残留応力測定

残留応力をコントロールし把握するうえで最も重要な方法は測定することです。

残留応力とは何ですか?

外部応力とは無関係に構造体や材料には外力に関係なく部材の内部に発生している応力である。これらの応力を残留応力と呼びます。格子面間距離が変化すると残留応力も変化します。

  • 有害と言われている引張応力
  • 有益と言われている圧縮応力
  • せん断応力

Tensile and compressive stress formation on a bent sample

残留応力を測定することはなぜ重要ですか?

機械加工,溶接,ショットピーニング,熱処理および研削等の製造過程で残留応力は発生します。残留応力測定は,構成部品(部材)が耐用寿命内でさまざまな応力条件下に耐えられるかを調べる重要な方法の一つです。また,適切な方法で応力を発生させることもできます。

残留応力測定法

残留応力を測定する方法は多数あります。 これらの方法は一般に非破壊的、半破壊的・破壊的方法,または回折法、ひずみ緩和法およびその他の方法に分類されます。 全ての残留応力測定法は間接測定です。 残留応力は、弾性ひずみや変位などの測定量から算出されます。

回折法による残留応力測定

回折に基づく方法では、弾性ひずみはブラッグの法則を利用して測定され、応力の計算は、弾性率(E)とポアソン比(v)とともにフックの法則で行われます。

Xstress G2R X-ray diffractometer
X線回折法

X線は、可視光に比べてエネルギーが高く、波長が短いため、結晶材料の格子面間距離(=残留応力)を調べるのに理想的です。

X線回折法は品質管理のために非常に信頼性の高いデータを得ることができます。 この手法はセラミックを含めたすべての結晶材料に適用することができます。

X線回折法では校正のための無応力サンプルが不要で,絶対応力を測定することができます。残留応力測定結果は絶対応力としてMPaで示されます。

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中性子回折法

中性子回折法(ND)では厚いものを対象に,σ11,σ22(表面に平行),σ33(表面に直行)する全残留応力成分を測定できます。X線回折法のようにブラッグの法則を使用して弾性ひずみを測定し,フックの法則からヤング率,ポアソン比を用いて応力を計算します。ただし,中性子回折法による残留応力測定は装置が高価なため,広く簡単に適用することができません。

シンクロトン回折法

シンクロトン回折法はX線回折法のコウエネルギー版です。この手法は複雑な形状について用いられることができますが,対象物の大きさは限定されます。シンクロトンのある設備が世界的にも限定されており,簡単でコスト的に優位とは言えません。

穿孔法による残留応力測定

穿孔法は応力解放法の中で最も広く用いられる残留応力測定方法です。着目点に対して小さなブライイドホールを開けることで材料の応力が解放され,表面の穿孔点近辺に変位が生じます

穿孔ひずみゲージ法

ひずみゲージ法では特別なひずみゲージを表面に貼付け,応力解放に因って生じたひずみを測定します。

ESPI穿孔法

ESPI法では,光学干渉法によって表面近くの変位を測定します。測定された変位を用いて,最初に存在した応力を計算します。

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バルクハウゼン雑音値は、どのように残留応力と関連するか?

バルクハウゼン雑音法は、応力状態決定のためのMPa値を直接生成しないため、バルクハウゼン雑音を備えた残留応力の測定は直接アプリケーションではありません。

バルクハウゼン雑音測定は標本の応力レベルに応じます。バルクハウゼン雑音測定は、材料の応力状態の評価に使用することができます。引張応力はバルクハウゼン雑音信号振幅を増加させ、圧縮応力はバルクハウゼン雑音信号振幅を減少させます。

Stresstech 製品

Stresstechは残留応力測定および検知のためのターンキーソリューションを提供します。

Stresstech製品で、残留応力測定および検知を、生産ライン、研究所、さらに現場でも、非常に簡単に行うことができます、

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