部件的疲勞破壞評價裝置、部件的疲勞破壞評價方法及計算機程序的制作方法

部件的疲勞破壞評價裝置、部件的疲勞破壞評價方法及計算機程序的制作方法
【專利摘要】導(dǎo)出指標FS（P），該指標FS（P）是將夾雜物尺寸的概率分布所存在的整個范圍設(shè)為積分范圍，將部件的夾雜物尺寸的概率分布函數(shù)和“部件的區(qū)域的大小”的乘積以部件的夾雜物尺寸進行積分而得到的，該“部件的區(qū)域”是在以預(yù)先由操作者設(shè)定的載荷條件P施加了載荷時的作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅σ超過疲勞強度的應(yīng)力振幅σw的區(qū)域。
【專利說明】部件的疲勞破壞評價裝置、部件的疲勞破壞評價方法及計算機程序
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及部件的疲勞破壞評價裝置、部件的疲勞破壞評價方法、以及計算機程序，尤其適于對承受反復(fù)載荷的機械部件的內(nèi)部疲勞進行評價。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，對于承受反復(fù)載荷的機械部件(金屬部件等)，大多進行用于防止疲勞破壞的設(shè)計。作為用于決定針對這種部件疲勞的容許應(yīng)力的以往的典型方法，對于彈簧，有非專利文獻I中記載的方法。通常，作為原料的疲勞特性，對每個鋼種都規(guī)定有容許應(yīng)力，所以在非專利文獻I中記載的方法中，由此決定容許應(yīng)力。但是，對于沒有規(guī)定容許應(yīng)力的鋼種或特殊的鋼種，則要另外決定容許應(yīng)力。無論怎樣，都是對根據(jù)彈簧的疲勞試驗的結(jié)果的實績得到的疲勞強度乘以合適的安全系數(shù)，由此來規(guī)定容許應(yīng)力。另外，對于其他機械部件，大多也是以實物的試驗結(jié)果為基礎(chǔ)來決定容許應(yīng)力。但是，對于難以進行實驗的形狀的部件，由平滑圓棒試驗片的旋轉(zhuǎn)彎曲等使用了疲勞試驗片的疲勞試驗的結(jié)果來求出其疲勞強度，考慮由形狀引起的應(yīng)力集中，推測作為部件的疲勞強度。此時，在認為作用應(yīng)力的平均對疲勞特性影響較大的情況下，使用修正古德曼線圖等能夠推測平均應(yīng)力的效果的方法，根據(jù)考慮了部件的疲勞龜裂產(chǎn)生部(應(yīng)力振幅最大的部位)的平均應(yīng)力而求出的疲勞試驗片的疲勞強度(疲勞極限)，推測部件的疲勞強度，并賦予適當?shù)陌踩?，由此進行部件的疲勞設(shè)計。另外，在該方法中，作為作用于部件的應(yīng)力，只評價疲勞破壞的危險度最高的部位的應(yīng)力。
[0003]另外，在非專利文獻2中，作為推測機械部件的疲勞強度的公式，提出了只根據(jù)存在于材料內(nèi)部的夾雜物的尺寸和硬度求出機械部件的疲勞強度的公式。另外，在非專利文獻2中還提出了考慮機械部件的應(yīng)力比的影響來對機械部件的疲勞強度進行修正的公式。此外，還提出了通過極值統(tǒng)計處理將影響焊接疲勞強度的存在于材料內(nèi)部的夾雜物的最大尺寸(最大夾雜物尺寸)及其概率分布(最大夾雜物分布)公式化的方法。
[0004]在先技術(shù)文獻
[0005]非專利文獻
[0006]非專利文獻1:彈簧技術(shù)協(xié)會編、“彈簧”、第3版、丸善、1982年、p.379-p.389
[0007]非專利文獻2:村上敬宜著、“金屬疲勞微小缺陷和夾雜物的影響”、養(yǎng)賢堂、2008年 12 月 25 日、OD 版第 I 版、p.94-P.112
[0008]非專利文獻3 JISR1625細陶瓷的強度數(shù)據(jù)的威布爾統(tǒng)計解析法
[0009]非專利文獻4:防腐蝕協(xié)會編，小若正倫他著、“裝置材料的壽命預(yù)測入門-極值統(tǒng)計在腐蝕中的應(yīng)用-”、丸善、1985年
[0010]非專利文獻5:加瀨滋男著、“信賴性數(shù)據(jù)的匯總方法-二重指數(shù)分布的活用法-”、Ohmsha> 1984 年、ρ.57-ρ.82
[0011]非專利文獻6:Stuart Coles 著、“An Introduction to Statistical Modelingof Extreme Values，，、Springer-Verlag London Limited、2001 年、p.45_p.56
[0012]發(fā)明的概要
[0013]發(fā)明所要解決的技術(shù)課題
[0014]然而，例如，在彈簧等中使用的高強度鋼中，有時以夾雜物等為起點，從機械部件的內(nèi)部產(chǎn)生疲勞破壞。已知這種疲勞破壞是在由較大尺寸的夾雜物的存在概率較高的材料形成的部件中，從破壞力學的觀點出發(fā)，以較低的應(yīng)力且以較少次數(shù)的反復(fù)負荷引起的。另夕卜，在機械部件中，對于應(yīng)力高的區(qū)域較大的機械部件，可能存在于該區(qū)域中的最大夾雜物尺寸變大，所以疲勞強度降低。另外，機械部件承受拉伸.壓縮.扭轉(zhuǎn).彎曲等多種應(yīng)力，所以在各種部位應(yīng)力條件不同，而且在通過熱處理或噴丸處理等向部件的內(nèi)部導(dǎo)入了殘留應(yīng)力時，機械部件的內(nèi)部應(yīng)力即使在無負荷狀態(tài)下也因部位而不同。該無負荷狀態(tài)下的機械部件的內(nèi)部應(yīng)力給承受反復(fù)負荷時的應(yīng)力比和平均應(yīng)力帶來影響。因此，為了評價機械部件的疲勞，需要考慮體積效應(yīng)(夾雜物的分布)和機械部件內(nèi)部的應(yīng)力的分布這兩者的影響。
[0015]然而，在非專利文獻I中示出的安全率不是以理論根據(jù)確定的，而是通過經(jīng)驗來決定的。因此，難以正確地評價機械部件的疲勞。此外，在非專利文獻I中記載的技術(shù)中，進行機械部件的疲勞設(shè)計時，體積效應(yīng)的影響和機械部件內(nèi)部的應(yīng)力的分布的影響都沒有充分考慮。
[0016]另外，在非專利文獻2中，通過求出機械部件的疲勞強度的公式和基于極值統(tǒng)計處理的最大夾雜物尺寸及最大夾雜物分布的公式化，考慮了在均勻的應(yīng)力下給疲勞破壞現(xiàn)象帶來影響的體積效應(yīng)，能夠進行機械部件的疲勞設(shè)計。但是，非專利文獻2中記載的技術(shù)也無法考慮體積效應(yīng)和機械部件內(nèi)部的應(yīng)力分布這兩者的影響來進行機械部件的疲勞設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明是鑒于上述的問題點而做出的，其目的在于，考慮存在于機械部件內(nèi)部的夾雜物的分布和機械部件內(nèi)部的應(yīng)力分布的雙方，來進行機械部件的疲勞設(shè)計。
[0018]本發(fā)明的疲勞破壞評價裝置，對施加了反復(fù)載荷時的機械部件的內(nèi)部的疲勞進行評價，其特征在于，具備:最大尺寸夾雜物分布函數(shù)導(dǎo)出單元，輸入多個夾雜物尺寸的值，根據(jù)所輸入的多個夾雜物尺寸，設(shè)所述夾雜物尺寸在所述機械部件上的最大值分布依照一般極值分布，導(dǎo)出所述夾雜物尺寸的概率分布函數(shù)，所述夾雜物尺寸的值是求取將在所述機械部件的內(nèi)部存在的夾雜物之中的基準體積中最大的夾雜物的形狀投影到平面而得到的夾雜物的截面積的平方根的值、或者求取將在所述機械部件的內(nèi)部存在的夾雜物之中的基準體積中最大的夾雜物的形狀近似為預(yù)定的圖形時由該圖形的代表性尺寸得到的夾雜物的截面積的推測值的平方根的值；推測疲勞強度導(dǎo)出單元，分別輸入所述夾雜物尺寸、所述機械部件的硬度或所述機械部件的材料的強度、以及所述機械部件的應(yīng)力比的值，作為以存在于所述機械部件中的夾雜物為起點的疲勞強度且針對反復(fù)施加的預(yù)定載荷的預(yù)定反復(fù)次數(shù)的疲勞強度，將所輸入的值代入到由所述夾雜物尺寸、所述機械部件的硬度或所述機械部件的材料的強度、以及所述機械部件的應(yīng)力比表示的疲勞強度的公式，導(dǎo)出所述機械部件的各位置上的該疲勞強度；作用應(yīng)力導(dǎo)出單元，導(dǎo)出以預(yù)先設(shè)定的載荷條件對所述機械部件施加了反復(fù)載荷時作用于所述機械部件的內(nèi)部的各位置上的作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅；疲勞強度超過區(qū)域?qū)С鰡卧?，根?jù)對由所述推測疲勞強度導(dǎo)出單元導(dǎo)出的疲勞強度和由所述作用應(yīng)力導(dǎo)出單元導(dǎo)出的作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅進行比較的結(jié)果，導(dǎo)出在所述機械部件的區(qū)域之中所述作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅超過所述疲勞強度的區(qū)域的大??；指標導(dǎo)出單元，根據(jù)所述夾雜物尺寸的概率分布函數(shù)和所述作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅超過所述疲勞強度的區(qū)域的大小的乘積，導(dǎo)出用于評價所述機械部件的內(nèi)部的疲勞的指標；以及指標輸出單元，輸出由所述指標導(dǎo)出單元導(dǎo)出的指標。
[0019]本發(fā)明的疲勞破壞評價方法，使用計算機來評價施加反復(fù)載荷時的機械部件的內(nèi)部的疲勞，其特征在于，具備:最大尺寸夾雜物分布函數(shù)導(dǎo)出工序，輸入多個夾雜物尺寸的值，根據(jù)所輸入的多個夾雜物尺寸，設(shè)所述夾雜物尺寸在所述機械部件上的最大值分布依照一般極值分布，導(dǎo)出所述夾雜物尺寸的概率分布函數(shù)，所述夾雜物尺寸的值是求取將在所述機械部件的內(nèi)部存在的夾雜物之中的基準體積中最大的夾雜物的形狀投影到平面而得到的夾雜物的截面積的平方根的值、或者求取將在所述機械部件的內(nèi)部存在的夾雜物之中的基準體積中最大的夾雜物的形狀近似為預(yù)定的圖形時由該圖形的代表性尺寸得到的夾雜物的截面積的推測值的平方根的值；推測疲勞強度導(dǎo)出工序，分別輸入所述夾雜物尺寸、所述機械部件的硬度或所述機械部件的材料的強度、以及所述機械部件的應(yīng)力比的值，作為以存在于所述機械部件中的夾雜物為起點的疲勞強度且針對反復(fù)施加的預(yù)定載荷的預(yù)定反復(fù)次數(shù)的疲勞強度，將所輸入的值代入到由所述夾雜物尺寸、所述機械部件的硬度或所述機械部件的材料的強度、以及所述機械部件的應(yīng)力比表示的疲勞強度的公式，導(dǎo)出所述機械部件的各位置上的該疲勞強度；作用應(yīng)力導(dǎo)出工序，導(dǎo)出以預(yù)先設(shè)定的載荷條件對所述機械部件施加了反復(fù)載荷時作用于所述機械部件的內(nèi)部的各位置上的作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅；疲勞強度超過區(qū)域?qū)С龉ば颍鶕?jù)對由所述推測疲勞強度導(dǎo)出工序?qū)С龅钠趶姸群陀伤鲎饔脩?yīng)力導(dǎo)出工序?qū)С龅淖饔脩?yīng)力的應(yīng)力振幅進行比較的結(jié)果，導(dǎo)出在所述機械部件的區(qū)域之中所述作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅超過所述疲勞強度的區(qū)域的大??；指標導(dǎo)出工序，根據(jù)所述夾雜物尺寸的概率分布函數(shù)和所述作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅超過所述疲勞強度的區(qū)域的大小的乘積，導(dǎo)出用于評價所述機械部件的內(nèi)部的疲勞的指標；以及指標輸出工序，輸出由所述指標導(dǎo)出工序?qū)С龅闹笜恕?br> [0020]本發(fā)明的計算機程序，使計算機執(zhí)行對施加反復(fù)載荷時的機械部件的內(nèi)部的疲勞進行評價，其特征在于，使計算機執(zhí)行如下工序:最大尺寸夾雜物分布函數(shù)導(dǎo)出工序，輸入多個夾雜物尺寸的值，根據(jù)所輸入的多個夾雜物尺寸，設(shè)所述夾雜物尺寸在所述機械部件上的最大值分布依照一般極值分布，導(dǎo)出所述夾雜物尺寸的概率分布函數(shù)，所述夾雜物尺寸的值是求取將在所述機械部件的內(nèi)部存在的夾雜物之中的基準體積中最大的夾雜物的形狀投影到平面而得到的夾雜物的截面積的平方根的值、或者求取將在所述機械部件的內(nèi)部存在的夾雜物之中的基準體積中最大的夾雜物的形狀近似為預(yù)定的圖形時由該圖形的代表性尺寸得到的夾雜物的截面積的推測值的平方根的值；推測疲勞強度導(dǎo)出工序，分別輸入所述夾雜物尺寸、所述機械部件的硬度或所述機械部件的材料的強度、以及所述機械部件的應(yīng)力比的值，作為以存在于所述機械部件中的夾雜物為起點的疲勞強度且針對反復(fù)施加的預(yù)定載荷的預(yù)定反復(fù)次數(shù)的疲勞強度，將所輸入的值代入到由所述夾雜物尺寸、所述機械部件的硬度或所述機械部件的材料的強度、以及所述機械部件的應(yīng)力比表示的疲勞強度的公式，導(dǎo)出所述機械部件的各位置上的該疲勞強度；作用應(yīng)力導(dǎo)出工序，導(dǎo)出以預(yù)先設(shè)定的載荷條件對所述機械部件施加了反復(fù)載荷時作用于所述機械部件的內(nèi)部的各位置上的作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅；疲勞強度超過區(qū)域?qū)С龉ば?，根?jù)對由所述推測疲勞強度導(dǎo)出工序?qū)С龅钠趶姸群陀伤鲎饔脩?yīng)力導(dǎo)出工序?qū)С龅淖饔脩?yīng)力的應(yīng)力振幅進行比較的結(jié)果，導(dǎo)出在所述機械部件的區(qū)域之中所述作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅超過所述疲勞強度的區(qū)域的大?。恢笜藢?dǎo)出工序，根據(jù)所述夾雜物尺寸的概率分布函數(shù)和所述作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅超過所述疲勞強度的區(qū)域的大小的乘積，導(dǎo)出用于評價所述機械部件的內(nèi)部的疲勞的指標；以及指標輸出工序，輸出由所述指標導(dǎo)出工序?qū)С龅闹笜恕?br> [0021]發(fā)明效果
[0022]根據(jù)本發(fā)明，基于夾雜物尺寸的概率分布函數(shù)和作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅超過疲勞強度的部件的區(qū)域的大小的乘積，導(dǎo)出用于評價機械部件的內(nèi)部的疲勞的指標。因此，能夠考慮存在于機械部件內(nèi)部的夾雜物的分布和機械部件內(nèi)部的應(yīng)力的分布的雙方來進行機械部件的疲勞設(shè)計。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是表示部件的疲勞破壞評價裝置的硬件構(gòu)成的一例的圖。
[0024]圖2是表示部件的疲勞破壞評價裝置的功能性構(gòu)成的一例的圖。
[0025]圖3是示意性地表示累積概率與夾雜物尺寸之間的關(guān)系的一例的圖。
[0026]圖4是說明部件的疲勞破壞評價裝置的動作流程的一例的流程圖。
[0027]圖5示出實施例1，是表示螺旋彈簧離線材表面的距離與螺旋彈簧的殘留應(yīng)力的應(yīng)力振幅之間的關(guān)系的圖。
[0028]圖6示出實施例1，是表示累積概率及基準化變量與夾雜物尺寸之間的關(guān)系的圖。
[0029]圖7示出實施例1，是表示疲勞強度的應(yīng)力振幅及剪切應(yīng)力的應(yīng)力振幅與螺旋彈簧離線材表面的距離之間的關(guān)系的圖。
[0030]圖8示出實施例1，是示出表示概率分布函數(shù)的曲線、表示對面積比例與夾雜物尺寸之間的關(guān)系進行表示的函數(shù)的曲線、以及表示將概率分布函數(shù)和該函數(shù)相乘的函數(shù)的曲線的圖。
[0031]圖9不出實施例1，表不指標與公稱最大到切應(yīng)力之間的關(guān)系的圖。
[0032]圖10示出實施例1，表示由疲勞破壞試驗的結(jié)果得到的破斷根數(shù)與最大剪切應(yīng)力之間的關(guān)系的圖。
[0033]圖11示出實施例2，表示圓棒試驗片的離表面的距離與圓棒試驗片的殘留應(yīng)力的應(yīng)力振幅之間的關(guān)系的圖。
[0034]圖12示出實施例2，表示指標及破斷根數(shù)與試驗片表面應(yīng)力振幅之間的關(guān)系的圖。
[0035]圖13示出實施例3，表示指標及破斷根數(shù)與試驗片表面應(yīng)力振幅之間的關(guān)系的圖。
【具體實施方式】
[0036]下面，參照附圖來說明本發(fā)明的一個實施方式。[0037]<部件(機械部件)的疲勞破壞評價裝置的硬件構(gòu)成>
[0038]圖1是表示部件的疲勞破壞評價裝置100的硬件構(gòu)成的一例的圖。
[0039]如圖1所示，部件的疲勞破壞評價裝置100具有CPU(Central Processing Unit)101、R0M(Read Only Memory)102>RAM(Random Access Memory)103>PD(Pointing Device)104,HD (Hard Disk) 105、顯示裝置 106、揚聲器 107、通信 I/F (Interface) 108、以及系統(tǒng)總線109。
[0040]CPU101對部件的疲勞破壞評價裝置100中的動作進行統(tǒng)籌控制，經(jīng)由系統(tǒng)總線109來控制部件的疲勞破壞評價裝置100的各構(gòu)成部(102~108)。
[0041]R0M102 存儲作為 CPU101 的控制程序的 BIOS (Basic Input/Output System)或操作系統(tǒng)程序(OS)、CPUlOl執(zhí)行后述的處理所需的程序等。
[0042]RAM103作為CPU101的主存儲器、工件區(qū)域等發(fā)揮作用。CPU101在執(zhí)行處理時，將必要的計算機程序等從R0M102加載到RAM103，并從HD105記載必要的信息等到RAM103，通過執(zhí)行該計算機程序等或該信息等的處理，實現(xiàn)各種動作。
[0043]PD104例如由鼠標或鍵盤等構(gòu)成，構(gòu)成操作輸入單元，該操作輸入單元用于由操作者根據(jù)需要對產(chǎn)品搬送作業(yè)量預(yù)測裝置100進行操作輸入。
[0044]HD105構(gòu)成存儲各種信息、數(shù)據(jù)、文件等的存儲單元。
[0045]顯示裝置106構(gòu)成根據(jù)CPU101的控制來顯示各種信息、圖像的顯示單元。
[0046]揚聲器107構(gòu)成根據(jù)CPU101的控制來輸出與各種信息有關(guān)的語音的語音輸出單
[0047]通信I/F108根據(jù)CPU101的控制經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)與外部裝置進行各種信息等的通信。
[0048]系統(tǒng)總線109 是用于將 CPU101、R0M102、RAM103、PD104、HD105、顯示裝置 106、揚聲器107及通信I/F108可相互通信地連接的總線。
[0049]<部件的疲勞破壞評價裝置>
[0050]圖2是表示部件的疲勞破壞評價裝置100的功能性構(gòu)成的一例的圖。
[0051]在圖2中，部件的疲勞破壞評價裝置100具有最大尺寸夾雜物分布函數(shù)導(dǎo)出部201、推測疲勞強度導(dǎo)出部202、作用應(yīng)力振幅導(dǎo)出部203、疲勞強度超過區(qū)域?qū)С霾?04、指標導(dǎo)出部205、以及疲勞強度超過體積概率輸出部206。
[0052]<最大尺寸夾雜物分布函數(shù)導(dǎo)出部201〉
[0053]最大尺寸夾雜物分布函數(shù)導(dǎo)出部201導(dǎo)出進行疲勞設(shè)計的對象的機械部件(在以下的說明中，根據(jù)需要而將“進行疲勞設(shè)計的對象的機械部件”簡稱為“部件”)的夾雜物尺
寸^Tareallus [ μ m]的概率分布。部件的夾雜物尺寸,area::,,、被稱之為所謂“根區(qū)域”，是
對將存在于部件的某個區(qū)域(基準體積)的夾雜物的形狀投影到平面上時的投影面積之中、
投影面積最大的夾雜物的該投影面積求取平方根(f)的值。然而，在現(xiàn)實中由于難以正
確求出該面積，所以沒有必要一定這樣做。例如，該值也可以如下獲得，將存在于部件的某個區(qū)域(基準體積)的夾雜物之中、最大的夾雜物的形狀近似為四角形、橢圓形等簡單的圖形(形狀)，由該圖形的代表性尺寸，推測求出夾雜物的投影面積，求取該面積的平方根。作為具體例，將在部件的某個區(qū)域(基準體積)中最大的夾雜物的形狀近似為橢圓形的情況下，可以將求取其長徑和短徑之積的平方根的值作為夾雜物的投影面積的推測值。[0054]另外，在本說明書中，^TX表示X172 (X的1/2次方)。例如，Zaroanax表示 1/2
areaHiax ο
[0055]在最大尺寸夾雜物分布函數(shù)導(dǎo)出部201中，部件的夾雜物尺寸/"area.的最大值分布依照一般極值分布。
[0056]由此，部件的夾雜物尺寸am.w的累積概率F (^arcamJ用下面的(la)式及(Ib)表示。
[0057]F iT area**) =exp[-{l+ I ( if tirca**- λ ) / α ) } 1/4] ξ 參O 的情況…(la)
[0058]f aroaB；lx) =eip[^exp{~ (^f Hroam1- λ ) / α }] ξ =0 的情況...(lb)
[0059]另外，部件的夾雜物尺寸^Ta roaliia,的概率分布函數(shù)f ( ^arca1!lil>;)用下面的(2a)式、(2b)式表示。另外，部件的夾雜物尺寸famw的概率分布函數(shù)f (VrHrcaiiix)
通過將(I)式以部件的夾雜物尺寸^area?進行微分而得到。
[0060]
f iTareaK,.) = (l/ci ) {1+ ξ ( (/"area,；.:,- λ ) /α )
I ( (farea匪—λ) /α ) 1Α] I 關(guān)O 的情況…(2a)[0061]
f (/"area.) = (I/ a ) exp[- (/"area?-λ ) / a -exp{- (/"area*?-
λ ) /α }] ξ =()的情況…(2b)
[0062]在(I)式以及(2)式中，α是尺度參數(shù)，λ是`位置參數(shù)，ξ是形狀參數(shù)。另外，在以下的說明中，根據(jù)需要，將“部件的夾雜物尺寸^farea_的累積概率Pj CfareamJ ”
稱為“累積概率P (^aroflftij5) ”。另外，根據(jù)需要，將“部件的夾雜物尺寸,area*的概率分布函數(shù)f (丨arwu)”稱為“概率分布函數(shù)f (丨area.)”。另外，根據(jù)需要，將“部件的夾雜物尺寸^”稱為“最大夾雜物尺寸^、或者夾雜物尺寸f area,..,,”
O
[0063]圖3是示意性地表示累積概率F(Z^rearew)及基準化變量y (=-ln (-1n (F)))和部件的夾雜物尺寸^areaows之間的關(guān)系的一例的圖?；鶞驶兞縴與求取累積概率
F (^area831)的二重對數(shù)而得到的值對應(yīng)(參照后述的(3)式、(4)式)。
[0064]參照圖3來說明尺度參數(shù)α、位置參數(shù)λ、以及形狀參數(shù)ξ的概要。
[0065]在圖3中，在形狀參數(shù)ξ為O ( ξ =0)情況下，最大夾雜物概率分布函數(shù)如曲線301所示為直線。該曲線301與(Ib)式對應(yīng)。(Ib)式表示被稱為Gumbel (岡貝爾)型的極
值分布。(lb)式例如用于最大夾雜物尺寸farea*的實測值的數(shù)量較少的情況。[0066]在形狀參數(shù)ξ為負值(ξ〈O)的情況下，最大夾雜物概率分布函數(shù)如曲線302a所
示。如曲線302a所示，形狀參數(shù)ξ為負值(ξ〈O)表示最大夾雜物尺寸/~area--的值達
到峰值。該曲線302a與(Ia)式之中的形狀參數(shù)ξ為負值(ξ〈O)的情況對應(yīng)。(Ia)式之中的形狀參數(shù)ξ為負值(ξ〈O)的是被稱為Weibull (威布爾)型的極值分布。
[0067]另一方面，在形狀參數(shù)ξ為正值(ξ >0)的情況下，最大夾雜物概率分布函數(shù)如曲線302b所示。如曲線302b所示，形狀參數(shù)ξ為正值(ξ>0)表示在部件的某個區(qū)域(基準
體積中)稀疏地存在最大夾雜物尺寸Vrarea--較大的夾雜物。該曲線302b與(Ia)式之中
的形狀參數(shù)ξ為正值(ξ>0)的區(qū)域?qū)?yīng)。(Ia)式之中形狀參數(shù)ξ為正值(ξ>0)的部分是被稱為Frechet (弗雷謝)型的極值分布。
[0068]另外，在圖3中，尺度參數(shù)α的值變大(相比于與曲線301對應(yīng)的值)時，最大夾雜物概率分布函數(shù)如曲線303a所示。在曲線303a中，相比于曲線301，斜率變陡。如曲線303a所示，尺度參數(shù)α的值變大表示從部件的基準體積(具有該基準體積的區(qū)域)分別提
取的最大夾雜物尺寸√areaasx的值為相互接近的值(表示從部件的基準體積(具有該基準體積的區(qū)域)分別提取出相同值的最大夾雜物尺寸Iareaffias)。
[0069]另一方面，尺度參數(shù)α的值(相比于與曲線301對應(yīng)的值)變小時，最大夾雜物概率分布函數(shù)如曲線303b所示。在曲線303b中，相比于曲線301，斜率變緩。如曲線303b所示，尺度參數(shù)α的值變小表示從部件的基準體積(具有該基準體積的區(qū)域)分別提取的最大
夾雜物尺寸√areaeitt的值有偏差。
[0070]另外，在圖3中，位置參數(shù)λ的值(相比于與曲線301對應(yīng)的值)變大時，最大夾雜物概率分布函數(shù)如曲線304a所示。在曲線304a中，相比于曲線301，累積概率
F (/"area_c)為O時的最大夾雜物尺寸/"area--的值變大。如曲線304a所示，位置參
數(shù)λ的值大表示部件的基準體積(具有該基準體積的區(qū)域)中分別存在平均尺寸較大的夾雜物。
[0071]另一方面，位置參數(shù)λ的值(相比于與曲線301對應(yīng)的值)變小時，最大夾雜物概率分布函數(shù)如曲線304b所示。在曲線304b中，相比于曲線301，累積概率F (√arealllll)
為O時的最大夾雜物尺寸arOalliax的值變小。如曲線304b所示,位置參數(shù)λ的值小,表
示在部件的基準體積(具有該基準體積的區(qū)域)分別存在平均尺寸較小的夾雜物。
[0072]最大尺寸夾雜物分布函數(shù)導(dǎo)出部201通過導(dǎo)出這些尺度參數(shù)α、位置參數(shù)λ和
形狀參數(shù)ξ，導(dǎo)出概率分布函數(shù)f (√arealltis) e最簡單的形狀參數(shù)ξ為O (ξ=0)時的
尺度參數(shù)α和位置參數(shù)λ的導(dǎo)出能夠通過制作極值統(tǒng)計曲線來實現(xiàn)。該方法例如記載于“村上敬宜著、《金屬疲勞微小缺陷和夾雜物的影響》、養(yǎng)賢堂、2008年12月25日、OD版第I版、ρ.94-ρ.112”。下面簡單說明該方法。
[0073]首先，對I個或多個部件的η個同一尺寸的截面分別測定最大夾雜物尺寸廠area:_在此，η是2以上的整數(shù)，適當選擇為了導(dǎo)出后述的尺度參數(shù)α和位置參數(shù)λ(或者尺度參數(shù)α和位置參數(shù)λ和形狀參數(shù)ξ )所需的必要的數(shù)量。另外，截面的截取方法沒有特別限定。最大尺寸夾雜物分布函數(shù)導(dǎo)出部201根據(jù)操作者的操作或與外部裝置進行的通信等來取得這些η個夾雜物尺寸Tareamax的值。
[0074]另外，作為用于測定最大夾雜物尺寸area.的其他方法，使用多根相同形狀的疲勞試驗片進行疲勞試驗，將其破裂面出現(xiàn)的成為疲勞破壞的起點的夾雜物尺寸作為相對于疲勞試驗片的高應(yīng)力區(qū)域的體積的最大夾雜物尺寸farea.進行評價，進行同樣的處置。這是由于，只要反復(fù)應(yīng)力的條件相同，比起小夾雜物，以大夾雜物為起點先產(chǎn)生疲勞龜裂 。
[0075]最大尺寸夾雜物分布函數(shù)導(dǎo)出部201由以下的(3)式、(4)式分別對j (I-η)計算累積概率F』(根號areaeit,j)和基準化變量yj[_]。
[0076]
【權(quán)利要求】
1.一種部件的疲勞破壞評價裝置，對施加了反復(fù)載荷時的機械部件的內(nèi)部的疲勞進行評價，其特征在于，具備: 最大尺寸夾雜物分布函數(shù)導(dǎo)出單元，輸入多個夾雜物尺寸的值，根據(jù)所輸入的多個夾雜物尺寸，設(shè)所述夾雜物尺寸在所述機械部件上的最大值分布依照一般極值分布，導(dǎo)出所述夾雜物尺寸的概率分布函數(shù)，所述夾雜物尺寸的值是求取將在所述機械部件的內(nèi)部存在的夾雜物之中的基準體積中最大的夾雜物的形狀投影到平面而得到的夾雜物的截面積的平方根的值、或者求取將在所述機械部件的內(nèi)部存在的夾雜物之中的基準體積中最大的夾雜物的形狀近似為預(yù)定的圖形時由該圖形的代表性尺寸得到的夾雜物的截面積的推測值的平方根的值； 推測疲勞強度導(dǎo)出單元，分別輸入所述夾雜物尺寸、所述機械部件的硬度或所述機械部件的材料的強度、以及所述機械部件的應(yīng)力比的值，作為以存在于所述機械部件中的夾雜物為起點的疲勞強度且針對反復(fù)施加的預(yù)定載荷的預(yù)定反復(fù)次數(shù)的疲勞強度，將所輸入的值代入到由所述夾雜物尺寸、所述機械部件的硬度或所述機械部件的材料的強度、以及所述機械部件的應(yīng)力比表示的疲勞強度的公式，導(dǎo)出所述機械部件的各位置上的該疲勞強度； 作用應(yīng)力導(dǎo)出單元，導(dǎo)出以預(yù)先設(shè)定的載荷條件對所述機械部件施加了反復(fù)載荷時作用于所述機械部件的內(nèi)部的各位置上的作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅； 疲勞強度超過區(qū)域?qū)С鰡卧?，根?jù)對由所述推測疲勞強度導(dǎo)出單元導(dǎo)出的疲勞強度和由所述作用應(yīng)力導(dǎo)出單元導(dǎo)出的作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅進行比較的結(jié)果，導(dǎo)出在所述機械部件的區(qū)域之中所述作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅超過所述疲勞強度的區(qū)域的大??； 指標導(dǎo)出單元，根據(jù)所述夾雜物尺寸的概率分布函數(shù)和所述作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅超過所述疲勞強度的區(qū)域的大小的乘積，導(dǎo)出用于評價所述機械部件的內(nèi)部的疲勞的指標；以及 指標輸出單元，輸出由所述指標導(dǎo)出單元導(dǎo)出的指標。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件的疲勞破壞評價裝置，其特征在于， 所述指標導(dǎo)出單元將所述夾雜物尺寸的概率分布所存在的整個范圍設(shè)為積分范圍，對所述夾雜物尺寸的概率分布函數(shù)和所述作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅超過所述疲勞強度的區(qū)域的大小的乘積以部件的夾雜物尺寸進行積分，將由此得到的值作為所述指標導(dǎo)出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件的疲勞破壞評價裝置，其特征在于， 所述作用應(yīng)力是所述機械部件的各位置處的換算應(yīng)力的振幅、或者所述機械部件的各位置處的主應(yīng)力的變動最大的方向上的主應(yīng)力的振幅， 所述應(yīng)力比是所述機械部件的各位置處的換算應(yīng)力的應(yīng)力比、或者所述機械部件的各位置處的主應(yīng)力的變動最大的方向上的主應(yīng)力的應(yīng)力比。
4.一種部件的疲勞破壞評價方法，使用計算機來評價施加反復(fù)載荷時的機械部件的內(nèi)部的疲勞，其特征在于，具備: 最大尺寸夾雜物分布函數(shù)導(dǎo)出工序，輸入多個夾雜物尺寸的值，根據(jù)所輸入的多個夾雜物尺寸，設(shè)所述夾雜物尺寸在所述機械部件上的最大值分布依照一般極值分布，導(dǎo)出所述夾雜物尺寸的概率分布函數(shù)，所述夾雜物尺寸的值是求取將在所述機械部件的內(nèi)部存在的夾雜物之中的基準體積中最大的夾雜物的形狀投影到平面而得到的夾雜物的截面積的平方根的值、或者求取將在所述機械部件的內(nèi)部存在的夾雜物之中的基準體積中最大的夾雜物的形狀近似為預(yù)定的圖形時由該圖形的代表性尺寸得到的夾雜物的截面積的推測值的平方根的值； 推測疲勞強度導(dǎo)出工序，分別輸入所述夾雜物尺寸、所述機械部件的硬度或所述機械部件的材料的強度、以及所述機械部件的應(yīng)力比的值，作為以存在于所述機械部件中的夾雜物為起點的疲勞強度且針對反復(fù)施加的預(yù)定載荷的預(yù)定反復(fù)次數(shù)的疲勞強度，將所輸入的值代入到由所述夾雜物尺寸、所述機械部件的硬度或所述機械部件的材料的強度、以及所述機械部件的應(yīng)力比表示的疲勞強度的公式，導(dǎo)出所述機械部件的各位置上的該疲勞強度； 作用應(yīng)力導(dǎo)出工序，導(dǎo)出以預(yù)先設(shè)定的載荷條件對所述機械部件施加了反復(fù)載荷時作用于所述機械部件的內(nèi)部的各位置上的作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅； 疲勞強度超過區(qū)域?qū)С龉ば颍鶕?jù)對由所述推測疲勞強度導(dǎo)出工序?qū)С龅钠趶姸群陀伤鲎饔脩?yīng)力導(dǎo)出工序?qū)С龅淖饔脩?yīng)力的應(yīng)力振幅進行比較的結(jié)果，導(dǎo)出在所述機械部件的區(qū)域之中所述作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅超過所述疲勞強度的區(qū)域的大??； 指標導(dǎo)出工序，根據(jù)所述夾雜物尺寸的概率分布函數(shù)和所述作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅超過所述疲勞強度的區(qū)域的大小的乘積，導(dǎo)出用于評價所述機械部件的內(nèi)部的疲勞的指標；以及 指標輸出工序，輸出由所述指標導(dǎo)出工序?qū)С龅闹笜恕?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的部件的疲勞破壞評價方法，其特征在于， 在所述指標導(dǎo)出工序中，將所述夾雜物尺寸的概率分布所存在的整個范圍設(shè)為積分范圍，對所述夾雜物尺寸的概率分布函數(shù)和所述作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅超過所述疲勞強度的區(qū)域的大小的乘積以部件的夾雜物尺寸進行積分，將由此得到的值作為所述指標導(dǎo)出。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的 部件的疲勞破壞評價方法，其特征在于， 所述作用應(yīng)力是所述機械部件的各位置處的換算應(yīng)力的振幅、或者所述機械部件的各位置處的主應(yīng)力的變動最大的方向上的主應(yīng)力的振幅， 所述應(yīng)力比是所述機械部件的各位置處的換算應(yīng)力的應(yīng)力比、或者所述機械部件的各位置處的主應(yīng)力的變動最大的方向上的主應(yīng)力的應(yīng)力比。
7.一種計算機程序，使計算機執(zhí)行對施加反復(fù)載荷時的機械部件的內(nèi)部的疲勞進行評價，其特征在于，使計算機執(zhí)行如下工序: 最大尺寸夾雜物分布函數(shù)導(dǎo)出工序，輸入多個夾雜物尺寸的值，根據(jù)所輸入的多個夾雜物尺寸，設(shè)所述夾雜物尺寸在所述機械部件上的最大值分布依照一般極值分布，導(dǎo)出所述夾雜物尺寸的概率分布函數(shù)，所述夾雜物尺寸的值是求取將在所述機械部件的內(nèi)部存在的夾雜物之中的基準體積中最大的夾雜物的形狀投影到平面而得到的夾雜物的截面積的平方根的值、或者求取將在所述機械部件的內(nèi)部存在的夾雜物之中的基準體積中最大的夾雜物的形狀近似為預(yù)定的圖形時由該圖形的代表性尺寸得到的夾雜物的截面積的推測值的平方根的值； 推測疲勞強度導(dǎo)出工序，分別輸入所述夾雜物尺寸、所述機械部件的硬度或所述機械部件的材料的強度、以及所述機械部件的應(yīng)力比的值，作為以存在于所述機械部件中的夾雜物為起點的疲勞強度且針對反復(fù)施加的預(yù)定載荷的預(yù)定反復(fù)次數(shù)的疲勞強度，將所輸入的值代入到由所述夾雜物尺寸、所述機械部件的硬度或所述機械部件的材料的強度、以及所述機械部件的應(yīng)力比表示的疲勞強度的公式，導(dǎo)出所述機械部件的各位置上的該疲勞強度； 作用應(yīng)力導(dǎo)出工序，導(dǎo)出以預(yù)先設(shè)定的載荷條件對所述機械部件施加了反復(fù)載荷時作用于所述機械部件的內(nèi)部的各位置上的作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅； 疲勞強度超過區(qū)域?qū)С龉ば?，根?jù)對由所述推測疲勞強度導(dǎo)出工序?qū)С龅钠趶姸群陀伤鲎饔脩?yīng)力導(dǎo)出工序?qū)С龅淖饔脩?yīng)力的應(yīng)力振幅進行比較的結(jié)果，導(dǎo)出在所述機械部件的區(qū)域之中所述作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅超過所述疲勞強度的區(qū)域的大??； 指標導(dǎo)出工序，根據(jù)所述夾雜物尺寸的概率分布函數(shù)和所述作用應(yīng)力的應(yīng)力振幅超過所述疲勞強度的區(qū)域的大小的乘積，導(dǎo)出用于評價所述機械部件的內(nèi)部的疲勞的指標；以及 指標輸出工序，輸出由所 述指標導(dǎo)出工序?qū)С龅闹笜恕?br> 【文檔編號】G01N3/32GK103460015SQ201280014833
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月7日
【發(fā)明者】島貫廣志 申請人:新日鐵住金株式會社