部件的疲劳破坏评价装置、部件的疲劳破坏评价方法及计算机程序的制作方法
【专利摘要】导出指标FS（P），该指标FS（P）是将夹杂物尺寸的概率分布所存在的整个范围设为积分范围，将部件的夹杂物尺寸的概率分布函数和“部件的区域的大小”的乘积以部件的夹杂物尺寸进行积分而得到的，该“部件的区域”是在以预先由操作者设定的载荷条件P施加了载荷时的作用应力的应力振幅σ超过疲劳强度的应力振幅σw的区域。
【专利说明】部件的疲劳破坏评价装置、部件的疲劳破坏评价方法及计算机程序
【技术领域】
[0001]本发明涉及部件的疲劳破坏评价装置、部件的疲劳破坏评价方法、以及计算机程序，尤其适于对承受反复载荷的机械部件的内部疲劳进行评价。
【背景技术】
[0002]以往，对于承受反复载荷的机械部件(金属部件等)，大多进行用于防止疲劳破坏的设计。作为用于决定针对这种部件疲劳的容许应力的以往的典型方法，对于弹簧，有非专利文献I中记载的方法。通常，作为原料的疲劳特性，对每个钢种都规定有容许应力，所以在非专利文献I中记载的方法中，由此决定容许应力。但是，对于没有规定容许应力的钢种或特殊的钢种，则要另外决定容许应力。无论怎样，都是对根据弹簧的疲劳试验的结果的实绩得到的疲劳强度乘以合适的安全系数，由此来规定容许应力。另外，对于其他机械部件，大多也是以实物的试验结果为基础来决定容许应力。但是，对于难以进行实验的形状的部件，由平滑圆棒试验片的旋转弯曲等使用了疲劳试验片的疲劳试验的结果来求出其疲劳强度，考虑由形状引起的应力集中，推测作为部件的疲劳强度。此时，在认为作用应力的平均对疲劳特性影响较大的情况下，使用修正古德曼线图等能够推测平均应力的效果的方法，根据考虑了部件的疲劳龟裂产生部(应力振幅最大的部位)的平均应力而求出的疲劳试验片的疲劳强度(疲劳极限)，推测部件的疲劳强度，并赋予适当的安全率，由此进行部件的疲劳设计。另外，在该方法中，作为作用于部件的应力，只评价疲劳破坏的危险度最高的部位的应力。
[0003]另外，在非专利文献2中，作为推测机械部件的疲劳强度的公式，提出了只根据存在于材料内部的夹杂物的尺寸和硬度求出机械部件的疲劳强度的公式。另外，在非专利文献2中还提出了考虑机械部件的应力比的影响来对机械部件的疲劳强度进行修正的公式。此外，还提出了通过极值统计处理将影响焊接疲劳强度的存在于材料内部的夹杂物的最大尺寸(最大夹杂物尺寸)及其概率分布(最大夹杂物分布)公式化的方法。
[0004]在先技术文献
[0005]非专利文献
[0006]非专利文献1:弹簧技术协会编、“弹簧”、第3版、丸善、1982年、p.379-p.389
[0007]非专利文献2:村上敬宜著、“金属疲劳微小缺陷和夹杂物的影响”、养贤堂、2008年 12 月 25 日、OD 版第 I 版、p.94-P.112
[0008]非专利文献3 JISR1625细陶瓷的强度数据的威布尔统计解析法
[0009]非专利文献4:防腐蚀协会编，小若正伦他著、“装置材料的寿命预测入门-极值统计在腐蚀中的应用-”、丸善、1985年
[0010]非专利文献5:加濑滋男著、“信赖性数据的汇总方法-二重指数分布的活用法-”、Ohmsha> 1984 年、ρ.57-ρ.82
[0011]非专利文献6:Stuart Coles 著、“An Introduction to Statistical Modelingof Extreme Values，，、Springer-Verlag London Limited、2001 年、p.45_p.56
[0012]发明的概要
[0013]发明所要解决的技术课题
[0014]然而，例如，在弹簧等中使用的高强度钢中，有时以夹杂物等为起点，从机械部件的内部产生疲劳破坏。已知这种疲劳破坏是在由较大尺寸的夹杂物的存在概率较高的材料形成的部件中，从破坏力学的观点出发，以较低的应力且以较少次数的反复负荷引起的。另夕卜，在机械部件中，对于应力高的区域较大的机械部件，可能存在于该区域中的最大夹杂物尺寸变大，所以疲劳强度降低。另外，机械部件承受拉伸.压缩.扭转.弯曲等多种应力，所以在各种部位应力条件不同，而且在通过热处理或喷丸处理等向部件的内部导入了残留应力时，机械部件的内部应力即使在无负荷状态下也因部位而不同。该无负荷状态下的机械部件的内部应力给承受反复负荷时的应力比和平均应力带来影响。因此，为了评价机械部件的疲劳，需要考虑体积效应(夹杂物的分布)和机械部件内部的应力的分布这两者的影响。
[0015]然而，在非专利文献I中示出的安全率不是以理论根据确定的，而是通过经验来决定的。因此，难以正确地评价机械部件的疲劳。此外，在非专利文献I中记载的技术中，进行机械部件的疲劳设计时，体积效应的影响和机械部件内部的应力的分布的影响都没有充分考虑。
[0016]另外，在非专利文献2中，通过求出机械部件的疲劳强度的公式和基于极值统计处理的最大夹杂物尺寸及最大夹杂物分布的公式化，考虑了在均匀的应力下给疲劳破坏现象带来影响的体积效应，能够进行机械部件的疲劳设计。但是，非专利文献2中记载的技术也无法考虑体积效应和机械部件内部的应力分布这两者的影响来进行机械部件的疲劳设计。
【发明内容】
[0017]本发明是鉴于上述的问题点而做出的，其目的在于，考虑存在于机械部件内部的夹杂物的分布和机械部件内部的应力分布的双方，来进行机械部件的疲劳设计。
[0018]本发明的疲劳破坏评价装置，对施加了反复载荷时的机械部件的内部的疲劳进行评价，其特征在于，具备:最大尺寸夹杂物分布函数导出单元，输入多个夹杂物尺寸的值，根据所输入的多个夹杂物尺寸，设所述夹杂物尺寸在所述机械部件上的最大值分布依照一般极值分布，导出所述夹杂物尺寸的概率分布函数，所述夹杂物尺寸的值是求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状投影到平面而得到的夹杂物的截面积的平方根的值、或者求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状近似为预定的图形时由该图形的代表性尺寸得到的夹杂物的截面积的推测值的平方根的值；推测疲劳强度导出单元，分别输入所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比的值，作为以存在于所述机械部件中的夹杂物为起点的疲劳强度且针对反复施加的预定载荷的预定反复次数的疲劳强度，将所输入的值代入到由所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比表示的疲劳强度的公式，导出所述机械部件的各位置上的该疲劳强度；作用应力导出单元，导出以预先设定的载荷条件对所述机械部件施加了反复载荷时作用于所述机械部件的内部的各位置上的作用应力的应力振幅；疲劳强度超过区域导出单元，根据对由所述推测疲劳强度导出单元导出的疲劳强度和由所述作用应力导出单元导出的作用应力的应力振幅进行比较的结果，导出在所述机械部件的区域之中所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小；指标导出单元，根据所述夹杂物尺寸的概率分布函数和所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小的乘积，导出用于评价所述机械部件的内部的疲劳的指标；以及指标输出单元，输出由所述指标导出单元导出的指标。
[0019]本发明的疲劳破坏评价方法，使用计算机来评价施加反复载荷时的机械部件的内部的疲劳，其特征在于，具备:最大尺寸夹杂物分布函数导出工序，输入多个夹杂物尺寸的值，根据所输入的多个夹杂物尺寸，设所述夹杂物尺寸在所述机械部件上的最大值分布依照一般极值分布，导出所述夹杂物尺寸的概率分布函数，所述夹杂物尺寸的值是求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状投影到平面而得到的夹杂物的截面积的平方根的值、或者求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状近似为预定的图形时由该图形的代表性尺寸得到的夹杂物的截面积的推测值的平方根的值；推测疲劳强度导出工序，分别输入所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比的值，作为以存在于所述机械部件中的夹杂物为起点的疲劳强度且针对反复施加的预定载荷的预定反复次数的疲劳强度，将所输入的值代入到由所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比表示的疲劳强度的公式，导出所述机械部件的各位置上的该疲劳强度；作用应力导出工序，导出以预先设定的载荷条件对所述机械部件施加了反复载荷时作用于所述机械部件的内部的各位置上的作用应力的应力振幅；疲劳强度超过区域导出工序，根据对由所述推测疲劳强度导出工序导出的疲劳强度和由所述作用应力导出工序导出的作用应力的应力振幅进行比较的结果，导出在所述机械部件的区域之中所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小；指标导出工序，根据所述夹杂物尺寸的概率分布函数和所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小的乘积，导出用于评价所述机械部件的内部的疲劳的指标；以及指标输出工序，输出由所述指标导出工序导出的指标。
[0020]本发明的计算机程序，使计算机执行对施加反复载荷时的机械部件的内部的疲劳进行评价，其特征在于，使计算机执行如下工序:最大尺寸夹杂物分布函数导出工序，输入多个夹杂物尺寸的值，根据所输入的多个夹杂物尺寸，设所述夹杂物尺寸在所述机械部件上的最大值分布依照一般极值分布，导出所述夹杂物尺寸的概率分布函数，所述夹杂物尺寸的值是求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状投影到平面而得到的夹杂物的截面积的平方根的值、或者求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状近似为预定的图形时由该图形的代表性尺寸得到的夹杂物的截面积的推测值的平方根的值；推测疲劳强度导出工序，分别输入所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比的值，作为以存在于所述机械部件中的夹杂物为起点的疲劳强度且针对反复施加的预定载荷的预定反复次数的疲劳强度，将所输入的值代入到由所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比表示的疲劳强度的公式，导出所述机械部件的各位置上的该疲劳强度；作用应力导出工序，导出以预先设定的载荷条件对所述机械部件施加了反复载荷时作用于所述机械部件的内部的各位置上的作用应力的应力振幅；疲劳强度超过区域导出工序，根据对由所述推测疲劳强度导出工序导出的疲劳强度和由所述作用应力导出工序导出的作用应力的应力振幅进行比较的结果，导出在所述机械部件的区域之中所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小；指标导出工序，根据所述夹杂物尺寸的概率分布函数和所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小的乘积，导出用于评价所述机械部件的内部的疲劳的指标；以及指标输出工序，输出由所述指标导出工序导出的指标。
[0021]发明效果
[0022]根据本发明，基于夹杂物尺寸的概率分布函数和作用应力的应力振幅超过疲劳强度的部件的区域的大小的乘积，导出用于评价机械部件的内部的疲劳的指标。因此，能够考虑存在于机械部件内部的夹杂物的分布和机械部件内部的应力的分布的双方来进行机械部件的疲劳设计。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是表示部件的疲劳破坏评价装置的硬件构成的一例的图。
[0024]图2是表示部件的疲劳破坏评价装置的功能性构成的一例的图。
[0025]图3是示意性地表示累积概率与夹杂物尺寸之间的关系的一例的图。
[0026]图4是说明部件的疲劳破坏评价装置的动作流程的一例的流程图。
[0027]图5示出实施例1，是表示螺旋弹簧离线材表面的距离与螺旋弹簧的残留应力的应力振幅之间的关系的图。
[0028]图6示出实施例1，是表示累积概率及基准化变量与夹杂物尺寸之间的关系的图。
[0029]图7示出实施例1，是表示疲劳强度的应力振幅及剪切应力的应力振幅与螺旋弹簧离线材表面的距离之间的关系的图。
[0030]图8示出实施例1，是示出表示概率分布函数的曲线、表示对面积比例与夹杂物尺寸之间的关系进行表示的函数的曲线、以及表示将概率分布函数和该函数相乘的函数的曲线的图。
[0031]图9不出实施例1，表不指标与公称最大到切应力之间的关系的图。
[0032]图10示出实施例1，表示由疲劳破坏试验的结果得到的破断根数与最大剪切应力之间的关系的图。
[0033]图11示出实施例2，表示圆棒试验片的离表面的距离与圆棒试验片的残留应力的应力振幅之间的关系的图。
[0034]图12示出实施例2，表示指标及破断根数与试验片表面应力振幅之间的关系的图。
[0035]图13示出实施例3，表示指标及破断根数与试验片表面应力振幅之间的关系的图。
【具体实施方式】
[0036]下面，参照附图来说明本发明的一个实施方式。[0037]<部件(机械部件)的疲劳破坏评价装置的硬件构成>
[0038]图1是表示部件的疲劳破坏评价装置100的硬件构成的一例的图。
[0039]如图1所示，部件的疲劳破坏评价装置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、显示装置 106、扬声器 107、通信 I/F (Interface) 108、以及系统总线109。
[0040]CPU101对部件的疲劳破坏评价装置100中的动作进行统筹控制，经由系统总线109来控制部件的疲劳破坏评价装置100的各构成部(102~108)。
[0041]R0M102 存储作为 CPU101 的控制程序的 BIOS (Basic Input/Output System)或操作系统程序(OS)、CPUlOl执行后述的处理所需的程序等。
[0042]RAM103作为CPU101的主存储器、工件区域等发挥作用。CPU101在执行处理时，将必要的计算机程序等从R0M102加载到RAM103，并从HD105记载必要的信息等到RAM103，通过执行该计算机程序等或该信息等的处理，实现各种动作。
[0043]PD104例如由鼠标或键盘等构成，构成操作输入单元，该操作输入单元用于由操作者根据需要对产品搬送作业量预测装置100进行操作输入。
[0044]HD105构成存储各种信息、数据、文件等的存储单元。
[0045]显示装置106构成根据CPU101的控制来显示各种信息、图像的显示单元。
[0046]扬声器107构成根据CPU101的控制来输出与各种信息有关的语音的语音输出单
[0047]通信I/F108根据CPU101的控制经由网络与外部装置进行各种信息等的通信。
[0048]系统总线109 是用于将 CPU101、R0M102、RAM103、PD104、HD105、显示装置 106、扬声器107及通信I/F108可相互通信地连接的总线。
[0049]<部件的疲劳破坏评价装置>
[0050]图2是表示部件的疲劳破坏评价装置100的功能性构成的一例的图。
[0051]在图2中，部件的疲劳破坏评价装置100具有最大尺寸夹杂物分布函数导出部201、推测疲劳强度导出部202、作用应力振幅导出部203、疲劳强度超过区域导出部204、指标导出部205、以及疲劳强度超过体积概率输出部206。
[0052]<最大尺寸夹杂物分布函数导出部201〉
[0053]最大尺寸夹杂物分布函数导出部201导出进行疲劳设计的对象的机械部件(在以下的说明中，根据需要而将“进行疲劳设计的对象的机械部件”简称为“部件”)的夹杂物尺
寸^Tareallus [ μ m]的概率分布。部件的夹杂物尺寸,area::,,、被称之为所谓“根区域”，是
对将存在于部件的某个区域(基准体积)的夹杂物的形状投影到平面上时的投影面积之中、
投影面积最大的夹杂物的该投影面积求取平方根(f)的值。然而，在现实中由于难以正
确求出该面积，所以没有必要一定这样做。例如，该值也可以如下获得，将存在于部件的某个区域(基准体积)的夹杂物之中、最大的夹杂物的形状近似为四角形、椭圆形等简单的图形(形状)，由该图形的代表性尺寸，推测求出夹杂物的投影面积，求取该面积的平方根。作为具体例，将在部件的某个区域(基准体积)中最大的夹杂物的形状近似为椭圆形的情况下，可以将求取其长径和短径之积的平方根的值作为夹杂物的投影面积的推测值。[0054]另外，在本说明书中，^TX表示X172 (X的1/2次方)。例如，Zaroanax表示 1/2
areaHiax ο
[0055]在最大尺寸夹杂物分布函数导出部201中，部件的夹杂物尺寸/"area.的最大值分布依照一般极值分布。
[0056]由此，部件的夹杂物尺寸am.w的累积概率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 的情况…(la)
[0058]f aroaB；lx) =eip[^exp{~ (^f Hroam1- λ ) / α }] ξ =0 的情况...(lb)
[0059]另外，部件的夹杂物尺寸^Ta roaliia,的概率分布函数f ( ^arca1!lil>;)用下面的(2a)式、(2b)式表示。另外，部件的夹杂物尺寸famw的概率分布函数f (VrHrcaiiix)
通过将(I)式以部件的夹杂物尺寸^area?进行微分而得到。
[0060]
f iTareaK,.) = (l/ci ) {1+ ξ ( (/"area,；.:,- λ ) /α )
I ( (farea匪—λ) /α ) 1Α] I 关O 的情况…(2a)[0061]
f (/"area.) = (I/ a ) exp[- (/"area?-λ ) / a -exp{- (/"area*?-
λ ) /α }] ξ =()的情况…(2b)
[0062]在(I)式以及(2)式中，α是尺度参数，λ是`位置参数，ξ是形状参数。另外，在以下的说明中，根据需要，将“部件的夹杂物尺寸^farea_的累积概率Pj CfareamJ ”
称为“累积概率P (^aroflftij5) ”。另外，根据需要，将“部件的夹杂物尺寸,area*的概率分布函数f (丨arwu)”称为“概率分布函数f (丨area.)”。另外，根据需要，将“部件的夹杂物尺寸^”称为“最大夹杂物尺寸^、或者夹杂物尺寸f area,..,,”
O
[0063]图3是示意性地表示累积概率F(Z^rearew)及基准化变量y (=-ln (-1n (F)))和部件的夹杂物尺寸^areaows之间的关系的一例的图。基准化变量y与求取累积概率
F (^area831)的二重对数而得到的值对应(参照后述的(3)式、(4)式)。
[0064]参照图3来说明尺度参数α、位置参数λ、以及形状参数ξ的概要。
[0065]在图3中，在形状参数ξ为O ( ξ =0)情况下，最大夹杂物概率分布函数如曲线301所示为直线。该曲线301与(Ib)式对应。(Ib)式表示被称为Gumbel (冈贝尔)型的极
值分布。(lb)式例如用于最大夹杂物尺寸farea*的实测值的数量较少的情况。[0066]在形状参数ξ为负值(ξ〈O)的情况下，最大夹杂物概率分布函数如曲线302a所
示。如曲线302a所示，形状参数ξ为负值(ξ〈O)表示最大夹杂物尺寸/~area--的值达
到峰值。该曲线302a与(Ia)式之中的形状参数ξ为负值(ξ〈O)的情况对应。(Ia)式之中的形状参数ξ为负值(ξ〈O)的是被称为Weibull (威布尔)型的极值分布。
[0067]另一方面，在形状参数ξ为正值(ξ >0)的情况下，最大夹杂物概率分布函数如曲线302b所示。如曲线302b所示，形状参数ξ为正值(ξ>0)表示在部件的某个区域(基准
体积中)稀疏地存在最大夹杂物尺寸Vrarea--较大的夹杂物。该曲线302b与(Ia)式之中
的形状参数ξ为正值(ξ>0)的区域对应。(Ia)式之中形状参数ξ为正值(ξ>0)的部分是被称为Frechet (弗雷谢)型的极值分布。
[0068]另外，在图3中，尺度参数α的值变大(相比于与曲线301对应的值)时，最大夹杂物概率分布函数如曲线303a所示。在曲线303a中，相比于曲线301，斜率变陡。如曲线303a所示，尺度参数α的值变大表示从部件的基准体积(具有该基准体积的区域)分别提
取的最大夹杂物尺寸√areaasx的值为相互接近的值(表示从部件的基准体积(具有该基准体积的区域)分别提取出相同值的最大夹杂物尺寸Iareaffias)。
[0069]另一方面，尺度参数α的值(相比于与曲线301对应的值)变小时，最大夹杂物概率分布函数如曲线303b所示。在曲线303b中，相比于曲线301，斜率变缓。如曲线303b所示，尺度参数α的值变小表示从部件的基准体积(具有该基准体积的区域)分别提取的最大
夹杂物尺寸√areaeitt的值有偏差。
[0070]另外，在图3中，位置参数λ的值(相比于与曲线301对应的值)变大时，最大夹杂物概率分布函数如曲线304a所示。在曲线304a中，相比于曲线301，累积概率
F (/"area_c)为O时的最大夹杂物尺寸/"area--的值变大。如曲线304a所示，位置参
数λ的值大表示部件的基准体积(具有该基准体积的区域)中分别存在平均尺寸较大的夹杂物。
[0071]另一方面，位置参数λ的值(相比于与曲线301对应的值)变小时，最大夹杂物概率分布函数如曲线304b所示。在曲线304b中，相比于曲线301，累积概率F (√arealllll)
为O时的最大夹杂物尺寸arOalliax的值变小。如曲线304b所示,位置参数λ的值小,表
示在部件的基准体积(具有该基准体积的区域)分别存在平均尺寸较小的夹杂物。
[0072]最大尺寸夹杂物分布函数导出部201通过导出这些尺度参数α、位置参数λ和
形状参数ξ，导出概率分布函数f (√arealltis) e最简单的形状参数ξ为O (ξ=0)时的
尺度参数α和位置参数λ的导出能够通过制作极值统计曲线来实现。该方法例如记载于“村上敬宜著、《金属疲劳微小缺陷和夹杂物的影响》、养贤堂、2008年12月25日、OD版第I版、ρ.94-ρ.112”。下面简单说明该方法。
[0073]首先，对I个或多个部件的η个同一尺寸的截面分别测定最大夹杂物尺寸厂area:_在此，η是2以上的整数，适当选择为了导出后述的尺度参数α和位置参数λ(或者尺度参数α和位置参数λ和形状参数ξ )所需的必要的数量。另外，截面的截取方法没有特别限定。最大尺寸夹杂物分布函数导出部201根据操作者的操作或与外部装置进行的通信等来取得这些η个夹杂物尺寸Tareamax的值。
[0074]另外，作为用于测定最大夹杂物尺寸area.的其他方法，使用多根相同形状的疲劳试验片进行疲劳试验，将其破裂面出现的成为疲劳破坏的起点的夹杂物尺寸作为相对于疲劳试验片的高应力区域的体积的最大夹杂物尺寸farea.进行评价，进行同样的处置。这是由于，只要反复应力的条件相同，比起小夹杂物，以大夹杂物为起点先产生疲劳龟裂 。
[0075]最大尺寸夹杂物分布函数导出部201由以下的(3)式、(4)式分别对j (I-η)计算累积概率F』(根号areaeit,j)和基准化变量yj[_]。
[0076]
【权利要求】
1.一种部件的疲劳破坏评价装置，对施加了反复载荷时的机械部件的内部的疲劳进行评价，其特征在于，具备: 最大尺寸夹杂物分布函数导出单元，输入多个夹杂物尺寸的值，根据所输入的多个夹杂物尺寸，设所述夹杂物尺寸在所述机械部件上的最大值分布依照一般极值分布，导出所述夹杂物尺寸的概率分布函数，所述夹杂物尺寸的值是求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状投影到平面而得到的夹杂物的截面积的平方根的值、或者求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状近似为预定的图形时由该图形的代表性尺寸得到的夹杂物的截面积的推测值的平方根的值； 推测疲劳强度导出单元，分别输入所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比的值，作为以存在于所述机械部件中的夹杂物为起点的疲劳强度且针对反复施加的预定载荷的预定反复次数的疲劳强度，将所输入的值代入到由所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比表示的疲劳强度的公式，导出所述机械部件的各位置上的该疲劳强度； 作用应力导出单元，导出以预先设定的载荷条件对所述机械部件施加了反复载荷时作用于所述机械部件的内部的各位置上的作用应力的应力振幅； 疲劳强度超过区域导出单元，根据对由所述推测疲劳强度导出单元导出的疲劳强度和由所述作用应力导出单元导出的作用应力的应力振幅进行比较的结果，导出在所述机械部件的区域之中所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小； 指标导出单元，根据所述夹杂物尺寸的概率分布函数和所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小的乘积，导出用于评价所述机械部件的内部的疲劳的指标；以及 指标输出单元，输出由所述指标导出单元导出的指标。
2.根据权利要求1所述的部件的疲劳破坏评价装置，其特征在于， 所述指标导出单元将所述夹杂物尺寸的概率分布所存在的整个范围设为积分范围，对所述夹杂物尺寸的概率分布函数和所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小的乘积以部件的夹杂物尺寸进行积分，将由此得到的值作为所述指标导出。
3.根据权利要求1所述的部件的疲劳破坏评价装置，其特征在于， 所述作用应力是所述机械部件的各位置处的换算应力的振幅、或者所述机械部件的各位置处的主应力的变动最大的方向上的主应力的振幅， 所述应力比是所述机械部件的各位置处的换算应力的应力比、或者所述机械部件的各位置处的主应力的变动最大的方向上的主应力的应力比。
4.一种部件的疲劳破坏评价方法，使用计算机来评价施加反复载荷时的机械部件的内部的疲劳，其特征在于，具备: 最大尺寸夹杂物分布函数导出工序，输入多个夹杂物尺寸的值，根据所输入的多个夹杂物尺寸，设所述夹杂物尺寸在所述机械部件上的最大值分布依照一般极值分布，导出所述夹杂物尺寸的概率分布函数，所述夹杂物尺寸的值是求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状投影到平面而得到的夹杂物的截面积的平方根的值、或者求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状近似为预定的图形时由该图形的代表性尺寸得到的夹杂物的截面积的推测值的平方根的值； 推测疲劳强度导出工序，分别输入所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比的值，作为以存在于所述机械部件中的夹杂物为起点的疲劳强度且针对反复施加的预定载荷的预定反复次数的疲劳强度，将所输入的值代入到由所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比表示的疲劳强度的公式，导出所述机械部件的各位置上的该疲劳强度； 作用应力导出工序，导出以预先设定的载荷条件对所述机械部件施加了反复载荷时作用于所述机械部件的内部的各位置上的作用应力的应力振幅； 疲劳强度超过区域导出工序，根据对由所述推测疲劳强度导出工序导出的疲劳强度和由所述作用应力导出工序导出的作用应力的应力振幅进行比较的结果，导出在所述机械部件的区域之中所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小； 指标导出工序，根据所述夹杂物尺寸的概率分布函数和所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小的乘积，导出用于评价所述机械部件的内部的疲劳的指标；以及 指标输出工序，输出由所述指标导出工序导出的指标。
5.根据权利要求4所述的部件的疲劳破坏评价方法，其特征在于， 在所述指标导出工序中，将所述夹杂物尺寸的概率分布所存在的整个范围设为积分范围，对所述夹杂物尺寸的概率分布函数和所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小的乘积以部件的夹杂物尺寸进行积分，将由此得到的值作为所述指标导出。
6.根据权利要求4所述的 部件的疲劳破坏评价方法，其特征在于， 所述作用应力是所述机械部件的各位置处的换算应力的振幅、或者所述机械部件的各位置处的主应力的变动最大的方向上的主应力的振幅， 所述应力比是所述机械部件的各位置处的换算应力的应力比、或者所述机械部件的各位置处的主应力的变动最大的方向上的主应力的应力比。
7.一种计算机程序，使计算机执行对施加反复载荷时的机械部件的内部的疲劳进行评价，其特征在于，使计算机执行如下工序: 最大尺寸夹杂物分布函数导出工序，输入多个夹杂物尺寸的值，根据所输入的多个夹杂物尺寸，设所述夹杂物尺寸在所述机械部件上的最大值分布依照一般极值分布，导出所述夹杂物尺寸的概率分布函数，所述夹杂物尺寸的值是求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状投影到平面而得到的夹杂物的截面积的平方根的值、或者求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状近似为预定的图形时由该图形的代表性尺寸得到的夹杂物的截面积的推测值的平方根的值； 推测疲劳强度导出工序，分别输入所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比的值，作为以存在于所述机械部件中的夹杂物为起点的疲劳强度且针对反复施加的预定载荷的预定反复次数的疲劳强度，将所输入的值代入到由所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比表示的疲劳强度的公式，导出所述机械部件的各位置上的该疲劳强度； 作用应力导出工序，导出以预先设定的载荷条件对所述机械部件施加了反复载荷时作用于所述机械部件的内部的各位置上的作用应力的应力振幅； 疲劳强度超过区域导出工序，根据对由所述推测疲劳强度导出工序导出的疲劳强度和由所述作用应力导出工序导出的作用应力的应力振幅进行比较的结果，导出在所述机械部件的区域之中所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小； 指标导出工序，根据所述夹杂物尺寸的概率分布函数和所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小的乘积，导出用于评价所述机械部件的内部的疲劳的指标；以及 指标输出工序，输出由所 述指标导出工序导出的指标。
【文档编号】G01N3/32GK103460015SQ201280014833
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年4月27日 优先权日:2011年11月7日
【发明者】岛贯广志 申请人:新日铁住金株式会社