JP6657724B2 - Test pieces - Google Patents
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Description
本発明は、3点曲げ又は4点曲げ腐食試験に用いる試験片に関する。 The present invention relates to a test piece used for a three-point bending or four-point bending corrosion test.
従来、鋼材の耐腐食性の評価のために、4点曲げ腐食試験、又は3点曲げ腐食試験が行われてきた。例えば、特開平11―50148(特許文献1)には、4点曲げ試験により、耐硫化物腐食割れ性(耐SSC性)を評価することが記載されている。 Conventionally, a four-point bending corrosion test or a three-point bending corrosion test has been performed to evaluate the corrosion resistance of steel materials. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-50148 (Patent Document 1) describes that a sulfide corrosion cracking resistance (SSC resistance) is evaluated by a four-point bending test.
4点曲げ腐食試験は、図1に示すような治具を用いて行われる。図1に示す治具は、試験片SJの上面に接する2つのローラ8aを上から支持する支持体9bと、試験片SJの下面に接する2つのローラ8bを下から支持する加重部材9aとで、試験片SJに上下方向の曲げ荷重を負荷する。このようにして曲げ荷重を負荷した試験片SJを、腐食溶液(H2S溶液)に720時間曝し、き裂発生の有無を調べる。
The four-point bending corrosion test is performed using a jig as shown in FIG. The jig shown in FIG. 1 includes a
腐食試験では、試験片SJに負荷する荷重が制御される。負荷荷重を設定する方法のひとつとして、図2又は図3に示すように、ひずみゲージ21を試験片SJに貼る。ひずみゲージ21の検出値が所定のひずみ(例えば、対象材の降伏強度(YS)100%相当のひずみ)となるまで、試験片SJに荷重を負荷して、撓ませる。図2では、ひずみゲージ21を試験片SJの長手方向中央に貼っている。この構成は、試験片SJが、溶接部分を含まない場合、例えば、鋼管の母材部分から採取された試験片である場合等に適用される。図3では、試験片SJ中央部の溶接金属SJwの両側にひずみゲージ21が貼られる。この構成は、試験片SJが、溶接金属を含む場合、例えば、溶接継手部分から採取された試験片である場合等に適用される。
In the corrosion test, the load applied to the test piece SJ is controlled. As one of the methods for setting the applied load, as shown in FIG. 2 or FIG. 3, a
図4及び図5は、試験片SJの形状を説明するための図である。図4に示す試験片SJ1は、直方体であり、平滑試験片と称される。図5に示す試験片SJ2は、対象材である鋼管80の内面SJsの一部が、そのまま試験片の一面となっており、内面As試験片と称される。
4 and 5 are diagrams for explaining the shape of the test piece SJ. The test piece SJ1 shown in FIG. 4 is a rectangular parallelepiped and is called a smooth test piece. In the test piece SJ2 shown in FIG. 5, a part of the inner surface SJs of the
上記の4点曲げ腐食試験では、試験片SJ中央付近におけるき裂発生の有無が評価される。荷重を負荷した試験片SJの表面におけるひずみが一様でない場合、試験片SJ中央から離れた位置でき裂が発生し得る。中央から離れた位置でき裂が発生した場合は、適正な評価が難しくなる。この問題は、3点曲げ腐食試験でも同様に起こり得る。 In the above four-point bending corrosion test, the presence or absence of crack generation near the center of the test piece SJ is evaluated. When the strain on the surface of the test piece SJ to which the load is applied is not uniform, a crack may be generated at a position away from the center of the test piece SJ. If a crack occurs at a position distant from the center, it is difficult to properly evaluate. This problem can occur in a three-point bending corrosion test as well.
特開2004−279083(特許文献2)には、FRPの試験片に軸圧縮荷重を加え、曲げ変形させ、破壊させる曲げ試験における、試験片の細長比と、試験片を支持する治具について開示されている。これらの試験片と治具を用いた試験方法によれば、FRP板の曲げ強度等を高精度で測定できる。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-279083 (Patent Document 2) discloses a slenderness ratio of a test piece and a jig for supporting the test piece in a bending test in which an axial compressive load is applied to a FRP test piece to bend and deform and break. Have been. According to the test method using these test pieces and jigs, the bending strength and the like of the FRP plate can be measured with high accuracy.
上記特開2004−279083では、FRPの試験片に軸圧縮荷重を加える試験において、高測定精度を得るための試験片の細長比についての開示はあるものの、3点又は4点曲げ腐食試験において、より適正な評価をするための試験片の構成についての開示はない。一方で、3点又は4点曲げ腐食試験において、低コストで適正な評価を行うためには、荷重の大きさを抑えながら、試験片の荷重面のひずみを均一にするのが好ましいことが、発明者らによって認識されている。 In the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-279083, in a test in which an axial compressive load is applied to a test piece of FRP, although there is disclosure about the slenderness ratio of the test piece to obtain high measurement accuracy, in a three-point or four-point bending corrosion test, There is no disclosure about the structure of a test piece for more appropriate evaluation. On the other hand, in the three-point or four-point bending corrosion test, in order to perform proper evaluation at low cost, it is preferable that the strain on the load surface of the test piece be uniform while suppressing the magnitude of the load. It has been recognized by the inventors.
そこで、本願は、3点曲げ又は4点曲げ腐食試験において、必要な荷重を抑えながら、試験片の荷重面のひずみを均一に近づけることができる試験片を開示する。 Therefore, the present application discloses a test piece that can make the strain on the load surface of the test piece closer to uniform while suppressing a required load in a three-point bending or four-point bending corrosion test.
本発明の実施形態における試験片は、3点曲げ又は4点曲げ腐食試験に用いる試験片である。前記試験片は、天井部と、底部と、一対の側壁部と、仕切り壁とを備える。前記天井部は、前記3点曲げ又は4点曲げ腐食試験において上から荷重がかけられる第1荷重面を有し、前記試験片の長手方向に延びる。前記底部は、前記3点曲げ又は4点曲げ腐食試験において下から荷重がかけられる第2荷重面を有し、前記天井部と対向する。前記一対の側壁部は、前記天井部の長手方向に垂直な方向における両端部と、前記底部の長手方向に垂直な方向における両端部との間に形成され、互いに対向する。前記仕切り壁は、前記一対の側壁部の間において、前記天井部から前記底部にかけて形成される。前記天井部、前記底部、前記一対の側壁部及び前記仕切り壁で囲まれた空間が、前記試験片を長手方向に貫通する複数の貫通孔を形成する。前記試験片の長手方向から見て、前記複数の貫通孔の形状が、前記上下方向の軸に対して線対称である。 The test piece in the embodiment of the present invention is a test piece used for a three-point bending or four-point bending corrosion test. The test piece includes a ceiling, a bottom, a pair of side walls, and a partition wall. The ceiling has a first load surface to which a load is applied from above in the three-point bending or four-point bending corrosion test, and extends in a longitudinal direction of the test piece. The bottom has a second load surface on which a load is applied from below in the three-point bending or four-point bending corrosion test, and faces the ceiling. The pair of side walls are formed between both ends in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the ceiling and both ends in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the bottom, and face each other. The partition wall is formed from the ceiling to the bottom between the pair of side walls. A space surrounded by the ceiling, the bottom, the pair of side walls, and the partition wall forms a plurality of through holes penetrating the test piece in a longitudinal direction. When viewed from the longitudinal direction of the test piece, the shapes of the plurality of through holes are line-symmetric with respect to the vertical axis.
本願開示によれば、3点曲げ又は4点曲げ腐食試験において、必要な荷重を抑えながら、試験片の荷重面のひずみを均一に近づけることができる試験片を提供することができる。 According to the disclosure of the present application, it is possible to provide a test piece that can make the strain on the load surface of the test piece nearly uniform while suppressing a required load in a three-point bending or four-point bending corrosion test.
3点曲げ腐食試験又は4点曲げ腐食試験では、上記のように、ひずみゲージが試験片の荷重面の中央部に配置される。試験片の荷重面の中央部でのひずみが所定値となるように負荷荷重が設定される。そのため、適正な評価をするには、試験片の荷重面の中央付近におけるき裂発生の有無を評価することが好ましい。しかし、発明者らは、試験片のひずみ測定位置すなわち試験片中央から離れた位置、特に、試験片の荷重面の端部付近で割れが発生するケースに遭遇した。このようなケースでは、対象材の耐腐食性能を適正に評価できない可能性がある。 In the three-point bending corrosion test or the four-point bending corrosion test, as described above, the strain gauge is disposed at the center of the load surface of the test piece. The applied load is set so that the strain at the center of the load surface of the test piece has a predetermined value. Therefore, for proper evaluation, it is preferable to evaluate the presence or absence of cracks near the center of the load surface of the test piece. However, the inventors encountered a case where cracks occurred at the strain measurement position of the test piece, that is, at a position distant from the center of the test piece, particularly near the end of the load surface of the test piece. In such a case, the corrosion resistance performance of the target material may not be properly evaluated.
試験片の端部付近で割れが発生する原因を調べるため、発明者らは、荷重を負荷した試験片の荷重面の中央付近と、端部付近とのひずみの差を測定した。測定は、実測及びシミュレーションで行った。シミュレーションでは、図6に示す解析モデルを用いて、四点曲げ腐食試験を対象としたFEM解析を行った。 In order to investigate the cause of the occurrence of cracks near the end of the test piece, the inventors measured the difference in strain between the vicinity of the center of the load surface of the test piece subjected to the load and the vicinity of the end. The measurement was performed by actual measurement and simulation. In the simulation, FEM analysis for a four-point bending corrosion test was performed using the analysis model shown in FIG.
図6では、試験片SJvの長手方向をz方向、試験片SJvの上下方向すなわち荷重方向をy方向、z方向及びy方向に垂直な方向をx方向としている。図6に示す例では、試験片SJvにおいて、上から荷重がかかる荷重面(評価面)のz方向及びx方向における中央の点を中央点C0とする。x方向の対称境界線TKxを通りxy平面に平行な面は、試験片SJvの長手方向(z方向)の対称境界面である。z方向の対称境界線TKzを通りyz平面に平行な面は、試験片SJvのx方向の対称境界面である。 In FIG. 6, the longitudinal direction of the test piece SJv is the z direction, the vertical direction of the test piece SJv, that is, the load direction is the y direction, and the direction perpendicular to the z direction and the y direction is the x direction. In the example illustrated in FIG. 6, the center point in the z direction and the x direction of the load surface (evaluation surface) on which a load is applied from above is set as the center point C0 in the test piece SJv. A plane that passes through the symmetric boundary line TKx in the x direction and is parallel to the xy plane is a symmetric boundary surface in the longitudinal direction (z direction) of the test piece SJv. A plane that passes through the z-direction symmetric boundary line TKz and is parallel to the yz plane is a symmetric boundary surface of the test piece SJv in the x direction.
ローラ8av、8bvは、剛体モデルとした。試験片SJvのサイズは、幅SW=10mm、高さSH=2mm、長さSL=75mmとした。試験片SJvの形状は、平滑試験片の場合と、内面As試験片の場合の2通りについて解析を行った。試験片SJvの対象材は、マルテンサイト系ステンレス鋼管(外径300mm×肉厚15mm)とした。対象材の応力−ひずみ特性のデータとして、図7に示す応力−ひずみ曲線を用いた。 The rollers 8av and 8bv were rigid models. The size of the test piece SJv was width SW = 10 mm, height SH = 2 mm, and length SL = 75 mm. The shape of the test piece SJv was analyzed in two cases, that is, a smooth test piece and an inner As test piece. The target material of the test piece SJv was a martensitic stainless steel tube (outer diameter 300 mm × wall thickness 15 mm). The stress-strain curve shown in FIG. 7 was used as the data of the stress-strain characteristics of the target material.
図8Aは、平滑試験片のxy平面におけるメッシュ(有限要素)を示す。図8Bは、内面As試験片のxy平面におけるメッシュ(有限要素)を示す。図8A及び図8Bいずれも、対称境界線TKzを含む対称境界面TSzの右半分のみ示している。 FIG. 8A shows a mesh (finite element) in the xy plane of the smooth test piece. FIG. 8B shows a mesh (finite element) in the xy plane of the inner surface As test piece. 8A and 8B show only the right half of the symmetric boundary surface TSz including the symmetric boundary line TKz.
図9Aは、平滑試験片のFEM解析で得られたひずみ分布(実線)と実測値(丸プロット)を示すグラフである。図9Bは、内面As試験片のFEM解析で得られたひずみ分布(実線)と実測値(三角プロット)を示すグラフである。図9A及び図9Bの横軸は、試験片SJvの荷重面において中央点C0を通りx方向に延びる線上の位置を示す。図9A及び図9Bに示すように、解析結果と実測値はおおむね一致している。これにより、FEM解析でひずみ分布を精度よく推定可能と考えられる。 FIG. 9A is a graph showing a strain distribution (solid line) and an actually measured value (circle plot) obtained by FEM analysis of a smooth test piece. FIG. 9B is a graph showing a strain distribution (solid line) and an actually measured value (triangular plot) obtained by FEM analysis of the inner surface As test piece. 9A and 9B show positions on a line extending in the x direction through the center point C0 on the load surface of the test piece SJv. As shown in FIG. 9A and FIG. 9B, the analysis result and the measured value are almost the same. Thus, it is considered that the strain distribution can be accurately estimated by the FEM analysis.
図9A及び図9Bに示す結果から、試験片の荷重面の中央部付近に比べ端部付近でのひずみが大きくなっていることがわかった。試験片の荷重面端部付近で割れが発生する原因としては、試験片の荷重面に一様なひずみが付与されていないことが考えられる。すなわち、試験片の荷重面の中央付近に比べ、端部付近でのひずみが大きくなっているため、試験片の荷重面の中央から離れた端部付近で割れが発生すると考えられる。 From the results shown in FIGS. 9A and 9B, it was found that the strain was larger near the end of the test piece than at the center of the load surface. It is considered that the cause of the occurrence of cracks near the load surface end of the test piece is that uniform strain is not applied to the load surface of the test piece. That is, since the strain near the end portion is larger than that near the center of the load surface of the test piece, it is considered that a crack is generated near the end portion of the test piece far from the center of the load surface.
発明者らは、さらに、4点曲げ腐食試験における試験片への荷重の負荷において、試験片荷重面の中央部付近と端部付近のひずみ差を低減する方法についてFEM解析により検討した。その結果、試験片の厚みを大きくすればひずみ差を低減できるという知見を得た。図10は、内面As試験片の厚み(高さSH)を、2mm、4mm、8mm、10mmとしたときのひずみ分布を示すグラフである。このFEM解析では、対象材をマルテンサイト系ステンレス鋼管(外径220mm×肉厚11mm)としている。図10に示す解析結果は、内面As試験片の高さSHを、2mmから8mmにすることで、試験片の荷重面の中央部のひずみに対する端部付近のひずみ比は、1.19から1.01に低減できることを示している。一方で、試験片の高さSHを2mmから10mmにすると、必要荷重は436Nから11180Nに増加する。このように、発明者らは、鋼管サイズ(内径)に応じた荷重面の中央部と端部のひずみ差を予測し、ひずみ差が問題とならない状態で四点曲げ腐食試験を実施できる試験片厚(高さSH)を決定する方法を見出した。 The inventors further studied by a FEM analysis how to reduce the difference in strain between the vicinity of the center and the end of the load surface of the test piece when the load is applied to the test piece in the four-point bending corrosion test. As a result, it was found that the strain difference can be reduced by increasing the thickness of the test piece. FIG. 10 is a graph showing the strain distribution when the thickness (height SH) of the inner surface As test piece was 2 mm, 4 mm, 8 mm, and 10 mm. In this FEM analysis, the target material is a martensitic stainless steel pipe (outer diameter 220 mm × wall thickness 11 mm). The analysis results shown in FIG. 10 show that by setting the height SH of the inner surface As test piece from 2 mm to 8 mm, the strain ratio near the edge to the strain at the center of the load surface of the test piece was 1.19 to 1. 0.01 can be reduced. On the other hand, when the height SH of the test piece is changed from 2 mm to 10 mm, the required load increases from 436N to 11180N. Thus, the inventors predict the strain difference between the center and the end of the load surface according to the steel pipe size (inner diameter), and can perform a four-point bending corrosion test in a state where the strain difference is not a problem. A method for determining the thickness (height SH) has been found.
試験片の高さSHを大きくすると、所定のひずみを得るための4点曲げ荷重も増大する。そこで、発明者らは、さらなる解析を重ねて、必要荷重を低減できる試験片形状を検討した。その結果、試験片の長手方向に貫通する複数の貫通孔を形成し、試験片の長手方向から見た貫通孔の形状を、上下方向を軸として対称とすることで、必要荷重を抑えながら、試験片の荷重面のひずみを均一に近づけることができるとの知見を得た。この知見を基になされた発明の実施形態を、以下に説明する。 When the height SH of the test piece is increased, the four-point bending load for obtaining a predetermined strain also increases. Then, the inventors repeated further analysis and studied a test piece shape that can reduce the required load. As a result, a plurality of through holes penetrating in the longitudinal direction of the test piece are formed, and the shape of the through hole as viewed from the longitudinal direction of the test piece is made symmetric about the vertical direction, while suppressing the required load, It has been found that the strain on the load surface of the test piece can be made uniform. An embodiment of the invention based on this finding will be described below.
[実施形態]
図11Aは、本発明の実施形態の試験片の断面図であり、図11Bは、図11Aに示す試験片の平面図、図11Cは、図11Aに示す試験片の側面図である。
[Embodiment]
11A is a cross-sectional view of the test piece according to the embodiment of the present invention, FIG. 11B is a plan view of the test piece shown in FIG. 11A, and FIG. 11C is a side view of the test piece shown in FIG. 11A.
図11A〜図11Cに示す試験片10は、3点曲げ又は4点曲げ腐食試験に用いる試験片である。図11Aに示すように、試験片10は、天井部1、底部2、一対の側壁部3、及び仕切り壁4を備える。天井部1は、3点曲げ又は4点曲げ腐食試験において上から荷重がかけられる第1荷重面1a(以下、荷重面1aと称する)を有し、試験片10の長手方向(z方向)に延びる。底部2は、3点曲げ又は4点曲げ腐食試験において下から荷重がかけられる第2荷重面2a(以下、荷重面2aと称する)を有する。底部2は、天井部1と対向する。一対の側壁部3は、天井部1の長手方向に垂直な方向(x方向)における両端部と、底部2の長手方向に垂直な方向(x方向)における両端部との間に形成され、互いに対向する。仕切り壁4は、一対の側壁部3の間において、天井部1から底部2にかけて形成される。天井部1、底部2、一対の側壁部3及び仕切り壁4で囲まれた空間が、試験片10を長手方向(z方向)に貫通する複数の貫通孔5を形成する。試験片10の長手方向から見て、複数の貫通孔5の形状が、上下方向(y方向)の軸Aに対して線対称である。
The
試験片10は、長手方向に貫通する貫通孔5を有する構成なので、3点曲げ又は4点曲げ腐食試験において試験片10に負荷する荷重の大きさが、中実の場合に比べて少なくて済む。そのため、荷重の増加を抑えながらも、試験片の荷重方向の厚み(高さ)を大きくして、荷重がかかったときの荷重面1a、2aの歪みを均一に近づけることができる。さらに、試験片10は、天井部1、底部2及び側壁部3に囲まれた内部空間を分割して複数の貫通孔5を形成する仕切り壁4を有する。貫通孔5は、長手方向から見て上下方向の軸Aに対して線対称となるように形成される。これにより、荷重がかかったときの荷重面1a、2aにおけるひずみのx方向における中央付近と端部付近との差が、より小さくなる。その結果、試験時の必要な荷重の増加を抑えつつ、荷重面1a、2aのx方向における歪みの分布を均等に近づけることが可能になる。
Since the
図11Aに示す例では、仕切り壁4は、一対の側壁部3の中央に配置される。仕切り壁4と、仕切り壁4の両側の一対の側壁部3との間に、2つの貫通孔5が形成される。2つの貫通孔5の横断面における形状は同じである。このように、試験片10を、一対の側壁部3の中央の仕切り壁4で仕切られた2つの貫通孔5を有する構成とすることで、単純な構造で線対称の貫通孔を実現することができる。すなわち、試験片10の構造の複雑化を抑えることができる。その結果、対象材から試験片を採取する際の加工を単純化できる。
In the example shown in FIG. 11A, the
貫通孔5の横断面における面積は、貫通孔5がない場合の試験片10の横断面の面積の50%以上であることが好ましい。試験片10の横断面は、長手方向(z方向)に垂直な面の断面である。貫通孔5がない場合の試験片の横断面の面積は、図11Aに示す例では、横断面における試験片10の外周面の線、すなわち荷重面1a、2a、及び側壁部3の外面に相当する線に囲まれる領域の面積である。このように、貫通孔5の面積を広くすることで、試験片10の内部空間を広くとることができる。その結果、中実の場合に比べて、荷重面1aにおける所定のひずみを得るために必要な荷重を低減することができる。なお、貫通孔5の横断面における面積は、貫通孔5がない場合の試験片10の横断面の面積の60%以上であるとより好ましい。なお、貫通孔5の横断面の面積を大きくしすぎると、天井部1及び底部2の厚みが小さくなり、荷重面1a、2aの応力分布にばらつきが生じやすくなる。そのため、貫通孔5の横断面における面積は、貫通孔5がない場合の試験片10の横断面の面積の90%以下とすることができる。
It is preferable that the area of the cross section of the through
貫通孔5の上下方向における寸法H(高さH)は、試験片10の上下方向における寸法SH(高さSH)の60%以上とすることができる。これにより、必要な荷重を低減できるとともに、x方向における荷重面1a、2aの応力分布をより均一にすることができる。この観点から、貫通孔5の高さHは、試験片10の高さSHの65%以上とするとより好ましく、75%以上とすると、さらに好ましい。なお、天井部1及び底部2の厚みを確保する観点から、貫通孔5の高さHは、試験片10の高さSHの90%以下とすることができる。
The dimension H (height H) in the vertical direction of the through
天井部1の厚みtsは、底部2の厚みtより大きくすることができる。これにより、天井部1の厚みを確保できるので、荷重面1aのひずみの分布がより均一に近づきやすくなる。図11Aに示す例では、天井部1の荷重面1aが曲面であり、底部2の荷重面2aが平面である。曲面の荷重面1aの方が、平面の荷重面2aより、ひずみの差が大きくなりやすい。そのため、曲面の荷重面1aを有する天井部1の厚みtsを、底部2の厚みtより大きくすることで、荷重面1aにおいて、効果的にひずみの差を小さくすることができる。また、天井部1の荷重面1aは、き裂の有無を評価する対象である評価面となる。そのため、評価面である荷重面1aのひずみ分布を均一に近づけることが好ましい。
The thickness ts of the
仕切り壁4の厚みPWは、試験片10の仕切り壁4厚み方向(x方向)における寸法SW(すなわち幅SW)の5%以上とすることができる。これにより、仕切り壁4の天井部1及び底部2を支持する部分を大きくして、荷重面1a、2aにおけるひずみ分布をより均一に近づけることができる。また、仕切り壁4の厚みPWは、側壁部3の厚みとほぼ同じにすることが好ましい。これにより、側壁部3による天井部1の支持と、仕切り壁4による天井部1の支持とのバランスを保つことができ、荷重面1aのひずみ分布を均一に近づけやすくなる。
The thickness PW of the
図11Aに示す構成では、仕切り壁4と天井部1との接続領域と、仕切り壁4と底部2との接続領域は、上(y方向)から見て重なる位置に配置される。すなわち、仕切り壁4は、上下方向に延びて形成される。これにより、仕切り壁4が上下方向の荷重を支えやすい構成となり、荷重面1a、2bにおける応力のばらつきを小さくすることができる。
In the configuration illustrated in FIG. 11A, the connection area between the
試験片10の貫通孔5の横断面における面積は、長手方向において一定である。すなわち、貫通孔5の大きさは長手方向において一定である。これにより、試験片10の長手方向における応力分布が均一になりやすくなる。
The area of the cross section of the through
図11Aに示す試験片10は、4点曲げ又は3点曲げ腐食試験の際には、天井部1の荷重面1aが凸となるように曲げられる。すなわち、評価面が凸となるよう曲げられる。
The
図11A〜図11Cに示す例では、仕切り壁4は1つで、貫通孔5が2つであるが、仕切り壁4及び貫通孔5の数はこれに限れない。例えば、仕切り壁4を2つ設けることにより、貫通孔5を3つにしてもよい。或いは、仕切り壁4を3つ以上設けてもよい。貫通孔5を4つ以上設けてもよい。
In the example shown in FIGS. 11A to 11C, there is one
また、一対の側壁部3間においてx方向に延び、仕切り壁4と交差する横仕切り壁をさらに設けてもよい。例えば、図11Aに示す構成に、横仕切り壁を1つ追加すると、貫通孔5が4つになる。
Further, a horizontal partition wall extending in the x direction between the pair of
図11Aでは、仕切り壁4は、荷重面1a、2aに対して垂直である。変形例として、荷重面1a、2aに対して垂直でない仕切り壁4を設けることができる。例えば、図11Aの構成において、中央の仕切り壁4の両側に、仕切り壁4に対して傾いた仕切り壁をさらに追加してもよい。
In FIG. 11A, the
貫通孔5の横断面の形状も、図11Aに示すような矩形に限られない。貫通孔5の横断面の形状を、円又は楕円にすることもできる。貫通孔5の横断面を円にすることにより、貫通孔5を形成するための加工が簡単になる。なお、図11Aに示す例では、横断面における矩形の貫通孔5の角にR(丸み)が形成されている。
The shape of the cross section of the through
貫通孔5の大きさは、上記例に限れない。例えば、図12に示すように、貫通孔5の横断面形状を円形として、貫通孔5の高さHすなわち直径を、試験片の高さHの30%程度にしてもよい。ただし、貫通孔5の横断面形状が円形の場合、矩形の場合に比べて、中実の場合の横断面における面積に対する貫通孔5の横断面における面積の割合を大きくできない。従って、貫通孔5の面積を確保する観点からは、貫通孔5の横断面形状は矩形(Rを有するものを含む)であることが好ましい。
The size of the through
図11Aに示す試験片10は、内面As試験片であり、天井部1の荷重面1aが、対象材の鋼管の内径面の曲面となっている。これに対して、天井部1の荷重面1aを平面とし、試験片10を直方体の平滑試験片とすることもできる。
The
なお、天井部1と底部2の天地が逆の状態で4点曲げ腐食試験を行うこともできる。また、試験片10は、4点曲げ腐食試験に限られず、3点曲げ腐食試験にも用いることができる。
The four-point bending corrosion test can be performed with the
[実施例1]
荷重を低減できる試験片の断面形状を検討するために、発明者らは、図6に示す解析モデル及び図7に示す応力−ひずみ特性のデータを用いて、FEM解析を行った。図13A、図13B、図13Cは、本実施例において、FEM解析を行った試験片101、102、103の横断面の形状をそれぞれ示す。また、図示しないが、図13A〜図13Bと同じ幅SW、高さSH、長さSLを持つ試験片であって、貫通孔のない中実の試験片についてもFEM解析を行った。
[Example 1]
In order to study the cross-sectional shape of the test piece that can reduce the load, the inventors performed FEM analysis using the analysis model shown in FIG. 6 and the data of the stress-strain characteristics shown in FIG. 13A, 13B, and 13C show the cross-sectional shapes of the
図13Aに示す試験片101は、仕切り壁がなく、1つの貫通孔5を有する。図13Bに示す試験片102は、図11Aと同様の構成であり、一対の側壁部3の中央に1つの仕切り壁4を有し、その両側に2つの貫通孔5を有する。
The
図13Cに示す試験片103は、一対の側壁部3の中央に2つの仕切り壁4を有し、3つの貫通孔5を有する。試験片103において、2つの仕切り壁4は、長手方向(z方向)から見て、試験片103中央の上下方向(y方向)を対称の軸Aとして線対称に配置される。これにより、2つの仕切り壁4間の貫通孔5、及び、2つの仕切り壁4それぞれと側壁部3との間の貫通孔5も、同様に線対称になる。
The
試験片101と、試験片102のサイズを、下記表1に示すように設定し、試験片103のサイズを、下記表2に示すよう3通り設定して、FEM解析を行った。表1及び表2において、数値の単位はmmである。表1のcase1は、図13Aに示す試験片101のサイズであり、case2は、図13Bに示す試験片102のサイズである。表2のcase3−1〜3―3は、図13Cに示す試験片103のサイズである。
FEM analysis was performed by setting the sizes of the
図14は、表1及び表2に示すcase1、2、3−1〜3−3のFEM解析で得られた必要荷重を示すグラフである。図14において、縦軸は、中実試験片での必要荷重に対する各caseの必要荷重の比を示す。必要荷重は、試験片の荷重面の中央に降伏強度100%相当のひずみを生じさせるのに必要な荷重とした。
FIG. 14 is a graph showing necessary loads obtained by FEM analysis of
図15は、表1及び表2に示すcase1、2,3−1〜3−3のFEM解析で得られたひずみ分布を示すグラフである。図15において、横軸は、天井部1の荷重面1aの中央点C0を通りX方向に延びる線上の位置を示す。
FIG. 15 is a graph showing a strain distribution obtained by FEM analysis of
1つの貫通孔5を有する試験片101(図13A)について、図14及び図15に示すFEM解析結果(case1)を見ると、中実試験片に比べて、必要荷重は、約30%低減されたものの、試験片101の荷重面1aのx方向における中央部付近と端部付近とのひずみの差は、中実試験片に比べて大きくなった。これは、試験片101のx方向中央部付近の天井部1が薄いため、端部に比べて変形しやすいことが影響していると考えられる。
When the FEM analysis results (case 1) shown in FIGS. 14 and 15 for the test piece 101 (FIG. 13A) having one through
2つの貫通孔5を有する試験片102(図13B)について、図14及び図15に示すFEM解析結果(case2)を見ると、中実試験片に比べて、必要荷重は、約30%低減された。試験片102の荷重面1aのx方向における中央部付近と端部付近のひずみの差は、中実試験片に比べて少なくなった。
When the FEM analysis results (case 2) shown in FIGS. 14 and 15 for the test piece 102 (FIG. 13B) having two through
3つの貫通孔5を有する試験片103(図13C)について、図14及び図15に示すFEM解析結果(case3−1、3−2、3−3)を見ると、中実試験片に比べて、必要荷重は、約23〜30%低減された。試験片103のx方向における荷重面1aの中央部付近と端部付近のひずみの差は、中実試験片と同程度又は少なくなった。
The FEM analysis results (cases 3-1, 3-2, 3-3) of the test piece 103 (FIG. 13C) having three through
図16Aは、試験片102の2つの対称境界面の交差部付近のひずみ長手方向成分の分布を示すコンター図である。図16Bは、試験片102の2つの対称境界面の交差部付近の応力長手方向成分の分布を示すコンター図である。図16A及び図16Bは、z軸方向の対称境界線TKzを通る対称境界面と、x軸方向の対称境界線TKxを通る対称境界面との交差部付近の断面、及び天井部1の荷重面1aを示している。図16A及び図16Bから、貫通孔5付近でのひずみ及び応力は、荷重面1aのひずみ及び応力より小さくなっていることが確認された。そのため、4点曲げ腐食試験において貫通孔5付近からき裂が発生しにくいと考えられる。すなわち、貫通孔5付近でき裂が発生することにより適正な評価ができなくなる可能性は低いと考えられる。
FIG. 16A is a contour diagram showing the distribution of strain longitudinal components near the intersection of two symmetrical boundary surfaces of the
図14及び図15に示す解析結果によれば、試験片10の一対の側壁部3の間に天井部1から底部2に達する仕切り壁4を設けることで、長手方向に貫通する複数の貫通孔5を形成し、複数の貫通孔5を長手方向から見て左右対称とすることが好ましいことがわかった。このような構成により、必要荷重を抑えながらも、評価面(荷重面1a)での中央部と端部のひずみ差の上昇を抑えることができる。また、貫通孔5周辺でのひずみおよび応力が評価面でのそれらを超えない状態で、四点曲げ腐食試験を実施できることが確認された。
According to the analysis results shown in FIGS. 14 and 15, a plurality of through holes penetrating in the longitudinal direction is provided by providing the
[実施例2]
試験片における貫通孔の好ましい断面形状を検討するために、図13Bに示す試験片102のサイズを下記表3のように設定して、FEM解析を行った。表3において、数値の単位はmmである。
[Example 2]
In order to study the preferred cross-sectional shape of the through hole in the test piece, the size of the
図17は、FEM解析で得られた貫通孔5の高さHと必要荷重との関係を示すグラフである。図17の縦軸は、中実試験片の必要荷重に対する、試験片102の必要荷重の比を示す。図17の解析結果から、貫通孔5の高さHが大きくなると必要荷重が小さくなることがわかった。高さHが6mm以上とすると、必要荷重を15%以上低減でき、高さHが7mm以上とすると、必要荷重を30%以上低減できた。
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the height H of the through
図18は、FEM解析で得られた貫通孔5の高さHとひずみ分布との関係を示すグラフである。横軸は、x方向における荷重面1aの中央からの距離を示す。図18に示す解析結果から、貫通孔5の高さH=3.5mm、5.5mm、7.5mm、8.5mmのいずれの場合も、中央と端部とのひずみの差は、中実試験片と比べて、小さくなった。特に、H=7.5mm、8.5mmの場合に、端部において、中央から離れるに従ってひずみの差が小さくなることが確認された。図17及び図18の解析結果から、貫通孔5の高さHは、試験片102の高さSHの60%以上であれば好ましく、65%以上であればなお好ましく、70%以上であればより好ましく、75%以上とすると一層好ましいことがわかった。
FIG. 18 is a graph showing the relationship between the height H of the through
図19は、FEM解析で得られた貫通孔5の幅Wと、必要荷重との関係を示すグラフである。図19の縦軸は、中実試験片の必要荷重に対する、試験片102の必要荷重の比を示す。図17の解析結果から、貫通孔5の幅Wが大きくなると必要荷重が小さくなることがわかった。幅Wが2.5mm(試験片の幅SWの25%)以上であれば、必要荷重を20%以上低減でき、幅Wが3.5mm(試験片の幅SWの35%)以上であれば、必要荷重を30%以上低減できた。
FIG. 19 is a graph showing the relationship between the width W of the through
図20は、FEM解析で得られた貫通孔5の幅Wと、ひずみ分布の関係を示すグラフである。図20に示す解析結果から、貫通孔5の幅W=2.5mm、3.5mmのいずれの場合も、ひずみ分布の差は、中実試験片と比べて、小さくなった。特に、W=3.5mmの場合に、ひずみの差が小さくなった。図17及び図18の解析結果から、貫通孔5の幅Wは、試験片102の幅SWの25%以上であれば好ましく、35%以上であればなお好ましいことがわかった。
FIG. 20 is a graph showing the relationship between the width W of the through
図21は、FEM解析で得られた、試験片102の横断面における貫通孔5の面積の占める割合と、必要荷重との関係を示すグラフである。図20の縦軸は、中実試験片の必要荷重に対する、試験片102の必要荷重の比を示す。横軸は、横断面における貫通孔5の面積SKの、貫通孔5がない場合の試験片102の横断面の面積SAに対する割合(SK/SA)を示す。貫通孔5の面積の割合が大きくなるにしたがって、必要荷重は減少した。貫通孔5の面積の割合が、0.5(すなわち50%)の場合、必要荷重は、30%低減された。
FIG. 21 is a graph showing the relationship between the ratio of the area occupied by the area of the through
以上、本発明の一実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the above-mentioned embodiment is only an illustration for implementing this invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately modifying the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.
1:天井部
2:底部
3:側壁部
4:仕切り壁
5:貫通孔
10:試験片
1: ceiling part 2: bottom part 3: side wall part 4: partition wall 5: through hole 10: test piece
Claims (6)
前記3点曲げ又は4点曲げ腐食試験において上下方向で上から荷重がかけられる第1荷重面を有し、前記試験片の長手方向に延びる天井部と、
前記3点曲げ又は4点曲げ腐食試験において前記上下方向で下から荷重がかけられる第2荷重面を有し、前記天井部と対向する底部と、
前記天井部の長手方向に垂直な方向における両端部と、前記底部の長手方向に垂直な方向における両端部との間に形成され、互いに対向する一対の側壁部と、
前記一対の側壁部の間において、前記天井部から前記底部にかけて形成される仕切り壁と、備え、
前記天井部、前記底部、前記一対の側壁部及び前記仕切り壁で囲まれた空間が、前記試験片を長手方向に貫通する複数の貫通孔を形成し、
前記試験片の長手方向から見て、前記複数の貫通孔の形状が、前記上下方向の軸に対して線対称である、試験片。 A test piece used for a three-point bending or four-point bending corrosion test,
A ceiling portion that has a first load surface to which a load is applied from above in the vertical direction in the three-point bending or four-point bending corrosion test, and extends in a longitudinal direction of the test piece;
In the three-point bending or four-point bending corrosion test has a second load surface on which a load is applied from below in the vertical direction, and a bottom portion facing the ceiling portion,
Both end portions in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the ceiling portion, and a pair of side wall portions formed between both end portions in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the bottom portion, facing each other,
A partition wall formed between the ceiling portion and the bottom portion, between the pair of side wall portions,
The ceiling, the bottom, a space surrounded by the pair of side walls and the partition wall form a plurality of through holes that penetrate the test piece in a longitudinal direction,
A test piece, wherein the shape of the plurality of through holes is line-symmetric with respect to the vertical axis when viewed from the longitudinal direction of the test piece.
前記仕切り壁は、前記一対の側壁部の中央に配置され、
前記仕切り壁と、前記仕切り壁の両側の前記一対の側壁部との間に、2つの前記貫通孔が形成される、試験片。 The test piece according to claim 1,
The partition wall is disposed at the center of the pair of side wall portions,
A test piece, wherein the two through holes are formed between the partition wall and the pair of side wall portions on both sides of the partition wall.
前記貫通孔の横断面における面積は、前記貫通孔がない場合の前記試験片の横断面の面積の50%以上である、試験片。 The test piece according to claim 1 or 2,
The test piece, wherein the area of the cross section of the through hole is 50% or more of the area of the cross section of the test piece in the absence of the through hole.
前記貫通孔の前記上下方向における寸法は、前記試験片の前記上下方向における寸法の60%以上である、試験片。 It is a test piece according to any one of claims 1 to 3,
The test piece, wherein a size of the through hole in the vertical direction is 60% or more of a size of the test piece in the vertical direction.
前記天井部の厚みは、前記底部の厚みより大きい、試験片。 It is a test piece according to any one of claims 1 to 4,
A test piece wherein the thickness of the ceiling is larger than the thickness of the bottom.
前記仕切り壁の厚みは、前記試験片の前記仕切り壁厚み方向における寸法の5%以上である、試験片。 It is a test piece according to any one of claims 1 to 5,
The test piece, wherein a thickness of the partition wall is 5% or more of a size of the test piece in a thickness direction of the partition wall.
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