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鉄鋼材料におけるき裂発生以前の疲労損傷検出技術の研究; 平成12年度先行基礎工学分野に関する研究協力研究報告書

Diagnosis of degradation of SUS 304 steel material by the magnetic method

出町 和之*; 宮 健三

Demachi, Kazuyuki*; Miya, Kenzo

機器の安全性を維持しその寿命を正しく推定するためには、構造物中に存在する欠陥を定量的に評価する必要がある。現在、き裂を対象として様々な非破壊検査手法が適用されているが、機器の安全性をより一層高めるためには、き裂発生前における材料劣化の診断技術の確立がぜひとも必要である。我々は、劣化程度のパラメータとして材料の磁気的物理量に注目した。なぜならば、き裂の発生は局所的な応力集中によって起こると考えられ、塑性変形に対してもっとも敏感な物理量のひとつが磁気的物理量であるからである。昨年度、陳らによって、応力の負荷による漏洩磁場変化に関する研究が行われた。対象はSUS304ステンレス鋼である。これらの実験などにより、塑性変形と漏洩磁場変化の間に関係が存在することが示された。漏洩磁場測定結果から試験片内部磁化分布を逆解析するために、新しくニューラルネットワークを用いた手法を開発した。測定結果から試験片内部の磁化分布を逆解析した結果、き裂先端付近で大きく磁化している。また、この逆解析結果から求めた磁束密度分布と測定結果は良く一致しており、逆解析結果が妥当であることがわかった。最後に、漏洩磁場から試験片内部の磁化率分布を逆解析する手法を開発した。先に述べた磁化分布逆解析手法により劣化部分の相対的評価は可能であるが、磁化は外部磁場の影響を受けるため、劣化量の絶対的評価は難しい。そこで初透磁率の逆解析を試みた。本文中に、シミュレーションデータについて行われた逆解析結果を示す。以上の研究により、漏洩磁場測定によるき裂発生以前における非破壊劣化診断の可能性が示された。

The quantitative evaluation of cracks in structural components is necessary to maintain its safety and to estimate its life. Moreover, the establishment of diagnosis technique of the material degradation before the appearance of crack is necessary for the higher safety. In this research, the magnetic value is chosen as the parameter for the material degradation. The crack is considered to occur by the local stress concentration, and the magnetic value is one of the most sensitive parameter for the elastic deformation of the material. The research about leak field change of SUS stainless steel due to the stress was performed by Chen et al,. The measured leak magnetic flux density is large around a crack. From such a measurement result, it is found that the leak is related with the elastic deformation of the material. The numerical method based on the Neural Network was developed for the inverse analysis of the magnetization in the specimen from the measured leak field. It is found the magnetization is large near the edges of the crack. The magnetic flux density obtained from this simulation result of the magnetization corresponds to the leak field. Then the inverse analysis method was developed to estimate the distribution of susceptibility in the specimen from the measured leak fie1d. Its results are denoted in the full report. The new nondestructive evaluation method was supposed for the diagnosis of the degradation of the material before the appearance of cracks.

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