评价指标设定方法及其程序 技术领域 本发明涉及用于对适当评价风力所使用的构件的耐久性的评价指标进行设定的 评价指标设定方法及其程序。
背景技术 在制造风车时，需要从强度、耐久性方面评价风车所使用的钢铁材料是否满足 规定的评价标准。 往往使用夏比 (Charpy) 冲击值作为所述评价标准。 该评价标准为， 通过在某一温度环境化下判断风车所使用的钢铁材料的夏比冲击值是否满足规定的评价 指标来进行评价。
专利文献 1 ：JP 特开 2006-88184 号公报。
发明内容 但是，使用上述夏比冲击值的评价标准不是考虑风车实际所处的力学运转环境 和温度等而决定的，所以结果要求耐久性超过实际上需要的耐久性。 因而，难以获得满 足这样的夏比冲击值的钢铁材料，几乎全部材料都判断为不适当，从而担心有可能引起 制造延迟或成本增加。 因此，要求设立更切合实际的适当的评价规定。
本发明的目的在于提供一种评价指标设定方法及其程序，所述评价指标设定方 法能够适当评价在使用风车方面需要的疲劳强度，并能够设定更切合实际的适当的评价 指标。
本发明的第一方式提供评价指标设定方法，包括 ：第一工序，求出在规定的运 转条件下进行运转时作用在风车的评价对象部位上的载荷时序数据，根据该载荷时序数 据求出应力时序数据 ；以及第二工序，在将基于所述应力时序数据的应力在补偿使用期 间施加于所述评价对象部位的情况下，求出为了使该评价对象部位不发生脆性破坏所需 的最低限度的破坏韧性值，基于该破坏韧性值决定作为指标的要求破坏韧性值。
根据本发明，考虑风车的运转条件，求出在该运转条件下坚持补偿使用期间所 需要的最小的破坏韧性值，基于该破坏韧性值决定作为指标的要求破坏韧性值，因而能 够设定反映了风车使用状况的适当的评价指标。
在上述评价指标设定方法中，所述第二工序可以包括 ：设定在所述评价对象部 位产生的初始缺陷的尺寸的工序 ；推测在该评价对象部位上作用了基于所述应力时序数 据的应力的情况下经过了所述补偿使用期间后的该初始缺陷的尺寸的工序 ；以及求出对 于经过所述补偿期间后的缺陷即使在作用了所述应力时序数据中的最大应力的情况下也 没有发生破坏的最低限度的破坏韧性值，基于该破坏韧性值决定所述要求破坏韧性值的 工序。
假设使用风车时最严峻的周边环境，求出在该周边环境下坚持补偿使用期间所 需要的最低限度的破坏韧性值，基于该破坏韧性值决定作为指标的要求破坏韧性值，因 而能够设定从疲劳强度的角度来看充分且不过度的适当的评价指标。
在上述评价指标设定方法中，还可以包括将所述要求破坏韧性值变换为要求夏 比冲击值的第三工序。
上述韧性破坏检查具有因该试验复杂而不易进行检查的缺点。 另一方面，能够 比较容易地进行夏比冲击值的评价检查。 因而，通过规定相当于要求破坏韧性值的要求 夏比冲击值作为评价检查的指标，能够容易地进行评价检查。
在上述评价指标设定方法中，所述第三工序可以包括 ：取得所述评价对象部位 所使用的构件的温度 - 夏比冲击值特性的工序 ；将在所述温度 - 夏比冲击值特性中相对 于最大夏比冲击值表示规定比例的夏比冲击值的温度确定作为指定温度的工序 ；生成在 所述温度 - 夏比冲击值特性中使所述温度成为相对温度的相对温度 - 夏比冲击值特性的工 序，该相对温度是从所述温度减去所述指定温度得到的温度 ；取得所述构件的温度 - 破 坏韧性值特性的工序 ；将在所述温度 - 破坏韧性值特性中相对于最大破坏韧性值表示所 述规定比例的破坏韧性值的温度确定作为指定温度的工序 ；生成在所述温度 - 破坏韧性 值特性中使所述温度成为相对温度的相对温度 - 破坏韧性值特性的工序，该相对温度为 从所述温度减去所述指定温度得到的温度 ；以及根据所述相对温度 - 破坏韧性值特性求 出与所述要求破坏韧性值对应的相对温度值，并根据所述相对温度 - 夏比冲击值特性取 得与该相对温度值对应的夏比冲击值的工序。 这样，通过求出使温度参数为相对温度的相对温度 - 夏比冲击值特性和相对温 度 - 破坏韧性值特性，能够将具有偏差的多个构件的特性表现为大致表示相同趋势的特 性。 由此，能够容易地将破坏韧性值和夏比冲击值关联起来。
本发明的第二方式提供用于使计算机执行下述处理的评价指标设定程序 ：第一 处理，求出在规定的运转条件下进行运转时作用在风车的评价对象部位上的载荷时序数 据，根据该载荷时序数据求出应力时序数据 ；以及第二处理，在将基于所述应力时序数 据的应力在补偿使用期间施加于所述评价对象部位的情况下，求出该评价对象部位为了 维持规定的强度所需要的最低限度的破坏韧性值，基于该破坏韧性值决定作为指标的要 求破坏韧性值。
根据本发明，能够起到如下的效果，即，能够适当决定使用风车所需要的耐久 性，能够设定更切合实际的适当的评价规定。
附图说明
图 1 是表示通常的风车的概略结构的图。
图 2 是表示本发明的一个实施方式的评价指标设定方法的顺序的流程图。
图 3 是表示将破坏韧性值变换为夏比冲击值的顺序的流程图。
图 4 是表示温度 - 夏比冲击值特性的一个例子的图。
图 5 是表示相对温度 - 夏比冲击值特性的一个例子的图。
图 6 是表示温度 - 破坏韧性值特性的一个例子的图。
图 7 是表示相对温度 - 破坏韧性值特性的一个例子的图。
图 8 是表示图 5 所示的相对温度 - 夏比冲击值特性的平均特性的图。
附图标记的说明
1 风车11 叶片 12 机舱 13 转子头 14 支柱具体实施方式
下面参照附图对本发明的评价指标设定方法及其程序的一个实施方式进行说 明。
图 1 是表示通常的风车的概略结构的框图。
如图 1 所示，风车 1 具有 3 个叶片 11、机舱 12、将 3 个叶片 11 安装在机舱 12 上的转子头 13 和支撑机舱 12 的支柱 14。 此外，在本实施方式中例示了具有 3 个叶片 11 的情况，但叶片的数量未特别限制。
下面，参照图 2，对在制造风车 1 时用于从疲劳强度的角度选定适当的钢铁材料 的评价指标设定方法进行说明。 图 2 是表示本实施方式的评价指标设定方法的顺序的流 程图。 此外，为了便于下面的说明，以对机舱 12 所使用的钢铁材料的评价指标进行设定 的情况为例进行说明。
首先，求出在规定的运转条件下进行运转时作用在风车 1 的评价对象部位 ( 本实 施方式中为机舱 ) 上的载荷时序数据，根据该载荷时序数据求出应力时序数据。
具体地说，首先设定风车 1 运转时的运转条件 ( 图 2 中的步骤 SA1)。 运转条件 根据风车 1 设置的地域等有所不同，例如根据温度、空气密度等参数来设定。 例如，作 为参数为温度时的运转条件，能够列举如下的一个例子，即，在 -40℃～ -30℃之间进行 预热运转，在 -30℃以上转为进行通常的运转等。
接着，在使风车 1 以步骤 SA1 设定的运转条件运转时，推测作用在评价对象 部位上的载荷而生成载荷时序数据，再根据该载荷时序数据生成应力时序数据 ( 步骤 SA2)。
应力时序数据也可以使用称为影响系数法的方法来推测，所述影响系数法是预 先求出在上述评价对象部位上每单位载荷作用时的应力，并将该应力乘以载荷时序数据 从而求出应力时序数据。
然后，将基于在步骤 SA2 生成的应力时序数据的应力在补偿使用期间 ( 例如 20 年 ) 施加于评价对象部位，在这种情况下求出该评价对象部位为了维持规定的强度需要 的最低限度的要求破坏韧性值。
具体地说，首先规定在评价对象部位产生的初始缺陷尺寸 ( 步骤 SA3)。 例如， 在建造风车 1 时，需要购入钢铁材料，但在该钢铁材料上可能产生了小的伤痕或裂缝。 通常在各钢铁材料的说明书上明确记载了该钢铁材料所允许的缺陷尺寸，因而采用该允 许尺寸作为初始缺陷尺寸。
接着，对在该评价对象部位作用了基于在步骤 SA2 生成的应力时序数据的应力 的情况下经过了补偿使用期间后的该初始缺陷的尺寸进行推测 ( 步骤 SA4)。 即，通过 疲劳断裂传播解析来推测在评价对象部位上持续施加了基于应力时序数据的应力的情况 下，规定为初始缺陷的缺陷成长到了什么程度。然后，从在步骤 SA2 推测的应力时序数据中选择最大应力，根据该最大应力和 成长后的缺陷尺寸推测应力扩大系数等力学参数 ( 步骤 SA5)，通过将该力学参数加上规 定的裕度 ( 余量 ) 来设定要求破坏韧性值 ( 步骤 SA6)。
这样，从耐久性的角度出发假设最严峻的力学环境，求出为了在该环境下不发 生破坏所需要的最小的破坏韧性值，基于该破坏韧性值决定要求破坏韧性值，因而能够 设定在可予想的范畴内足以可靠地坚持补偿使用年数且不过度的适当的评价指标。
若这样决定了要求破坏韧性值，则接着将该要求破坏韧性值变换为夏比冲击值 ( 步骤 SA7)。
在从耐久性方面选择钢铁材料时，若将作为耐久性指标的值确定为破坏韧性 值，则需要对列举出作为选择候补的全部钢铁材料都进行破坏韧性试验，评价是否满足 上述要求破坏韧性值。 破坏韧性试验具有因该试验复杂而不易进行的缺点。 因而，不 希望提出这样的破坏韧性值作为指标。 另一方面，能够比较容易地进行夏比冲击值的评 价检查。 因而，求出相当于要求破坏韧性值的夏比冲击值，将评价指标决定为夏比冲击 值，从而能够容易地评价钢铁材料。
但是，在将破坏韧性值变换为夏比冲击值时，对于破坏韧性试验和用于获得夏 比冲击值的评价试验，试验片的大小和试验时的环境温度完全不同。 例如，列举某一钢 铁材料为例，破坏韧性试验在 -96℃～ 160℃的温度范围内进行，相对于此，夏比冲击试 验在 0℃～ 40℃的温度范围进行。 这样，因为温度范围相差很大，所以难以将破坏韧性 值与夏比冲击值直接关联起来。 另外，即使是相同的钢铁材料，因制造的时期 ( 批次 )、 成分、制造厂商、制造时的周边条件等各种原因，也存在夏比冲击值、破坏韧性值的偏 差大的问题。 因此，在本实施方式中考虑了能够克服这样的温度范围的差异、固体的偏 差等而易于变换的方法。 下面，参照图 3，说明将破坏韧性值变换为夏比冲击值的顺序。
首先，取得作为评价对象的多个评价构件的温度 - 夏比冲击值特性 ( 图 3 中的步 骤 SB1)。 在图 4 中示出了评价构件 A、B 的温度 - 夏比冲击值特性的一个例子。 在图 4 中，横轴为温度 T，纵轴为夏比冲击值 Ev。 所说的夏比冲击值 Ev 为直到该构件被破坏为 止构件吸收的能量。 另外，评价构件 A、 B 都是评价对象部位所使用的相同的钢铁 ( 例 如合金 )，但制造厂商、批次等不同。
接着，分别将在评价构件 A、B 的温度 - 夏比冲击值特性中相对于最大夏比冲击 值表示规定比例 ( 例如 50％ ) 的夏比冲击值的温度确定作为指定温度 vTrE( 步骤 SB2)。
接着，生成使温度 - 夏比冲击值特性的横轴成为相对温度 (T-vTrE) 的相对温 度 - 夏比冲击值特性，该相对温度 (T-vTrE) 为从温度 T 减去指定温度 vTrE 得到的温度 ( 步骤 SB3)。
图 5 示出了相对温度 - 夏比冲击值特性。在图 5 中，横轴为相对温度 (T-vTrE)， 纵轴为夏比冲击值 Ev。 如图 5 所示，通过使横轴为相对温度 (T-vTrE)，能够使图 4 中具 有偏差而表示的各评价对象 A、 B 的特性表现为表示相同趋势的特性。 另外，通过求出 评价构件 A、B 的平均特性，能够将该合金的相对温度 - 夏比冲击值特性作为一条曲线获 得。
接着，取得同一评价构件 A、B 的温度 - 破坏韧性值特性 ( 步骤 SB4)。 图 6 示
出了评价构件 A、 B 的温度 - 破坏韧性值特性的一个例子。 在图 6 中，横轴为温度的倒 数 (1/T)，纵轴为破坏韧性值 KIC。
然后，分别将在评价构件 A、B 的温度 - 破坏韧性值特性中相对于最大破坏韧性 值表示规定比例 ( 例如 50％ ) 的破坏韧性值的温度确定为指定温度 vTrE( 步骤 SB5)。
然后，使温度 - 破坏韧性值特性的横轴成为从温度 T 减去指定温度 vTrE 得到的 相对温度 (T-vTrE)，生成相对温度 - 破坏韧性值特性 ( 步骤 SB6)。 图 7 示出了相对温 度 - 破坏韧性值特性。 在图 7 中，横轴为相对温度的倒数 (1/(T-vTrE))，纵轴为破坏韧 性值 KIC。 如图 7 所示，通过使横轴为相对温度的倒数 (1/(T-vTrE))，能够使图 6 中具 有偏差而表示的各评价构件 A、 B 的特性表现为表示相同趋势的特性。 在此，在图 7 中 示出取得了评价构件 A、 B 各自的相对温度 - 破坏韧性值特性的平均的平均特性。
然后，确定在图 7 所示的评价构件 A、 B 的平均特性中与要求破坏韧性值 KICmax 对应的相对温度的倒数 α，根据该相对温度的倒数 α 求出相对温度 α’，进而根据图 8 所示的相对温度 - 夏比冲击值特性的平均特性取得与该相对温度 α’ 对应的夏比冲击值 Evmax。 由此，能够获得相当于要求破坏韧性值的要求夏比冲击值。
然后，在实际对构件进行评价检查时，通过判断作为检查对象的构件的夏比冲 击值是否满足要求夏比冲击值 Evmax，能够容易地对作为检查对象的构件进行耐久性评 价。 此外，上述评价指标设定方法也可以通过由计算机执行存储在存储介质上的 程序来实现。 在这种情况下，例如将关于上述的评价指标设定的一系列处理过程作为 评价指标设定程序存储在计算机能够读取的存储介质中，通过由计算机读出并执行该 程序，进行上述的处理。 在此，所说的计算机能够读取的存储介质是指磁盘、光盘、 CD-ROM、 DVD-ROM、半导体存储器等。 另外，也可以将该计算机程序通过通信线路 发送至计算机，由接收了该发送信息的计算机执行该程序。
如上述所说明的，根据本实施方式的评价指标设定方法及其程序，考虑风车的 运转条件，求出在该运转条件下坚持补偿使用期间所需要的最小的破坏韧性值，基于该 破坏韧性值决定作为指标的要求破坏韧性值，因而能够设定反映了风车使用状况的适当 的评价指标。
以上，参照附图详细说明了本发明的实施方式，但具体结构不限于该实施方 式，也包括在不脱离本发明的宗旨的范围内的设计变更等。