の開口量として算出する。そのため、き裂が開口する時点で、どの程度き裂が開いたのかを開口量として取得することができる。また、開口量が取得できることで、き裂が進展するき裂であるか否かを評価する指標となる応力拡大係数も容易に取得することができる。これによって、き裂の開口挙動をより精度高く検出することができる。

【0015】

さらに、本発明の他の態様におけるき裂の開口挙動取得方法は、前記係数算出工程で算出した前記応力拡大係数が、前記き裂が進展する速度であるき裂進展速度が増加し始める基準応力拡大係数を超えているか否かを判定するき裂進展判定工程を有していてもよい。

【0016】

このようなき裂の開口挙動取得方法によれば、試験対象物のき裂が進展するき裂なのか否かを精度高く判定することができる。これにより、試験対象物に形成されているき裂が悪影響を及ぼす有害なき裂であるか否かを容易に精度高く判定できる。

【0017】

また、本発明の他の態様におけるき裂の開口挙動取得方法は、前記き裂進展判定工程において前記応力拡大係数が前記基準応力拡大係数を超えていると判定された場合に、前記応力拡大係数から前記き裂進展速度を算出し、時間経過に伴うき裂の長さを推定して前記試験対象物の許容する許容き裂長さに達するまでの時間を算出する進展時間算出工程を有していてもよい。

【0018】

このようなき裂の開口挙動取得方法によれば、き裂進展速度を容易に算出することができ、き裂がどの程度の速度で進展していくかを容易に検出することができる。そして、算出したき裂進展速度に基づいて、繰返し数を算出し、試験対象物に荷重を負荷する周期から時間変換することで、時間経過に伴うき裂長さであるき裂開口挙動を推定することができる。したがって、試験対象物が許容き裂長さに達するまでの時間も推定することが容易にできる。これにより、試験対象物が許容できる許容き裂長さに達するまでの時間を算出することができる。つまり、試験対象物に形成されたき裂によって試験対象物が使用できなくなるまでの時間を容易に算出して推定することができる。これにより、試験対象物を検査するまで期間や取り換えるまでの期間等を予測することができ、き裂によって試験対象物に致命的な影響が生じる前に対策を講じることができる。

【0019】

さらに、本発明の一態様におけるき裂の開口挙動取得装置は、試験対象物の表面におけるき裂の延在方向の中央を含む領域に、該き裂を前記延在方向に交差する方向にまたぐようにして取り付けられる第一のひずみゲージと、前記試験対象物の表面における前記き裂から離間した箇所に取り付けられる第二のひずみゲージと、前記試験対象物に対して荷重を加えた際における前記第一のひずみゲージ及び前記第二のひずみゲージの出力に基づいて、前記き裂の開口挙動を推定する制御部とを備え、前記制御部は、前記第一のひずみゲージの出力と前記第二のひずみゲージの出力との弾性域における傾きを一致させる補正部と、前記補正部で補正した前記第一のひずみゲージ及び前記第二のひずみゲージの出力の差分を算出する差分算出部と、前記差分算出部で算出した前記差分に基づいて、前記第一のひずみゲージと前記第二のひずみゲージとの出力の差から前記き裂が開口を開始したとみなせる開口開始点を算出する開口開始点算出部と、前記差分算出部で算出した前記差分に基づいて、前記開口開始点からの前記差分の最大値を前記き裂の開口量として算出し、算出した前記開口量から応力拡大係数を算出する係数算出部と、を有する。

【0020】

このようなき裂の開口挙動取得装置によれば、き裂が開口し始めた時点を精度高く検出することができる。即ち、き裂が開口し始めるタイミングを第一のひずみゲージの出力と第二のひずみゲージの出力との差からき裂が開口を開始したとみなせる開口開始点として検出することで、き裂が開口したことを容易に精度高く検出することができる。また、開口開始点から差分の最大値までをき裂の開口量として算出する。そのため、き裂が開口する時点で、どの程度き裂が開いたのかを開口量として取得することができる。また、開口量が取得できることで、き裂が進展するき裂であるか否かを評価する指標となる応力拡大係数も容易に取得することができる。これによって、き裂の開口挙動をより精度高く検出することができる。

【0021】

また、本発明の他の態様におけるき裂の開口挙動取得装置は、前記制御部は、前記係数算出部で算出した前記応力拡大係数が、前記き裂が進展する速度であるき裂進展速度が増加し始める基準応力拡大係数を超えているか否かを判定するき裂進展判定部を有していてもよい。

【0022】

このようなき裂の開口挙動取得装置によれば、試験対象物のき裂が進展するき裂なのか否かを精度高く判定することができる。これにより、試験対象物に形成されているき裂が悪影響を及ぼす有害なき裂であるか否かを容易に精度高く判定できる。

【0023】

さらに、本発明の他の態様におけるき裂の開口挙動取得装置は、前記制御部は、前記き裂進展判定部において前記応力拡大係数が前記基準応力拡大係数を超えていると判定された場合に、前記応力拡大係数から前記き裂進展速度を算出し、時間経過に伴う前記き裂の長さを推定して、前記試験対象物の許容する許容き裂長さに達するまでの時間を算出する進展時間算出部を有してもよい。

【0024】

このようなき裂の開口挙動取得装置によれば、き裂進展速度を容易に算出することができ、き裂がどの程度の速度で進展していくかを容易に検出することができる。そして、算出したき裂進展速度に基づいて、繰返し数を算出し、試験対象物に荷重を負荷する周期から時間変換することで、時間経過に伴うき裂長さであるき裂開口挙動を推定することができる。したがって、試験対象物が許容き裂長さに達するまでの時間の時間も推定することが容易にできる。これにより、試験対象物が許容できる許容き裂長さに達するまでの時間を算出することができる。つまり、試験対象物に形成されたき裂によって試験対象物が使用できなくなるまでの時間を容易に算出して推定することができる。これにより、試験対象物を検査するまで期間や取り換えるまでの期間等を予測することができ、き裂によって試験対象物に致命的な影響が生じる前に対策を講じることができる。

【0025】

また、本発明の一態様におけるき裂の開口挙動取得プログラムは、試験対象物の表面におけるき裂の開口挙動をコンピュータで取得するき裂の開口挙動取得プログラムであって、前記コンピュータの入力装置により、前記試験対象物の前記き裂上に配置された第一のひずみゲージが出力した第一出力及び前記試験対象物の前記き裂と離間した位置に配置された第二のひずみゲージが出力した第二出力を取得する入力工程と、前記入力工程で取得された前記第一出力と前記第二出力との弾性域における傾きを一致させる補正工程と、前記補正工程で補正された前記第一出力と前記第二出力との差分を算出する差分算出工程と、前記差分算出工程で算出された前記差分に基づいて、前記第一出力と前記第二出力との差から前記き裂が開口を開始したとみなせる開口開始点を算出する開口開始点算出工程と、前記差分算出工程で算出した前記差分に基づいて、前記開口開始点からの前記差分の最大値を前記き裂の開口量として算出し、算出した前記開口量から応力拡大係数を算出する係数算出工程と、前記係数算出工程で算出した前記応力拡大係数が、前記き裂が進展する速度であるき裂進展速度が増加し始める基準応力拡大係数を超えているか否かを判定するき裂進展判定工程と、前記き裂進展判定工程において前記応力拡大係数が前記基準応力拡大係数を超えていると判定された場合に、前記応力拡大係数から前記き裂進展速度を算出し、時間経過に伴う前記き裂の長さを推定して、前記試験対象物の許容する許容き裂長さに達するまでの時間を算出する進展時間算出工程と、前記進展時間算出工程における算出結果を前記コンピュータの出力装置から出力させる出力工程と、を前記コンピュータに実行させる。

【0026】

このようなき裂の開口挙動取得プログラムによれば、き裂進展速度を容易に算出することができ、き裂がどの程度の速度で進展していくかを容易に検出することができる。そして、算出したき裂進展速度に基づいて、繰返し数を算出し、試験対象物に荷重を負荷する周期から時間変換することで、時間経過に伴うき裂長さであるき裂開口挙動を推定することができる。したがって、試験対象物が許容き裂長さに達するまでの時間の時間も推定することが容易にできる。これにより、試験対象物が許容できる許容き裂長さに達するまでの時間を算出することができる。つまり、試験対象物に形成されたき裂によって試験対象物が使用できなくなるまでの時間を容易に算出して推定することができる。これにより、試験対象物を検査するまで期間や取り換えるまでの期間等を予測することができ、き裂によって試験対象物に致命的な影響が生じる前に対策を講じることができる。

【0027】

さらに、本発明の一態様におけるき裂の開口挙動取得プログラムは、試験対象物の表面におけるき裂の開口挙動をコンピュータで取得するき裂の開口挙動取得プログラムであって、前記コンピュータの入力装置により、前記試験対象物の前記き裂上に配置された第一のひずみゲージが出力した第一出力及び前記試験対象物の前記き裂と離間した位置に配置された第二のひずみゲージが出力した第二出力を取得する入力工程と、前記入力工程で取得された前記第一出力と前記第二出力との弾性域における傾きを一致させる補正工程と、前記補正工程で補正された前記第一出力と前記第二出力との差分を算出する差分算出工程と、前記差分算出工程で算出された前記差分に基づいて、前記第一出力と前記第二出力との差から前記き裂が開口を開始したとみなせる開口開始点を算出する開口開始点算出工程と、前記差分算出工程で算出した前記差分に基づいて、前記開口開始点からの前記差分の最大値を前記き裂の開口量として算出し、算出した前記開口量から応力拡大係数を算出する係数算出工程と、前記係数算出工程で算出した前記応力拡大係数が、前記き裂が進展する速度であるき裂進展速度が増加し始める基準応力拡大係数を超えているか否かを判定するき裂進展判定工程と、前記き裂進展判定工程における判定結果を前記コンピュータの出力装置から出力させる出力工程と、を前記コンピュータに実行させる。

【0028】

このようなき裂の開口挙動取得プログラムによれば、試験対象物のき裂が進展するき裂なのか否かを精度高く判定することができる。これにより、試験対象物に形成されているき裂が悪影響を及ぼす有害なき裂であるか否かを容易に精度高く判定できる。そして、き裂進展判定工程後に出力することで、短時間で試験対象に形成されているき裂が悪影響を及ぼすき裂なのか否かを判断することができる。

【発明の効果】

【0029】

本発明のき裂の開口挙動取得方法によれば、き裂の中央を含む領域のひずみ量を検出することで、き裂の開口挙動を精度高く検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の第一実施形態に係るき裂の開口挙動取得方法を説明する工程図である。

【図2】図１におけるコンピュータ演算工程におけるき裂の開口挙動取得プログラムを説明する工程図である。

【図3】本発明の第一実施形態に係るき裂の開口挙動取得装置を説明する模式図である。

【図4】図１における出力取得工程で得られるヒステリシスループを表すグラフである。

【図5】図２における補正工程で得られるヒステリシスループを表すグラフである。

【図6】図２における差分算出工程で得られるヒステリシスループを表すグラフである。

【図7】図２における応力拡大係数とき裂進展速度の関係を表すグラフである。

【図8】本発明の第一実施形態に係るき裂の開口挙動取得方法におけるき裂長さと繰り返し数の関係を表すグラフである。

【図9】図３における評価テーブルのデータ構成を示す説明図である。

【図10】本発明の第二実施形態に係るき裂の開口挙動取得方法における第一取付工程及び第二取付工程で取り付けるひずみゲージの位置を説明する模式図である。

【図11】本発明の第三実施形態に係るき裂の開口挙動取得方法のコンピュータ演算工程におけるき裂の開口挙動取得プログラムを説明する工程図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、本発明に係る第一実施形態について図１から図９を参照して説明する。
第一本実施形態のき裂の開口挙動取得方法は、き裂の開口挙動取得装置を用いて実施される。

【0032】

き裂の開口挙動取得装置は、図３に示すように、表面にき裂２が形成されている矩形板状の試験対象物１に対して設置される。試験対象物１の表面に形成されるき裂２は、幅１ｍｍ以下で先端部の曲率半径が０である微小き裂であり、矩形板状の試験対象物１の短手方向（図１紙面左右方向）対して平行に延在している。ここで、き裂２の延在する試験対象物１の短手方向を延在方向とする。

【0033】

本実施形態におけるき裂の開口挙動取得装置５は、試験対象物１の表面における微小き裂の開口挙動を取得する装置である。き裂の開口挙動取得装置５は、試験対象物１の表面におけるき裂２上に配置される第一のひずみゲージ３と、試験対象物１の表面におけるき裂２から離間した位置に配置される第二のひずみゲージ４と、第一のひずみゲージ３及び第二のひずみゲージ４から出力に基づいてき裂２の開口挙動を演算する取得装置本体５０と、を備えている。

【0034】

第一のひずみゲージ３は、試験対象物１の表面におけるき裂２の延在方向の中央を含む領域とき裂２の一端を含む領域とにわたって、き裂２を延在方向に直交に交差する方向（図３上下方向）にまたぐようにして貼り付けられている。第一のひずみゲージ３は、任意の箇所のひずみが測定できる公知のひずみゲージを使用する。即ち、第一のひずみゲージ３は、試験対象物１に一定の荷重が負荷され、負荷された荷重に対するひずみ量εを出力する。このひずみ量εは、応力‐ひずみ曲線として描くことでヒステリシスループとして出力される。ここで、第一のひずみゲージ３からの出力を第一出力Ｄ１とする。

【0035】

第二のひずみゲージ４は、試験対象物１の表面におけるき裂２から一定の間隔を離間した箇所に貼り付けられている。第二のひずみゲージ４は、第一のひずみゲージ３と同じひずみゲージが使用され、試験対象物１に負荷された荷重に対するひずみ量εを出力する。ここで、第二のひずみゲージ４からの出力を第二出力Ｄ２とする。

【0036】

取得装置本体５０は、コンピュータであり、各種演算を行うＣＰＵ６と、ＣＰＵ６のワークエリア等になるメモリ５１と、ハードディスクドライブ装置等の補助記憶装置７と、キーボードやマウス等の手入力装置５２と、表示装置５３（出力装置）と、手入力装置５２及び表示装置５３の入出力インタフェース５４と、第一のひずみゲージ３及び第二のひずみゲージ４との間でデータの受送信を行うためのひずみゲージインタフェース５５（入力装置）と、インターネット等のネットワークＩを介して外部と通信するための通信インタフェース５６と、ディスク型記憶媒体Ｄに対してデータの記憶処理や再生処理を行う記憶・再生装置５７と、を備えている。

【0037】

補助記憶装置７には、第一のひずみゲージ３及び第二のひずみゲージ４により実際に測定された第一出力Ｄ１及び第二出力Ｄ２からき裂２の開口挙動を取得するためのき裂の開口挙動取得プログラム７１及びＯＳ（Operating System）プログラム７２が予め格納されている。き裂の開口挙動取得プログラム７１及びＯＳプログラム７２は、例えば、記憶・再生装置５７を介して、ディスク型記憶媒体Ｄから補助記憶装置７に取り込まれる。なお、き裂の開口挙動取得プログラム７１及びＯＳプログラム７２は、通信インタフェース５６を介して外部の装置から補助記憶装置７に取り込まれてもよい。

【0038】

補助記憶装置７には、さらに、き裂の開口挙動取得プログラム７１の実行過程で、各種データが格納される。具体的に、第一のひずみゲージ３から出力される第一出力Ｄ１と、第二のひずみゲージ４から出力される第二出力Ｄ２と、さらに、補助記憶装置７には、取得プログラムの実行過程で図９に示すような評価テーブル７３が作成され、この評価テーブル７３に、このき裂２の開口挙動に関連するデータ等が格納される。

【0039】

また、補助記憶装置７には、き裂の開口挙動取得プログラム７１の実行前に、材料ごとに定められている基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈのデータや、試験対象物１ごとに定められる許容き裂長さａ_ｍのデータ等の試験対象物１の材料や形状に関数する固有のデータが、手入力装置５２、通信インタフェース５６及び記憶・再生装置５７によって入力されることで格納される。

【0040】

ＣＰＵ６は、取得装置本体５０における制御部であり、複数の機能部を有している。ＣＰＵ６は、第一出力Ｄ１及び第二出力Ｄ２を取得する入力部６１と、第一出力Ｄ１及び第二出力Ｄ２の弾性域における傾きを一致させるよう補正する補正部６２と、補正部６２で補正された第一出力Ｄ１及び第二出力Ｄ２の差分を算出する差分算出部６３とを有する。ＣＰＵ６は、差分算出部６３で得られた差分に基づいて第一出力Ｄ１と第二出力Ｄ２とから開口開始点Ａを算出する開口開始点算出部６４と、差分算出部６３で得られた差分に基づいて応力拡大係数ΔＫを算出する係数算出部６５とを有する、ＣＰＵ６は、係数算出部６５で算出した応力拡大係数ΔＫが基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈを超えているかを判定するき裂進展判定部６６と、き裂進展判定部６６での判定結果に基づいて許容き裂長さａ_ｍに達するまでの時間を算出する進展時間算出部６７と、進展時間算出部６７における算出結果を表示装置５３で表示させる出力部６８と、を有している。

【0041】

なお、これらの各機能部は、いずれも、ＣＰＵ６が補助記憶装置７に格納されているき裂の開口挙動取得プログラム７１を実行することで機能する。

【0042】

次に、以上で説明したき裂の開口挙動取得装置５を用いたき裂の開口挙動取得方法について図１に示す工程図に沿って説明する。

【0043】

き裂の開口挙動取得方法Ｓ１０は、図１に示すように、試験対象物１の表面におけるき裂２の延在方向の中央を含む領域に第一のひずみゲージ３を設ける第一取付工程Ｓ１と、試験対象物１の表面におけるき裂２から離間した箇所に第二のひずみゲージ４を設ける第二取付工程Ｓ２と、第一のひずみゲージ３及び第二のひずみゲージ４の出力を取得する出力取得工程Ｓ３と、出力取得工程Ｓ３で得られた第一のひずみゲージ３及び第二のひずみゲージ４の出力に基づいて、き裂２の開口挙動をコンピュータによって演算し取得するコンピュータ演算工程Ｓ４と、を有している。

【0044】

第一取付工程Ｓ１は、図３に示すように、き裂２の延在方向の中央を含む領域とき裂２の一端を含む領域とにわたって、き裂２を延在方向に直交に交差する方向にまたぐようにして第一のひずみゲージ３を貼り付ける。即ち、第一取付工程Ｓ１では、試験対象物１の表面におけるき裂２に対して、き裂２の先端から中央部分を超えた範囲を覆うように第一のひずみゲージ３を貼り付けて設けている。

【0045】

第二取付工程Ｓ２は、図３に示すように、試験対象物１の表面におけるき裂２から一定の間隔を離間した箇所に第二のひずみゲージ４を貼り付けて設けている。第二のひずみゲージ４は、き裂２から離間した箇所であれば配置する場所を問わないが、き裂２の影響を避けるため、き裂２からひずみゲージの幅一つ分以上離れた箇所に配置することが好ましい。

【0046】

出力取得工程Ｓ３は、第一取付工程Ｓ１及び第二取付工程Ｓ２を実施後に、試験対象物１に一定の荷重を負荷し、負荷した荷重に対応する第一のひずみゲージ３の第一出力Ｄ１及び第二のひずみゲージ４の第二出力Ｄ２を取得する。第一出力Ｄ１及び第二出力Ｄ２は、負荷した荷重におけるひずみゲージによって得られるひずみ量εであり、応力‐ひずみ曲線として描くことで、図４に示すようなヒステリシスループとして出力される。
図４に示すように、出力取得工程Ｓ３で得られた第一出力Ｄ１と第二出力Ｄ２とのヒステリシスループを比較すると、き裂２のひずみ量εを測定した第一出力Ｄ１では、き裂２が開口すると荷重をかけても応力σが大きくならず、ひずみ量εだけが大きくなる。そのため、第一のひずみゲージ３と第二のひずみゲージ４とが同じ試験対象物１に設けられて同じ荷重が負荷されているにも関わらず、第一出力Ｄ１の方が第二出力Ｄ２よりも最大ひずみ量ε_ｍａｘが大きく出力される。
なお、試験対象物１に負荷する荷重は、き裂２に対して開口させる方向にき裂２を変位させる荷重であれば良く、単純に試験対象部に対してき裂２の延在方向と直交する方向に向かって引張試験を実施して良く、試験対象物１に曲げを与えるよう曲げ試験を実施しても良い。

【0047】

次に、取得装置本体５０の動作であるコンピュータ演算工程Ｓ４について、図２に示す工程図に従ってＣＰＵ６の各機能部の詳細とともに説明する。
コンピュータ演算工程Ｓ４は、出力取得工程Ｓ３で取得した第一出力Ｄ１及び第二出力Ｄ２を取得装置本体５０に取り込んで、き裂２の開口挙動をコンピュータである取得装置本体５０によって複数の処理を実行して取得する。コンピュータ演算工程Ｓ４は、出力取得工程Ｓ３で取得した第一出力Ｄ１と第二出力Ｄ２とを取得装置本体５０の入力装置により取り込む入力工程Ｓ４１と、入力工程Ｓ４１で得られた第一出力Ｄ１及び第二出力Ｄ２の弾性域における傾きを一致させる補正工程Ｓ４２と、補正工程Ｓ４２で補正された第一出力Ｄ１及び第二出力Ｄ２の差分を算出する差分算出工程Ｓ４３と、を有している。コンピュータ演算工程Ｓ４は、差分算出工程Ｓ４３で得られた差分から第一出力Ｄ１と第二出力Ｄ２との差からき裂２が開口を開始したとみなせる開口開始点Ａを算出する開口開始点算出工程Ｓ４４と、差分算出工程Ｓ４３で得られた差分から応力拡大係数ΔＫを算出する係数算出工程Ｓ４５と、を有している。コンピュータ演算工程Ｓ４は、き裂２が進展する速度であるき裂進展速度が増加し始める基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈを算出した応力拡大係数ΔＫが超えているか否かを判定するき裂進展判定工程Ｓ４６と、き裂進展判定工程Ｓ４６における判定結果に基づいて、試験対象物１の許容する許容き裂長さａ_ｍに達するまでの時間を算出する進展時間算出工程Ｓ４７と、算出した時間を取得装置本体５０の表示装置５３から出力させる出力工程Ｓ４８とを有している。コンピュータ演算工程Ｓ４は、上記の複数の工程をき裂の開口挙動取得プログラム７１を実行することで、取得装置本体５０によって実施される。

【0048】

入力工程Ｓ４１では、試験対象物１のき裂２上に第一取付工程Ｓ１によって配置された第一のひずみゲージ３が出力した第一出力Ｄ１及び試験対象物１のき裂２と離間した位置に第二取付工程Ｓ２によって配置された第二のひずみゲージ４が出力した第二出力Ｄ２を出力取得工程Ｓ３によって取得した後に、入力部６１によって取得装置本体５０により取り込むことで取得する。

【0049】

具体的には、入力工程Ｓ４１では、取得装置本体５０の入力装置であるひずみゲージインタフェース５５により取り込まれた第一出力Ｄ１及び第二出力Ｄ２を補助記憶装置７に格納することで取得する。本実施形態においては、入力部６１は、ＣＰＵ６の機能部の一つである。

【0050】

補正工程Ｓ４２では、図５に示すように、出力取得工程Ｓ３で取得し、入力工程Ｓ４１によって取得装置本体５０に取り込んだ第二出力Ｄ２を、第一出力Ｄ１の弾性域における傾きと一致するように補正部６２にて補正する。

【0051】

具体的には、補正工程Ｓ４２では、補正部６２が、入力部６１で取得した第一出力Ｄ１と第二出力Ｄ２とによって応力‐ひずみ曲線として描かれるヒステリシスループの弾性域における傾きを一致させるよう値を補正する。そして、補正部６２が、第二出力Ｄ２を倍数化するよう補正することで、第二出力Ｄ２のヒステリシスループの直線部分である弾性域を第一出力Ｄ１の弾性域と一致させる。これは、第一出力Ｄ１と第二出力Ｄ２とは同じ試験対象物１に設けられているひずみゲージからの出力であることを利用している。つまり、き裂２が開口するまでの領域である弾性域では、理論的にはヒステリシスループは応力σに対してひずみ量εが線形に変化する。そこで、補正工程Ｓ４２では、補正部６２が、第一出力Ｄ１によって得られるヒステリシスループの弾性域の傾きと、第二出力Ｄ２によって得られるヒステリシスループの弾性域の傾きとが一致するように第二出力Ｄ２の値に任意の乗数を掛け合わせ補正する。本実施形態における補正部６２は、ＣＰＵ６の機能部の一つである。

【0052】

差分算出工程Ｓ４３では、図６に示すように、補正工程Ｓ４２によってヒステリシスループの弾性域における傾きが一致するように補正された第二出力Ｄ２と第一出力Ｄ１との差分を差分算出部６３によって算出する。

【0053】

具体的には、差分算出工程Ｓ４３では、差分算出部６３が、補正部６２で補正した第一出力Ｄ１及び第二出力Ｄ２の差分を基に、応力‐ひずみ曲線を描くことで、補正工程Ｓ４２で第一出力Ｄ１と第二出力Ｄ２とが一致されている弾性域では応力σが変化してもひずみが０である差分ヒステリシスループを得られる。差分算出工程Ｓ４３では、差分算出部６３が、補正した第二出力Ｄ２と第一出力Ｄ１との差分である差分ひずみ量Δεを算出し、補助記憶装置７の評価テーブル７３に格納する。そして、差分算出部６３が、算出した差分ひずみ量Δεを基に、第一出力Ｄ１と第二出力Ｄ２とが一致されている範囲の弾性域では応力σが変化しても差分ひずみ量Δεが０である差分ヒステリシスループを算出する。本実施形態における差分算出部６３は、ＣＰＵ６の機能部の一つである。

【0054】

開口開始点算出工程Ｓ４４では、図６に示すように、差分算出工程Ｓ４３で算出された差分に基づいて、第一出力Ｄ１と第二出力Ｄ２との差からき裂２が開口を開始したとみなせる開口開始点Ａを開口開始点算出部６４によって算出する。

【0055】

具体的には、開口開始点算出工程Ｓ４４では、開口開始点算出部６４が、差分算出部６３で算出した差分に基づいて、差分算出工程Ｓ４３によって描かれた差分ヒステリシスループから、第一出力Ｄ１と第二出力Ｄ２との間のひずみ量εに差が生じ始め、差分ひずみ量Δεが変化する変化点を開口開始点Ａとして算出する。本実施形態における開口開始点算出部６４は、ＣＰＵ６の機能部の一つである。

【0056】

き裂２が開口を始めると、材料の伸びに加えて、き裂２が開口したことによる変位も第一のひずみゲージ３の第一出力Ｄ１として出力される。そのため、き裂２が開口したことにより試験対象物１の標準的なひずみ量εである第二出力Ｄ２から第一出力Ｄ１がずれ始める。したがって、差分ヒステリシスループにおいて差分ひずみ量Δεに差が生じ始める変化点を開口開始点Ａとして検出することで、き裂２が開口したことを判定することができる。

【0057】

そして、開口開始点算出部６４は、評価テーブル７３に格納された差分である差分ひずみ量Δεが変化し始める変化点を開口開始点Ａとして算出し、補助記憶装置７の評価テーブル７３に格納する。

【0058】

その後、開口開始点算出工程Ｓ４４では、開口開始点Ａを開口開始点算出部６４にて算出し、開口応力σ_Ａと開口ひずみ量ε_Ａとを算出する。

【0059】

具体的には、開口開始点算出工程Ｓ４４では、開口開始点算出部６４が、図６に示すように、差分ヒステリシスループから開口開始点Ａにおける応力σを、き裂２が開口し始める開口応力σ_Ａとして算出する。

【0060】

ここで、開口応力σ_Ａは、第一出力Ｄ１のひずみ量εと第二出力Ｄ２のひずみ量εとの差分として算出された差分ひずみ量Δεのうち、開口開始点Ａにおける差分ひずみ量Δεから算出される応力σである。また同時に、図５に示すように、開口応力σ_Ａに対応し、開口開始点Ａに対応してき裂２が開口し始めるひずみ量εである開口ひずみ量ε_Ａが算出される。

【0061】

そして、開口開始点算出工程Ｓ４４では、開口開始点算出部６４が、評価テーブル７３に格納された開口開始点Ａにおける差分ひずみ量Δεに対応する応力σを開口応力σ_Ａとして算出し、補助記憶装置７の評価テーブル７３に格納する。さらに、開口開始点算出部６４が、第一出力Ｄ１から開口応力σ_Ａに対応するひずみ量εを開口ひずみ量ε_Ａとして算出し、補助記憶装置７の評価テーブル７３に格納する。これらにより、開口開始点算出工程Ｓ４４では、き裂２が開口した際の開口応力σ_Ａ及び開口ひずみ量ε_Ａが取得される。

【0062】

係数算出工程Ｓ４５は、図６に示すように、差分算出工程Ｓ４３で算出された差分と開口開始点算出工程Ｓ４４で算出した開口開始点Ａとに基づいて、き裂２の開口量δとして係数算出部６５にて算出し、開口量δから応力拡大係数ΔＫを算出する。

【0063】

具体的には、係数算出工程Ｓ４５では、係数算出部６５が、差分算出工程Ｓ４３で算出した評価テーブル７３に格納された差分である差分ひずみ量Δεに基づいて、開口量δを算出し、補助記憶装置７の評価テーブル７３に格納する。開口量δは、開口開始点Ａにおける差分ひずみ量Δεから差分ひずみ量Δεの最大値までの変化量である最大差分ひずみ量Δε_ｍａｘとして算出される。本実施形態おける係数算出部６５は、ＣＰＵ６の機能部の一つである。

【0064】

その後、係数算出工程Ｓ４５では、算出した開口量δに基づいて、（１）式を用いて応力拡大係数ΔＫを係数算出部６５にて算出する。

【0065】

【数1】

【0066】

ここで、ヤング率Ｅや降伏応力σ_ｙは、試験対象物１の材質に依存する定数であり、用いる試験対象物１によって予め決定されている。ヤング率Ｅや降伏応力σ_ｙは、図示されていないが、手入力装置５２によって手動で補助記憶装置７に入力してよく、通信インタフェース５６や記憶・再生装置５７によって自動的に補助記憶装置７に入力されてもよい。

【0067】

そして、係数算出部６５は、開口量δと、補助記憶装置７に格納されているヤング率Ｅ及び降伏応力σ_ｙとに基づいて、上記（１）式を用いて応力拡大係数ΔＫを算出し、補助記憶装置７の評価テーブル７３に格納する。

【0068】

き裂進展判定工程Ｓ４６は、係数算出工程Ｓ４５で算出した応力拡大係数ΔＫが、き裂２が進展する速度であるき裂進展速度が増加し始める基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈを超えているか否かをき裂進展判定部６６にて判定する。

【0069】

図７に示すように、き裂進展速度は、応力拡大係数ΔＫが基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈを超えると増加し始める。き裂進展速度が増加するとき裂２が進展することになるが、き裂進展速度が増加しない場合、き裂２は進展しない。即ち、算出した応力拡大係数ΔＫが基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈを超えていない場合は、き裂進展速度が増加せず、この応力拡大係数ΔＫが算出されたき裂２は、それ以上のき裂長さａに進展しないき裂２であることがわかる。逆に、算出した応力拡大係数ΔＫが基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈを超えている場合は、き裂進展速度が増加して、この応力拡大係数ΔＫが算出されたき裂２は、き裂長さａ以上に進展するき裂２であることがわかる。

【0070】

したがって、き裂進展判定工程Ｓ４６では、き裂進展判定部６６が、補助記憶装置７に格納されている応力拡大係数ΔＫと基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈとを比較することで、き裂２がそれ以上進展するか否かを判定している。き裂進展判定部６６が、応力拡大係数ΔＫが基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈを超えていると判定すると、進展時間算出部６７に信号を出力し、次に進展時間算出工程Ｓ４７を実施する。一方、き裂進展判定工程Ｓ４６で、応力拡大係数ΔＫが基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈを超えていないと判定すると、入力部６１に信号を出力し、再び入力工程Ｓ４１を実施する。

【0071】

なお、基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈは、用いられる試験対象物１の材質に依存する定数であり、用いられる試験対象物１によって予め決定されている。基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈは、手入力装置５２によって手動で補助記憶装置７に入力してよく、通信インタフェース５６や記憶・再生装置５７によって自動的に補助記憶装置７に入力されてもよい。

【0072】

進展時間算出工程Ｓ４７では、き裂進展判定工程Ｓ４６における判定結果に基づいて、応力拡大係数ΔＫからき裂進展速度を進展時間算出部６７にて算出する。そして、進展時間算出工程Ｓ４７では、時間経過に伴うき裂２のき裂長さａを推定して、試験対象物１の許容する許容き裂長さａ_ｍに達するまでの時間を進展時間算出部６７にて算出する。

【0073】

許容き裂長さａ_ｍは、試験対象物１の材質や形状に依存して決定される値であり、用いる試験対象物１によって予め決定されている。即ち、許容き裂長さａ_ｍは、試験対象物１を使用する上で許容できる限界のき裂長さａである。許容き裂長さａ_ｍを超えると、試験対象部に形成されているき裂２によって、試験対象物１の機能が損なわれて破損したとみなされる。許容き裂長さａ_ｍは、手入力装置５２によって手動で補助記憶装置７に入力してよく、通信インタフェース５６や記憶・再生装置５７によって自動的に補助記憶装置７に入力されてもよい。

【0074】

具体的には、まず、進展時間算出工程Ｓ４７では、き裂進展判定工程Ｓ４６において応力拡大係数ΔＫが基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈを超えていると判定された場合に、進展時間算出部６７が、（２）式を用いて、補助記憶装置７に格納されている応力拡大係数ΔＫからき裂進展速度を算出し、補助記憶装置７の評価テーブル７３に格納する。
なお、き裂進展速度は、出力取得工程Ｓ３にて試験対象物１に一定の荷重を１サイクル負荷した場合のき裂２の進展量である。

【0075】

【数2】

【0076】

ここで、ｄａ／ｄＮはき裂進展速度である。また、材料定数Ｃや材料定数ｍは、試験対象物１の材質に依存する定数であり、用いる試験対象物１によって予め決定されている。Ｃやｍは、図示されていないが、手入力装置５２によって手動で補助記憶装置７に入力してよく、通信インタフェース５６や記憶・再生装置５７によって自動的に補助記憶装置７に入力されてもよい。

【0077】

そして、（３）式及び上記（２）式に基づいて、（４）式が導かれる。

【0078】

【数3】

【0079】

ここで、形状定数ｆは、試験対象物１の形状に依存する定数であり、用いる試験対象物１によって予め決定されている。形状定数ｆは、図示されていないが、手入力装置５２によって手動で補助記憶装置７に入力してよく、通信インタフェース５６や記憶・再生装置５７によって自動的に補助記憶装置７に入力されてもよい。

【0080】

【数4】

【0081】

進展時間算出工程Ｓ４７では、（４）式に基づいて、進展時間算出部６７が、き裂長さａ_ｘ−１のき裂２がき裂長さａ_ｘに進展するまでに必要な繰返し数Ｎを算出し、補助記憶装置７の評価テーブル７３に格納する。
同様に、進展時間算出部６７が、所定のき裂長さａごとに複数回にわたって（４）式に基づいて算出した繰返し数Ｎとき裂長さａとの関係は、図８に示すようなグラフとなる。これにより、進展時間算出工程Ｓ４７では、繰返し数Ｎの増加に伴うき裂長さａの変化を推定される。そして、繰返し数Ｎは、出力取得工程Ｓ３における試験対象物１に荷重を負荷する周期から時間ｔに変換できる。そのため、進展時間算出部６７が、時間経過に伴うき裂２の進展長さであるき裂２の開口挙動を進展時間算出部６７は推定することができる。これにより、進展時間算出工程Ｓ４７では、進展時間算出部６７が、図８のグラフに基づいて、時間ｔを算出して、補助記憶装置７の評価テーブル７３に格納する。

【0082】

その後、進展時間算出部６７が、許容き裂長さａ_ｍに達するまでの許容繰返し数Ｎ_ｍを算出する。算出した許容繰返し数Ｎ_ｍを変換することで、進展時間算出部６７が、許容き裂長さａ_ｍに達するまでの時間ｔである許容時間ｔ_ｍを算出する。

【0083】

出力工程Ｓ４８では、進展時間算出工程Ｓ４７における算出結果である時間ｔが格納された図９に示すような評価テーブル７３のデータを出力部６８によって取得装置本体５０の表示装置５３から出力させる。

【0084】

具体的には、出力工程Ｓ４８では、出力部６８によって、コンピュータ演算工程Ｓ４にて取得装置本体５０がき裂の開口挙動取得プログラム７１を実施することで算出した差分ひずみ量Δε、開口開始点Ａ、開口応力σ_Ａ、開口ひずみ量ε_Ａ、開口量δ、応力拡大係数ΔＫ、き裂進展速度、繰返し数Ｎ、時間ｔを出力する。即ち、出力部６８が、取得装置本体５０の出力装置である入出力インタフェース５４により、補助記憶装置７に格納された評価テーブル７３を表示装置５３に表示させて出力する。

【0085】

上記のようなき裂の開口挙動取得方法Ｓ１０によれば、第一取付工程Ｓ１で、き裂２の先端から中央部分を超えた範囲を覆うように、き裂２の延在方向の中央を含む領域に延在方向に対して直交に交差する方向に、き裂２をまたぐようにして第一のひずみゲージ３を設けることができる。そのため、出力取得工程Ｓ３によって、き裂２が開口した際の変形量が最も大きくなるき裂２の中央部分のひずみ量εを第一のひずみゲージ３によって第一出力Ｄ１として取得することができる。即ち、き裂２が開口した際のひずみ量εの変化が最も認識し易い部分におけるひずみ量εを取得することができる。
また、出力取得工程Ｓ３では、第一のひずみゲージ３の出力である第一出力Ｄ１とともに、き裂２から離間した位置に設けられた第二のひずみゲージ４によって第二出力Ｄ２として取得することで、き裂２の無い領域のひずみ量εである試験対象物１の標準的なひずみ量εを取得することができる。

【0086】

その後、差分算出工程Ｓ４３にて、第一出力Ｄ１と第二出力Ｄ２との差分である差分ひずみ量Δεを求めることで、き裂２が開口した際の試験対象物１の標準的なひずみ量εと、き裂２の延在方向の中央を含む領域のひずみ量εとの変化の差を算出することができる。き裂２が開口した際に最も変化量が大きなき裂２の延在方向の中央を含む領域のひずみ量εと試験対象物１の標準的なひずみ量εとの差分を算出しているため、差分算出工程Ｓ４３で算出される第一出力Ｄ１と第二出力Ｄ２との差分は大きくなり、開口開始点Ａが明確になり正確に検出することできる。そして、開口開始点Ａが正確に検出できることで、き裂２が開口する際の開口応力σ_Ａや開口ひずみ量ε_Ａを精度高く取得することができ、き裂２がいつ開口したかというき裂２の開口挙動を正確に検知することができる。これによって、き裂２の開口挙動を精度高く検出することができる。

【0087】

また、補正工程Ｓ４２によって、第一のひずみゲージ３から出力される第一出力Ｄ１と第二のひずみゲージ４から出力される第二出力Ｄ２とを補正し一致させることで、試験条件による誤差を補正することができる。即ち、第一のひずみゲージ３と第二のひずみゲージ４とが同じ試験対象物１に貼り付けられて設けられていても、実際に引張試験等を実施すると何らの誤差が生じる。この誤差は、試験環境や、ひずみゲージの貼り付け方など様々な要因により必ず発生してしまう。そこで、き裂２が開口するまでの領域である弾性域ではヒステリシスループが応力σに対してひずみ量εを線形に変化させることを利用し、補正工程Ｓ４２にて第一出力Ｄ１と第二出力Ｄ２との弾性域における傾きを合わせるように補正する。その結果、弾性域における第一出力Ｄ１と第二出力Ｄ２とを一致させ、き裂２が開口するまでの試験環境等による誤差を取り除くことができ、き裂２が開口した際のひずみ量εの変化が微小であっても検出し易くすることができる。これにより、より精度高くき裂２の開口挙動を取得することができる。

【0088】

さらに、差分算出工程Ｓ４３で算出した差分ひずみ量Δεに基づいて、第一出力Ｄ１と第二出力Ｄ２に差が生じ始める開口開始点Ａを算出することで、き裂２が開口し始めた時点を精度高く検出することができる。即ち、き裂２が開口し始めるタイミングを第一出力Ｄ１と第二出力Ｄ２に差が生じ始める開口開始点Ａとして検出することで、目視できないような微小き裂２が開口したことを容易に精度高く検出することができる。そして、開口開始点Ａにおける応力σとひずみ量εとをそれぞれ開口応力σ_Ａ及び開口ひずみ量ε_Ａとして算出することで、き裂２が開口した時点のき裂２の情報を精度高く取得できる。これらにより、き裂２の開口挙動をより精度高く検出することができる。

【0089】

また、差分算出工程Ｓ４３で算出した差分ひずみ量Δεと開口開始点算出工程Ｓ４４で算出した開口開始点Ａとに基づいて、開口開始点Ａにおける差分ひずみ量Δεから差分ひずみ量Δεの最大値までの変化量をき裂２の開口量δとして算出する。そのため、き裂２が開口する時点での開口応力σ_Ａや開口ひずみ量ε_Ａだけでなく、どの程度き裂２が開いたのかを開口量δとして取得することができる。また、開口量δが取得できることで、き裂２が進展するき裂２であるか否かを評価する指標となる応力拡大係数ΔＫも容易に取得することができる。これによって、き裂２の開口挙動をより精度高く検出することができる。

【0090】

さらに、算出した応力拡大係数ΔＫをき裂進展速度が増加し始める基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈと比較して、基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈを超えているか否かを判定する。これにより、試験対象物１のき裂２が進展するき裂２なのか否かを精度高く判定することができる。即ち、き裂進展速度が増加し始める基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈを超えるような応力拡大係数ΔＫとなるまでは、その応力拡大係数ΔＫを有するき裂２は進展しない。このようなき裂２は、試験対象物１の表面に形成されていても、対策を講じなくとも試験対象物１に破損等を引き起こすような悪影響を及ぼす恐れが非常に少ない。したがって、応力拡大係数ΔＫと基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈを比較することで、試験対象物１に形成されているき裂２が悪影響を及ぼす有害なき裂２であるか否かを容易に精度高く判定できる。

【0091】

また、応力拡大係数ΔＫによってき裂進展速度を容易に算出することができ、き裂２がどの程度の速度で進展していくかを容易に検出することができる。そして、算出したき裂進展速度に基づいて、繰返し数Ｎを算出することで、き裂２があるき裂長さａに達するまでにかかる繰返し数Ｎを容易に算出することができる。つまり、繰返し数Ｎの増加に伴うき裂長さａの変化を容易に推定することができる。また、繰返し数Ｎは、出力取得工程Ｓ３における試験対象物１に荷重を負荷する周期から時間変換できるため、時間経過に伴うき裂長さａであるき裂２開口挙動を推定することができる。したがって、試験対象物１が許容き裂長さａ_ｍに達するまでの時間の時間も推定することが容易にできる。これにより、試験対象物１が許容できる許容き裂長さａ_ｍに達するまでの時間を算出することで、試験対象物１に形成されたき裂２によって試験対象物１が使用できなくなるまでの時間を容易に算出して推定することができる。即ち、試験対象物１を検査するまで期間や取り換えるまでの期間等を予測することができ、き裂２によって試験対象物１に致命的な影響が生じる前に対策を講じることができる。

【0092】

次に、図１０を参照して第二実施形態のき裂の開口挙動取得方法Ｓ１０について説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を伏して詳細な説明を省略する。この第二実施形態のき裂の開口挙動取得方法Ｓ１０は、試験対象部の表面において複雑な形状をなすき裂２が形成されており、き裂２に対する第一のひずみゲージ３の貼り付け位置について第一実施形態と相違する。

【0093】

即ち、図１０に示すように、第二実施形態では、試験対象物１は延在方向に一直線に伸びるき裂２ではなく、複数の微小き裂２が集まって微小き裂群２１を形成している。このような微小き裂群２１としては、例えば、応力σ腐食割れの際に結晶粒の隙間を縫うように形成される微小き裂２の集合が挙げられる。

【0094】

そして、第一取付工程Ｓ１では、第一実施形態と異なり、微小き裂群２１の全体を覆うように第一のひずみゲージ３を貼り付けて設けている。第二実施形態における第一取付工程Ｓ１は、微小き裂群２１の完全に覆うようにき裂２の一端から他端まで延在方向に直交に交差する方向に向かって微小き裂群２１をまたぐようにして第一のひずみゲージ３を貼り付ける。即ち、第二実施形態における第一取付工程Ｓ１では、試験対象物１の表面における微小き裂群２１が完全に隠れるように第一のひずみゲージ３を貼り付けて設けられている。

【0095】

上記のようなき裂の開口挙動取得方法Ｓ１０によれば、試験対象物１に延在するき裂２である微小き裂群２１の全体としてのひずみ量εを検出することで、開口挙動を検出することができる。即ち、微小き裂群２１を形成する微小き裂２毎では、開口時に変化するひずみ量εが僅かであっても、微小き裂２の集合である微小き裂群２１としては大きなひずみ量εが変化している。したがって、微小き裂群２１の全体を覆うように第一のひずみゲージ３を貼り付けていることで、微小き裂２の集合である微小き裂群２１としての大きなひずみ量εを検出することができ、開口開始点Ａが正確に検出できる。そのため、き裂２が開口する際の開口応力σ_Ａや開口ひずみ量ε_Ａを精度高く取得することができる。これにより、き裂２の中央部分が不明な複雑な形状をなす微小き裂群２１に対しても、精度高くき裂２の開口挙動を取得することができる。
なお、第二実施形態における第一取付工程Ｓ１で第一のひずみゲージ３が貼り付けられるき裂２は、微小き裂群２１に限定されるものではなく、例えば、第一実施形態と同様に延在方向に延びるき裂２であっても良い。

【0096】

次に、図１１を参照して第三実施形態のき裂の開口挙動取得プログラム７１について説明する。
第三実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を伏して詳細な説明を省略する。この第三実施形態のき裂の開口挙動取得プログラム７１は、き裂進展判定工程Ｓ４６後に、出力工程Ｓ４８を実施する点について第一実施形態と相違する。

【0097】

即ち、図１１に示すように、第三実施形態における第二コンピュータ演算工程Ｓ４０は、き裂進展判定工程Ｓ４６後に、進展時間算出工程Ｓ４７を実施せずに、第二出力工程Ｓ４８１を実施する。
第二出力工程Ｓ４８１は、出力工程Ｓ４８と異なり、き裂進展判定工程Ｓ４６の判定結果を出力部６８によって取得装置本体５０の表示装置５３から出力させる。即ち、第二出力工程Ｓ４８１では、出力部６８が、コンピュータ演算工程Ｓ４にて取得装置本体５０がき裂の開口挙動取得プログラム７１を実施することで算出した差分ひずみ量Δε、開口開始点Ａ、開口応力σ_Ａ、開口ひずみ量ε_Ａ、開口量δ、応力拡大係数ΔＫ、判定結果を表示装置５３に表示させて出力させる。

【0098】

上記のようなき裂の開口挙動取得プログラム７１によれば、算出した応力拡大係数ΔＫをき裂進展速度が増加し始める基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈと比較して、基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈを超えているか否かを判定する。これにより、試験対象物１のき裂２が進展するき裂２なのか否かを精度高く判定することができる。即ち、き裂進展速度が増加し始める基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈを超えるような応力拡大係数ΔＫとなるまでは、その応力拡大係数ΔＫを有するき裂２は進展しない。このようなき裂２は、試験対象物１の表面に形成されていても、対策を講じなくとも試験対象物１に破損等を引き起こすような悪影響を及ぼす恐れが非常に少ない。したがって、応力拡大係数ΔＫと基準応力拡大係数ΔＫ_ｔｈを比較することで、試験対象物１に形成されているき裂２が悪影響を及ぼす有害なき裂２であるか否かを容易に精度高く判定できる。そして、き裂進展判定工程Ｓ４６後に出力することで、短時間で試験対象に形成されているき裂２が悪影響を及ぼすき裂２なのか否かを判断することができる。

【0099】

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。

【0100】

なお、補正工程Ｓ４２は、第二のひずみゲージ４の出力を第一のひずみゲージ３の出力に合わせることに限定されるものではなく、例えば、逆に第一のひずみゲージ３の出力を第二のひずみゲージ４の出力に合わせても良く、第一のひずみゲージ３及び第二のひずみゲージ４の出力の両方を共に補正することで合わせても良い。
また、き裂２とは、材料の表面に生じる傷やひび割れであっても良く、材料中の介在物が抜けた後の微小な孔であっても良い。
さらに、き裂２は本実施形態における試験対象物１の短手方向に延びているものに限定されるものではなく、例えば、本実施形態における試験対象物１の短手方向に対して斜めに延在していても良い。
さらに、コンピュータ演算工程Ｓ４で実施した各工程は、コンピュータによって自動的に実施されることに限定されるものではなく、手動で各工程を実施して、必要な情報を算出してもよい。

【符号の説明】

【0101】

１…試験対象物 ２…き裂 ５…き裂の開口挙動取得装置 ３…第一のひずみゲージ Ｄ１…第一出力 ４…第二のひずみゲージ Ｄ２…第二出力 Ｄ…ディスク型記憶媒体 Ｉ…ネットワーク ５０…取得装置本体 ６…ＣＰＵ ６１…取得部 σ…ひずみ量 ε…応力 ６２…補正部 ６３…差分算出部 Δε…差分ひずみ量 ６４…開口開始点算出部 Ａ…開口開始点 σ_Ａ…開口応力 ε_Ａ…開口ひずみ量 ６５…係数算出部 δ…開口量 Δε_ｍａｘ…最大差分ひずみ量 ΔＫ…応力拡大係数 ａ…き裂長さ ６６…き裂進展判定部 …基準応力拡大係数 ６７…進展時間算出部 Ｎ…繰返し数 ａ_ｍ…許容き裂長さ ｔ…許容時間 ６８…出力部 ５１…メモリ ７…補助記憶装置 ７１…き裂の開口挙動取得プログラム ７２…ＯＳプログラム ΔＫ_ｔｈ…基準応力拡大係数 ７３…評価テーブル ５２…手入力装置 ５３…表示装置 ５４…入出力インタフェース ５５…ひずみゲージインタフェース ５６…通信インタフェース ５７…記憶・再生装置 Ｓ１０…き裂の開口挙動取得方法 Ｓ１…第一取付工程 Ｓ２…第二取付工程 Ｓ３…出力工程 ε_ｍａｘ…最大ひずみ量 Ｓ４…コンピュータ演算工程 Ｓ４１…取得工程 Ｓ４２…補正工程 Ｓ４３…差分算出工程 Ｓ４４…開口開始点算出工程 Ｓ４５…係数算出工程 Ｓ４６…き裂進展判定工程 Ｓ４７…進展時間算出工程 Ｓ４８…出力工程 ２１…微小き裂群 Ｓ４０…第二コンピュータ演算工程 Ｓ４８１…第二出力工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】