Nondestructive Evaluation of Residual Stresses by Heating Method --- Simultaneous Estimation of Rate of Heat Release and Residual Stresses

加熱法による残留応力の非破壊評価法 --- 熱発生率と残留応力の同時推定

In the heating method which can be available for nondestructive and in situ measurements of residual stresses, a new method is proposed for simultaneous estimation of the heat flux and residual stresses. The approach is formulated as an inverse problem by using the surface displacements relieved by local heating and the resulting nonlinear least square problem is solved by Levenberg-Marquardt method. In this procedure, the displacements of the direct problem are computed by FEM. The approach is applied to estimation of uniaxial and biaxial stresses in a plate. The numerical results show the effectiveness of the proposed method.

新しい残留応力の非破壊評価法である加熱法では，加熱に伴う変位は解放変位に関係しないので，これを測定変位から差し引く必要がある．このためには，正確な熱流束が与えられなければならないが，物体表面の性状により，実際に吸収される熱量は影響をうける．この問題を解決するため，本研究では，測定変位から熱流束と残留応力を同時推定する手法を提案している．この手法の有効性を検討するため，一様分布する残留応力の同定問題を例にとり，数値計算を行った．その結果，解放変位が1μmおよび5μmあれば，同定精度がそれぞれ5%および1%以下であることが確認できた．よって，提案手法の有効性が明らかになった．

Transactions of The Japan Society of Mechanical Engineers, Series A

日本機械学会論文集(A編)


Nondestructive Evaluation Method of Welding Residual Stresses by Heating Method

加熱法による溶接残留応力の非破壊評価法

In this paper, a new method of estimating welding residual stresses nondestructively is presented. From the strain changes on the surface due to the local change of Young modulus, distributions of eigenstrain are determined by the inverse analysis. Residual stresses are then evaluated by the elastic FEM analysis by using the eigenstrain as initial condition. Since the local change of Young modulus are due to temperature dependency by heating, we refered to the method as heating method. The method is used to estimate the residual stress distribution in a plate formed by joining two sections with a butt weld. The results show that the proposed method is robust, efficient and accurate. In this procedure, the simulated measured strains are generated by adding random error to the strain response form the solution of the direct solution, and the singular value decomposition method is used as a regularization method. The effects of number of sensors and their locations, the magnitude of measurement errors on the accuracy of estimations are investigated.

新しい溶接残留応力の非破壊評価法である加熱法を提案している．加熱法は，温度上昇によるヤング率の低下によって解放されるひずみ情報から溶接部の固有ひずみを同定し，これから溶接残留応力を求める方法である．本研究では，本手法の定式化と平板突合せ溶接継手に応用してその有効性を検討し，次のような結果を得ている．(1)固有ひずみ分布をLegendreあるいはTchebycheffの直交多項式で仮定することにより，ひずみ解放源である加熱領域が微小でも固有ひずみが正確に同定できることがわかった．(2)測定点は応力集中部である加熱領域をを囲むように取ると，精度を落とさず測定点を少なくすることが可能である．(3)適切化法として，特異値分解法が有効であることが示された．(4)固有ひずみが溶接ビードの幅方向に分布する場合は，分布形状を正確に同定することは困難な問題となり，合力が等しい他の分布形状で代用しなければならない場合がある．

日本機械学会論文集(A編)


Neural Network-Based Inverse Analysis for Defect Identification with Laser Ultrasonics

レーザー超音波による超音波非破壊検査法は，底面に欠陥を設けた部材の上面にレーザーを照射して超音波を発生させ，部材表面に設けた観測点における欠陥からの反射波をレーザーにより観測し欠陥を同定するため，非接触での同定が可能となる．本研究では，様々な欠陥を想定し有限要素解析によるレーザー超音波シミュレーションを行って得られたデータにより学習した階層形ニューラルネットワークに，実際にレーザー超音波を用いた実験で得られた観測データを入力することにより，欠陥の位置·サイズの同定が可能であることを示した．


ニューラルネットワークと計算力学を用いた超音波欠陥同定法 --- レーザ超音波実験による精度検証

階層形ニューラルネットワークを用いた超音波非破壊検査法の実用性をレーザー超音波を用いた実験データにより検証した．実験では，底面に欠陥を設けた部材の上面にレーザーを照射して超音波を発生させるとともに部材表面に設けた観測点において欠陥からの反射波をレーザーにより観測した．観測で得られたデータを，計算機シミュレーションにより得られたデータを用いてトレーニングを行い構築したニューラルネットワークに入力し，欠陥の位置とサイズが同定できることを証明した．

日本機械学会論文集(A編)


ニューラルネットワークと計算力学に基づく定量的超音波非破壊検査 --- 斜め欠陥の同定とロバスト性の検証

部材表面で観測される超音波波形から部材内部の欠陥を同定する超音波非破壊検査への階層形ニューラルネットワークによる逆問題解析法の適用に関し，ニューラルネットワークの学習時にトレーニング用データに人工的な雑音を付加して学習させることにより，構築された同定用ニューラルネットワークは観測データに含まれる誤差の影響を受けにくくなることを示した．また，入力データの誤差による出力値への影響を誤差伝達係数として定量化し，観測データの誤差に対するロバスト性を向上させる手法を明らかにした．

日本機械学会論文集(A編)


ニューラルネットワークと計算力学に基づく超音波欠陥同定 --- 複数欠陥の場合

ニューラルネットワークと計算力学に基づく超音波欠陥同定 --- 複数欠陥の場合

階層形ニューラルネットワークによる逆問題解析法を部材表面で観測される超音波波形から部材内部の欠陥を同定する超音波非破壊検査へ適用し，部材内に存在する複数個の欠陥のパラメータを同定する方法を示している．複数の入射波を用いることによる欠陥パラメータ同定精度向上法や，欠陥の個数を同定する階層形ニューラルネットワークが構築できることを示すとともに，複数の同定用ニューラルネットワークを用いて階層的に同定するシステムを提案している．

日本機械学会論文集(A編)


異材界面の温度不連続による熱応力とその特異性 --- 3D解析

異材界面の温度不連続による熱応力とその特異性 --- 3D解析

接合膜と半無限体の界面上の円形領域が一定温度で加熱されるときの熱応力問題を三次元熱弾性理論を用いて解析し，界面特異性を明らかにした．主な結果は次の通りである．(1)界面せん断応力はやはり温度不連続点で特異になる．その形は対数形であり，強さの物性値依存性は二次元の場合と同じである．(2)はく離応力は温度不連続点でやはり不連続になり，その強さの物性値依存性は二次元の場合と同じである．(3)界面温度不連続による界面せん断応力およびはく離応力の特異性の強さの物性値依存性は，界面点熱源の二次元および三次元解の対応する応力のそれと同じである．

日本機械学会論文集(A編)


点熱源による接合膜をもつ半無限体の熱応力とその特異性 --- 3D解析

点熱源による接合膜をもつ半無限体の熱応力とその特異性 --- 3D解析

接合膜をもつ半無限体が接合膜内部に存在する点熱源によって加熱されるときのねつおうりょくを三次元熱弾性理論に基づいて解析し，次のような結果を得た．(1)閉形解を得た．それは第一種ルジャンドル陪関数で表される．(2)点熱源が界面に存在するとき界面上のせん断応力は零ではなく，点熱源の作用点で無限大となる．(3)はく離応力，せん断応力の特異性の強さが熱伝導率，線膨張係数および男性係数に依存する様子は二次元解の対応する応力成分のそれと等しい．(4)特異性のオーダは垂直応力，せん断応力とも点熱源からの距離の逆数である．

日本機械学会論文集(A編)


EWSネットワークによる動的問題の並列有限要素解析

EWSネットワークによる動的問題の並列有限要素解析

動的問題に対する領域分割法に基づく並列有限要素解析システムを構築し，複数のワークステーションをネットワークで結合した並列処理環境であるワークステーションネットワーク上に実装し性能を評価した．本解析システムは陰解法，陽解法の双方の解析に対応し，動的な負荷分散機構を備え各プロセッサの能力を十分引き出すことができるため，陰解法，陽解法ともに90%以上の非常に高い並列処理効率で大規模な問題を高速に解けることを示した．

日本機械学会論文集(A編)


異材界面の温度不連続による熱応力とその特異性

異材界面の温度不連続による熱応力とその特異性

接合膜をもつ半無限体の界面にステップ状の温度不連続があるときの熱応力を二次元問題として解析し，次のような結果を得ている．(1)温度不連続点は応力特異点となり，その特異性を表す主要部を閉形で表すことが出来た．その結果，せん断応力は対数形の特異性を持つことがわかった．(2)界面に存在する点熱源による対応する問題の特異性を比較検討した．その結果，各応力成分の特異性の形はお互いに異なるが，その強さは同じになる．

日本機械学会論文集(A編)


接合膜をもつ半無限体の集中力による応力とその特異性

接合膜をもつ半無限体の集中力による応力とその特異性

接合膜をもつ半無限板に集中荷重が作用するときの問題を三次元弾性理論に基づいて厳密に解析し，閉形解を得た．集中荷重は膜内部に存在し，界面に垂直と平行な二つの場合を扱った．解はは第一種ルジャンドル陪関数で表される．両材料を等しくすると従来の解を一致する．特に，集中荷重が界面に作用するときの変位，応力の特異性について明らかにしている．このとき，両材料の組合わせによってその特異性が消失する変位，応力成分と消失しない成分が存在することが明らかになった．

日本機械学会論文集(A編)


Quantitative nondestructive evaluation with ultrasonic method using neural networks and computational mechanics

階層形ニューラルネットワークによる逆問題解析法を部材表面で観測される超音波波形から部材内部の欠陥を同定する超音波非破壊検査に適用した．階層形ニューラルネットワークへの入力データ前処理法を改良し同定精度を向上させるとともに，出力する欠陥パラメータの設定方法とニューラルネットワーク学習法を改善することによる非破壊検査システムの性能を向上させ，部材底部および部材内部の欠陥の大きさや向きが同定できることを示した．


表面が局部加熱される接合膜をもつ半無限体の熱応力とその消失条件

表面が局部加熱される接合膜をもつ半無限体の熱応力とその消失条件

接合膜をもつ半無限体表面が指定された温度で局部過熱されるときの熱応力問題を二次元熱弾性理論を用いて解析し，閉形解を得た．この解を用いて異種接合材の熱応力消失条件について考察し，次のような結果を得ている．(1)平面応力及び三次元応力状態の場合，熱応力が消失するのは両材料の線膨張係数が等しいときのみで弾性定数には関係しない．(2)平面ひずみ状態の場合には，線膨張係数とポアソン比にある関係式が存在し，そのときのみ熱応力が消失する．(3)異材界面における熱応力特異性発現機構は，ひずみの不適合であることを明確にした．

Transactions of The Japan Society of Mechanical Engineers, Series A

日本機械学会論文集(A編)


点熱源による接合膜をもつ半無限体の熱応力とその特異性

点熱源による接合膜をもつ半無限体の熱応力とその特異性

接合膜をもつ半無限体に存在する点熱源による熱応力を二次元問題として厳密に解析した．まず，フーリェ積分形の解を求め，逆変換に際して，特異項を表す主要部を閉形で取り出す手法を示した．特に，点熱源が界面に存在するときの特異項を取り出し，その係数に含まれる線膨張係数と機械的物性値を適当に選ぶことにより，特異性を消失させたり，圧縮応力になるように制御できることがわかった．さらに，界面ではせん断応力が零でなくなり，逆正接形の不連続性を持つことが明らかになった．

日本機械学会論文集(A編)


ニューラルネットワークと計算力学に基づく欠陥同定 --- 超音波非破壊検査への応用

階層形ニューラルネットワークの学習·汎化能力は，結果から原因を推定する逆問題解析に適用可能である．本論文は，部材表面で観測される超音波波形から部材内部の欠陥を同定する超音波非破壊検査へ，階層形ニューラルネットワークによる逆問題解析法を適用する方法を定式化したものである．例として，2次元弾性波伝播問題において部材表面の観測点の変位応答から部材底面に存在する欠陥の位置·サイズが同定可能であることを示した．

日本機械学会論文集(A編)


領域分割法の動的有限要素解析への適用

領域分割法の動的有限要素解析への適用

領域分割法は，有限要素解析において，解析領域を複数の部分領域に分割して解析する手法である．本論文では，動的問題に対する有限要素法への領域分割法の定式化を陰解法(ニューマーク·ベータ法)，陽解法(中心差分法)の双方について示した．さらに，単一CPU上での2次元動弾性問題の解析を通じて，本論文の手法の精度·収束性ならびに演算速度·所要記憶容量を詳細に検討し，領域分割数とこれら性能指標の関係を明らかにしている．

日本機械学会論文集(A編)


千鳥配列された2円孔列をもつ無限板の熱応力

千鳥配列された2円孔列をもつ無限板の熱応力

逆対称な温度で加熱される2円孔列をもつ無限板の熱応力問題を解析し，孔配列が1円孔列，三角形，正方形及び長方形配列の各場合に，直径たい円孔間距離比が0．1から0．95までの幅広い値について高精度な熱応力集中を系統的に計算し，線図として与えておいた．

日本機械学会論文集(A編)


2円孔をもつ半無限板の二，三の熱応力問題

2円孔をもつ半無限板の二，三の熱応力問題

2円孔をもつ半無限板が(1)直線縁に平行な熱流，(2)直線縁に垂直な熱流，(3)等温度加熱，(4)逆対称温度加熱の4つの熱荷重の場合について，直線境界と2円孔間の熱応力集中について詳細に研究している．

日本機械学会論文集(A編)


Transient Thermal Stresses in an Infinite Plate with Two Elliptic Holes

2楕円孔をもつ無限板において，楕円孔温度が等しい場合と逆対称な場合の非定常熱応力問題を解析し，曲率と加熱条件が熱応力集中に与える影響の時間変化を明らかにしている．特殊な場合として，1楕円孔の結果についても与えておいた．


直線縁が局部加熱される有孔半無限板の定常熱応力

直線縁が局部加熱される有孔半無限板の定常熱応力

加熱幅及び加熱場所と円孔どの相対位置関係が熱応力集中に与える影響を明らかにするために，詳細な数値計算を実行し，熱応力集中線図の形で与えている．

日本機械学会論文集(A編)


大小2円孔をもつ無限板の非定常熱応力 --- 第2報，流体温度が等しい場合

大小2円孔をもつ無限板の非定常熱応力 --- 第2報，流体温度が等しい場合

第2報では，流体温度が等しい場合を解析し，第1報と同じパラメータに対して，数値計算を実行している．これらのパラメータが熱応力集中に与える影響を明らかにするとともに，第1報との比較検討を行い，その挙動機構を考察している．

日本機械学会論文集(A編)


大小2円孔をもつ無限板の非定常熱応力 --- 第1報，流体温度が異なる場合

大小2円孔をもつ無限板の非定常熱応力 --- 第1報，流体温度が異なる場合

その内部を流れる流体によって加熱される大小円孔をもつ無限板の非定常熱応力問題を解析し，提案した手法の熱伝達境界条件に対しても有効なことを示した．熱伝達係数，半径比，円孔間距離及び時間が熱応力集中に与える影響を詳細に比較した．第1報では，流体温度が異なる場合の結果について述べている．

日本機械学会論文集(A編)


U形切欠きをもつ半無限板の非定常熱応力

U形切欠きをもつ半無限板の非定常熱応力

U形切欠きを有する半無限板の直線縁を指定された温度で加熱する場合の熱応力集中問題を解析し，切欠き深さが十分大なる値まで数値計算を行い，熱応力集中の時間変化を明らかにしている．

日本機械学会論文集(A編)


2円孔を有する無限板の非定常熱応力

2円孔を有する無限板の非定常熱応力

同じ温度で加熱される2円孔を有する無限板の非定常熱応力問題を提案した手法を用いて解析した．併せて数値計算を実行し，2円孔間の熱応力集中の時間変化を明らかにした．

日本機械学会論文集(A編)


一円孔を有する半無限板の非定常熱応力

一円孔を有する半無限板の非定常熱応力

任意の孔形状，配列に適用できる非定常熱応力問題の解析手法として，孔内部に仮想荷重，熱源を作用させ，境界条件よりその分布を決定する手法を示し，適用例として，断熱された1円孔をもつ半無限板の直線縁が加熱されるときの問題を解析し，併せて数値計算を実行し，その有効性を確認した．

日本機械学会論文集(A編)


Unsteady Thermal Stress Problems in a Doubly Connected Domain by Conformal Mapping

共焦楕円で囲まれた断面をもつ管の内面が指定されて温度で加熱されるときの非定常熱応力を提案した手法を用いて解析したもので，曲率半径と熱応力集中との関係を数値的に明らかにしている．


Thermal Stresses in an Infinite Plate with Two Rows of Holes

逆対称な指定温度をもつ2円孔列を有する無限板の定常定常熱応力問題を提案した手法を用いて解析し，円孔間距離及び円孔列間距離の幅広い値について数値計算を実行し，詳細な熱応力集中線図を作成した．


Transverse Bending of an Infinite Plate with a Doubly Periodic Array of Holes

板のたわみ問題をその孔形状，配列に関わらず適用できる解析法を提案し，その応用例として，長方形及び三角形配列された円光をもつ板のたわみ問題を解析し，合わせて数値計算を実行し，その有効性を確認した．


1円孔列を有する半無限板の定常熱応力

1円孔列を有する半無限板の定常熱応力

円孔形状，配列に関わらず適用できる定常熱応力問題の解析法として，孔内部に仮想荷重，熱源を作用させ，その分布を境界条件から決定する手法を提案し，その応用例として，1円孔列をもつ半無限板の熱応力問題を解析し，併せて数値計算を実行し，その有効性を確認した．

Transactions of The Japan Society of Mechanical Engineers, Series A

日本機械学会論文集(A編)


Thermal Flexure of an Infinite Plate with a Doubly Periodic Array of Holes

板の熱たわみ問題をその孔形状，配列に関わらず適用できる解析手法を提案し，その応用例として，長方形及び三角形配列された円孔をもつ板の熱たわみ問題を解析し，併せて数字計算を実行し，その有効性を確認した．


四角形穴をもつ厚肉円管の非定常熱応力

四角形穴をもつ厚肉円管の非定常熱応力

境界が異種境界曲線で構成される領域の非定常熱応力問題を複素変数法と等角写像を用いて解析する手法を示し，その応用例として，四角形孔をもつ厚肉円管の非定常熱応力を解析し，併せて数値計算を実行し，その有効性を確認した．

日本機械学会論文集(A編)


Two-Dimensional Stress Analysis of an Infinite Plate with a Doubly Periodic Array of Elliptic Holes

孔形状，配列に関わらず適用できる平面問題の解析法として，孔内部に仮想荷重を作用させ，その分布を境界条件より決定する手法を提案し，その応用例として，2方向に周期的な孔配列を有する無限板が引張りを受ける問題を解析し，併せて数値計算を行い，その有効性を示した．


Strength of a Curved Plate with Two Straight Edges Supported Elastically under Hydrostatic Pressure

弾性支持された曲面板が水圧を受けるときの変形と強度を円筒殻の一般理論を用いて厳密に論じ，数値計算を実行している．水圧の高い下部よりむしろ水圧の低い上部において大きな曲げモーメントが生じるなど興味ある結果を得ている．


Thermal Stresses in Ovaloid and Flower-Shaped Ingot Cases

複素変数法を用いた異種境界境界曲線を持つ領域の定常熱応力問題の解析手法を，多重摂動法を導入することにより，より一般的な孔形状が取り扱えるように拡張した．応用例として，ニ，三の複雑な断面形状を持つインゴットケースの熱応力を解析し，数値計算を実行した．その結果，境界の直線部分で引張り応力が生ずることを明らかにした．


多角形穴をもつ円形領域の定常熱応力

多角形穴をもつ円形領域の定常熱応力

境界が異種曲線座標で構成される領域の呈上熱応力問題の定式化を複素関数，等角写像法及び摂動法を用いて行う一般的手法を示した．応用として，多角形孔を持つ円形領域の定常熱応力を解析し，併せて数値計算を実行しその挙動を明らかにした．

Transactions of The Japan Society of Mechanical Engineers

日本機械学会論文集(-1978)