大型プラント寿命延伸のための溶接残留応力の解折援用非破壊評価手法の開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11305012
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 小林 英男 東京工業大学, 工学部, 教授 (00016487)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 島村 佳伸 東京工業大学, 工学部, 助手 (80272673) ; 轟 章 東京工業大学, 工学部, 助教授 (50211397) ; 中村 春夫 東京工業大学, 工学部, 教授 (40134829)
• Keywords: 残留応力 / 溶接 / 寿命延伸 / 非破壊評価 / 固有ひずみ / 余盛り / 逆問題解析

Research Abstract

本研究では,余盛り除去による溶接残留応力の非破壊評価法の開発に関して,まず,周囲に拘束のない突合わせ溶接平板を対象として,数値シミュレーションによりその定式化を行った.すなわち,不適切性の強い固有ひずみ推定の逆解析過程において,未知パラメータ数の削減および解空間の限定を目的として,数値シミュレーションにより継手固有の特性について調べた.
その結果,周囲に拘束のない突合わせ溶接平板においては,固有ひずみのビード方向成分が残留応力生成の支配因子あり,また,余盛り除去に伴って解放される弾性ひずみも,同様にビード方向成分のみに起因して生成されていることを明らかにした.この特性を利用することにより,実測した解放ひずみから,実用上十分な精度で残留応力が推定できることを明らかにした.そして,余盛り除去に伴う解放ひずみの測定誤差の影響を考慮し,精度の高い解を得るために逆問題の適切化手法の導入を行った.また,解放ひずみの測定位置の最適化を目的として,線形モデルの実験計画法におけるD最適基準を適用する手法を提案し、その有効性を示した.
次に,実溶接材に本提案手法を適用し,実際に残留応力の評価を行い,X線法による実測結果との比較を行うことにより,提案手法の基礎的な妥当性の検証を行った.しかし,残留応力のビード垂直方向成分の推定結果に関しては、若干の推定誤差が生じた.この誤差は,解析において無視してきた,固有ひずみのビード垂直方向成分が,板厚方向に変化していると考えれば,矛盾なく説明できることを解析的に明らかにした.

Research Products

• [Publications] 熊谷克彦: "余盛り除去法による3次元溶接残留応力の非破壊評価(突合わせ溶接平板による実験的検証)"日本機械学会1999年度次大会講演論文集. I. 189-190 (1999)
• [Publications] 熊谷克彦: "余盛り除去法による溶接残留応力の解析援用非破壊評価(適切化法の導入とひずみ変化測定位置の最適化)"日本機械学会論文集. A65・634. 1397-1404 (1999)
• [Publications] 熊谷克彦: "余盛り除去法による3次元溶接残留応力の非破壊評価(推定精度向上に関する実験的検討)"日本機械学会材料力学部講演会講演論文集. NO.99-16. 107-108 (1999)
• [Publications] 熊谷克彦: "余盛り除去法による溶接残留応力の非破壊評価"日本溶接学会溶接構造シンポジウム'99講演論文集. 271-274 (1999)