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技術 圧力容器の材料強度の試験方法及び試験治具

出願人 東京瓦斯株式会社
発明者 小口憲武谷田部洋
出願日 1998年2月20日 (23年0ヶ月経過) 出願番号 1998-039066
公開日 1999年8月31日 (21年5ヶ月経過) 公開番号 1999-237325
状態 未査定
技術分野 機械的応力負荷による材料の強さの調査
主要キーワード 軸線間隔 試験治具 作用線 連結穴 プレス機械 材料強度 曲げモーメント 引張応力
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年8月31日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (11)

課題

内圧を受ける円筒状の圧力容器であって、外周部にへこみと傷のある容器材料強度推定する方法と装置を提供する。

解決手段

試験片100は、外周部にへこみ部110と、傷120を有する円筒状の圧力容器の一部を切り出して作成されるものであって、その両端部を試験治具200に固定される。試験片100の中心E1に対して偏位した治具200上の位置P1,P2を引張試験機に連結し、引張力Fを加える。試験片100には、引張応力σと曲げモーメントMが作用し、圧力容器のへこみ部に加えられる引張応力と曲げモーメントが再現される。

概要

背景

図9は、ガス供給管等の圧力容器を構成する鋼管10の断面図であって、この鋼管10に外力Wが作用して、外周部Sにへこみと傷が生じた場合を示す。

図10は、鋼管10にへこみ部20aが生じ、へこみ20aの中央部に傷30aが発生したものとする。圧力容器である鋼管10には、内圧Pが作用しているので、(A)に示すようにこの内圧により、へこみ部20aには、へこみを復元する方向の曲げモーメントMと引張応力σが作用する。

この内圧により、へこみ部が復元する方向に変形が進み、(B)に示すように、へこみ部20bが円形に復元された状態となると、傷30bの周辺には主として引張応力σのみが作用する。内圧により更に変形が進行すると、(C)に示すように、へこみ部は鋼管の外周部よりも外側に押し出されて突出部20cを形成する。この状態では、傷30Cの周辺には引張応力σとともに曲げモーメントMが作用し、遂には、傷30Cが拡大して破断されることとなる。

概要

内圧を受ける円筒状の圧力容器であって、外周部にへこみと傷のある容器材料強度推定する方法と装置を提供する。

試験片100は、外周部にへこみ部110と、傷120を有する円筒状の圧力容器の一部を切り出して作成されるものであって、その両端部を試験治具200に固定される。試験片100の中心E1に対して偏位した治具200上の位置P1,P2を引張試験機に連結し、引張力Fを加える。試験片100には、引張応力σと曲げモーメントMが作用し、圧力容器のへこみ部に加えられる引張応力と曲げモーメントが再現される。

目的

そこで、この種の圧力容器の強度試験設備は大規模なものとなり、また、条件を変える毎に試験用の圧力容器を用意する必要がある等、時間とコストのかかる試験となっていた。本発明は、鋼管と同様の材質によりつくられるテストピースを用いて、このテストピースに所望の曲げモーメントと引張応力を同時に作用させることによって、圧力容器をバースト試験することによって、へこみと傷による鋼管の強度試験を行なう試験方法と装置を提供するものである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

円筒状の圧力容器である鋼管の外周部にへこみと傷を有する部分の材料強度試験する方法であって、鋼管をへこみと傷を中心として円周方向に長い試験片として切り出す工程と、長尺状の試験片の両端部を治具を介して引張試験機により把持する工程と、引張試験機により試験片に引張応力を付与すると同時に、試験片にへこみ部が円筒形状に復元する向きの曲げ応力を付与する工程、を有する圧力容器の材料強度の試験方法

請求項2

円筒状の圧力容器である鋼管の外周部にへこみと傷を有する部分の材料強度を引張試験機により試験する試験治具であって、鋼管をへこみと傷を中心として円周方向に長い長尺物として切り出して形成された試験片が挿入される溝と、溝に挿入された試験片を固着する手段と、試験治具を引張試験機に連結する手段を有し、試験治具を引張試験機に連結する手段は、引張試験機により与えられる引張力作用線が試験片を把持する溝の中心線に対して偏位して配設される圧力容器の材料強度の試験治具。

請求項3

試験片を引張試験機に連結する手段は、引張試験機のフックの先端が係合する複数の貫通穴であって、複数の貫通穴は、試験片が挿入される溝に対して、溝の軸線に直交する方向に異なる距離だけ、偏位して配設される請求項2記載の圧力容器の材料強度の試験治具。

技術分野

0001

本発明は、へこみと傷を有する圧力容器である鋼管材料強度試験方法及び装置に関する。

背景技術

0002

図9は、ガス供給管等の圧力容器を構成する鋼管10の断面図であって、この鋼管10に外力Wが作用して、外周部Sにへこみと傷が生じた場合を示す。

0003

図10は、鋼管10にへこみ部20aが生じ、へこみ20aの中央部に傷30aが発生したものとする。圧力容器である鋼管10には、内圧Pが作用しているので、(A)に示すようにこの内圧により、へこみ部20aには、へこみを復元する方向の曲げモーメントMと引張応力σが作用する。

0004

この内圧により、へこみ部が復元する方向に変形が進み、(B)に示すように、へこみ部20bが円形に復元された状態となると、傷30bの周辺には主として引張応力σのみが作用する。内圧により更に変形が進行すると、(C)に示すように、へこみ部は鋼管の外周部よりも外側に押し出されて突出部20cを形成する。この状態では、傷30Cの周辺には引張応力σとともに曲げモーメントMが作用し、遂には、傷30Cが拡大して破断されることとなる。

発明が解決しようとする課題

0005

このように、圧力容器である鋼管の外周部にへこみと傷が存在する場合の材料強度の試験方法としては、従来は鋼管に実際に内圧を加えて、強度試験バースト試験)を行っていた。へこみと傷を有する圧力容器は、内圧の増加に伴って、図10に、示すような変形が進行し、遂には破断に至るので、この際に圧力容器は破損され、内圧を発生する流体爆発的に飛散する。

0006

そこで、この種の圧力容器の強度試験設備は大規模なものとなり、また、条件を変える毎に試験用の圧力容器を用意する必要がある等、時間とコストのかかる試験となっていた。本発明は、鋼管と同様の材質によりつくられるテストピースを用いて、このテストピースに所望の曲げモーメントと引張応力を同時に作用させることによって、圧力容器をバースト試験することによって、へこみと傷による鋼管の強度試験を行なう試験方法と装置を提供するものである。

課題を解決するための手段

0007

本発明の円筒状の圧力容器である鋼管の外周部にへこみと傷を有する部分の材料強度を試験する方法は、鋼管をへこみと傷を中心として円周方向に長い試験片として切り出す工程と、長尺状の試験片の両端部を治具を介して引張試験機により把持する工程と、引張試験機により試験片に引張応力を付与すると同時に、試験片にへこみ部が円筒形状に復元する向きの曲げ応力を付与する工程を有するものである。

0008

そして、本発明の円筒状の圧力容器である鋼管の外周部にへこみと傷を有する部分の材料強度を引張試験機により試験する試験治具は、鋼管をへこみと傷を中心として円周方向に長い長尺物として切り出して形成された試験片が挿入される溝と、溝に挿入された試験片を固着する手段と、試験治具を引張試験機に連結する手段を有し、試験治具を引張試験機に連結する手段は、引張試験機により与えられる引張力作用線が試験片を把持する溝の中心線に対して偏位して配設されるものである。

0009

また、試験片を引張試験機に連結する手段は、引張試験機のフックの先端が係合する複数の貫通穴であって、複数の貫通穴は、試験片が挿入される溝に対して、溝の軸線に直交する方向に異なる距離だけ、偏位して配設されるものである。

発明を実施するための最良の形態

0010

図1図2は、本発明の強度試験に使用する試験片の作成方法を示す説明図である。まず、強度試験の対象となる鋼管の一部50を切り取りプレス機械を用いて工具T1により所望のへこみ部60を形成する。そして、へこみ部60を含む鋼管を切り出して試験片100を作成する。

0011

図3は、作成された試験片の平面図、図4は正面図、図5はへこみ部に機械加工により形成された傷の形状寸法を示す断面図である。試験片100は、中央部にへこみ部110と傷120を有する長尺の部材であって、両端部には平坦部120が設けられる。板厚tは、12.7mmのものを用意した。平坦部120には試験片100を試験機に取り付けるための取付穴140が設けられる。

0012

へこみ部に設けられる傷の形状と寸法は、試験対象となる鋼管が実際に受ける傷に近似することが望ましい。図5の(A)では、幅寸法が0.2mm、深さ寸法が3.8mmの傷120aを設けた場合を示し、(B)では幅寸法が3mm、深さ寸法が3.8mmで、底面が半径1.5mmの円弧状となる傷120bを用意した。

0013

図6図7は、本発明による試験片100の試験方法を示す説明図である。試験片100の両端部を治具200の溝210に挿入し、取付穴140を利用して治具200に固着する。この状態で治具200を取り付けた引張試験機を作動して、両治具を力Fで互いに離れる方向に引張る。この時に、2つの治具200に作用される力の作用点P1,P2を結ぶ軸線E2と初期状態の試験片100の中央を通る軸線E1の間は距離G1だけ変位させてある。そこで、治具200を力Fで引張ると、試験片100には、曲げモーメントMと、引張応力σが同時に作用することとなる。

0014

したがって、この引張力Fと軸線間隔G1とを適当に選択することにより、図10で説明したへこみと傷を有する鋼管に内圧Pが作用したときの曲げモーメントMと引張応力σに類似した力学条件を試験片に付与することができる。

0015

図7は、試験装置により付与される引張力Fが増大して、曲げモーメントMにより試験片100がへこみ部110が減少する方向に曲げられた状態を示す。この状態は図10の(B)に対応するものであって、試験片100には主として引張応力σのみが作用する。

0016

更に、引張力Fが増大すると、傷120部に対して引張応力が集中し、遂には試験片100は破断される。この間に試験片が受ける引張力や試験片各部の変形量等を測定することで、へこみ部と傷を有する圧力容器の強度を推定することができる。

0017

図8は、本発明の試験方法に使用される治具の平面図である。治具200は、厚さ寸法が大きな鋼板でつくられ、矩形の平面形状を有する。短辺側の一方の側壁206に近接して、試験片を挿入するスリット210が設けられる。治具200の側壁206からこのスリット210を貫通する穴220が形成され、試験片100の穴140を貫通するピン230が差し込まれて、試験片100は治具200に連結される。治具200は、スリット210が設けられる長辺の側壁202とは反対側の長辺の側壁204に沿って、穴220の軸線に平行な軸線上に配設される複数の穴を有する。

発明の効果

0018

また、本発明の試験装置によれば、材料の引張試験機を用いて、試験片に引張応力とともに曲げモーメントを付与することができる。付与すべき曲げモーメントの量も簡単に調整することができるので、へこみと傷を有する圧力容器である鋼管の強度試験を効率的に実行することができる。

0018

図示の実施例にあっては、4個の穴240,241,242,243が設けられる。第1の穴240の中心は、治具200の短辺の一方の側壁206からの距離L1が、スリット210の中央までの距離と同じ位置に配設される。側壁206から第2の穴241の中心までの距離L2、第3の穴242の中心までの距離L3、第4の穴243の中心までの距離L4は、それぞれ試験片に付与すべき曲げモーメントMの量に対応して設定される。

図面の簡単な説明

0019

本発明の圧力容器である鋼管の材料強度の試験方法は以上のように、管体の表面にへこみと傷を有する試験片を用意し、この試験片に対して曲げモーメントと引張応力を同時に付与しつつ材料強度の試験を実行するものである。この試験結果に基づいて、へこみと傷を有する管体状の圧力容器の強度を推定することができる。

--

0020

図1試験片を作成する方法を示す説明図。
図2試験片を作成する方法を示す説明図。
図3試験片の平面図。
図4試験片の正面図。
図5へこみ部の傷の断面図。
図6試験方法を示す説明図。
図7試験方法を示す説明図。
図8試験治具の平面図。
図9圧力容器を構成する鋼管の断面図。
図10鋼管のへこみと傷を示す説明図。

0021

50圧力容器
100試験片
110 へこみ部
120 傷
200試験治具
210 溝
230ピン
240〜243引張試験機への連結穴

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