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JP6640451B2 - 残留応力評価方法 - Google Patents

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JP6640451B2
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Description

本開示は、ウォータジェットピーニングの施工により改善される残留応力の評価方法、この方法を実行するためのプログラム、この方法を実行する装置に関する。
構造物（金属など）の高温水中における劣化現象の一つとして応力腐食割れ（ＳＣＣ：Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｃｒａｃｋｉｎｇ）が知られている。このＳＣＣの原因が溶接部などに発生した引張残留応力である場合、その劣化防止対策として、この構造物に対してウォータジェットピーニング（以下、ＷＪＰとする）が施工されることがある。このＷＪＰは、構造物（対象物）の表面近傍の残留応力を改善可能な技術であり、水中で施工可能な技術である。より詳細には、ＷＪＰでは、対象物の表面に対してノズルから高圧水を噴射し、この噴射により発生する気泡（キャビテーション気泡）の崩壊時の衝撃圧を利用して対象物の表面に塑性変形を起こさせる。そして、こうした塑性変形を通して、対象物の表面近傍の残留応力が低減され、あるいは、その表面近傍の引張残留応力が圧縮残留応力に改善されることでＳＣＣが抑制される。
一方、ＷＪＰを施工後の構造物の残留応力を評価する方法も幾つか提案されており、下記の特許文献１では、施工部位の残留応力を予測する方法が開示されている。具体的には、特許文献１では、ＷＪＰ施工後の残留応力とキャビテーション気泡の崩壊圧との相関関係と、ＷＪＰ施工対象表面に作用するキャビテーションエネルギーに基づいてキャビテーション気泡の崩壊圧を求めることができるという知見のもと、ノズルから噴出する噴流を解析して得られるキャビテーション気泡の気泡内圧と気泡数密度を用いてキャビテーションエネルギーを算出し、キャビテーションエネルギーに基づいてキャビテーション気泡の崩壊圧を算出し、この崩壊圧を用いて施工対象表面のＷＪＰ施工後の残留応力を算出している。
特許第５０１１４１６号公報
上述の通り、特許文献１では、キャビテーションエネルギー（キャビテーション気泡の気泡内圧と気泡数密度）の解析結果に基づいてキャビテーション気泡の崩壊圧を得ている。これに対して、本開示では、ＷＪＰのキャビテーション気泡の発生・消滅状況に着目し、キャビテーション気泡により生じる現実の衝撃圧に相関する相関値を解析により求め、この解析された相関値と実験値を対応づけることでキャビテーション気泡により生じる現実の衝撃圧の分布（施工対象表面の各位置における衝撃圧）を予測できることを新たに見出した。そして、この衝撃圧の予測値からＷＪＰ施工後の残留応力が評価される。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、ウォータジェットピーニング（ＷＪＰ）におけるキャビテーション気泡の発生・消滅状況の解析に基づいた残留応力の評価方法を提供することを目的とする。
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る残留応力評価方法は、
施工対象へのウォータジェットピーニングの施工条件を設定する条件設定工程と、
ノズルモデルから施工対象モデルへ流体を噴出させたときの噴流を前記施工条件に応じて解析して、前記施工対象モデルの表面の各位置での、前記流体の単位体積に含まれる気泡の体積率であるボイド率、及び前記流体の単位体積中で単位時間に崩壊する前記気泡の体積率である崩壊率を求める解析工程と、
前記各位置での前記ボイド率と前記崩壊率との積である衝撃圧相関値を求める衝撃圧相関値算出工程と、
前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングによって前記施工対象の表面に作用する衝撃圧の実験値である衝撃圧実験値を取得する実験値取得工程と、
前記施工対象モデルの表面の各位置における前記衝撃圧相関値と、前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングによって前記施工対象の表面に作用する前記衝撃圧実験値とを対応づけて、前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングによって前記施工対象の表面の各位置に作用する前記衝撃圧の予測値である衝撃圧予測値を取得する予測工程と、
前記予測工程により取得された前記衝撃圧予測値を入力条件として、前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングを施工後の前記施工対象における残留応力を算出する残留応力評価工程と、を備える。
上記（１）の構成によれば、ウォータジェットピーニング（ＷＪＰ）におけるキャビテーション気泡の発生・消滅状況を解析することで、施工対象表面近傍に生じるＷＪＰによる現実の衝撃圧の分布（施工対象表面の各位置での衝撃圧）を予測し、予測された衝撃圧に基づいてＷＪＰ施工後の残留応力を評価することができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記衝撃圧予測値は、前記施工対象モデルの表面の各位置における前記衝撃圧相関値と前記衝撃圧実験値とを対応づける係数ｋを決定することにより取得される。
上記（２）の構成によれば、上記の係数ｋを決定することで、施工対象モデルの表面の各位置における衝撃圧相関値と衝撃圧実験値とを対応づけることができ、これによって、施工対象の表面近傍におけるウォータジェットピーニング（ＷＪＰ）施工後の現実の残留応力を解析・評価することができる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（２）の構成において、
前記残留応力の目標値を設定する目標値設定工程と、
前記残留応力が前記目標値を満たさない場合に前記施工条件を変更する施工条件変更工程と、
前記施工条件変更工程により変更された変更後の施工条件により前記解析工程と、前記衝撃圧相関値算出工程と、前記残留応力評価工程とを行う再評価工程と、
前記再評価工程によって算出される残留応力が前記目標値を満たす場合には、前記再評価工程で用いられた前記施工条件を前記施工対象への前記施工条件として決定する施工条件決定工程と、をさらに備える。
上記（３）の構成によれば、残留応力の目標値と、任意の施工条件によるウォータジェットピーニング（ＷＪＰ）施工後の残留応力の解析値との比較に基づいて、この目標値を満たす施工条件が決定される。このため、プラントの仕様に合わせて実績のない施工条件によりＷＪＰを施工するような場合でも、ＷＪＰ施工後の残留応力を解析により評価することができ、プラントの仕様に応じた適切な施工条件を速やかに決定することができる。さらに、このようにして決定された施工条件によりＷＪＰを現実に施工することで、信頼性のあるＷＪＰの施工を行うことができる。また、所望の施工条件による施工実施が可能なＷＪＰ施工装置の設計に利用することもできる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記再評価工程によって算出される残留応力が前記目標値を満たさない場合には、前記施工条件変更工程によりさらに前記施工条件を変更し、前記施工条件変更工程によりさらに変更された変更後の施工条件により前記再評価工程を行う。
上記（４）の構成によれば、任意の施工条件によるウォータジェットピーニング（ＷＪＰ）施工後の残留応力の評価結果がその目標値を満たさない場合には、他の任意の施工条件による同様の評価が行われる。これによって、目標値が満たされる施工条件を決定することができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の構成において、
前記施工条件は、前記ウォータジェットピーニングによるウォータジェットの噴射時間、前記ウォータジェットの噴射速度、前記ウォータジェットの流量、前記ウォータジェットピーニングの施工範囲、前記ウォータジェットの噴射距離、前記気泡の半径、ノズル角度、前記施工対象の表面の傾斜角度のうちの少なくとも１つを含む。
上記（５）の構成によれば、ＷＪＰ施工後の残留応力に影響する可能性のある各種条件が施工条件に含まれるので、任意の施工条件よるＷＪＰ施工後の残留応力を精度よく評価することができる。
（６）本発明の少なくとも一実施形態に係るウォータジェットピーニングの評価プログラムは、
コンピュータに、
施工対象へのウォータジェットピーニングの施工条件を設定する条件設定工程と、
ノズルモデルから施工対象モデルへ流体を噴出させたときの噴流を前記施工条件に応じて解析して、前記施工対象モデルの表面の各位置での、前記流体の単位体積に含まれる気泡の体積率であるボイド率、及び前記流体の単位体積中で単位時間に崩壊する前記気泡の体積率である崩壊率を求める解析工程と、
前記各位置での前記ボイド率と前記崩壊率との積である衝撃圧相関値を求める衝撃圧相関値算出工程と、
前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングによって前記施工対象の表面に作用する衝撃圧の実験値である衝撃圧実験値を取得する実験値取得工程と、
前記施工対象モデルの表面の各位置における前記衝撃圧相関値と、前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングによって前記施工対象の表面に作用する前記衝撃圧実験値とを対応づけて、前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングによって前記施工対象の表面の各位置に作用する前記衝撃圧の予測値である衝撃圧予測値を取得する予測工程と、
前記予測工程により取得された前記衝撃圧予測値を入力条件として、前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングを施工後の前記施工対象における残留応力を算出する残留応力評価工程と、を実行させる。
上記（６）の構成によれば、ウォータジェットピーニング（ＷＪＰ）におけるキャビテーション気泡の発生・消滅状況を解析することで、施工対象表面近傍に生じるＷＪＰによる現実の衝撃圧の分布（施工対象表面の各位置での衝撃圧）を予測し、予測された衝撃圧に基づいてＷＪＰ施工後の残留応力を評価することができる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記衝撃圧予測値は、前記施工対象モデルの表面の各位置における前記衝撃圧相関値と前記衝撃圧実験値とを対応づける係数ｋを決定することにより取得される。
上記（７）の構成によれば、上記の係数ｋを決定することで、施工対象モデルの表面の各位置における衝撃圧相関値と衝撃圧実験値とを対応づけることができ、これによって、施工対象の表面近傍におけるウォータジェットピーニング（ＷＪＰ）施工後の現実の残留応力を解析・評価することができる。
（８）幾つかの実施形態では、上記（６）〜（７）の構成において、
前記残留応力の目標値を設定する目標値設定工程と、
前記残留応力が前記目標値を満たさない場合に前記施工条件を変更する施工条件変更工程と、
前記施工条件変更工程により変更された変更後の施工条件により前記解析工程と、前記衝撃圧相関値算出工程と、前記残留応力評価工程とを行う再評価工程と、
前記再評価工程によって算出される残留応力が前記目標値を満たす場合には、前記再評価工程で用いられた前記施工条件を前記施工対象への前記施工条件として決定する施工条件決定工程と、をさらに実行させる。
上記（８）の構成によれば、残留応力の目標値と、任意の施工条件によるウォータジェットピーニング（ＷＪＰ）施工後の残留応力の解析値との比較に基づいて、この目標値を満たす施工条件が決定される。このため、プラントの仕様に合わせて実績のない施工条件によりＷＪＰを施工するような場合でも、ＷＪＰ施工後の残留応力を解析により評価することができ、プラントの仕様に応じた適切な施工条件を速やかに決定することができる。さらに、このようにして決定された施工条件によりＷＪＰを現実に施工することで、信頼性のあるＷＪＰの施工を行うことができる。また、所望の施工条件による施工実施が可能なＷＪＰ施工装置の設計に利用することもできる。
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、
前記再評価工程によって算出される残留応力が前記目標値を満たさない場合には、前記施工条件変更工程によりさらに前記施工条件を変更し、前記施工条件変更工程によりさらに変更された変更後の施工条件により前記再評価工程を行う。
上記（９）の構成によれば、任意の施工条件によるウォータジェットピーニング（ＷＪＰ）施工後の残留応力の評価結果がその目標値を満たさない場合には、他の任意の施工条件による同様の評価が行われる。これによって、目標値が満たされる施工条件を決定することができる。
（１０）幾つかの実施形態では、上記（６）〜（９）の構成において、
前記施工条件は、前記ウォータジェットピーニングによるウォータジェットの噴射時間、前記ウォータジェットの噴射速度、前記ウォータジェットの流量、前記ウォータジェットピーニングの施工範囲、前記ウォータジェットの噴射距離、前記気泡の半径、ノズル角度、前記施工対象の表面の傾斜角度のうちの少なくとも１つを含む。
上記（１０）の構成によれば、ＷＪＰ施工後の残留応力に影響する可能性のある各種条件が施工条件に含まれるので、任意の施工条件よるＷＪＰ施工後の残留応力を精度よく評価することができる。
（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係るウォータジェットピーニングの評価装置は、
施工対象へのウォータジェットピーニングの施工条件を受け付ける条件受付部と、
ノズルモデルから施工対象モデルへ流体を噴出させたときの噴流を前記施工条件に応じて解析して、前記施工対象モデルの表面の各位置での、前記流体の単位体積に含まれる気泡の体積率であるボイド率、及び前記流体の単位体積中で単位時間に崩壊する前記気泡の体積率である崩壊率を求める解析部と、
前記各位置での前記ボイド率と前記崩壊率との積である衝撃圧相関値を求める衝撃圧相関値算出部と、
前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングによって前記施工対象の表面に作用する衝撃圧の実験値である衝撃圧実験値を取得する実験値取得部と、
前記施工対象モデルの表面の各位置における前記衝撃圧相関値と、前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングによって前記施工対象の表面に作用する前記衝撃圧実験値とを対応づけて、前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングによって前記施工対象の表面の各位置に作用する前記衝撃圧の予測値である衝撃圧予測値を取得する予測部と、
前記予測部により取得された前記衝撃圧予測値を入力条件として、前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングを施工後の前記施工対象における残留応力を算出する残留応力評価部と、を備える。
上記（１１）の構成によれば、ウォータジェットピーニング（ＷＪＰ）におけるキャビテーション気泡の発生・消滅状況を解析することで、施工対象表面近傍に生じるＷＪＰによる現実の衝撃圧の分布（施工対象表面の各位置での衝撃圧）を予測し、予測された衝撃圧に基づいてＷＪＰ施工後の残留応力を評価することができる。
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）の構成において、
前記衝撃圧予測値は、前記施工対象モデルの表面の各位置における前記衝撃圧相関値と前記衝撃圧実験値とを対応づける係数ｋを決定することにより取得される。
上記（１２）の構成によれば、上記の係数ｋを決定することで、施工対象モデルの表面の各位置における衝撃圧相関値と衝撃圧実験値とを対応づけることができ、これによって、施工対象の表面近傍におけるウォータジェットピーニング（ＷＪＰ）施工後の現実の残留応力を解析・評価することができる。
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１１）〜（１２）の構成において、
前記残留応力の目標値を設定する目標値設定部と、
前記残留応力が前記目標値を満たさない場合に前記施工条件を変更する施工条件変更部と、
前記残留応力が前記目標値を満たす場合に、前記残留応力の算出に用いられた施工条件を前記施工対象への前記施工条件として決定する施工条件決定部と、をさらに備え、
前記施工条件変更部により変更された変更後の施工条件により、前記解析部と前記衝撃圧相関値算出部と前記残留応力評価部とにより再評価が行われると共に、
前記再評価によって算出される残留応力が前記目標値を満たす場合には、前記施工条件決定部は、前記再評価で用いられた前記施工条件を前記施工対象への前記施工条件として決定する。
上記（１３）の構成によれば、残留応力の目標値と、任意の施工条件によるウォータジェットピーニング（ＷＪＰ）施工後の残留応力の解析値との比較に基づいて、この目標値を満たす施工条件が決定される。このため、プラントの仕様に合わせて実績のない施工条件によりＷＪＰを施工するような場合でも、ＷＪＰ施工後の残留応力を解析により評価することができ、プラントの仕様に応じた適切な施工条件を速やかに決定することができる。さらに、このようにして決定された施工条件によりＷＪＰを現実に施工することで、信頼性のあるＷＪＰの施工を行うことができる。また、所望の施工条件による施工実施が可能なＷＪＰ施工装置の設計に利用することもできる。
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１３）の構成において、
前記再評価によって算出される残留応力が前記目標値を満たさない場合には、前記施工条件変更部によりさらに前記施工条件を変更し、前記施工条件変更部によりさらに変更された変更後の施工条件により前記再評価を行う。
上記（１４）の構成によれば、任意の施工条件によるウォータジェットピーニング（ＷＪＰ）施工後の残留応力の評価結果がその目標値を満たさない場合には、他の任意の施工条件による同様の評価が行われる。これによって、目標値が満たされる施工条件を決定することができる。
（１５）幾つかの実施形態では、上記（１１）〜（１４）の構成において、
前記施工条件は、前記ウォータジェットピーニングによるウォータジェットの噴射時間、前記ウォータジェットの噴射速度、前記ウォータジェットの流量、前記ウォータジェットピーニングの施工範囲、前記ウォータジェットの噴射距離、前記気泡の半径、ノズル角度、前記施工対象の表面の傾斜角度のうちの少なくとも１つを含む。
上記（１５）の構成によれば、ＷＪＰ施工後の残留応力に影響する可能性のある各種条件が施工条件に含まれるので、任意の施工条件よるＷＪＰ施工後の残留応力を精度よく評価することができる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、ウォータジェットピーニング（ＷＪＰ）におけるキャビテーション気泡の発生・消滅状況の解析に基づいた残留応力の評価方法が提供される。
本発明の一実施形態に係るＷＪＰ評価装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係るＷＪＰの評価方法の実施手順を示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係る施工対象表面と噴射ノズルの関係を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る噴射ノズルを示す図である。 衝撃圧相関値Ｐｃと衝撃圧実験値Ｐｒ、衝撃圧予測値Ｐｐの関係を図３に対応して説明するための図である。 ＷＪＰによる衝撃圧の圧力分布の例を図３に対応して説明するための図である。 ＷＪＰによる衝撃圧の圧力分布の他の例を説明するための図である。 プラントの仕様例を説明するための図である。 プラントの仕様の他の例を説明するための図である。 本発明の他の一実施形態に係るＷＪＰ評価装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の他の一実施形態に係るＷＪＰの評価方法の実施手順を示すフロー図である。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図１は、本発明の一実施形態に係るウォータジェットピーニング（以下、ＷＪＰとする）の施工後の残留応力を評価するＷＪＰの評価装置１０（以下、ＷＪＰ評価装置１０）の機能ブロックを示す図である。
ＷＪＰ評価装置１０は、金属などの構造物（施工対象４０）にＷＪＰを施工する前に、ＷＪＰ施工後における施工対象４０の表面近傍の現実の残留応力（ＷＪＰの施工結果）を事前に評価することが可能な装置である。このＷＪＰ評価装置１０は、図１に示される実施形態のように、ＷＪＰ評価プログラム３４を含むコンピュータであっても良い。以下では、ＷＪＰ評価装置１０を、ＷＪＰ評価プログラム３４を含むコンピュータとして説明する。
上述のＷＪＰ評価プログラム３４を含むコンピュータは、図１に示される実施形態では、各種演算を行うＣＰＵ２０と、ＣＰＵ２０のワークエリア等になるメモリ１３（主記憶装置）と、ハードディスクドライブ装置等の補助記憶装置３０とを備えている。また、コンピュータは、図１の例示のように、キーボードやマウス等の入力装置１１と、表示装置（出力装置）１２と、入力装置１１及び表示装置１２の入出力インタフェース１４と、ネットワークを介して外部と通信するための通信インタフェース１５と、ディスク型記憶媒体Ｍに対してデータの記憶処理や再生処理を行う記憶・再生装置１６と、を備えていても良い。
補助記憶装置３０には、図１の例示では、施工対象４０でのＷＪＰの施工結果を事前に評価可能な上記のＷＪＰ評価プログラム３４と、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）プログラム３７とが予め格納されている。すなわち、本実施形態のＷＪＰ評価装置１０は、コンピュータにＷＪＰ評価プログラム３４をインストールしたものである。ＷＪＰ評価プログラム３４は、図１に示される実施形態では、数値流体力学（ＣＦＤ：Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ）に基づいてＷＪＰの施工で生じる噴流を解析する流れ解析モジュール３５と、この流れ解析モジュール３５での解析結果に基づいてＷＪＰによる処理範囲を求める残留応力解析モジュール３６と、を有する。これらのプログラム３４，３７は、例えば、記憶・再生装置１６を介して、ディスク型記憶媒体Ｍから補助記憶装置３０に取り込まれても良いし、通信インタフェース１５を介して外部の装置から補助記憶装置３０に取り込まれても良い。なお、ＷＪＰ評価プログラム３４に含まれるモジュール（３５、３６）の数は任意であり、他の幾つかの実施形態では、ＷＪＰ評価プログラム３４は１以上のモジュールにより構成されても良い。
また、補助記憶装置３０には、さらに、ＷＪＰ評価プログラム３４の実行過程で用いられる各種データが格納されても良い。図１に示される実施形態では、ＷＪＰの施工条件を規定する施工条件データ３１（後述）と、施工条件データ３１を構成する各種条件によってＷＪＰを施工した場合に生じる噴流の解析結果である流れ解析データ３２と、ＷＪＰの処理範囲データ３３とが格納されている。
ＣＰＵ２０は、機能的に、流れ解析モジュール３５による噴流の解析に必要な各種パラメータを受け付けるパラメータ受付部２１と、ＷＪＰの施工条件を受け付ける条件受付部２２と、施工条件データ３１を構成する各種条件に基づいてＷＪＰの施工時に生じる噴流を解析する流れ解析部２３と、施工対象に関する目的の処理範囲を受け付ける目的範囲受付部２４と、噴流中に生じる気泡（キャビテーション気泡）のボイド率ｆ及び崩壊率η（後述）を求めるボイド率・崩壊率算出部２５と、ＷＪＰにより生じる気泡によってモデル化された施工対象４０である施工対象モデル４５の表面に作用すると推定される衝撃圧Ｐの相関値（衝撃圧相関値Ｐｃ（後述））を求める衝撃圧相関値算出部２６と、上記の施工条件によるＷＪＰによって施工対象４０の表面に作用する衝撃圧Ｐの実験値である衝撃圧実験値Ｐｒを取得する実験値取得部２７と、施工対象モデル４５の表面の各位置における衝撃圧相関値Ｐｃ（衝撃圧相関値Ｐｃの分布）と、施工条件によるＷＪＰによって施工対象４０の表面に作用する衝撃圧実験値Ｐｒとを対応づけて、施工条件によるＷＪＰによって施工対象４０の表面の各位置に作用する衝撃圧Ｐの予測値である衝撃圧予測値Ｐｐ（衝撃圧予測値Ｐｐの分布）を取得する予測部２８と、予測部２８により取得された衝撃圧予測値Ｐｐを入力条件として、施工条件によるＷＪＰを施工後の施工対象４０における残留応力を算出する残留応力評価部２９と、を備える。
ＣＰＵ２０によって実行される上記の各機能部は、いずれも、上述の補助記憶装置３０からメモリ１３（主記憶装置）にロードされたＷＪＰ評価プログラム３４をＣＰＵ２０が実行することで機能する。より具体的には、図１に示される実施形態では、ＷＪＰ評価プログラム３４の流れ解析モジュール３５の実行で、パラメータ受付部２１、条件受付部２２、流れ解析部２３が機能する。また、ＷＪＰ評価プログラム３４の残留応力解析モジュール３６の実行で、目的範囲受付部２４、ボイド率・崩壊率算出部２５、衝撃圧相関値算出部２６、実験値取得部２７、予測部２８、残留応力評価部２９が機能する。
このような構成を備えるＷＪＰ評価装置１０によるＷＪＰの評価は、図２に示すフローチャートに従って実行されている。すなわち、図２は、幾つかの実施形態におけるＷＪＰの評価方法の実行手順を示す図である。なお、以下では、説明を簡略化するため、図３に例示されるように、施工対象４０の表面は平面であり、この表面の法線上（図３の例示では噴射軸Ａｉに一致）に位置するノズル５０からこの表面上の任意の一点に向かって水を含む流体を法線に沿って噴射するものとして説明する。
図２のステップＳ２１において、評価者は、ＷＪＰ評価装置１０の入力装置１１を操作して、流れ解析モジュール３５の各種パラメータを設定する。言い換えると、ＷＪＰ評価装置１０のパラメータ受付部２１は、流れ解析モジュール３５の各種パラメータを受け付ける（Ｓ２１：プログラムのパラメータ設定工程（パラメータ受付工程））。ＷＪＰ評価装置１０のパラメータ受付部２１は、これらのパラメータを受け付けると、メモリ１３上に展開されている流れ解析モジュール３５の該当箇所に、各パラメータを設定する。
この流れ解析モジュール３５は、図２に示される実施形態では、乱流を数値解析するためのＬＥＳ（Ｌａｒｇｅ Ｅｄｄｙ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）モデルと、水と水中に存在する多数の気泡の挙動を数値解析するための２相流モデルと、気泡の発生や消滅等を含む気泡の挙動を数値解析するためのキャビテーションモデルを採用している。そして、このパラメータ設定工程（Ｓ２１）では、流れ解析モジュール３５の各種パラメータとして、例えば、蒸発係数、凝縮係数、気泡核生成部位体積率が設定されている。また、このパラメータ設定工程（Ｓ２１）では、雰囲気気圧（施工部位の水深Ｄ）、水の密度及び粘性、飽和蒸気圧の環境（水温、圧力など）に対する依存性を示すデータが設定されており、ＷＪＰ施工条件（後述）の設定によりＷＪＰの現実の施工時におけるこれらの値と同じ値が設定されることになる。さらに、このパラメータ設定工程（Ｓ２１）では蒸気の密度が設定されており、蒸気が例えば理想気体であると仮定した蒸気の密度が設定されても良い。
次に、ステップＳ２２において、施工対象４０に対するＷＪＰの施工条件が設定される（条件設定工程（条件受付工程））。例えば、ＷＪＰ評価装置１０の入力装置１１が評価者によって操作されることで、ＷＪＰの施工条件がＷＪＰ評価装置１０に設定される。言い換えると、ＷＪＰ評価装置１０の条件受付部２２が、ＷＪＰの施工条件を受け付ける。この条件設定工程（Ｓ２２）は、モデル設定工程（モデルの数値データ受付工程）（Ｓ２２−１）と、ＷＪＰ実施条件設定工程（ＷＪＰ実施条件受付工程）（Ｓ２２−２）とを含む。
ステップＳ２２−１におけるモデル設定工程では、条件受付部２２が、施工対象４０のモデルである施工対象モデル４５（図３参照）が存在する空間の座標系、この施工対象モデル４５を確定する数値デー夕、及び施工対象４０に流体（水など）を噴射するノズル５０のモデルであるノズルモデル５５（図３参照）を確定する数値データを受け付ける。なお、これらの情報は、施工条件データ３１の一部として補助記憶装置３０に格納されても良い。
図３の例示では、このモデル設定工程（Ｓ２２−１）において設定される上記の座標系は、ノズルモデル５５の噴射軸Ａｉと施工対象モデル４５の表面とが交差する点を原点とし、原点から噴射軸Ａｉが延びる方向をＺ軸、このＺ軸に垂直な軸をＸ軸、Ｚ軸及びＸ軸に垂直な軸をＹ軸とするＸＹＺ座標系である。また、図３では、Ｚ軸（噴射軸Ａｉ）上に位置するノズルモデル５５からＺ軸（噴射軸Ａｉ）に沿って流体が原点方向に噴射されている。なお、ＸＹＺ座標系は、ノズルモデル５５の初期位置における噴射軸Ａｉ上の出口５１ｏの位置を原点としてもよい。
また、施工対象モデル４５を確定する上述の数値データは、図３の例示では、施工対象４０の表面が平面であるため、施工対象モデル４５の表面が平面であることを示す情報が設定されることになる。
ノズルモデル５５を確定する上述の数値データについては、ＷＪＰの現実の施工において用いられる流体を噴射するノズル５０を表現することが可能な数値データとなる。例えば、現実のノズル５０は、図４に示されるように、円柱形状の部材の一方の端面から他方の端面へ貫く噴射軸Ａｉに沿って流路が形成されており、ノズル５０の一方の端面における流路の開口が入口５１ｉを成し、他方の端面における流路の開口が出口５１ｏを成している。そして、この流路には、出口５１ｏ側に向かうに連れて流路径が次第に小さくなる縮径部５２と、縮径部５２で小さくなった流路径が維持される小径部５３と、小径部５３から出口に向かうに連れて次第に流路径が大きくなる拡径部５４とを有している。
このようなノズル５０（図４）に対しては、ノズルモデル５５を確定する数値データは、例えば、ノズル５０の入口５１ｉの流路径ｄｉ、小径部５３の流路径ｄｓ、出口５１ｏの流路径ｄｏ、噴射軸Ａｉ方向における縮径部５２の長さＮｉ、同方向における小径部５３の長さＮｓ、同方向における拡径部５４の長さＮｏとしても良い。なお、本実施形態では、ノズル５０の形状として以上で説明した形状のものを用いているが、他の幾つかの実施形態では、他の形状のノズルモデルを用いてもよく、この他の形状を特定可能なパラメータがモデル設定工程（Ｓ２２−１）で設定される。
一方、ステップＳ２２−２におけるＷＪＰ実施条件設定工程では、条件受付部２２が、ＷＪＰ実施条件として、ＷＪＰの施工結果に影響するよう各条件を受け付ける。このＷＪＰ実施条件の各条件は、例えば、ノズル５０からの噴流の吐出圧、ノズル５０からの噴流の流量、噴流の噴射距離Ｇ（ノズル５０の出口５１ｏから施工対象４０の表面までの距離）（図３参照）、ノズル５０の噴射軸Ａｉと施工対象４０の表面の法線とがなす角度θ（施工対象表面の傾斜角度）、施工対象の表面の水深Ｄ、水の温度、ノズル５０からの流体の噴射時間ｔ、ノズル５０からの噴射速度、流速、施工範囲Ｓ、気泡半径、施工対象の表面とノズル５０の噴射軸Ａｉとがなす角度であるノズル角度φ、ＷＪＰの施工間隔であるピッチ等であり、ＷＪＰ実施条件設定工程（Ｓ２２−２）では、これらのうちの少なくとも１つの条件を受け付ける。これらを施工条件データ３１の一部として補助記憶装置３０に格納されても良い。なお、図２に示される実施形態では、ステップＳ２１で設定されるプログラムのパラメータとステップＳ２２で設定されるＷＪＰの施工条件とを別々に設定しているが、ステップＳ２１で設定されるパラメータもＷＪＰの施工条件の各種条件として設定しても良い。そして、条件設定工程（Ｓ２２）で設定された条件下での噴流の解析が次のステップＳ２３で実行される（Ｓ２３：解析工程）。
ステップＳ２３における解析工程（Ｓ２３）は、流れ解析工程（Ｓ２３−１）と、ボイド率ｆ及び崩壊率ηの算出工程（Ｓ２３−２）を含む。
この流れ解析工程（Ｓ２３−１）では、流れ解析部２３が、ＷＪＰの条件設定工程（Ｓ２２）で設定された条件下での噴流を解析して、施工対象モデル４５の表面上の各位置での各時刻における気泡の発生数及び気泡の消滅数を求める。この解析結果は、流れ解析データ３２として補助記憶装置３０に格納されても良い。より詳細には、この流れ解析工程（Ｓ２３−１）では、幾つかの実施形態では、施工対象モデル４５の表面上で各位置での各時刻における気泡の発生数及び気泡の消滅数を以下のように求める。
すなわち、パラメータ設定工程（Ｓ２１）で設定したモデル（例えば、上述の２相流モデルおよびキャビテーションモデル）を使用して、条件設定工程（Ｓ２２）にて設定された条件にてＣＦＤ（例えば、非定常ＬＥＳ（ＬａｒｇｅＥｄｄｙＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ））による解析を実施する。解析は、通常は十分な統計情報が得られるまでの時間実施される。この解析は、例えば、ＡＮＳＹＳ社の解析コードＦＬＵＥＮＴ等の計算機能を用いて実施しても良い。また、キャピテーションモデルについては、例えば、Ｐｈｉｌｉｐ Ｊ．Ｚｗａｒｔ，Ａｎｄｒｅｗ Ｇ．Ｇｅｒｂｅｒ，Ｔｈａｂｅｔ Ｂｅｌａｍｒｉ：“Ａ Ｔｗｏ−Ｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ Ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ．Ｄｙｎａｍｉｃｓ” ＩＣＭＦ ２００４ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ，Ｙｏｋｏｈａｍａ， Ｊａｐａｎ，Ｍａｙ ３０−Ｊｕｎｅ ３，２００４ Ｐａｐｅｒ Ｎｏ．１５２にて述べられているものを使用しても良い。
引き続くステップＳ２３−２では、流れ解析工程（Ｓ２３−１）の完了後、ボイド率・崩壊率算出部２５によって、施工対象モデル４５の表面上の各位置での気泡に関するボイド率ｆ及び崩壊率ηを算出される（Ｓ２７：ボイド率ｆ及び崩壊率ηの算出工程）。
ここで、ボイド率ｆとは、水を含む流体の単位体積に含まれる気泡の体積率であり、崩壊率ηとは、水を含む流体の単位体積中で単位時間に崩壊する気泡の体積率である。ボイド率・崩壊率算出部２５は、補助記憶装置３０あるいはメモリ１３に格納されている流れ解析データ３２を用いて、施工対象モデル４５の表面上の各位置における流体の単位体積中で、噴射時間中における気泡の単位時間毎の体積率を求める。また、ボイド率・崩壊率算出部２５は、補助記憶装置３０あるいはメモリ１３に格納されている流れ解析データ３２を用いて、施工対象モデル４５の表面上の各位置における流体の単位体積中で、各時刻における気泡の消滅数から、施工対象モデル４５の表面上の各位置における流体の単位体積中で、該当時刻を含む単位時間で崩壊する気泡の体積率を求める。そして、図２に示される実施形態では、ボイド率・崩壊率算出部２５は、単位時間毎の体積率の平均値をボイド率ｆとし、各単位時間で崩壊する気泡の体積率の平均値を崩壊率ηとして算出している。他の幾つかの実施形態では、平均値に限定されず、他の統計的手法により得られる値をボイド率ｆと崩壊率ηとしても良い。
ステップＳ２４では、解析工程（Ｓ２３）の完了後、衝撃圧相関値算出部２６が施工対象モデル４５の表面上の各位置での衝撃圧相関値をボイド率ｆ及び崩壊率ηに基づいて算出する（Ｓ２４：衝撃圧相関値算出工程）。詳述すると、ＷＪＰによる現実の衝撃圧Ｐは、経験則として、以下の数式に示すように、気泡の崩壊率ηと、気泡のボイド率ｆと、水深Ｄと噴流の流量に依存する係数ｋの積で表すことができる。
Ｐ＝ｋ×η×ｆ
そこで、上記の式中の気泡のボイド率ｆと気泡の崩壊率ηとの積を衝撃圧相関値Ｐｃとして算出する。すなわち、衝撃圧相関値算出部２６は、施工対象モデル４５の表面上の各位置でのボイド率ｆと該当位置での崩壊率ηとを乗算することで、各位置での衝撃圧相関値Ｐｃ（衝撃圧相関値Ｐｃの分布）が求められることになる。
ステップＳ２５において、解析工程（Ｓ２３）で用いられたのと同じ施工条件によるＷＪＰによって施工対象４０の表面に作用する衝撃圧Ｐの実験値である衝撃圧実験値Ｐｒが取得される（Ｓ２５：実験値取得工程）。衝撃圧実験値Ｐｒは、事前に試験片に対してＷＪＰを行うことで得られる衝撃圧Ｐの測定データ（衝撃圧実験値Ｐｒ）をＷＪＰ評価プログラム３４に取り込むことで取得しても良い。衝撃圧実験値ＰｒのＷＪＰ評価プログラム３４による取り込みは、評価者によって入力されることにより行っても良いし、補助記憶装置３０から読み込むことで行っても良い。
そして、上記の衝撃圧相関値算出工程（Ｓ２４）と実験値取得工程（Ｓ２５）により得られるデータに基づいて、予測工程（Ｓ２６）が行われる。
ステップＳ２６における予測工程では、施工対象モデル４５の表面の各位置における衝撃圧相関値Ｐｃと、衝撃圧相関値Ｐｃの算出に用いられたのと同じ施工条件によるＷＪＰによって施工対象４０の表面に作用する衝撃圧実験値Ｐｒとを対応づけて、この施工条件によるＷＪＰによって施工対象４０の表面の各位置に作用する衝撃圧Ｐの予測値である衝撃圧予測値Ｐｐ（衝撃圧予測値Ｐｐの分布）が取得される。
より詳細には、上述した経験側を表す数式の通り、衝撃圧Ｐは衝撃圧相関値Ｐｃに比例するので、実験により得られる衝撃圧Ｐと衝撃圧相関値Ｐｃの相関が最も高くなるような上記の係数ｋを求める。すなわち、衝撃圧予測値Ｐｐは、施工対象モデル４５の表面の各位置における衝撃圧相関値Ｐｃ（衝撃圧相関値Ｐｃの分布）と衝撃圧実験値Ｐｒとを対応づける係数ｋを決定することにより取得される。より具体的には、衝撃圧実験値Ｐｒが得られた施工対象表面の位置と、この位置に対応する衝撃圧相関値Ｐｃとの差を、衝撃圧実験値Ｐｒが得られた位置のそれぞれで求め、これらの差がある範囲以内になるような係数ｋを求めることにより行われる。
例えば、最小二乗法によって係数ｋを求めても良い。
これらの衝撃圧相関値Ｐｃ、衝撃圧実験値Ｐｒ、衝撃圧予測値Ｐｐの関係を図５により説明する。すなわち、図５は、衝撃圧相関値Ｐｃと衝撃圧実験値Ｐｒ、衝撃圧予測値Ｐｐの関係を図３に対応して説明するための図である。図５では、ノズル５０の噴射軸Ａｉの中心（ノズル中心Ｏ）は横軸と縦軸の交点であり、ノズル中心Ｏからの位置は横軸で示されており、各位置における衝撃圧実験値Ｐｒ（丸印）は縦軸で示されている。また、図５には、噴射時間ｔ（ｓｅｃ）が２秒（塗りつぶされた丸印）と１０秒（白抜きの丸印）である異なる２つの衝撃圧実験値Ｐｒが示されており、施工対象表面における同じ位置で比較すると、噴射時間が２秒の場合に比較して１０秒の場合の方が衝撃圧実験値Ｐｒは大きな値を示している。
一方、図５には、上述の衝撃圧相関値Ｐｃが破線で示されているが、図５の例示では、衝撃圧相関値Ｐｃは、衝撃圧実験値Ｐｒと比較すると、各位置において大きな値となっている。衝撃圧相関値Ｐｃは、前述の通り、ボイド率ｆ×崩壊圧ηであり、言い換えると、上述の数式における係数ｋを１とした時の値と言える。つまり、衝撃圧相関値Ｐｃと衝撃圧実験値Ｐｒとが各位置において大きく異なるのは、衝撃圧実験値Ｐｒと衝撃圧相関値Ｐｃを対応づけるような係数ｋが設定されていないことによる。
そして、上述の予測工程（Ｓ２６）において両者を対応づけることで取得されたものが衝撃圧予測値Ｐｐであり、図５の例示では、細線で示される衝撃圧予測値Ｐｐが噴射時間２秒の衝撃圧実験値Ｐｒに対応し、太線で示される衝撃圧予測値Ｐｐが噴射時間１０秒の衝撃圧実験値Ｐｒに対応している。この二つの衝撃圧予測値Ｐｐは、両方ともノズル中心Ｏから左右対称となっている。これは、図３では、平面である施工対象モデル４５の法線とノズルモデル５５の噴射軸Ａｉが一致しているなどのため、ノズル中心Ｏから同心円状に衝撃圧Ｐの等圧力線Ｐｅが分布しているためである（図６Ａ参照）。なお、施工対象モデル４５の法線とノズルモデル５５が一致していない場合などでは、施工対象表面における衝撃圧Ｐの分布は図６Ａとは異なったものになり、例えば、図６Ｂでは楕円状に等圧力線Ｐｅが分布している。
ステップＳ２７では、予測工程（Ｓ２６）により取得された衝撃圧予測値Ｐｐを入力条件として、施工条件によるＷＪＰを施工後の施工対象４０における残留応力が算出される。すなわち、衝撃圧予測値に基づいて、例えばＦＥＭ解析を行うことで、残留応力が算出される（Ｓ２７：残留応力解析工程）。
上記の実施形態によれば、ウォータジェットピーニング（ＷＪＰ）におけるキャビテーション気泡の発生・消滅状況を解析することで、施工対象表面近傍に生じるＷＪＰによる現実の衝撃圧を予測し、予測された衝撃圧に基づいてＷＪＰ施工後の残留応力を評価することができる。
上記に説明した幾つかの実施形態では、設定された施工条件によるＷＪＰにより改善される施工対象４０の表面近傍の残留応力が評価されている。他の幾つかの実施形態では、このようにして評価される残留応力の評価結果に基づいて、ＷＪＰの施工条件が決定される。これは、プラントの仕様（例えば、鏡板６１に溶接される管台６２のサイズなど）が異なる場合には、それぞれのプラントの仕様に対応可能な信頼性のあるＷＪＰの施工条件を迅速に決定しようとするものである。
例えば、図７Ａ〜図７Ｂの例示では、プラントで用いられる円筒の管台６２の仕様が異なっている。具体的には、図７Ａに例示される管台６２の直径Ｌ１は図７Ｂに例示される管台６２の直径Ｌ２よりも小さい。また、図７Ａの複数の管台６２同士の間隔Ｗ１は図７Ｂの管台６２同士の間隔Ｗ２よりも広く、これに応じてノズル５０と施工表面とがなす角度φが異なっている。具体的には、図７Ａでの角度φ１は、図7Ｂでの角度φ２よりも小さい（角度φ１＜角度φ２）。また、ＷＪＰによる衝撃圧Ｐの大きさはノズル中心Ｏ（図５〜図６Ｂ参照）からの距離に依存するので、ＷＪＰによる残留応力の改善効果は施工範囲Ｓの大小に依存する。このため、所望の改善効果を得るために施工範囲Ｓは適切に設定されている。そして、図７Ａでは、管台６２の周囲に対してＷＪＰの施工が９０度ピッチで行われている。つまり、管台６２の周囲に９０度毎にノズル５０を位置決めし、位置決めされたそれぞれの位置でＷＪＰが施工されており、合計４回のＷＪＰによって管台６２の周囲全体が施工されている。これに対して、図７Ｂでは、管台６２の周囲がより広く、管台６２の周囲に対してＷＪＰの施工が４５度ピッチで行われている。このように施工条件が異なると、ノズル５０の１ピッチ分で施工される残留応力低減有効範囲が異なってくるため、ピッチの増加やノズル角度φの調整などを行い、目標とする残留応力が満足されることを確認する必要が生じる。
このため、幾つかの実施形態では図８に示されるように、ＷＪＰ評価装置１０は、図１に示される機能部に加えて、さらに、残留応力の目標値を設定する目標値設定部２１０と、残留応力が目標値を満たさない場合に施工条件を変更する施工条件変更部２１１と、残留応力が目標値を満たす場合に、残留応力の算出に用いられた施工条件を施工対象４０への施工条件として決定する施工条件決定部２１２と、をさらに備える。また、これらの機能がコンピュータ（ＣＰＵ２０）によって実行される場合には、いずれの機能部も、上述の補助記憶装置３０からメモリ１３（主記憶装置）にロードされたＷＪＰ評価プログラム３４をＣＰＵ２０が実行することで機能する。より具体的には、図８に示される実施形態では、ＷＪＰ評価プログラム３４の流れ解析モジュール３５の実行で、目標値設定部２１０、施工条件変更部２１１、施工条件決定部２１２、が機能している。
以下では、図９に示すフローチャートに従って、本実施形態におけるＷＪＰの評価方法の実行手順について説明する。
図９のステップＳ９０において、残留応力の目標値を設定する（Ｓ９０：目標値設定工程）。目標値は、例えば、施工範囲Ｓにおいて残留応力が０以下となることであっても良い。また、例えば、評価者により入力された目標値を受付けて、ＷＪＰ評価プログラム３４で利用されるよう設定される。その後、上述の残留応力の評価（図２のステップＳ２１〜ステップＳ２７参照）と同様の評価が行われる。つまり、図９のＳ９１〜Ｓ９７の各ステップは、それぞれ、図２のステップＳ２１〜ステップＳ２７と同じであるため各ステップの説明を省略する。
引き続くステップＳ９８において、算出された残留応力と、先に定められている目標値（ステップＳ９０）とが比較される。そして、前記残留応力が前記目標値を満たさない場合には、ステップＳ９９においてＷＪＰの施工条件が変更される（Ｓ９９：施工条件変更工程）。具体的には、ＷＪＰの施工条件設定工程（Ｓ９２）で設定される各種条件のうちの少なくとも１つが変更される。例えば、前記ウォータジェットピーニングによるウォータジェットの噴射時間、前記ウォータジェットの噴射速度、前記ウォータジェットの流量、前記ウォータジェットピーニングの施工範囲Ｓ、前記ウォータジェットの噴射距離、前記気泡の半径、ノズル角度φ、前記施工対象表面の傾斜角度θのうちの少なくとも１つであっても良い。そして、施工条件変更工程（Ｓ９９）によって変更された新たなＷＪＰの施工条件に基づいて残留応力の評価を再度行われる（Ｓ９１〜Ｓ９７）。
また、ステップＳ９８において、算出された残留応力が目標値を満たす場合には、ステップＳ９１０において、その残留応力を算出するのに用いられた施工条件が、施工対象４０に対する現実の施工条件として決定される。その後、フローを終了する。
なお、施工条件に対応した係数ｋが予め得られている場合には、実験値取得工程（Ｓ９５）と、予測工程（Ｓ９６）を省略し、これらに代えて、衝撃圧相関値算出工程（Ｓ９４）で取得された衝撃圧相関値Ｐｃと係数ｋに基づいて取得される衝撃圧予測値Ｐｐを、残留応力解析（Ｓ９７）の入力条件として直接採用しても良い。また、残留応力の評価結果に基づいて、ノズル５０の機能や形状などのＷＪＰ施工装置の仕様を検討し、上記の目標値を満たす施工条件による施工を実行可能なＷＪＰ施工装置の設計に利用しても良い。
上記の実施形態によれば、プラントの仕様に合わせて実績のない施工条件によりＷＪＰを施工するような場合でも、ＷＪＰ施工後の残留応力を解析により評価することができ、プラントの仕様に応じた適切な施工条件を速やかに決定することができる。さらに、このようにして決定された施工条件によりＷＪＰを現実に施工することで、信頼性のあるＷＪＰの施工を行うことができる。また、所望の施工条件による施工実施が可能なＷＪＰ施工装置の設計に利用することもできる。
他の幾つかの実施形態では、ＷＪＰの施工条件に対応づけて、残留応力や、流れ解析データ３２、崩壊率η、ボイド率ｆ、衝撃圧相関値Ｐｃ、衝撃圧実験値Ｐｒ、係数ｋ、衝撃圧予測値Ｐｐなど関連する情報をデータベース化して利用しても良い。これによって、データベースに保持されている施工条件から関連する情報を容易に得ることができる。
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
１０ 評価装置
１１ 入力装置
１２ 表示装置
１３ メモリ
１４ 入出力インタフェース
１５ 通信インタフェース
１６ 記憶・再生装置

２０ ＣＰＵ
２１ パラメータ受付部
２２ 条件受付部
２３ 流れ解析部
２４ 目的範囲受付部
２５ ボイド率・崩壊率算出部
２６ 衝撃圧相関値算出部
２７ 実験値取得部
２８ 予測部
２９ 残留応力評価部

３０ 補助記憶装置
３１ 施工条件データ
３２ 流れ解析データ
３３ 処理範囲データ
３４ 評価プログラム
３５ 流れ解析モジュール
３６ 残留応力解析モジュール
３７ ＯＳプログラム

４０ 施工対象
４５ 施工対象モデル

５０ ノズル
５１ｉ 入口
５１ｏ 出口
５２ 縮径部
５３ 小径部
５４ 拡径部
５５ ノズルモデル

６１ 鏡板
６２ 管台

Ａｉ 噴射軸
Ｄ 水深
Ｇ 噴射距離
Ｍ ディスク型記憶媒体
Ｐ 衝撃圧
Ｐｃ 衝撃圧相関値
Ｐｅ 等圧力線
Ｐｐ 衝撃圧予測値
Ｐｒ 衝撃圧実験値

ｄｉ 入口流路径
ｄｏ 出口流路径
ｄｓ 流路径
ｆ ボイド率
ｋ 係数
ｔ 噴射時間
Ｏ ノズル中心
Ｌ１ 管台の直径
Ｌ２ 管台の直径
Ｗ１ 管台管の間隔
Ｗ２ 管台管の間隔
Ｓ 施工範囲
φ ノズル角度

Claims (12)

  1. 施工対象へのウォータジェットピーニングの施工条件を設定する条件設定工程と、
    ノズルモデルから施工対象モデルへ流体を噴出させたときの噴流を前記施工条件に応じて解析して、前記噴流による衝撃圧の分布が生じる前記施工対象モデルの表面の各位置での、前記流体の単位体積に含まれる気泡の体積率であるボイド率、及び前記流体の単位体積中で単位時間に崩壊する前記気泡の体積率である崩壊率を求める解析工程と、
    前記各位置での前記ボイド率と前記崩壊率との積である衝撃圧相関値を求める衝撃圧相関値算出工程と、
    前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングによって現実の衝撃圧の分布が生じている際の前記施工対象または試験片の表面である実表面における少なくとも１つの位置での前記現実の衝撃圧の実験値である衝撃圧実験値を取得する実験値取得工程と、
    取得された前記衝撃圧実験値と、前記施工対象モデルの表面上の前記衝撃圧の分布における位置関係が、前記衝撃圧実験値が取得された前記実表面上の位置の前記現実の衝撃圧の分布における位置関係と同じとなるような前記施工対象モデルの表面の位置における前記衝撃圧相関値と、を対応づける係数を決定することにより、前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングによって前記施工対象の表面の各位置に作用する前記衝撃圧の予測値である衝撃圧予測値を取得する予測工程と、
    前記予測工程により取得された前記衝撃圧予測値を入力条件として、前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングを施工後の前記施工対象における残留応力を算出する残留応力評価工程と、を備えることを特徴とする残留応力評価方法。
  2. 前記残留応力の目標値を設定する目標値設定工程と、
    前記残留応力が前記目標値を満たさない場合に前記施工条件を変更する施工条件変更工程と、
    前記施工条件変更工程により変更された変更後の施工条件により前記解析工程と、前記衝撃圧相関値算出工程と、前記残留応力評価工程とを行う再評価工程と、
    前記再評価工程によって算出される残留応力が前記目標値を満たす場合には、前記再評価工程で用いられた前記施工条件を前記施工対象への前記施工条件として決定する施工条件決定工程と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の残留応力評価方法。
  3. 前記再評価工程によって算出される残留応力が前記目標値を満たさない場合には、前記施工条件変更工程によりさらに前記施工条件を変更し、前記施工条件変更工程によりさらに変更された変更後の施工条件により前記再評価工程を行うことを特徴とする請求項２に記載の残留応力評価方法。
  4. 前記施工条件は、前記ウォータジェットピーニングによるウォータジェットの噴射時間、前記ウォータジェットの噴射速度、前記ウォータジェットの流量、前記ウォータジェットピーニングの施工範囲、前記ウォータジェットの噴射距離、前記気泡の半径、ノズル角度、前記施工対象の表面の傾斜角度のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の残留応力評価方法。
  5. コンピュータに、
    施工対象へのウォータジェットピーニングの施工条件を設定する条件設定工程と、
    ノズルモデルから施工対象モデルへ流体を噴出させたときの噴流を前記施工条件に応じて解析して、前記噴流による衝撃圧の分布が生じる前記施工対象モデルの表面の各位置での、前記流体の単位体積に含まれる気泡の体積率であるボイド率、及び前記流体の単位体積中で単位時間に崩壊する前記気泡の体積率である崩壊率を求める解析工程と、
    前記各位置での前記ボイド率と前記崩壊率との積である衝撃圧相関値を求める衝撃圧相関値算出工程と、
    前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングによって現実の衝撃圧の分布が生じている際の前記施工対象または試験片の表面である実表面における少なくとも１つの位置での前記現実の衝撃圧の実験値である衝撃圧実験値を取得する実験値取得工程と、
    取得された前記衝撃圧実験値と、前記施工対象モデルの表面上の前記衝撃圧の分布における位置関係が、前記衝撃圧実験値が取得された前記実表面上の位置の前記現実の衝撃圧の分布における位置関係と同じとなるような前記施工対象モデルの表面の位置における前記衝撃圧相関値と、を対応づける係数を決定することにより、前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングによって前記施工対象の表面の各位置に作用する前記衝撃圧の予測値である衝撃圧予測値を取得する予測工程と、
    前記予測工程により取得された前記衝撃圧予測値を入力条件として、前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングを施工後の前記施工対象における残留応力を算出する残留応力評価工程と、を実行させるためのウォータジェットピーニングの評価プログラム。
  6. 前記残留応力の目標値を設定する目標値設定工程と、
    前記残留応力が前記目標値を満たさない場合に前記施工条件を変更する施工条件変更工程と、
    前記施工条件変更工程により変更された変更後の施工条件により前記解析工程と、前記衝撃圧相関値算出工程と、前記残留応力評価工程とを行う再評価工程と、
    前記再評価工程によって算出される残留応力が前記目標値を満たす場合には、前記再評価工程で用いられた前記施工条件を前記施工対象への前記施工条件として決定する施工条件決定工程と、をさらに実行させるための請求項５に記載のウォータジェットピーニングの評価プログラム。
  7. 前記再評価工程によって算出される残留応力が前記目標値を満たさない場合には、前記施工条件変更工程によりさらに前記施工条件を変更し、前記施工条件変更工程によりさらに変更された変更後の施工条件により前記再評価工程を行うことを特徴とする請求項６に記載のウォータジェットピーニングの評価プログラム。
  8. 前記施工条件は、前記ウォータジェットピーニングによるウォータジェットの噴射時間、前記ウォータジェットの噴射速度、前記ウォータジェットの流量、前記ウォータジェットピーニングの施工範囲、前記ウォータジェットの噴射距離、前記気泡の半径、ノズル角度、前記施工対象の表面の傾斜角度のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のウォータジェットピーニングの評価プログラム。
  9. 施工対象へのウォータジェットピーニングの施工条件を受け付ける条件受付部と、
    ノズルモデルから施工対象モデルへ流体を噴出させたときの噴流を前記施工条件に応じて解析して、前記噴流による衝撃圧の分布が生じる前記施工対象モデルの表面の各位置での、前記流体の単位体積に含まれる気泡の体積率であるボイド率、及び前記流体の単位体積中で単位時間に崩壊する前記気泡の体積率である崩壊率を求める解析部と、
    前記各位置での前記ボイド率と前記崩壊率との積である衝撃圧相関値を求める衝撃圧相関値算出部と、
    前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングによって現実の衝撃圧の分布が生じている際の前記施工対象または試験片の表面である実表面における少なくとも１つの位置での前記現実の衝撃圧の実験値である衝撃圧実験値を取得する実験値取得部と、
    取得された前記衝撃圧実験値と、前記施工対象モデルの表面上の前記衝撃圧の分布における位置関係が、前記衝撃圧実験値が取得された前記実表面上の位置の前記現実の衝撃圧の分布における位置関係と同じとなるような前記施工対象モデルの表面の位置における前記衝撃圧相関値と、を対応づける係数を決定することにより、前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングによって前記施工対象の表面の各位置に作用する前記衝撃圧の予測値である衝撃圧予測値を取得する予測部と、
    前記予測部により取得された前記衝撃圧予測値を入力条件として、前記施工条件による前記ウォータジェットピーニングを施工後の前記施工対象における残留応力を算出する残留応力評価部と、を備えることを特徴とするウォータジェットピーニングの評価装置。
  10. 前記残留応力の目標値を設定する目標値設定部と、
    前記残留応力が前記目標値を満たさない場合に前記施工条件を変更する施工条件変更部と、
    前記残留応力が前記目標値を満たす場合に、前記残留応力の算出に用いられた施工条件を前記施工対象への前記施工条件として決定する施工条件決定部と、をさらに備え、
    前記施工条件変更部により変更された変更後の施工条件により、前記解析部と前記衝撃圧相関値算出部と前記残留応力評価部とにより再評価が行われると共に、
    前記再評価によって算出される残留応力が前記目標値を満たす場合には、前記施工条件決定部は、前記再評価で用いられた前記施工条件を前記施工対象への前記施工条件として決定することを特徴とする請求項９に記載のウォータジェットピーニングの評価装置。
  11. 前記再評価によって算出される残留応力が前記目標値を満たさない場合には、前記施工条件変更部によりさらに前記施工条件を変更し、前記施工条件変更部によりさらに変更された変更後の施工条件により前記再評価を行うことを特徴とする請求項１０に記載のウォータジェットピーニングの評価装置。
  12. 前記施工条件は、前記ウォータジェットピーニングによるウォータジェットの噴射時間、前記ウォータジェットの噴射速度、前記ウォータジェットの流量、前記ウォータジェットピーニングの施工範囲、前記ウォータジェットの噴射距離、前記気泡の半径、ノズル角度、前記施工対象の表面の傾斜角度のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載のウォータジェットピーニングの評価装置。
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