特許 7648905 評価装置、評価方法およびプログラム

(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】

(24)【登録日】2025-03-11

(45)【発行日】2025-03-19

(54)【発明の名称】評価装置、評価方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/32 20060101AFI20250312BHJP

   G01N 3/00 20060101ALI20250312BHJP

【ＦＩ】

G01N3/32 H

G01N3/00 T

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2021146020

(22)【出願日】2021-09-08

(65)【公開番号】P2022048999

(43)【公開日】2022-03-28

【審査請求日】2024-05-20

(31)【優先権主張番号】P 2020154369

(32)【優先日】2020-09-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002044

【氏名又は名称】弁理士法人ブライタス

(72)【発明者】

【氏名】高山 篤史

(72)【発明者】

【氏名】牧野 泰三

(72)【発明者】

【氏名】藤川 拓海

【審査官】前田 敏行

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－０５８８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２１６８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２２９３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４２９９１２０（ＵＳ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－２００２４９８（ＫＲ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ３／３２

Ｇ０１Ｎ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

疲労き裂進展試験において試験片に複数回負荷された試験力および前記試験片の所定部位の変位に関する数値を含む試験情報のうち、前記試験片に対して任意の回数目の前記試験力が負荷されたときの前記試験力と前記変位に関する数値との第１関係を取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記第１関係に基づいて、前記試験片のき裂が開口している期間内の前記試験力の第１範囲における前記変位に関する数値の変化から前記試験片の基準コンプライアンスを算出する第１算出部と、
前記取得部が取得した前記第１関係に基づいて、前記試験片に対して任意の回数目の前記試験力が負荷されたときの最大試験力および最小試験力の間から前記試験力の複数の第２範囲を抽出し、抽出した前記複数の第２範囲それぞれについて、前記変位に関する数値の変化から部分コンプライアンスを算出する第２算出部と、
前記第２算出部が算出した複数の前記部分コンプライアンスそれぞれについて、前記第１算出部が算出した前記基準コンプライアンスに対するずれの割合を示すずれ値を算出する第３算出部と、
前記第３算出部が前記部分コンプライアンスごとに算出した前記ずれ値と前記試験力との第２関係を生成し、前記第２関係において、前記ずれ値の最大値に対して予め設定された割合のずれ値となるときの前記試験力を、または前記第２関係において、前記ずれ値の中央値に対応する前記試験力を、き裂の開口点に対応する開口試験力と判定する開口点判定部と、を備える、開口点の評価装置。

【請求項2】

前記第１算出部は、前記疲労き裂進展試験における応力比に応じて前記第１範囲を決定し、
前記第２算出部は、前記応力比に応じて前記複数の第２範囲を決定する、請求項１に記載の評価装置。

【請求項3】

前記開口点判定部は、前記取得部が取得した前記第１関係に基づいて、前記第１範囲よりも広くかつ最小値が前記第１範囲の最小値よりも小さい前記試験力の第３範囲における前記変位に関する数値の変化から比較コンプライアンスを算出し、前記比較コンプライアンスが前記基準コンプライアンスよりも大きい場合、前記第２関係において前記ずれ値の最大値に対して予め設定された割合のずれ値となるときの前記試験力または前記第２関係において前記ずれ値の中央値に対応する前記試験力ではなく、前記最小試験力を前記開口試験力と判定する、請求項１または２に記載の評価装置。

【請求項4】

前記開口点判定部は、前記第２関係において前記ずれ値の最大値に対して予め設定された割合のずれ値となるときの前記試験力を前記最大試験力で除算して得られる値が予め設定されたしきい値を超える場合、前記第２関係において前記ずれ値の最大値に対して予め設定された割合のずれ値となるときの前記試験力または前記第２関係において前記ずれ値の中央値に対応する前記試験力ではなく、前記最小試験力を前記開口試験力と判定する、請求項１から３のいずれかに記載の評価装置。

【請求項5】

前記第１関係は、除荷時における前記試験力と前記変位に関する数値との関係を示す、請求項１から４のいずれかに記載の評価装置。

【請求項6】

前記試験片は、ＣＴ試験片であり、前記所定部位の変位に関する数値は、き裂開口変位または前記試験片の背面のひずみである、請求項１から５のいずれかに記載の評価装置。

【請求項7】

前記第２算出部は、前記試験力の大小関係において隣り合う前記第２範囲の一部が重複するように、前記複数の第２範囲を抽出する、請求項１から６のいずれかに記載の評価装置。

【請求項8】

前記予め設定された割合は、疲労き裂進展試験の試験条件に応じて設定されている、請求項１から７のいずれかに記載の評価装置。

【請求項9】

前記開口点判定部によって判定された開口試験力に基づいて、有効応力拡大係数範囲を算出する第４算出部をさらに備える、請求項１から８のいずれかに記載の評価装置。

【請求項10】

疲労き裂進展試験における試験片のき裂の開口点をコンピュータによって評価する方法であって、
（ａ）疲労き裂進展試験において試験片に複数回負荷された試験力および前記試験片の所定部位の変位に関する数値を含む試験情報のうち、前記試験片に対して任意の回数目の前記試験力が負荷されたときの前記試験力と前記変位に関する数値との第１関係を取得するステップと、
（ｂ）前記（ａ）のステップで取得した前記第１関係に基づいて、前記試験片のき裂が開口している期間内の前記試験力の第１範囲における前記変位に関する数値の変化から前記試験片の基準コンプライアンスを算出するステップと、
（ｃ）前記（ａ）のステップで取得した前記第１関係に基づいて、前記試験片に対して任意の回数目の前記試験力が負荷されたときの最大試験力および最小試験力の間から前記試験力の複数の第２範囲を抽出し、抽出した前記複数の第２範囲それぞれについて、前記変位に関する数値の変化から部分コンプライアンスを算出するステップと、
（ｄ）前記（ｃ）のステップで算出した複数の前記部分コンプライアンスそれぞれについて、前記（ｂ）のステップで算出した前記基準コンプライアンスに対するずれの割合を示すずれ値を算出するステップと、
（ｅ）前記（ｄ）のステップで前記部分コンプライアンスごとに算出した前記ずれ値と前記試験力との第２関係を生成し、前記第２関係において、前記ずれ値の最大値に対して予め設定された割合のずれ値となるときの前記試験力を、または前記第２関係において、前記ずれ値の中央値に対応する前記試験力を、き裂の開口点に対応する開口試験力と判定するステップと、
を備える、開口点の評価方法。

【請求項11】

前記（ｂ）のステップでは、前記疲労き裂進展試験における応力比に応じて前記第１範囲を決定し、
前記（ｃ）のステップでは、前記応力比に応じて前記複数の第２範囲を決定する、請求項１０に記載の評価方法。

【請求項12】

前記（ｅ）のステップでは、前記（ａ）のステップで取得した前記第１関係に基づいて、前記第１範囲よりも広くかつ最小値が前記第１範囲の最小値よりも小さい前記試験力の第３範囲における前記変位に関する数値の変化から比較コンプライアンスを算出し、前記比較コンプライアンスが前記基準コンプライアンスよりも大きい場合、前記第２関係において前記ずれ値の最大値に対して予め設定された割合のずれ値となるときの前記試験力または前記第２関係において前記ずれ値の中央値に対応する前記試験力ではなく、前記最小試験力を前記開口試験力と判定する、請求項１０または１１に記載の評価方法。

【請求項13】

前記（ｅ）のステップでは、前記第２関係において前記ずれ値の最大値に対して予め設定された割合のずれ値となるときの前記試験力を前記最大試験力で除算して得られる値が予め設定されたしきい値を超える場合、前記第２関係において前記ずれ値の最大値に対して予め設定された割合のずれ値となるときの前記試験力または前記第２関係において前記ずれ値の中央値に対応する前記試験力ではなく、前記最小試験力を前記開口試験力と判定する、請求項１０から１２のいずれかに記載の評価方法。

【請求項14】

前記第１関係は、除荷時における前記試験力と前記変位に関する数値との関係を示す、請求項１０から１３のいずれかに記載の評価方法。

【請求項15】

前記試験片は、ＣＴ試験片であり、前記所定部位の変位に関する数値は、き裂開口変位または前記試験片の背面のひずみである、請求項１０から１４のいずれかに記載の評価方法。

【請求項16】

前記（ｃ）のステップでは、前記試験力の大小関係において隣り合う前記第２範囲の一部が重複するように、前記複数の第２範囲を抽出する、請求項１０から１５のいずれかに記載の評価方法。

【請求項17】

前記予め設定された割合は、疲労き裂進展試験の試験条件に応じて設定されている、請求項１０から１６のいずれかに記載の評価方法。

【請求項18】

（ｆ）前記（ｅ）のステップで判定された開口試験力に基づいて、有効応力拡大係数範囲を算出するステップをさらに備える、請求項１０から１７のいずれかに記載の評価方法。

【請求項19】

請求項１０から１８のいずれかに記載の評価方法をコンピュータに実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、疲労き裂進展試験における開口点を評価するための装置、方法、およびそれらを実現するためのプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

材料の疲労き裂進展特性は、製品の性能を評価するための重要な指標である。材料の疲労き裂進展特性は、疲労き裂進展試験を行うことによって得られる応力拡大係数範囲とき裂進展長さとの関係によって評価することができる。

【0003】

疲労き裂進展試験においてき裂長さを測定する方法としては、例えば、コンプライアンス法が利用されている（例えば、特許文献１参照）。コンプライアンス法では、試験力の変化量に対するき裂開口変位の変化量の割合（コンプライアンス）を用いて、き裂長さが間接的に測定される。具体的には、コンプライアンスは、例えば、き裂開口変位の変化量を試験力の変化量で除することによって算出することができる。また、例えば、き裂開口変位と試験力との関係を示す曲線を線形近似することによってコンプライアンスを算出してもよい。このようにして試験データに基づいて算出されたコンプライアンスを、コンプライアンスとき裂長さとの関係を示した所定の式に代入することによって、き裂長さが算出される。このようにして算出されたき裂長さを用いて、応力拡大係数範囲とき裂進展長さとの関係を得ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００９－２５０８６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、疲労き裂進展試験において、試験片のき裂先端は、除荷時に閉口し、負荷時に開口するが、除荷時および負荷時の途中段階に注目すると、試験片に引張力が作用していても、き裂先端が閉口している期間が存在する。この点に関して、試験片に作用する試験力が特定の大きさに到達すると、負荷途中ではき裂先端が開口し始め、除荷途中ではき裂先端が閉口し始めることが知られている。このき裂先端が開口し始めるタイミングおよび閉口し始めるタイミングは、開口点と呼ばれている。

【0006】

材料の疲労き裂進展特性は、一般に、試験力の変動範囲に対応した応力拡大係数範囲で整理されるが、実際には開口点以上の応力拡大係数が有効である。この開口点以上の応力拡大係数の変動範囲は有効応力拡大係数範囲と呼ばれ、疲労き裂進展特性の評価指標として用いられている。疲労き裂進展試験において測定された疲労き裂進展特性が、き裂開閉口によるものなのか、有効応力拡大係数範囲によるものなのかを分離して考えることは、材料の疲労き裂進展特性向上を実現するために有用である。

【0007】

また、応力拡大係数範囲で整理された疲労き裂進展特性は、疲労き裂進展試験の応力比によって異なる。このため、応力拡大係数範囲で整理された疲労き裂進展特性を実部品のき裂進展挙動の予測に用いるためには、使用条件に応じた複数の応力比で試験を行い、応力比ごとに、疲労き裂進展特性を評価する必要がある。一方、種々の応力比における疲労き裂進展特性を有効応力拡大係数範囲で整理すると、その疲労き裂進展特性（すなわち、き裂進展速度と有効応力拡大係数範囲との関係）は、応力比に関わらず同様の特性を示すことが知られている。この点を考慮すると、有効応力拡大係数範囲で整理された疲労き裂進展特性を求めることができれば、その疲労き裂進展特性に基づいて、種々の応力比における応力拡大係数による疲労き裂進展特性を見積もることが可能になるといえる。疲労き裂進展試験は多くの労力と時間を要するが、特定の応力比で試験を行い、その試験結果に基づいて他の応力比における疲労き裂の進展挙動を予測することができれば、試験に要する労力と時間を大幅に削減することができる。

【0008】

以上のことから、疲労き裂進展試験において、き裂の開口点を評価することは重要である。

【0009】

そこで、本発明は、疲労き裂進展試験の試験情報に基づいてき裂の開口点を評価することができる、評価装置、評価方法およびプログラムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明者らは、金属からなる試験片について疲労き裂進展試験を実施し、除荷弾性コンプライアンス法を用いてき裂の開口点を評価することを試みた。以下、本発明者らが実施した試験について説明する。

【0011】

まず、本発明者らは、図１に示す試験片１００を用意し、疲労き裂進展試験を実施した。試験片１００は、引張疲労試験片として利用される公知のＣＴ（Compact Tention）試験片であり、切欠き１００ａを有している。切欠き１００ａは、試験片１００に対して板厚方向に直交する引張方向に力を付与することによって、板厚方向と引張方向とに交差する進展方向にき裂１００ｂが進展するように形成された、き裂発生用の切欠きである。切欠き１００ａは、試験片１００において、上記引張方向における中央部に形成されている。

【0012】

なお、試験片１００は、０．２％耐力が８３ＭＰａ、引張強さが２２３ＭＰａ、伸びが６４％、絞りが９５％の純鉄を用いて作製した。試験片１００の厚さ（Ｂ）は８ｍｍ、幅（Ｗ）は５０ｍｍとした。

【0013】

疲労き裂進展試験では、試験片１００に対して、応力比Ｒを－１として、長さ１ｍｍ狙いの予き裂を導入した後、応力比Ｒを０．０５、０．５および０．７に設定して、応力拡大係数漸減試験（荷重漸減試験）を実施した。なお、当該試験では、図１に示す引張方向に荷重を繰り返し負荷した。また、当該試験では、図示しないクリップゲージを用いて、切欠き１００ａの幅の変位（き裂開口変位）を測定した。

【0014】

本発明者らは、上記の疲労き裂進展試験によって得られたデータから、図２に示すように、疲労き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）と応力拡大係数範囲（ΔＫ）との関係を示すグラフを作成した。図２に示す関係から、応力拡大係数範囲ΔＫの下限界値（下限界応力拡大係数範囲ΔＫ_ｔｈ）は、応力比Ｒ＝０．０５では８．１ＭＰａ√ｍであり、応力比Ｒ＝０．５では５．８ＭＰａ√ｍであり、応力比Ｒ＝０．７では３．９ＭＰａ√ｍであった。

【0015】

次に、本発明者らは、ＡＳＴＭ Ｅ６４７－１３ａに従い、開口点を評価した。以下、具体的に説明する。

【0016】

図３は、応力比Ｒを０．０５に設定した疲労き裂進展試験における除荷時の試験力とき裂開口変位との関係を示す図である。なお、図３には、疲労き裂進展試験における負荷の繰り返し数が８．７０×１０^６回のとき（き裂が停留したと判断し、試験を終了したとき）の、除荷時の試験力とき裂開口変位との関係が示されている。

【0017】

図３を参照して、まず、本発明者らは、除荷時のき裂開口変位と試験力との関係において、き裂が開口していると考えられる範囲Ａのコンプライアンス（以下、基準コンプライアンスＣ_Ｂと記載する。）を算出した。なお、範囲Ａは、最大試験力Ｐ_ｍａｘと最小試験力Ｐ_ｍｉｎとの差を試験力範囲ΔＰとして、（０．７ΔＰ＋Ｐ_ｍｉｎ）～（０．９５ΔＰ＋Ｐ_ｍｉｎ）の試験力の範囲とした。また、コンプライアンスとは、試験力の変化量に対するき裂開口変位の変化量の割合を意味する。したがって、基準コンプライアンスＣ_Ｂは、範囲Ａにおける試験力の変化量に対するき裂開口変位の変化量の割合を意味する。コンプライアンスは、例えば、き裂開口変位と試験力との関係を示す曲線を線形近似することによって算出される。

【0018】

次に、最大試験力Ｐ_ｍａｘと最小試験力Ｐ_ｍｉｎとの間から複数の試験力の範囲ａ_i（ｉ＝１～ｎ）を抽出した。なお、各範囲ａ_iの大きさは、互いに等しい。図３に示す例では、試験力が高い側から順に２０個の範囲ａ_１、ａ_２、ａ_３、・・・ａ_２０を抽出している。より具体的には、図３に示す例では、各範囲ａ_iの大きさをΔＰ_ａとした場合、試験力の大小関係において隣り合う範囲ａ_i同士が０．５ΔＰ_ａ重複するように、複数の試験力の範囲ａ_iを抽出している。

【0019】

次に、抽出した複数の範囲ａ_iについてそれぞれ、コンプライアンスＣ_i（ｉ＝１～ｎ）（以下、部分コンプライアンスＣ_ｉと記載する。）を算出した。

【0020】

次に、各部分コンプライアンスＣ_ｉについて、基準コンプライアンスＣ_Ｂに対するずれの割合を示すずれ値Ｃ_offset,i（ｉ＝１～ｎ）を算出した。具体的には、下記式（１）に基づいて、ずれ値Ｃ_offset,iを算出した。
Ｃ_offset,i＝（Ｃ_Ｂ－Ｃ_ｉ）／Ｃ_Ｂ ・・・ （１）

【0021】

図４に、試験力とずれ値Ｃ_offsetとの関係線を示す。なお、図４に示す関係線を作成する際には、まず、一方の軸をずれ値Ｃ_offsetとし、他方の軸を試験力Ｐとする座標上に、各部分コンプライアンスＣ_ｉに対応するずれ値Ｃ_offset,iおよび試験力Ｐ_i（範囲ａ_iの中間値。ｉ＝１～ｎ）を示す点をプロットする。そして、試験力の大小関係において隣り合う点（Ｃ_offset,iおよび試験力を示す点）を直線で結ぶ。これにより、試験力とずれ値Ｃ_offsetとの関係線が得られる。なお、範囲ａ_iの中間値とは、範囲ａ_iにおける試験力の最大値および最小値の平均値である。

【0022】

ＡＳＴＭ Ｅ６４７－１３ａに従えば、試験力とずれ値Ｃ_offsetとの関係線において、ずれ値Ｃ_offsetが１％、２％または４％となるときの試験力が、開口点における試験力と判定される。そこで、本発明者らは、まず、図４に示す関係線において、ずれ値Ｃ_offsetが２％となるときの試験力を、開口点における試験力Ｐ_ＯＰ（以下、開口試験力Ｐ_ＯＰと記載する。）とした。そして、開口試験力Ｐ_ＯＰに基づいて算出される応力拡大係数を応力拡大係数Ｋ_ＯＰとし、最大試験力Ｐ_ｍａｘに基づいて算出される応力拡大係数を応力拡大係数Ｋ_ｍａｘとし、下記式（２）に基づいて、有効応力拡大係数範囲ΔＫ_ｅｆｆを算出した。
ΔＫ_ｅｆｆ＝Ｋ_ｍａｘ－Ｋ_ＯＰ ・・・ （２）

【0023】

なお、図３および図４は、繰り返し数が８．７０×１０^６回のときの試験データであるが、本発明者らは、他の繰り返し数のときの試験データについても同様に、有効応力拡大係数範囲ΔＫ_ｅｆｆを算出した。そして、本発明者らは、図５に示すように、疲労き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）と有効応力拡大係数範囲（ΔＫ_ｅｆｆ）との関係を示すグラフを作成した。なお、図５には、比較のために、応力比Ｒが０．０５および０．７のときの疲労き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）と応力拡大係数範囲（ΔＫ）との関係（図２に示したデータ）を示している。

【0024】

図５に示すように、上記の方法によって算出した有効応力拡大係数範囲ΔＫ_ｅｆｆは、応力比Ｒが０．７のときの応力拡大係数範囲ΔＫよりもかなり小さいことがわかる。図示は省略するが、ずれ値Ｃ_offsetが４％となるときの試験力を開口点における試験力として、同様の方法によって有効応力拡大係数範囲ΔＫ_ｅｆｆを算出した際にも同様の傾向が見られた。

【0025】

ここで、一般に、き裂が完全開口状態となる高応力比の試験では、最小試験力Ｐ_ｍｉｎと開口試験力Ｐ_ＯＰとが一致する。このため、高応力比（例えば、Ｒ＝０．７）の試験で算出された応力拡大係数範囲ΔＫの下限界値（下限界応力拡大係数範囲ΔＫ_ｔｈ）は、応力比が０．０５の試験における有効応力拡大係数範囲ΔＫ_ｅｆｆの下限界値（下限界応力拡大係数範囲ΔＫ_{ｅｆｆ,ｔｈ}）に近い値になると考えられる。しかしながら、図５に示したように、上記の方法によって算出した応力比が０．０５の試験における有効応力拡大係数範囲ΔＫ_ｅｆｆは、応力比が０．７のときの応力拡大係数範囲ΔＫよりもかなり小さい値になった。このことから、上記の方法では、開口点を適切に評価できていないおそれがあると考えられる。

【0026】

そこで、本発明者らは、上記の方法によって算出した有効応力拡大係数範囲ΔＫ_ｅｆｆと、応力比が０．７のときの応力拡大係数範囲ΔＫとの間に大きな差が生じた理由について詳細な検討を行った。この検討において、本発明者らは、疲労き裂進展試験における繰り返し数の違いがき裂開口変位に与える影響に注目した。以下、具体的に説明する。

【0027】

図６は、疲労き裂進展試験における負荷の繰り返し数が９．１６×１０^３回のときの除荷時のデータから作成した試験力とずれ値Ｃ_offsetとの関係線を示す図である。図４に示す関係線（繰り返し数が８．７０×１０^６回のときのデータ）と図６に示す関係線とを比較すると、ずれ値Ｃ_offsetの最大値に大きな差があることが分かる。図示は省略するが、疲労き裂進展試験における負荷の繰り返し数が１．４６×１０^５回のときの除荷時のデータから作成した試験力とずれ値Ｃ_offsetとの関係線においても、ずれ値Ｃ_offsetの最大値は、図４に示す関係線のずれ値Ｃ_offsetの最大値よりも大幅に小さかった。このように、本発明者らの検討により、疲労き裂進展試験における負荷の繰り返し数によって、ずれ値Ｃ_offsetの発生状況に差が生じることが分かった。

【0028】

本発明者らは、上記のようなずれ値Ｃ_offsetの発生状況の違いが、開口点を適切に評価できない要因ではないかと考えた。具体的には、本発明者らは、疲労き裂進展試験における負荷の繰り返し数によってずれ値Ｃ_offsetの発生状況に差が生じているのにも関わらず、この差を考慮せずに同じ基準で開口点を判定（ずれ値Ｃ_offsetが１％、２％または４％となるときの試験力を開口試験力と判定）しても、開口点を適切に評価できないのではないかと考えた。

【0029】

そこで、本発明者らは、ずれ値Ｃ_offsetの発生状況に応じた基準で開口点を判定することを試みた。具体的には、試験力とずれ値Ｃ_offsetとの関係線において、ずれ値の最大値に対して予め設定された割合のずれ値（今回の検討では、ずれ値の最大値の１／３のずれ値）となるときの試験力を開口試験力と判定した（第１の判定基準）。そして、本発明者らは、応力比が０．０５の試験における有効応力拡大係数範囲ΔＫ_ｅｆｆを、上記の判定基準で判定した開口試験力に基づいて算出した。その結果、応力比が０．０５の試験における有効応力拡大係数範囲ΔＫ_ｅｆｆの下限界値ΔＫ_{ｅｆｆ,ｔｈ}は、応力比が０．７の試験で算出された応力拡大係数範囲ΔＫの下限界値ΔＫ_ｔｈと同等の値になった。

【0030】

また、本発明者らは、試験力とずれ値Ｃ_offsetとの関係において、ずれ値Ｃ_offset,i（ｉ＝１～ｎ）の中央値に対応する試験力を開口試験力と判定して（第２の判定基準）、応力比が０．０５の試験における有効応力拡大係数範囲ΔＫ_ｅｆｆを算出した。この場合も、応力比が０．０５の試験における有効応力拡大係数範囲ΔＫ_ｅｆｆの下限界値ΔＫ_{ｅｆｆ,ｔｈ}は、応力比が０．７の試験で算出された応力拡大係数範囲ΔＫの下限界値ΔＫ_ｔｈと同等の値になった。

【0031】

以上の結果から、ずれ値の最大値に対して予め設定された割合のずれ値となるときの試験力（第１の判定基準）、またはずれ値Ｃ_offset,i（ｉ＝１～ｎ）の中央値に対応する試験力（第２の判定基準）を開口試験力と判定することによって、ずれ値Ｃ_offsetの発生状況の差異に関わらず、開口点を適切に評価できることが分かった。

【0032】

なお、ずれ値の最大値に対する開口試験力となるときのずれ値の「割合」については、金属材料の種類（例えば、合金成分等に応じて分類された種類）ごとに予め実験により求めることができる。例えば、複数種の金属材料について任意の応力比（例えば、応力比Ｒ＝０．０５またはＲ＝０．５）および高応力比（例えば、応力比Ｒ＝０．７）で疲労き裂進展試験を行い、金属材料ごとに、上記任意の応力比の試験で得られる有効応力拡大係数範囲ΔＫ_ｅｆｆが、これと対応するき裂進展速度における高応力比の試験で得られる応力拡大係数範囲ΔＫに略等しくなるような「ずれ値の割合」を求めておけばよい。なお、高応力比の疲労き裂進展試験は、き裂が停留するまで長期間継続させる必要はなく、「ずれ値の割合」が求められる程度の限定された範囲で実施すればよい。

【0033】

開口試験力を判定するに際しては、第１の判定基準および第２の判定基準のいずれの判定基準を用いてもよい。なお、複数種の金属材料について任意の応力比（例えば、応力比Ｒ＝０．０５またはＲ＝０．５）および高応力比（例えば、応力比Ｒ＝０．７）で疲労き裂進展試験を行い、金属材料ごとに、上記任意の応力比の試験で得られる有効応力拡大係数範囲ΔＫ_ｅｆｆが、これと対応するき裂進展速度における高応力比の試験で得られる応力拡大係数範囲ΔＫにより近くなる判定基準が、第１および第２の判定基準のうちのどちらであるのかを求めておくことが好ましい。

【0034】

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、下記の評価装置、評価方法およびプログラムを要旨とする。

【0035】

（１）疲労き裂進展試験において試験片に複数回負荷された試験力および前記試験片の所定部位の変位に関する数値を含む試験情報のうち、前記試験片に対して任意の回数目の前記試験力が負荷されたときの前記試験力と前記変位に関する数値との第１関係を取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記第１関係に基づいて、前記試験片のき裂が開口している期間内の前記試験力の第１範囲における前記変位に関する数値の変化から前記試験片の基準コンプライアンスを算出する第１算出部と、
前記取得部が取得した前記第１関係に基づいて、前記試験片に対して任意の回数目の前記試験力が負荷されたときの最大試験力および最小試験力の間から前記試験力の複数の第２範囲を抽出し、抽出した前記複数の第２範囲それぞれについて、前記変位に関する数値の変化から部分コンプライアンスを算出する第２算出部と、
前記第２算出部が算出した複数の前記部分コンプライアンスそれぞれについて、前記第１算出部が算出した前記基準コンプライアンスに対するずれの割合を示すずれ値を算出する第３算出部と、
前記第３算出部が前記部分コンプライアンスごとに算出した前記ずれ値と前記試験力との第２関係を生成し、前記第２関係において、前記ずれ値の最大値に対して予め設定された割合のずれ値となるときの前記試験力を、または前記第２関係において、前記ずれ値の中央値に対応する前記試験力を、き裂の開口点に対応する開口試験力と判定する開口点判定部と、を備える、開口点の評価装置。

【0036】

（２）前記第１算出部は、前記疲労き裂進展試験における応力比に応じて前記第１範囲を決定し、
前記第２算出部は、前記応力比に応じて前記複数の第２範囲を決定する、上記（１）に記載の評価装置。

【0037】

（３）前記開口点判定部は、前記取得部が取得した前記第１関係に基づいて、前記第１範囲よりも広くかつ最小値が前記第１範囲の最小値よりも小さい前記試験力の第３範囲における前記変位に関する数値の変化から比較コンプライアンスを算出し、前記比較コンプライアンスが前記基準コンプライアンスよりも大きい場合、前記第２関係において前記ずれ値の最大値に対して予め設定された割合のずれ値となるときの前記試験力または前記第２関係において前記ずれ値の中央値に対応する前記試験力ではなく、前記最小試験力を前記開口試験力と判定する、上記（１）または（２）に記載の評価装置。

【0038】

（４）前記開口点判定部は、前記第２関係において前記ずれ値の最大値に対して予め設定された割合のずれ値となるときの前記試験力を前記最大試験力で除算して得られる値が予め設定されたしきい値を超える場合、前記第２関係において前記ずれ値の最大値に対して予め設定された割合のずれ値となるときの前記試験力または前記第２関係において前記ずれ値の中央値に対応する前記試験力ではなく、前記最小試験力を前記開口試験力と判定する、上記（１）から（３）のいずれかに記載の評価装置。

【0039】

（５）前記第１関係は、除荷時における前記試験力と前記変位に関する数値との関係を示す、上記（１）から（４）のいずれかに記載の評価装置。

【0040】

（６）前記試験片は、ＣＴ試験片であり、前記所定部位の変位に関する数値は、き裂開口変位または前記試験片の背面のひずみである、上記（１）から（５）のいずれかに記載の評価装置。

【0041】

（７）前記第２算出部は、前記試験力の大小関係において隣り合う前記第２範囲の一部が重複するように、前記複数の第２範囲を抽出する、上記（１）から（６）のいずれかに記載の評価装置。

【0042】

（８）前記予め設定された割合は、疲労き裂進展試験の試験条件に応じて設定されている、上記（１）から（７）のいずれかに記載の評価装置。

【0043】

（９）前記開口点判定部によって判定された開口試験力に基づいて、有効応力拡大係数範囲を算出する第４算出部をさらに備える、上記（１）から（８）のいずれかに記載の評価装置。

【0044】

（１０）疲労き裂進展試験における試験片のき裂の開口点をコンピュータによって評価する方法であって、
（ａ）疲労き裂進展試験において試験片に複数回負荷された試験力および前記試験片の所定部位の変位に関する数値を含む試験情報のうち、前記試験片に対して任意の回数目の前記試験力が負荷されたときの前記試験力と前記変位に関する数値との第１関係を取得するステップと、
（ｂ）前記（ａ）のステップで取得した前記第１関係に基づいて、前記試験片のき裂が開口している期間内の前記試験力の第１範囲における前記変位に関する数値の変化から前記試験片の基準コンプライアンスを算出するステップと、
（ｃ）前記（ａ）のステップで取得した前記第１関係に基づいて、前記試験片に対して任意の回数目の前記試験力が負荷されたときの最大試験力および最小試験力の間から前記試験力の複数の第２範囲を抽出し、抽出した前記複数の第２範囲それぞれについて、前記変位に関する数値の変化から部分コンプライアンスを算出するステップと、
（ｄ）前記（ｃ）のステップで算出した複数の前記部分コンプライアンスそれぞれについて、前記（ｂ）のステップで算出した前記基準コンプライアンスに対するずれの割合を示すずれ値を算出するステップと、
（ｅ）前記（ｄ）のステップで前記部分コンプライアンスごとに算出した前記ずれ値と前記試験力との第２関係を生成し、前記第２関係において、前記ずれ値の最大値に対して予め設定された割合のずれ値となるときの前記試験力を、または前記第２関係において、前記ずれ値の中央値に対応する前記試験力を、き裂の開口点に対応する開口試験力と判定するステップと、
を備える、開口点の評価方法。

【0045】

（１１）前記（ｂ）のステップでは、前記疲労き裂進展試験における応力比に応じて前記第１範囲を決定し、
前記（ｃ）のステップでは、前記応力比に応じて前記複数の第２範囲を決定する、上記（１０）に記載の評価方法。

【0046】

（１２）前記（ｅ）のステップでは、前記（ａ）のステップで取得した前記第１関係に基づいて、前記第１範囲よりも広くかつ最小値が前記第１範囲の最小値よりも小さい前記試験力の第３範囲における前記変位に関する数値の変化から比較コンプライアンスを算出し、前記比較コンプライアンスが前記基準コンプライアンスよりも大きい場合、前記第２関係において前記ずれ値の最大値に対して予め設定された割合のずれ値となるときの前記試験力または前記第２関係において前記ずれ値の中央値に対応する前記試験力ではなく、前記最小試験力を前記開口試験力と判定する、上記（１０）または（１１）に記載の評価方法。

【0047】

（１３）前記（ｅ）のステップでは、前記第２関係において前記ずれ値の最大値に対して予め設定された割合のずれ値となるときの前記試験力を前記最大試験力で除算して得られる値が予め設定されたしきい値を超える場合、前記第２関係において前記ずれ値の最大値に対して予め設定された割合のずれ値となるときの前記試験力または前記第２関係において前記ずれ値の中央値に対応する前記試験力ではなく、前記最小試験力を前記開口試験力と判定する、上記（１０）から（１２）のいずれかに記載の評価方法。

【0048】

（１４）前記第１関係は、除荷時における前記試験力と前記変位に関する数値との関係を示す、上記（１０）から（１３）のいずれかに記載の評価方法。

【0049】

（１５）前記試験片は、ＣＴ試験片であり、前記所定部位の変位に関する数値は、き裂開口変位または前記試験片の背面のひずみである、上記（１０）から（１４）のいずれかに記載の評価方法。

【0050】

（１６）前記（ｃ）のステップでは、前記試験力の大小関係において隣り合う前記第２範囲の一部が重複するように、前記複数の第２範囲を抽出する、上記（１０）から（１５）のいずれかに記載の評価方法。

【0051】

（１７）前記予め設定された割合は、疲労き裂進展試験の試験条件に応じて設定されている、上記（１０）から（１６）のいずれかに記載の評価方法。

【0052】

（１８）（ｆ）前記（ｅ）のステップで判定された開口試験力に基づいて、有効応力拡大係数範囲を算出するステップをさらに備える、上記（１０）から（１７）のいずれかに記載の評価方法。

【0053】

（１９）上記（１０）から（１８）のいずれかに記載の評価方法をコンピュータに実行させるプログラム。

【発明の効果】

【0054】

本発明によれば、疲労き裂進展試験の試験情報に基づいてき裂の開口点を評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【0055】

【図1】図１は、疲労き裂進展試験において用いられる試験片を示す図である。

【図2】図２は、疲労き裂進展速度と応力拡大係数範囲との関係を示すグラフである。

【図3】図３は、除荷時の試験力とき裂開口変位との関係を示す図である。

【図4】図４は、試験力とずれ値（部分コンプライアンスの基準コンプライアンスからのずれ）との関係線を示す図である。

【図5】図５は、疲労き裂進展速度と有効応力拡大係数範囲（ΔＫ_ｅｆｆ）との関係を示すグラフである。

【図6】図６は、試験力とずれ値（部分コンプライアンスの基準コンプライアンスからのずれ）との関係線を示す図である。

【図7】図７は、本発明の実施の形態に係る評価装置の概略構成を示すブロック図である。

【図8】図８は、第２関係の一例を示す図である。

【図9】図９は、本発明の一実施形態に係る評価装置の構成を具体的に示すブロック図である。

【図10】図１０は、本実施形態に係る評価装置の動作を示すフロー図である。

【図11】図１１は、本発明の一実施形態に係る評価装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0056】

［装置構成］
図７は、本発明の実施の形態に係る評価装置の概略構成を示すブロック図である。図７に示すように、本実施形態に係る評価装置１０は、取得部１２と、第１算出部１４と、第２算出部１６と、第３算出部１８と、開口点判定部２０とを備えている。以下においては、試験片として、上述の試験片１００を用いて疲労き裂進展試験を行う場合について説明する。なお、疲労き裂進展試験は、例えば、ＡＳＴＭ Ｅ６４７に従って行えばよい。また、疲労き裂進展試験は、応力拡大係数漸減試験（荷重漸減試験）であってもよく、応力拡大係数漸増試験（荷重範囲一定試験）であってもよい。

【0057】

取得部１２は、疲労き裂進展試験において試験片１００に複数回負荷された試験力および試験片１００の所定部位の変位に関する数値を含む試験情報のうち、試験片１００に対して任意の回数目の試験力が負荷されたときの試験力と変位に関する数値との関係（以下、第１関係と記載する。）を取得する。

【0058】

本実施形態では、試験情報の試験片１００の所定部位の変位に関する数値とは、切欠き１００ａに取り付けられたクリップゲージによって測定されるき裂開口変位である。したがって、本実施形態においては、試験情報には、試験片１００に繰り返し負荷された試験力と、当該試験力が負荷されたときのき裂開口変位との関係が含まれる。また、本実施形態においては、第１関係は、例えば、図３に示したような、疲労き裂進展試験において任意の回数目の試験力が負荷されたときの、除荷時の試験力とき裂開口変位との関係である。

【0059】

本実施形態では、取得部１２は、例えば、外部機器から試験情報を取得し、取得した試験情報から、試験力の繰り返し数ごとに第１関係を抽出してもよい。また、取得部１２は、例えば、外部機器において試験力の繰り返し数ごとに作成された第１関係を取得してもよい。

【0060】

第１算出部１４は、取得部１２が取得した第１関係に基づいて、試験片１００のき裂１００ｂが開口している期間内の試験力の第１範囲におけるき裂開口変位（変位に関する数値）の変化から、試験片１００の基準コンプライアンスＣ_Ｂを算出する。本実施形態では、例えば、最大試験力Ｐ_ｍａｘと最小試験力Ｐ_ｍｉｎとの差を試験力範囲ΔＰとして、（０．７ΔＰ＋Ｐ_ｍｉｎ）～（０．９５ΔＰ＋Ｐ_ｍｉｎ）の試験力の範囲が、第１範囲に設定される。図３に示した例では、範囲Ａが第１範囲に相当する。なお、第１範囲の設定方法はこの例に限定されず、き裂１００ｂが開口していると考えられる試験力の範囲を第１範囲として設定することができる。第１範囲の他の設定例については、後述する。

【0061】

また、本実施形態においてコンプライアンスとは、試験力の変化量に対するき裂開口変位の変化量の割合を意味する。したがって、基準コンプライアンスＣ_Ｂとは、第１範囲における試験力の変化量に対するき裂開口変位の変化量の割合を意味する。コンプライアンスは、例えば、き裂開口変位と試験力との関係を示す曲線を線形近似することによって算出してもよく、き裂開口変位の変化量を試験力の変化量で除することによって算出してもよい。

【0062】

第２算出部１６は、取得部１２が取得した第１関係に基づいて、試験片１００に対して任意の回数目の試験力が負荷されたときの最大試験力Ｐ_ｍａｘおよび最小試験力Ｐ_ｍｉｎの間から試験力の複数の第２範囲ａ_i（ｉ＝１～ｎ）を抽出する。図３に示した例では、範囲ａ_１、ａ_２、ａ_３、・・・ａ_２０がそれぞれ第２範囲に相当する。

【0063】

本実施形態では、複数の第２範囲ａ_iの大きさは、互いに等しい。第２範囲ａ_iの大きさは、例えば、試験力範囲ΔＰの０．１倍の大きさに設定される。また、本実施形態では、例えば、試験力が最も高い側の第２範囲ａ_i（図３に示した例では、範囲ａ_１）の最大値が、最大試験力Ｐ_ｍａｘの０．９５倍以上の値となるように、複数の第２範囲ａ_iが抽出される。また、本実施形態では、例えば、試験力が最も低い側の第２範囲ａ_i（図３に示した例では、範囲ａ_２０）の最小値と最小試験力Ｐ_ｍｉｎとの差が第２範囲ａ_i未満の大きさとなるように、複数の第２範囲ａ_iが抽出される。

【0064】

また、本実施形態では、第２算出部１６は、例えば、試験力の大小関係において隣り合う第２範囲ａ_iの一部が重複するように、複数の第２範囲ａ_iを抽出する。本実施形態では、例えば、試験力の大小関係において隣り合う第２範囲ａ_i同士が、第２範囲ａ_iの半分の大きさ分重複するように、複数の第２範囲ａ_iが抽出される。

【0065】

なお、第２範囲の設定方法は上述の例に限定されず、試験条件に応じて第２範囲を設定してもよい。第２範囲の他の設定例については、後述する。

【0066】

第２算出部１６は、抽出した複数の第２範囲ａ_iそれぞれについて、き裂開口変位（変位に関する数値）の変化から部分コンプライアンスＣ_ｉ（ｉ＝１～ｎ）を算出する。本実施形態において部分コンプライアンスＣ_ｉとは、第２範囲ａ_iにおける試験力の変化量に対するき裂開口変位の変化量の割合を意味する。

【0067】

第３算出部１８は、第２算出部１６が算出した複数の部分コンプライアンスＣ_ｉそれぞれについて、第１算出部１４が算出した基準コンプライアンスＣ_Ｂに対するずれの割合を示すずれ値Ｃ_offset,i（ｉ＝１～ｎ）を算出する。本実施形態では、第３算出部１８は、下記式（１）に基づいて、ずれ値Ｃ_offset,iを算出する。
Ｃ_offset,i＝（Ｃ_Ｂ－Ｃ_ｉ）／Ｃ_Ｂ ・・・ （１）

【0068】

開口点判定部２０は、第３算出部１８が部分コンプライアンスＣ_ｉごとに算出したずれ値Ｃ_offset,iと試験力との関係（以下、第２関係と記載する。）を生成する。図８に、試験力とずれ値Ｃ_offsetとの第２関係の一例を示す。

【0069】

本実施形態では、開口点判定部２０は、一方の軸をずれ値Ｃ_offsetとし、他方の軸を試験力Ｐとする座標上に、各部分コンプライアンスＣ_ｉに対応するずれ値Ｃ_offset,iおよび試験力Ｐ_ｉ（範囲ａ_iの中間値。ｉ＝１～ｎ）を示す点をプロットする。また、開口点判定部２０は、上記のようにしてプロットした複数の点のうち、試験力の大小関係において隣り合う点を直線で結ぶ。本実施形態では、第２関係は、上記のようにして生成された複数の線分の集合を意味する。

【0070】

なお、図８に示す例では、部分コンプライアンスＣ_１９のずれ値Ｃ_offset,19がずれ値の最大値Ｃ_offset,maxである。部分コンプライアンスＣ_１９は、試験力が高い側から数えて１９番目の第２範囲ａ_１９における試験力の変化量に対するき裂開口変位の変化量の割合である。

【0071】

図８を参照して、開口点判定部２０は、上記のようにして生成した第２関係において、ずれ値の最大値Ｃ_offset,maxに対して予め設定された割合のずれ値Ｃ_offset,thとなるときの試験力を、き裂１００ｂの開口点に対応する開口試験力Ｐ_ＯＰと判定する。以下、具体的に説明する。なお、図８の例では、ずれ値Ｃ_offset,thは、ずれ値の最大値Ｃ_offset,maxの１／３の値に設定されている。

【0072】

本実施形態では、開口点判定部２０は、例えば、以下の条件に従って開口試験力Ｐ_ＯＰを判定する。図８を参照して、第２関係に含まれる複数の線分のうち、ずれ値Ｃ_offset,thよりも小さいずれ値に対応する点（以下、第１点と記載する。）とずれ値Ｃ_offset,thよりも大きいずれ値に対応する点（以下、第２点と記載する。）とを結び、かつ第１点に対応する試験力が第２点に対応する試験力よりも大きい線分を対象線分とする。図８の例では、線分Ｌ_８、Ｌ_１３、Ｌ_１７が対象線分となる。対象線分Ｌ_８、Ｌ_１３、Ｌ_１７のうち、最も低い試験力に対応する対象線分Ｌ_１７においてずれ値Ｃ_offset,thとなるときの試験力を、開口試験力Ｐ_ＯＰとする。

【0073】

なお、開口点判定部２０が行う処理は、上記の条件にそのまま従った処理である必要はない。具体的には、開口点判定部２０は、上記の条件に従って判定した場合に開口試験力Ｐ_ＯＰと判定される試験力を、第２関係およびずれ値Ｃ_offset,thに基づいて算出すればよい。したがって、開口点判定部２０が実行する処理としては、第２関係として実際に複数の線分を作成する必要は無く、複数の線分に対応する１次関数の集合体を第２関係として、この第２関係およびずれ値Ｃ_offset,thに基づいて開口試験力Ｐ_ＯＰを算出してもよい。

【0074】

以上のように、本実施形態に係る評価装置１０によれば、疲労き裂進展試験において得られる試験情報から、き裂の開口点を評価することができる。また、本実施形態では、開口点を判定するために用いられるずれ値Ｃ_offset,thは、ずれ値の最大値Ｃ_offset,maxに対して予め設定された割合の大きさに設定されている。これにより、疲労き裂進展試験における負荷の繰り返し数によってずれ値Ｃ_offsetの発生状況（より具体的には、ずれ値の最大値Ｃ_offset,max）に差が生じても、ずれ値Ｃ_offsetの発生状況に応じた基準で開口点を判定することができる。その結果、開口点を適切に評価することができる。

【0075】

次に、評価装置１０の具体的な構成について説明する。図９は、本発明の一実施形態に係る評価装置１０の構成を具体的に示すブロック図である。

【0076】

図９に示すように、評価装置１０は、上述の取得部１２、第１算出部１４、第２算出部１６、第３算出部１８、および開口点判定部２０に加えてさらに、記憶部２２および第４算出部２４を備えている。以下、記憶部２２について説明した後、取得部１２等の動作を説明する。なお、取得部１２、第１算出部１４、第２算出部１６、第３算出部１８および開口点判定部２０に関して、上述の実施形態の動作と同様の動作については簡単に説明する。

【0077】

記憶部２２には、第１範囲、第２範囲の大きさ、および開口点を判定するために用いられるずれ値Ｃ_offset,thを設定するための割合が、試験条件に応じて記憶されている。本実施形態では、試験条件には、疲労き裂進展試験における応力比および試験対象となる金属材料の種類が含まれる。まず、記憶部２２に記憶される第１範囲および記憶部２２に記憶される第２範囲の大きさについて説明する。

【0078】

疲労き裂進展試験における応力比が大きいほど、試験力の変化量は小さくなる。このため、評価精度を向上させるためには、応力比が大きい試験では、応力比が小さい試験に比べて、試験力範囲ΔＰに対する第１範囲および第２範囲の割合を大きくすることが好ましい。そこで、本実施形態では、応力比に応じて、第１範囲および第２範囲が設定される。

【0079】

具体的には、第１範囲は、例えば、以下のように設定される。以下において、Ｒは応力比を示し、Ｐ_ｍａｘは任意の繰り返し数における最大試験力を示し、Ｐ_ｍｉｎは任意の繰り返し数における最小試験力を示し、ΔＰは試験力範囲（最大試験力と最小試験力との差）を示す。なお、以下に説明する第１範囲および第２範囲は単なる一例であり、種々の金属材料について疲労き裂進展試験を行い、金属材料の種類ごとに、開口点を適切に評価できる第１範囲および第２範囲を設定すればよい。

【0080】

（第１範囲）
Ｒ＜０，Ｒ＝０～０．１：（０．７０ΔＰ＋Ｐ_ｍｉｎ）～（０．９５ΔＰ＋Ｐ_ｍｉｎ）
０．１＜Ｒ＜０．３：（０．６５ΔＰ＋Ｐ_ｍｉｎ）～（０．９５ΔＰ＋Ｐ_ｍｉｎ）
０．３≦Ｒ＜０．５：（０．６０ΔＰ＋Ｐ_ｍｉｎ）～（０．９５ΔＰ＋Ｐ_ｍｉｎ）
Ｒ＝０．５：（０．５５ΔＰ＋Ｐ_ｍｉｎ）～（０．９５ΔＰ＋Ｐ_ｍｉｎ）
０．５＜Ｒ＜０．７：（０．５０ΔＰ＋Ｐ_ｍｉｎ）～（０．９５ΔＰ＋Ｐ_ｍｉｎ）
０．７≦Ｒ：（０．４５ΔＰ＋Ｐ_ｍｉｎ）～（０．９５ΔＰ＋Ｐ_ｍｉｎ）

【0081】

また、第２範囲の大きさは、例えば、以下のように設定される。

【0082】

（第２範囲の大きさ）
Ｒ＜０，Ｒ＝０～０．１：０．１０ΔＰ
０．１＜Ｒ＜０．３：０．１３ΔＰ
０．３≦Ｒ＜０．５：０．１５ΔＰ
Ｒ＝０．５：０．１７ΔＰ
０．５＜Ｒ＜０．７：０．１９ΔＰ
０．７≦Ｒ：０．２０ΔＰ

【0083】

次に、開口点を判定するために用いられるずれ値Ｃ_offset,thを設定するための割合について説明する。本実施形態では、例えば、複数種の金属材料について任意の応力比（例えば、応力比Ｒ＝０．０５またはＲ＝０．５）および高応力比（例えば、応力比Ｒ＝０．７）で疲労き裂進展試験を行う。そして、金属材料の種類ごとに、上記任意の応力比の試験で得られる有効応力拡大係数範囲ΔＫ_ｅｆｆが、これと対応するき裂進展速度における高応力比の試験で得られる応力拡大係数範囲ΔＫに略等しくなるような「ずれ値の割合」を求めておく。本実施形態では、記憶部２２には、上記のようにして求めた「ずれ値の割合」が金属材料の種類ごとに記憶されている。なお、高応力比の疲労き裂進展試験は、き裂が停留するまで長期間継続させる必要はなく、「ずれ値の割合」が求められる程度の限定された範囲で実施すればよい。

【0084】

取得部１２は、上述の実施形態と同様に、第１関係を取得する。第１算出部１４は、上述の実施形態と同様に、試験片１００の基準コンプライアンスＣ_Ｂを算出する。なお、本実施形態では、第１算出部１４には、試験条件として、疲労き裂進展試験の応力比が与えられる。本実施形態では、例えば、評価装置１０のユーザが、図示しない入力部を操作することによって応力比を入力する。第１算出部１４は、与えられた応力比に対応する第１範囲を、記憶部２２に記憶された複数の第１範囲のなかから選択し、選択した第１範囲に基づいて基準コンプライアンスＣ_Ｂを算出する。

【0085】

第２算出部１６は、上述の実施形態と同様に、複数の第２範囲ａ_i（ｉ＝１～ｎ）を抽出するとともに、各第２範囲ａ_iについて部分コンプライアンスＣ_ｉ（ｉ＝１～ｎ）を算出する。なお、本実施形態では、第１算出部１４と同様に、第２算出部１６にも疲労き裂進展試験の応力比が与えられる。第２算出部１６は、与えられた応力比に対応する第２範囲の大きさを、記憶部２２に記憶された複数の第２範囲の大きさのなかから選択し、選択した第２範囲の大きさに基づいて複数の第２範囲ａ_iを抽出する。

【0086】

第３算出部１８は、上述の実施形態と同様に、各部分コンプライアンスＣ_ｉについて、基準コンプライアンスＣ_Ｂに対するずれの割合を示すずれ値Ｃ_offset,i（ｉ＝１～ｎ）を算出する。

【0087】

開口点判定部２０は、上述の実施形態と同様に、第２関係を生成し、生成した第２関係から、開口試験力Ｐ_ＯＰを判定する。なお、本実施形態では、開口点判定部２０には、試験条件として、試験片１００の金属材料の種類が与えられる。本実施形態では、例えば、評価装置１０のユーザが、図示しない入力部を操作することによって金属材料の種類を入力する。開口点判定部２０は、記憶部２２に記憶されたずれ値Ｃ_offset,thを設定するための複数の割合のなかから、与えられた金属材料の種類に対応する割合を選択し、選択した割合に基づいて、ずれ値Ｃ_offset,thを算出する。開口点判定部２０は、このようにして算出したずれ値Ｃ_offset,thに基づいて、開口試験力Ｐ_ＯＰを判定する。なお、詳細な説明は省略するが、金属材料の種類以外の試験条件（例えば、応力比等）も考慮して、試験条件に応じた「割合」が設定されてもよい。

【0088】

また、本実施形態では、開口点判定部２０は、取得部１２が取得した第１関係に基づいて、第１範囲よりも広くかつ最小値が第１範囲の最小値よりも小さい試験力の第３範囲におけるき裂開口変位（変位に関する数値）の変化から比較コンプライアンスＣ_Ｃを算出する。以下、具体的に説明する。

【0089】

本実施形態では、第１算出部１４および第２算出部１６と同様に、開口点判定部２０にも疲労き裂進展試験の応力比が与えられる。開口点判定部２０は、与えられた応力比に対応する第３範囲を設定し、比較コンプライアンスＣ_Ｃを算出する。本実施形態では、応力比に応じた第３範囲は、記憶部２２に予め記憶されている。開口点判定部２０は、与えられた応力比に対応する第３範囲を、記憶部２２に記憶された複数の第３範囲のなかから選択し、選択した第３範囲に基づいて比較コンプライアンスＣ_Ｃを算出する。第３範囲は、例えば、応力比に応じて以下のように設定される。

【0090】

（第３範囲）
０≦Ｒ：Ｐ_ｍｉｎ～（０．９５ΔＰ＋Ｐ_ｍｉｎ）
Ｒ＜０：０～０．９５Ｐ_ｍａｘ

【0091】

なお、応力比が０以上の疲労き裂進展試験において、最大試験力Ｐ_ｍａｘから最小試験力Ｐ_ｍｉｎまで試験力が除荷される間にき裂先端が閉口するのであれば、比較コンプライアンスＣ_Ｃは、基準コンプライアンスＣ_Ｂ以下になると考えられる。したがって、本実施形態では、応力比が０以上の疲労き裂進展試験において、比較コンプライアンスＣ_Ｃが基準コンプライアンスＣ_Ｂよりも大きい場合には、き裂１００ｂが完全開口状態になっているとみなし、ずれ値Ｃ_offset,thを用いて開口試験力Ｐ_ＯＰを判定するのではなく、最小試験力Ｐ_ｍｉｎを開口試験力Ｐ_ＯＰと判定する。

【0092】

また、応力比が０未満の疲労き裂進展試験において、最大試験力Ｐ_ｍａｘから０（ｋＮ）まで試験力が除荷される間にき裂先端が閉口するのであれば、比較コンプライアンスＣ_Ｃは、基準コンプライアンスＣ_Ｂ以下になると考えられる。したがって、本実施形態では、応力比が０未満の疲労き裂進展試験において、比較コンプライアンスＣ_Ｃが基準コンプライアンスＣ_Ｂよりも大きい場合には、最大試験力Ｐ_ｍａｘから０（ｋＮ）までの試験力の範囲においてき裂１００ｂが完全開口状態になっているとみなし、ずれ値Ｃ_offset,thを用いて開口試験力Ｐ_ＯＰを判定するのではなく、０（ｋＮ）を開口試験力Ｐ_ＯＰと判定する。

【0093】

また、本実施形態では、開口点判定部２０は、第２関係においてずれ値Ｃ_offset,thとなるときの試験力を最大試験力Ｐ_ｍａｘで除算して得られる値が、予め設定されたしきい値を超えるか否かを判別する。本実施形態では、応力比に応じたしきい値が、記憶部２２に予め記憶されている。開口点判定部２０は、与えられた応力比に対応するしきい値を、記憶部２２に記憶された複数のしきい値のなかから選択し、選択したしきい値に基づいて、上記の判別を行う。しきい値は、例えば、応力比に応じて以下のように設定される。

【0094】

（しきい値）
Ｒ≦０．１：０．７０
０．１＜Ｒ＜０．３：０．７５
０．３≦Ｒ＜０．５：０．８０
Ｒ＝０．５：０．８５
０．５＜Ｒ＜０．７：０．８７
０．７≦Ｒ：０．９０

【0095】

なお、これまでの発明者らの経験により、応力比が０以上の疲労き裂進展試験において、最大試験力Ｐ_ｍａｘから最小試験力Ｐ_ｍｉｎまで試験力が除荷される間にき裂先端が閉口するのであれば、第２関係においてずれ値Ｃ_offset,thとなるときの試験力を最大試験力Ｐ_ｍａｘで除算して得られる値は、上記のしきい値以下になると考えられる。したがって、本実施形態では、応力比が０以上の疲労き裂進展試験で得られた第２関係において、ずれ値Ｃ_offset,thとなるときの試験力を最大試験力Ｐ_ｍａｘで除算して得られる値が上記のしきい値を超える場合には、き裂１００ｂが完全開口状態になっているとみなし、ずれ値Ｃ_offset,thを用いて開口試験力Ｐ_ＯＰを判定するのではなく、最小試験力Ｐ_ｍｉｎを開口試験力Ｐ_ＯＰと判定する。

【0096】

また、これまでの発明者らの経験により、応力比が０未満の疲労き裂進展試験において、最大試験力Ｐ_ｍａｘから０（ｋＮ）まで試験力が除荷される間にき裂先端が閉口するのであれば、第２関係においてずれ値Ｃ_offset,thとなるときの試験力を最大試験力Ｐ_ｍａｘで除算して得られる値は、上記のしきい値以下になると考えられる。したがって、本実施形態では、応力比が０未満の疲労き裂進展試験で得られた第２関係において、ずれ値Ｃ_offset,thとなるときの試験力を最大試験力Ｐ_ｍａｘで除算して得られる値が上記のしきい値を超える場合には、最大試験力Ｐ_ｍａｘから０（ｋＮ）までの試験力の範囲においてき裂１００ｂが完全開口状態になっているとみなし、ずれ値Ｃ_offset,thを用いて開口試験力Ｐ_ＯＰを判定するのではなく、０（ｋＮ）を開口試験力Ｐ_ＯＰと判定する。

【0097】

また、本実施形態では、第３算出部１８が算出したずれ値Ｃ_offset,i（ｉ＝１～ｎ）の全てが負の値である場合、開口点判定部２０は、き裂１００ｂが完全開口状態になっていると判定する。この場合、開口点判定部２０は、応力比が０以上の疲労き裂進展試験では、最小試験力Ｐ_ｍｉｎを開口試験力Ｐ_ＯＰと判定し、応力比が０未満の疲労き裂進展試験では、０（ｋＮ）を開口試験力Ｐ_ＯＰと判定する。

【0098】

第４算出部２４は、開口点判定部２０によって判定された開口試験力Ｐ_ＯＰに基づいて、有効応力拡大係数範囲を算出する。本実施形態では、例えば、記憶部２２に試験力に基づいて応力拡大係数を算出するための数式が予め記憶されている。第４算出部２４は、記憶部２２に記憶された上記数式を用いて、開口試験力Ｐ_ＯＰおよび最大試験力Ｐ_ｍａｘに基づいて有効応力拡大係数範囲を算出する。

【0099】

以上のように、本実施形態では、試験条件に応じた基準によって、開口試験力Ｐ_ＯＰをより適切に判定することができる。

【0100】

[装置動作]
次に、本実施形態に係る評価装置１０の動作について説明する。図１０は、本実施形態に係る評価装置１０の動作を示すフロー図である。なお、本発明の一実施形態に係る評価方法は、評価装置１０を動作させることによって実施される。

【0101】

本実施形態では、まず、取得部１２が、上述したように、第１関係を取得する（ステップＳ１）。次に、第１算出部１４が、上述したように、基準コンプライアンスＣ_Ｂを算出する（ステップＳ２）。

【0102】

次に、第２算出部１６が、上述したように、複数の第２範囲ａ_iを抽出するとともに、各第２範囲ａ_iについて部分コンプライアンスＣ_ｉを算出する（ステップＳ３）。次に、第３算出部１８が、上述したように、各部分コンプライアンスＣ_ｉについてずれ値Ｃ_offset,iを算出する（ステップＳ４）。

【0103】

次に、開口点判定部２０が、上述したように、開口試験力Ｐ_ＯＰを判定する（ステップＳ５）。最後に、第４算出部２４が、上述したように、有効応力拡大係数範囲を算出する（ステップＳ６）。本実施形態では、任意の回数目の試験力が負荷されたときの第１関係が第１算出部１４によって取得されるごとに、ステップＳ２～ステップＳ６の処理が実行される。

【0104】

[プログラム]
本発明の一実施形態に係るプログラムは、コンピュータに、上述のステップＳ１～Ｓ６の処理を実行させるプログラムであればよい。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施形態に係る評価装置と評価方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのプロセッサは、取得部１２、第１算出部１４、第２算出部１６、第３算出部１８、開口点判定部２０、および第４算出部２４として機能し、処理を行なう。

【0105】

また、本実施形態では、記憶部２２は、コンピュータに備えられたハードディスク等の記憶装置に、これを構成するデータファイルを格納することによって、又はこのデータファイルが格納された記録媒体をコンピュータと接続された読取装置に搭載することによって実現されている。

【0106】

また、本実施形態に係るプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されてもよい。この場合、各コンピュータがそれぞれ、取得部１２、第１算出部１４、第２算出部１６、第３算出部１８、開口点判定部２０、および第４算出部２４として機能してもよい。

【0107】

［物理構成］
図１１は、本発明の一実施形態に係る評価装置１０を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。コンピュータ１１０は、本実施形態に係るプログラムを実行することによって、本実施形態に係る評価装置１０を実現する。

【0108】

図１１に示すように、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１と、メインメモリ１１２と、記憶装置１１３と、入力インターフェイス１１４と、表示コントローラ１１５と、データリーダ／ライタ１１６と、通信インターフェイス１１７とを備える。これらの各部は、バス１２１を介して、互いにデータ通信可能に接続される。なお、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１に加えて、又はＣＰＵ１１１に代えて、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を備えていてもよい。

【0109】

ＣＰＵ１１１は、記憶装置１１３に格納された、本実施の形態におけるプログラム（コード）をメインメモリ１１２に展開し、これらを所定順序で実行することにより、各種の演算を実施する。メインメモリ１１２は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性の記憶装置である。また、本実施の形態におけるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１２０に格納された状態で提供される。なお、本実施の形態におけるプログラムは、通信インターフェイス１１７を介して接続されたインターネット上で流通するものであってもよい。

【0110】

また、記憶装置１１３の具体例としては、ハードディスクドライブの他、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置が挙げられる。入力インターフェイス１１４は、ＣＰＵ１１１と、キーボードおよびマウスといった入力機器１１８との間のデータ伝送を仲介する。表示コントローラ１１５は、ディスプレイ装置１１９と接続され、ディスプレイ装置１１９での表示を制御する。

【0111】

データリーダ／ライタ１１６は、ＣＰＵ１１１と記録媒体１２０との間のデータ伝送を仲介し、記録媒体１２０からのプログラムの読み出し、およびコンピュータ１１０における処理結果の記録媒体１２０への書き込みを実行する。通信インターフェイス１１７は、ＣＰＵ１１１と、他のコンピュータとの間のデータ伝送を仲介する。

【0112】

また、記録媒体１２０の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash（登録商標））およびＳＤ（Secure Digital）等の汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）等の磁気記録媒体、又はＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記録媒体が挙げられる。

【0113】

なお、本実施形態に係る評価装置１０は、プログラムがインストールされたコンピュータではなく、各部に対応したハードウェアを用いることによって実現されてもよい、また、評価装置１０は、一部がプログラムで実現され、残りの部分がハードウェアで実現されていてもよい。

【0114】

[変形例]
上述の実施形態では、試験片の所定部位の変位に関する数値として、切欠き１００ａに取り付けられたクリップゲージによって測定されるき裂開口変位を利用する場合について説明した。しかしながら、試験片の所定部位の変位に関する数値は上述の例に限定されず、試験片の他の部位の変位に関する数値であってもよい。例えば、試験片１００の背面１００ｃ（切欠き１００ａが形成される面の反対側の面）の中央部に生じるひずみをひずみゲージ（背面ゲージ）によって測定してもよい。この場合、上述の実施形態で説明した方法において、試験片の所定部位の変位に関する数値として、き裂開口変位に代えてひずみゲージによって測定されたひずみを用いることによって、上述の実施形態と同様に開口点を評価することができる。

【0115】

上述の実施形態では、ずれ値Ｃ_offset,i（ｉ＝１～ｎ）と試験力との第２関係において、ずれ値の最大値Ｃ_offset,maxに対して予め設定された割合のずれ値Ｃ_offset,thとなるときの試験力を開口試験力Ｐ_ＯＰと判定（第１の判定基準）する場合について説明したが、開口試験力Ｐ_ＯＰを判定する際の判定基準は、上記の例に限定されない。

【0116】

具体的には、ずれ値Ｃ_offset,iと試験力との第２関係において、ずれ値Ｃ_offset,iの中央値に対応する試験力を開口試験力Ｐ_ＯＰと判定してもよい（第２の判定基準）。この場合は、ずれ値Ｃ_offset,iを大きさの順に並べた場合に順位が中央となるずれ値Ｃ_offset,iに対応する試験力を開口試験力Ｐ_ＯＰとすることができる。したがって、第２関係は、ずれ値Ｃ_offset,iと試験力との対応関係を示した情報であればよく、図８に示したような複数の線分の集合である必要はない。ずれ値Ｃ_offset,iの数が偶数である場合には、ずれ値Ｃ_offset,iを大きさの順に並べた場合に中央の順位となる２つのずれ値Ｃ_offset,iに対応する２つの試験力の平均値を開口試験力Ｐ_ＯＰとすればよい。

【0117】

上記のようにずれ値Ｃ_offset,iの中央値に対応する試験力を開口試験力Ｐ_ＯＰと判定することによって、上述の実施形態と同様に、疲労き裂進展試験における負荷の繰り返し数によってずれ値Ｃ_offsetの発生状況に差が生じても、ずれ値Ｃ_offsetの発生状況に応じた基準で開口点を判定することができる。その結果、開口点を適切に評価することができる。

【0118】

なお、開口点判定部２０は、第２の判定基準によって開口試験力Ｐ_ＯＰを判定する場合も、上述の実施形態と同様に、応力比が０以上の疲労き裂進展試験において比較コンプライアンスＣ_Ｃが基準コンプライアンスＣ_Ｂよりも大きい場合には、第２判定基準によって算出された開口試験力Ｐ_ＯＰではなく、最小試験力Ｐ_ｍｉｎを開口試験力Ｐ_ＯＰと判定してもよい。

【0119】

また、開口点判定部２０は、上述の実施形態と同様に、応力比が０未満の疲労き裂進展試験において、比較コンプライアンスＣ_Ｃが基準コンプライアンスＣ_Ｂよりも大きい場合には、第２判定基準によって算出された開口試験力Ｐ_ＯＰではなく、０（ｋＮ）を開口試験力Ｐ_ＯＰと判定してもよい。

【0120】

また、開口点判定部２０は、上述の実施形態と同様に、応力比が０以上の疲労き裂進展試験で得られた第２関係において、第２の判定基準によって算出された開口試験力Ｐ_ＯＰを最大試験力Ｐ_ｍａｘで除算して得られる値が上述したしきい値を超える場合には、第２判定基準によって算出された開口試験力Ｐ_ＯＰではなく、最小試験力Ｐ_ｍｉｎを開口試験力Ｐ_ＯＰと判定してもよい。

【0121】

また、開口点判定部２０は、応力比が０未満の疲労き裂進展試験で得られた第２関係において、第２の判定基準によって算出された開口試験力Ｐ_ＯＰを最大試験力Ｐ_ｍａｘで除算して得られる値が上述したしきい値を超える場合には、第２判定基準によって算出された開口試験力Ｐ_ＯＰではなく、０（ｋＮ）を開口試験力Ｐ_ＯＰと判定してもよい。

【0122】

また、上述の実施形態と同様に、第３算出部１８が算出したずれ値Ｃ_offset,i（ｉ＝１～ｎ）の全てが負の値である場合、開口点判定部２０は、応力比が０以上の疲労き裂進展試験では、最小試験力Ｐ_ｍｉｎを開口試験力Ｐ_ＯＰと判定し、応力比が０未満の疲労き裂進展試験では、０（ｋＮ）を開口試験力Ｐ_ＯＰと判定してもよい。

【0123】

なお、評価装置１０が、開口試験力Ｐ_ＯＰを判定する際の判定基準を、上述の第１の判定基準および第２の判定基準のうちの一方を選択可能に構成されていてもよい。この場合、例えば、評価装置１０のユーザが、図示しない入力部を操作することによって判定基準を指定し、開口点判定部２０が、ユーザによって指定された判定基準に従って開口試験力Ｐ_ＯＰを判定してもよい。

【0124】

また、例えば、評価装置１０のユーザが、図示しない入力部を操作することによって金属材料の種類を入力し、開口点判定部２０が、ユーザによって入力された金属材料の種類に対応する判定基準で開口試験力Ｐ_ＯＰを判定してもよい。この場合には、複数種の金属材料について、上記第１の判定基準および第２の判定基準を用いて有効応力拡大係数範囲ΔＫ_ｅｆｆを算出し、算出された結果に基づいて、金属材料の種類ごとに、好ましい判断基準を予め求めておけばよい。具体的には、例えば、複数種の金属材料について任意の応力比（例えば、応力比Ｒ＝０．０５またはＲ＝０．５）および高応力比（例えば、応力比Ｒ＝０．７）で疲労き裂進展試験を行い、金属材料ごとに、上記任意の応力比の試験で得られる有効応力拡大係数範囲ΔＫ_ｅｆｆが、これと対応するき裂進展速度における高応力比の試験で得られる応力拡大係数範囲ΔＫにより近くなる判定基準が、第１および第２の判定基準のうちのどちらであるのかを予め求める。そして、金属材料の種類と判定基準との関係を記憶部２２に予め記憶させる。これにより、開口点判定部２０は、ユーザによって入力された金属材料の種類に対応する判定基準を記憶部２２に記憶された上記関係に基づいて選択し、選択した判定基準で開口試験力Ｐ_ＯＰを判定することができる。

【産業上の利用可能性】

【0125】

本発明によれば、疲労き裂進展試験の試験情報に基づいてき裂の開口点を評価することができる。

【符号の説明】

【0126】

１０ 評価装置
１２ 取得部
１４ 第１算出部
１６ 第２算出部
１８ 第３算出部
２０ 開口点判定部
２２ 記憶部
２４ 第４算出部
１００ 試験片
１００ａ 切欠き
１００ｂ き裂
１００ｃ 背面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】