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公開番号2025019942
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-07
出願番号2023123868
出願日2023-07-28
発明の名称疲労試験方法、弾塑性特性評価法および弾塑性特性評価システム
出願人日立GEニュークリア・エナジー株式会社
代理人弁理士法人磯野国際特許商標事務所
主分類G01N 3/34 20060101AFI20250131BHJP(測定;試験)
要約【課題】砂時計型試験片特有の荷重軸方向の応力・ひずみ分布の影響を考慮して高精度な繰返し弾塑性特性を取得することができる疲労試験方法の提供。
【解決手段】疲労試験方法は、対象の薄板材から加工可能な砂時計型丸棒試験片29の肩部21の最大直径を決定する決定工程S1と、疲労試験で想定される前記肩部21での発生応力を推定する推定工程S2と、前記薄板材から平滑丸棒試験片を加工し、引張試験を実施して応力―ひずみ特性を取得する取得工程S3と、前記引張試験の結果を基準に前記砂時計型丸棒試験片29の評点部20の最小半径を検討して、試験片の形状を決定する形状決定工程S4と、決定した前記形状に基づいて、薄板材から砂時計型丸棒試験片29を加工する加工工程S5と、加工した前記砂時計型丸棒試験片29を用いて疲労寿命が数回～数百回を目標として設定した応力―ひずみ範囲条件で疲労試験を実施する実施工程S6とを有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
板厚が１０ｍｍ未満である対象の薄板材から加工可能な砂時計型丸棒試験片における肩部の最大直径を決定する決定工程と、
文献および過去実施データのうちの少なくとも一方から疲労試験で想定される前記肩部での発生応力を推定する推定工程と、
前記薄板材から平滑丸棒試験片を加工して得た後、得られた前記平滑丸棒試験片を用いて引張試験を実施し、応力―ひずみ特性を取得する取得工程と、
前記引張試験の結果を基準に前記砂時計型丸棒試験片の評点部の最小半径を検討して、前記砂時計型丸棒試験片の形状を決定する形状決定工程と、
決定した前記形状に基づいて、薄板材から砂時計型丸棒試験片を加工する加工工程と、
加工した前記砂時計型丸棒試験片を用いて疲労寿命が数回～数百回を目標として設定した応力―ひずみ範囲条件で疲労試験を実施する実施工程と、
を有することを特徴とする疲労試験方法。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
請求項１に記載の疲労試験方法であって、
前記形状決定工程は、前記評点部で想定されるひずみ範囲条件において、前記肩部で発生すると想定される公称応力範囲が、前記引張試験により得られた耐力の１．６倍以下となるように、前記評点部の断面の最小半径を検討することを特徴とする疲労試験方法。
【請求項３】
請求項１に記載の疲労試験方法を行った後、
前記砂時計型丸棒試験片の伸び計間を含む範囲をモデル化し、弾塑性特性の材料パラメータを変更して複数条件に対して有限要素法による弾塑性解析を行い、公称応力―公称ひずみのヒステリシスを得る解析工程と、
得られた前記公称応力―公称ひずみのヒステリシスと、前記実施工程で得られた疲労試験の実験結果と、を比較することで繰返し弾塑性特性の材料パラメータをパラメータサーベイにより検討し、取得する検討工程と、
を有することを特徴とする弾塑性特性評価法。
【請求項４】
請求項３に記載の弾塑性特性評価法であって、
前記加工工程において、前記評点部の切欠き半径または最小断面径を変えた２種類以上の砂時計型丸棒試験片を用意し、
前記実施工程において、前記２種類以上の砂時計型丸棒試験片を用いて極低サイクル疲労試験を実施し、
前記解析工程において、有限要素法による弾塑性解析により試験片中の応力・ひずみ分布の影響を考慮した上で極低サイクル疲労寿命領域での繰返し弾塑性特性を予測する
ことを特徴とする弾塑性特性評価法。
【請求項５】
請求項４に記載の弾塑性特性評価法であって、
前記有限要素法による弾塑性解析の弾塑性特性に複合硬化則を用いて繰返し弾塑性特性を定義することを特徴とする弾塑性特性評価法。
【請求項６】
請求項５に記載の弾塑性特性評価法であって、
前記複合硬化則を用いる場合において、等方硬化成分および移動硬化成分の材料パラメータを、前記引張試験で取得された前記応力―ひずみ特性を基準に調整するものであり、当該調整するにあたって、前記極低サイクル疲労試験で得られたヒステリシスループと一致するまで前記材料パラメータを変更して前記弾塑性解析を実施し、材料パラメータを決定する
ことを特徴とする弾塑性特性評価法。
【請求項７】
板厚が１０ｍｍ未満である対象の薄板材から加工可能な砂時計型丸棒試験片における肩部の最大直径を決定する決定手段と、
文献および過去実施データのうちの少なくとも一方から疲労試験で想定される前記肩部での発生応力を推定する推定手段と、
前記薄板材から平滑丸棒試験片を加工して得た後、得られた前記平滑丸棒試験片を用いて引張試験を実施し、応力―ひずみ特性を取得する取得手段と、
前記引張試験の結果を基準に前記砂時計型丸棒試験片の評点部の最小半径を検討して、前記砂時計型丸棒試験片の形状を決定する形状決定手段と、
決定した前記形状に基づいて、薄板材から砂時計型丸棒試験片を加工する加工手段と、
加工した前記砂時計型丸棒試験片を用いて疲労寿命が数回～数百回を目標として設定した応力―ひずみ範囲条件で疲労試験を実施する実施手段と、
前記砂時計型丸棒試験片の伸び計間を含む範囲をモデル化した有限要素解析モデルを用いて繰返し荷重に対する弾塑性解析を行い、公称応力―公称ひずみのヒステリシスを得る解析手段と、
得られた前記公称応力―公称ひずみのヒステリシスと、前記実施手段で得られた疲労試験の実験結果と、を比較することで繰返し弾塑性特性の材料パラメータをパラメータサーベイにより検討し、取得する検討手段と、
を有することを特徴とする弾塑性特性評価システム。
【請求項８】
請求項７に記載の弾塑性特性評価システムであって、
前記加工手段で前記評点部の切欠き半径または最小断面径を変えた２種類以上の砂時計型丸棒試験片を用意し、
前記実施手段で前記２種類以上の砂時計型丸棒試験片を用いてそれぞれ前記疲労試験を実施し、
前記解析手段の前記有限要素解析モデルによる数値解析により試験片中の応力・ひずみ分布の影響を考慮した上で、前記検討手段により極低サイクル疲労寿命領域での繰返し弾塑性特性を取得する
ことを特徴とする弾塑性特性評価システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、疲労試験方法、弾塑性特性評価法および弾塑性特性評価システムに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
高経年化が進む発電プラントにおいて、経年劣化した機器に対する健全性評価技術の高精度化は、安全性の向上やプラント寿命の延長に対して重要である。
従来の健全性評価技術では、定期検査時に非破壊検査にて欠陥が検出された場合、当該機器の運用条件から想定される経年劣化事象を考慮した亀裂進展評価が行われ、次回点検までに健全性を維持できることが確認される（非特許文献１）。
【０００３】
実構造における疲労寿命などの予測精度を改善するには弾塑性特性の考慮などが重要になってくる。特に、高延性材料の亀裂先端では数％を超える大きな局所ひずみが発生すると考えられることから、高ひずみ範囲での繰返し弾塑性特性の取得が重要となる。繰返し弾塑性特性の取得法については、砂時計型疲労試験片を用いた効率的な試験方法（特許文献１）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００６－１９４２８７号公報
【非特許文献】
【０００５】
一般社団法人日本原子力技術協会、「炉内構造物等点検評価ガイドライン」、［ｏｎｌｉｎｅ］、［令和５年７月２８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.gengikyo.jp/archive/assessmentguiideline.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高延性材の疲労亀裂進展評価において、亀裂先端周辺での応力分布を正確に評価するためには、亀裂先端周辺で想定される高ひずみ範囲条件での繰返し弾塑性特性の把握が重要となる。前記した特許文献１に記載の試験方法であっても、亀裂先端を想定するような高ひずみ範囲の試験では適用できないなどの問題がある。
【０００７】
一方、発電プラントの配管などの構造部材では、板厚が１０ｍｍ未満の薄板材が多く用いられている。このような薄板材から疲労試験片を切出して疲労試験に供する場合には試験片が細長くなり、座屈が発生する可能性が高くなる。その上、評点部の半径方向変位が小さくなることから径方向ひずみ制御による疲労試験は困難であることが多い。また、疲労試験片の評点部のひずみ計測を肩部に取り付ける伸び計で行う場合には、疲労試験片の評点部の軸方向における応力・ひずみの分布が発生する。そのため、単純に疲労試験を実施するだけでは正しい繰返し弾塑性特性を取得することは困難である。
【０００８】
本発明は前記状況に鑑みてなされたものである。本発明は、砂時計型試験片特有の荷重軸方向の応力・ひずみ分布の影響を考慮して高精度な繰返し弾塑性特性を取得することができる疲労試験方法、弾塑性特性評価法および弾塑性特性評価システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決した本発明に係る疲労試験方法は、板厚が１０ｍｍ未満である対象の薄板材から加工可能な砂時計型丸棒試験片における肩部の最大直径を決定する決定工程と、文献および過去実施データのうちの少なくとも一方から疲労試験で想定される前記肩部での発生応力を推定する推定工程と、前記薄板材から平滑丸棒試験片を加工して得た後、得られた前記平滑丸棒試験片を用いて引張試験を実施し、応力―ひずみ特性を取得する取得工程と、前記引張試験の結果を基準に前記砂時計型丸棒試験片の評点部の最小半径を検討して、前記砂時計型丸棒試験片の形状を決定する形状決定工程と、決定した前記形状に基づいて、薄板材から砂時計型丸棒試験片を加工する加工工程と、加工した前記砂時計型丸棒試験片を用いて疲労寿命が数回～数百回を目標として設定した応力―ひずみ範囲条件で疲労試験を実施する実施工程と、を有することとした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、砂時計型試験片特有の荷重軸方向の応力・ひずみ分布の影響を考慮して高精度な繰返し弾塑性特性を取得することができる疲労試験方法、弾塑性特性評価法および弾塑性特性評価システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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