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低通濾波器容許低頻信號通過, 但減弱(或減少)頻率高於截止頻率的信號的通過。對於不同濾波器而言,每個頻率的信號的減弱程度不同。當使用在音頻應用時,它有時被稱為高頻剪切濾波器, 或高音消除濾波器。

高通濾波器則相反, 而帶通濾波器則是高通濾波器同低通濾波器的組合.

低通濾波器概念有許多不同的形式，其中包括電子線路（如音頻設備中使用的hiss 濾波器、平滑數據的數字演算法、音障（acoustic barriers）、圖像模糊處理等等。低通濾波器在信號處理中的作用等同於其它領域如金融領域中移動平均數（moving average)所起的作用；這兩個工具都通過剔除短期波動、保留長期發展趨勢提供了信號的平滑形式。

[編輯] 低通濾波器實例

RC 電路實現的一個低通電子濾波器

一個固體屏障就是一個聲波的低通濾波器。當另外一個房間中播放音樂時，很容易聽到音樂的低音，但是高音部分大部分被過濾掉了。類似的情況是，一輛小汽車中非常大的音樂聲在另外一個車中的人聽來卻是低音節拍，因為這時封閉的汽車（和空氣間隔）起到了低通濾波器的作用，減弱了所有的高音。

電子低通濾波器用來驅動重低音喇叭(subwoofer)和其它類型的擴音器、並且阻塞它們不能有效傳播的高音節拍。

無線電發射機使用低通濾波器阻塞可能引起與其它通信發生干擾的諧波發射。

DSL分離器使用低通和高通濾波器分離共享使用雙絞線的DSL和POTS信號。

低通濾波器也在如Roland公司這樣的模擬合成器（synthesiser）合成的電子音樂聲音處理中發揮著重要的作用。參見subtractive synthesis.

[編輯] 理想與實際濾波器

一個理想的低通濾波器能夠完全剔除高於截止頻率的所有頻率信號並且低於截止頻率的信號可以不受影響地通過。實際上的轉換區域也不再存在。一個理想的低通濾波器可以用數學的方法（理論上）在頻域中用信號乘以矩形函數得到，作為具有同樣效果的方法，也可以在時域與sinc函數作卷積得到。

然而，這樣一個濾波器對於實際真正的信號來說是不可實現的，這是因為sinc函數是一個延伸到無窮遠處的函數（extends to infinity），所以這樣的濾波器為了執行卷積就需要預測未來並且需要有過去所有的數據。對於預先錄製好的數字信號（在信號的後邊補零，並使得由此產生的濾波後的誤差小於量化誤差）或者無限循環周期信號來說這是可實現的。

實時應用中的實際濾波器通過將信號延時一小段時間讓它們能夠「看到」未來的一小部分來近似地實現理想濾波器，這已為相移所證明。近似精度越高所需要的延時越長。

採樣定理(Nyquist-Shannon sampling theorem)描述了如何使用一個完善的低通濾波器和奈奎斯特-香農插值公式從數字信號採樣重建連續信號。實際的數模轉換器都是使用近似濾波器。

[編輯] 電子低通濾波器


一階濾波器的頻率響應

有許許多多不同頻率響應的不同類型濾波器電路。濾波器的頻率響應通常用波特圖表示。

  • 例如，一階濾波器在頻率增加一倍（增加octave）時將信號強度減弱一半（大約-6dB）。一階濾波器幅度波特圖在截止頻率之下是一條水平線，在截止頻率之上則是一條斜線。在兩者邊界處還有一個"knee curve"在兩條直線區域之間平緩轉換。參見RC電路。
  • 二階濾波器對於削減高頻信號能起到更高的效果。這種類型的濾波器的波特圖類似於一階濾波器，只是它的滾降速率更快。例如，一個二階的巴特沃斯濾波器（它是一個沒有尖峰的臨界衰減RLC 電路）頻率增加一倍時就將信號強度衰減到最初的四分之一（每倍頻-12dB）。其它的二階濾波器最初的滾降速度可能依賴於它們的Q因數，但是最後的速度都是每倍頻 -12dB。參見RCL 電路。
  • 三階和更高階的濾波器也是類似。總之，最後n階濾波器的滾降速率是每倍頻6ndB。

對於任何的巴特沃斯濾波器，如果向右延長水平線並且向左上延伸斜線（函數的漸近線，它們將相交在「截止頻率」。一階濾波器在截止頻率的頻率響應是水平線下-3dB。不同類型的濾波器——巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器等——都有不同形狀的「knee curves」。許多二階濾波器設計成有「峰值」或者諧振以得到截止頻率處的頻率響應處在水平線之上。參見電子濾波器中其它類型的濾波器。

'低'和'高'的含義——例如截止頻率—— 依賴於濾波器的特性。（術語「低通濾波器」僅僅是指濾波器響應的形狀。一個高通濾波器能夠設計成比任何低通濾波器截止頻率更低的截止頻率。不同的頻率響應是區分它們的依據。）電子濾波器能夠設計成任何所期望的頻率範圍——可以到微波頻率（超過 1000 MHz）乃至更高。

[編輯] 無源電子濾波器實現


顯示元件阻抗的低通濾波器

一個可以作為低通濾波器的簡單電路包括與一個負載串聯的電阻以及與負載並聯的一個電容。電容有電抗作用阻止低頻信號通過，低頻信號經過負載。在較高頻率電抗作用減弱，電容起到短路作用。這個區分頻率（也稱為轉換頻率或者截止頻率（Hz））由所選擇的電阻和電容所確定。

f_\mathrm{c} = {1 \over 2 \pi R C }

或者（弧度每秒）：

\omega_\mathrm{c} = \frac{1}{RC}

一個理解這個電路的方法是集中於電容充電的時刻。電容通過電阻充放電需要花費一定的時間：

  • 在較低頻率，電容有充足的時間充電直至電壓等同於輸入電壓。
  • 在較高頻率，電容在輸入電流方向切換之前只能充很少的電量。輸出上下波動的幅度只有輸入信號波動的一小部分。在兩倍的頻率，電容只有充一半電量的時間。

另外一個理解這個電路的方法是在特定頻率的電抗：

  • 由於直流電不能通過電容器，直流電輸入必須從標為 Vout （類似於去掉電容）的路徑「流出」。
  • 由於交流電可以很容易地流過電容器——幾乎同流過固態電線一樣容易——輸入的交流電從電容器「流出」，電容器將它短路到地（類似於使用一根導線替換電容器）。

需要注意的是電容器不是如上面所解釋的阻斷或接通那樣的一個「開/關」器件。電容器不斷變化地工作在兩個狀態之間。波特圖和頻率響應可以顯示這個變化。

[編輯] 有源電子濾波器實現

有源低通濾波器

另外一種類型的電路是有源低通濾波器。

在這個例子中，截止頻率（Hz）定義為：

f_\mathrm{c} = {1 \over 2 \pi R_2 C }

或者（弧度每秒）：

\omega_\mathrm{c} = \frac{1}{R_2 C}

通帶增益是 \frac{-R_2}{R_1}，由於是一階濾波器，其阻帶滾降速率為每倍頻6dB。

許多情況下，一個簡單的增益或者抑制放大器（參見運算放大器）通過添加電容 C 轉換成低通濾波器。 這樣就減弱了高頻率下的頻率響應，並且避免了放大器內部的震蕩。例如，一個音頻放大器可以製作成截止頻率為 100kHz 的低通濾波器以減弱可能會引起震蕩的頻率下的增益。由於人耳能夠聽到的音頻最大大約是20kHz，感興趣的頻率就完全落在通帶內，這樣放大器的表現就同所關心的音頻一模一樣。

[編輯] 參見

[編輯] 外部連接

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包括高通和低通濾波器的電視信號分離器

電子濾波器(英文：electronic filters)可執行信號處理功能的電子線路元件或裝置，它專門用於去除信號中不想要的成分或者增強所需成分。

電子濾波器有音頻濾波器(英文：wave filter)與雜訊濾波器(英文：noise filter)....等應用裝置，可以是：

不管它們的設計有什麼不同，最常見的電子濾波器類型是線性濾波器。參見線性濾波器方面的文章中關於它們的設計和分析的詳細內容。

[編輯] 歷史

早在19世紀80年代，電阻、電容濾波電路就已經出現。具有頻率選擇功能的電感、電容諧振迴路可作為最簡單的濾波器。
於1915年德國K.W.華格納和美國貝爾實驗室的G.A.坎貝爾，分別提出關於濾波器的論文，已被世界公認為濾波器的獨立發明者。
1923年以後，貝爾實驗室的O.J.查貝爾提出定K型、m誘導型影像參數濾波器設計方法。
1939年德國W.考爾和美國S.達靈頓分別提出工作參數濾波器設計理論。由於許多電路和系統都要區分不同頻率的信號，濾波器遂被廣泛地用在通信、廣播、雷達以及許多儀器和設備中。
許多複雜的多極 LC 濾波器也已經存在了好多年了，有許多這方面的書籍講述這類濾波器的工作。

最古老的電子濾波器形式是使用電阻和電容或者電阻和電感構建的無源模擬線性濾波器，它們分別叫做 RC 和 RL 單極濾波器。
人們也開發了一些混合濾波器，典型的例子有將模擬放大器與機械共鳴器或者延時線組合在一起。如CCD延時線這樣的設備也用作離散時間濾波器。由於數字信號處理的廣泛應用，有源數字濾波器已經變得常見。

[編輯] 按照技術分類

[編輯] 無源濾波器

[編輯] 單極型

最簡單的線性濾波器的電子實現是電阻、電感和電容的組合。這些濾波器有RC、RL、LC和RLC等多種形式。所有這些類型的濾波器總稱為無源濾波器，這是因為它們都不需外部電源供電。

電感阻止高頻信號通過而允許低頻信號通過，電容的特性卻相反。信號能夠通過電感的濾波器、或者通過電容連接到地的濾波器對於低頻信號的衰減要比高頻信號小，稱為低通濾波器。如果信號通過電容、或者通過電感連接到地，那麼濾波器對於高頻信號的衰減要比低頻信號小，稱為高通濾波器。電阻自身沒有頻率選擇的特性，但是加入到電感和電容一起決定電路的時間常數，因此也決定了相應的頻率。

在大概超過 100 MHz 這樣非常高的頻率，有時電感由一個單環或者金屬片組成，電容由相鄰的金屬片組成，它們稱為 stubs。

[編輯] 多極型

二階濾波器用品質或者"Q"因數來衡量。如果一個濾波器通過或者阻止的頻率頻寬與中心頻率相比非常狹窄那麼就說這個濾波器有很高的 Q 值。Q 定義為中心頻率/3dB頻寬。

[編輯] 有源濾波器

有源濾波器使用無源和有源放大元件組成，運算放大器經常用於有源濾波器設計。有源濾波器能夠不使用電感就實現高Q值和諧振。但是，它們的頻率上限受制於所用放大器的頻寬。

[編輯] 數位濾波器

主條目：數字濾波器

數字信號處理可以用於廉價地構建不同類型的濾波器。信號經過採樣、模數轉換轉變成數字流，經常使用運行在中央處理器或者特殊的數字信號處理器的計算機程序而不是硬體演算法來計算輸出的數字流，它的輸出然後通過述模轉換轉變成信號。在轉換過程中可能會產生噪聲，但是對於許多有用的濾波器來說它們可以控制和限制的。由於涉及到採樣，所以輸入信號必須限定在一定的頻率，否則就會產生混淆。

[編輯] 電源濾波器

電源濾波器是指裝設於交流電源側的雜訊濾波器(英文:Noise Filter)，用來消除干擾雜訊的器件,將輸入或輸出經過過濾而得到純淨的交流電，可將內部雜訊控制於內部中，防止雜訊藉由電纜線傳導到其他電器中。 。

[編輯] 其它濾波器技術

[編輯] 石英濾波器和壓電技術

在二十世紀三十年代晚期，工程師發現如石英這樣的堅硬材料製成的小型機械系統將會在從可聽見的聲音頻率到幾百兆赫茲的無線電頻率發生聲學諧振。

一些早期的諧振器是用鋼製成的，但是很快石英就流行起來。石英的最大優點是它是壓電式的，這就意味著石英振蕩器可以直接將它們自身的運動轉化成電子信號。另外石英隨溫度變化的係數很小，這就是說石英振蕩器能夠在很大的頻率範圍內保持穩定的頻率。

石英晶體濾波器的質量因數遠遠高於 LCR 濾波器。當需要更高的穩定性時，晶體和驅動電路能夠放到一個「晶體箱」中控制溫度變化。對於極窄頻寬的濾波器，有時需要串列使用幾個晶體。

工程師發現可以在石英晶體上蒸發金屬成梳狀從而可以將多個晶體疊加成一個元件，在這種機制下，「抽頭(en:tapped)延時線」在聲波滑過石英晶體表面時能夠增強所要頻率。抽頭延時線已經成為多種實現高Q濾波器方法的一個通用機制。

[編輯] 表面聲波濾波器

表面聲波濾波器是經常用於無線電頻率應用的機電設備，電子信號在壓電晶體中轉化為機械波；這個波在通過晶體傳播時發生延時；後面的電極將它轉換成電信號。延時的輸出信號組合在一起成為有限脈衝響應濾波器的一個直接的模擬實現。這種混合濾波技術也見於模擬採樣濾波器中。

[編輯] 石榴石濾波器

主條目：石榴石濾波器

另外一種實現從 800MHz 到 5GHz 微波頻率濾波的方法是使用一個釔和鐵化合作用製造的單晶釔鐵石榴石球（YIGF或者釔鐵石榴石濾波器）。石榴石位於電晶體驅動的金屬帶上，一個小型的環形天線連到球體頂端。電磁場將會改變石榴石允許通過的頻率。這種方法的一個優點是能夠通過改變磁場強度在很寬的範圍內調整頻率。

[編輯] 原子濾波器

對於更高頻率和更高精度要求，需要使用原子震動。原子鐘使用銫激勵器作為超高 Q 濾波器穩定主振蕩器。另外一個用於帶有微弱無線電信號的高固定頻率場合的方法是使用紅寶石激勵器 tapped 延時線。

[編輯] 根據傳遞函數分類

[編輯] 總的分類

[編輯] 特殊設計

[編輯] 參見

[編輯] 外部連結和參考文獻

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エネルギー工学科

　小山　信次

１．はじめに

　Visual Basicは，Quick BasicからMS Basicを経て進化してきたBasicであるが，豊富なライブラリィを備えたMS Basicより．数値計算とグラフィックスの機能では劣るものの，以前の16ビットのBasicと比較すると，"Visual"の名の通り視覚的に格段の高機能を備え，旧Basicでは数百行のコーディングが必要であったプログラムのルーチンがわずか数行で可能となっている。また，マルチメディアコントロールなどの豊富なActiveXコントロールを導入することによって私達アマチュアでも市販のアプリケーションに匹敵するほどの見栄えの良い Window上で動作するアプリケーションを作成することが可能である。最近は，アプリケーションを簡単にCD-ROM化でき，記憶容量を比較的多く必要とする写真や動画を取り入れたプレゼンテーションも可能である。

　設計技術の基本的な知識を与えてくれる材料力学は専門の初期に学び，難解と言われている。そこで，学生が，講義を聴いた後，自宅などにおいてパソコン上で繰り返し復習し，効率的に理解でき，そして講義よりも優れたプレゼンテーションを体験できる教材開発を目的とし，現在まで，Visual Basic の様々な機能を利用して，材料力学の教科書1)の内容をそっくりパソコン上に移植し，講義で学習した内容と同じ内容の教材を自宅で利用できるアプリケーションの開発を進めてきた。ここでは，現在までに開発したアプリケーションの一部を報告したい。

２．プログラムの開発環境・開発方針

　本アプリケーションを開発するために用いた，使用言語はMicrosoft Visual Basic Ver5.0，Ver.6.0　Professional Editionである。プログラム開発に当たって，学生が興味を持って学習でき，効率的に理解できることを目標とした。このため，次の点を特に留意してプログラミングした。

(1).効率的なテキスト，数式，図面の表示方法

　　(2).市販のOCXソフトを用いた表示文章の音声読み上げにより聴覚的に学習可能

　　(3).実験等の時間経過と共に変化する状態を表示する。すなわち，現象のシュミレーションとその詳細説明

(4).ビデオ等の動画の挿入による動的変化する現象の提示

(5).練習問題を解く場合，最終計算結果に導く新形式の問題提示，解法手順の開発

ここでは，主として，(1),(2),(3)について述べる。(4)，(5)については開発中である。(4)については，ビデオを動画ファイルに落とすとActiveXのマルチメディアコントロールで比較的簡単に実現できる。(5)はかなり難問である。


2.1　テキストの画面表示

　文章の提示は，ファイルが大きくなるのを防ぐため，各章とも同じFormとコントロールを用い，コントロールにはスクロールが可能なListBoxを使う。スクロールバーによって全文章を見ることができる。また，数式表示は，ListBoxにおいて特殊記号や下付文字等の表示が不可能なため，文章中には式番号だけを挿入し，この部分がクリックされたときに，Microsoft数式エディター Ver.3で作成され，準備された他のFormが開く形式をとる。同様に，図についても，図番号と図題をListBoxに表示し，この行がクッリクされたときに図面のFormが開くように設定する。図面を表示するコントロールはImageBoxである。予め作成された図面は各フォームに貼り付けておく。なお図の作成は，Just System「花子」，Micrograpfx 「Designer Ver.4」を用いた。

2.2　表示文章の音声読み上げ

　表示された文章の読み上げには市販のOCXソフトである沖電気工業製「Smart Talk Ver.2.0」を用いた。日本語テキスト音声合成OCXは，Microsoft Windows上で日本語テキストから音声を合成するActiveXコントロールで，このコントロールを利用すると，日本語音声合成機能を持つアプリケーションシステムをMicrosoft Visual Basic5.0や，Microsoft Excel97などで簡単に作成することができる。アプリケーションプログラムでは，音声合成コントロールの機能を利用することで，漢字かな混じり文から音声波形を合成し，サウンドデバイスに出力することができる。音声のプロパティは表１に示すように種々設定することが出来る。この音声合成OCXのプログラムの流れは以下の手順で比較的単純である。

表１　音声合成のプロパティについて

　 音声合成の属性
　　　 設定値および種類

出力形式
8kHz 8/16bit, 16kHz 8/16bit, 22kHz 8/16bit

数字読み上げモード
自動判定，桁読み，棒読み

文終端記号
CR，カンマ，ピリオド，読点，　句点，?，!，CR連続

声の大きさ
10段階

声の速さ
10段階

声の高さ
10段階（男声，女声，別々に指定可）

声の種類
男声，女声

イントネーション
6段階

母音の無声化
する，しない

読み上げ記号範囲指定
間隔，記述，括弧，学術，単位，一般，
　罫線，特殊の記号

読み上げ記号単独指定
記号毎に 読上げる／読上げない

間の設定
10段階

①各種変数の宣言

Dim Text as String ' 音声合成するテキスト

②OCXの初期化

　　 Form1.Smartalk1.Initiate

③ 音量，等の属性を変更したい場合は，ここで変更，設定しなければデフォルトの値である。

　　 Form1.Smartalk1.Volume = 10

　　　　　　　　 :

　　　　　　　　 :

④ 音声合成に関連するプロパティを設定，設定しなければデフォルトの値

　　 Form1.Smartalk1.DeviceID = 0

　　 Form1.Smartalk1.UseUserDic = True

⑤ 音声合成メソッドに引き渡すパラメータを入力

　　 Text = "こんにちは"

⑥ 音声合成メソッドを呼び出す

　　 Form1.Smartalk1.TextToDevSyn Text

⑦ 終了します。

　　 Form1.Smartalk1.Terminate

　このプログラム例では，「こんにちは」と音声で読み上げることになる。本プログラムにおいては，画面のフォーム上に表示された文章を「読み上げ」ボタンをクリックすることにより読み上げるようにする。

2.3　現象のシュミレーションと変形状態の表示

　教科書などの実験結果においては，初期状態と最終結果を表現することはできても，時間の経過と共にどのような変化を示すかを表現することは不可能である。この点，シュミレーションや動画の導入によって可能となり，より効率的に現象を理解することが可能である。

　ここでは，引張試験における荷重－伸び曲線の動的表示と片持ちばりの変形状態について述べる。引張試験は材料の機械的性質を求める最も基本的な材料試験である。一定の変位速度で試験片に伸びを与え，そのときに必要であった荷重（材料の抵抗力）を連続的に求める。試験機は，負荷装置部，制御部およびデータ指示部からなる。ここでは，試験開始から試験片破断までのデータ表示部を画面に再現する。 Formは，[RUN]，[STOP]のコマンドボタン，荷重と伸びのデータをグラフィックで示すためのPictureBox，荷重と伸びの数値をリアルタイムで表示するTextBox等から構成されている。実験データ表示画面は，連続して破断まで表示するモードと代表的な現象が生ずるところで一時停止し，ポップアップ画面が表れ，このときの現象を解説する解説モードから成り，最初にモードを選択できるようになっている。さらに解説文章中で表れる専門用語を必要に応じてListBoxから選択し，説明を受けるサブ画面を有している。このサブ画面には，文章の他，写真，図面などが用意されている。

　次に，片持ちばりの応力分布と変形状態をビジュアルに示し，荷重を変化させて，応力分布の状態と変形の状態を確認できるプレゼンテーションの作成であるが，Fig.１に示すように，ｘ方向にjmax個，ｙ方向にimax個の長方形の要素に分割し，要素の最大応力が生ずる位置の応力を計算する。応力の値は９段階に区分し，これにカラーを対応させ，要素をカラーでPaintして表示し，要素の応力の大きさと応力分布が視覚的に理解できるようにする。集中荷重は，100Ｎから2400Ｎの間で，細かく変えることができ，その都度，画面を更新し，応力分布を表示できる。Form上に，グラフィックス用のPictureBox，荷重設定用のComboBox等を配置する。また，たわみの表示も同様な方法をとる。


Fig.１　片持ちばりの応力，たわみ計算モデルと座標系

3. プログラムの実行結果

3.1　テキストの表示

　Fig.２は，テキストを表示する部分である。スクロールバーにより全文を読むことができる。


Fig.２　テキストの表示画面

Fig.３　テキストの表示画面，数式の表示

Fig.４　テキストの表示画面，図面の表示

　Fig.３は，MIcrosoft数式エディターで作成され，Form上に貼り付けられた数式をテキスト中の図番号の行をクリックすることにより示したものである。Fig.４は同様に図面の場合である。

　音声読み上げについては，Textの文字変数にListBox内のテキストを代入し，次の音声読み上げコマンドを実行すればよい。

　　Form1.Smartalk1.TextToDevSyn　Text

3.2　引張試験のシュミレーションと変形状態の表示

　Fig.５に引張試験機の表示部の初期画面を示した。荷重と伸びのデータははディスプレイとグラフィックによって表示される。

　Fig.５　引張試験表示部の初期画面

Fig.６　解説モードにおける降伏現象の解説画面

　Fig.６は，解説モードの場合で，降伏点に達したとき，試験は一時停止し，自動的に降伏点に関する解説画面が表示され，さらに，テキスト中で下線を施された用語の一覧がListBox示され，項目を選択すると用語の説明ウインドウが表示される。

　Fig.７は，最終破断時の引張試験表示部で，Fig.８は，このときの解説画面である。Fig.９は用語の説明として「ディンプル」を選択し，写真を表示した場合の画面である。Fig.７の黒丸印に対応する現象の解説画面が準備されている。

Fig.７　試験片最終破断時の表示部の画面

Fig.８最終破断時の解説画面　

Fig.９ディンプルの電子顕微鏡写真

　Fig.10は片持ちばりの応力分布を表したもので，応力分布状態，最大応力が生ずる位置とその大きさが容易に理解できる。また，荷重PをListBoxから選択し，荷重の変化に対応した応力分布の状態の変化を視覚的に判断することが出来る。計算例では，はりの長さ?=2000mm，高さh=60mm，幅b=15mmの矩形断面の場合である。

Fig.１０　P=2000 Nの場合の応力分布

　Fig.１１は，各要素におけるたわみを求め，はりの変形の様子を図示したものである。この場合も応力分布の場合と同様に，荷重Ｐを種々変えて変形状態の変化を視覚的に確認することができ，最大たわみも知ることが出来る。

Fig.１１　はりのたわみ曲線の表示

4.まとめ

学生が，講義を聴いた後，自宅などにおいてパソコン上で繰り返し復習し，効率的に理解でき，そして，講義よりも優れたプレゼンテーションを体験できる教材をCD-ROMのメディアで提供するため，現在まで，材料力学の教科書1)の内容をそっくりパソコン上に移植し，講義では提供できない動的な現象の変化等をプレゼンテーションできる教材のアプリケーション開発を進めてきた。

　テキストの音声読み上げについては，市販の音声読み上げOCXは，抑揚，文章の区切り箇所の解釈の点においてまだ完全なものではなく，この点を考慮してテキストを与える必要がある。開発したテキスト読み上げ部分は使用者の評価によるが，まだまだ改良の余地がある。練習問題を解かせ，適切なヒントを与える方法であるが，講義室で演習問題を解く場合には，教員のアドバイスを受けることができるが，このような点をパソコン上でどう実現するかが今後の課題である。

参考文献

1) 小山信次，鈴木幸三，はじめての材料力学，森北出版(1997).

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On the cause of corrosion of formed stainless steel plate

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 小　山　信　次

abstract　

　　　　　In this report,the causes　were investigated for corrosion of

　　　formed stainless steel plate. For that purpose, aspect of

　　　corrosion was examined by optical microscopy ,scanning microscopy

　　　and X-ray microanalizer.

１．腐食の状況

　腐食を生じたタンクは屋外に設置された古紙再生プラントタンクで，保温のため厚さ0.4 mmのSUS304ステンレス角波板でタンクの外面を覆う施工工事を平成3年4月30日に行った。タンクは，円筒形で，直径 7.7 m,高さ12.3 m の寸法である。平成3年5月9日にほぼタンク全体に赤錆が発生しているのが認められた。タンクは海岸から約350 m の距離に位置しており，塩分の影響を受ける可能性のある腐食環境と言える。さらに，施工後，降雨があった。

　以下，腐食の原因を明らかにするために，タンクの腐食の様相を目視による観察と光学顕微鏡，走査型電子顕微鏡，Ｘ線マイクロアナライザー等によって詳細に調べ，実際の腐食環境と同様な環境で腐食試験を行い，原因を推定した。

1.1　腐食の様相

　腐食は，ステンレス角波板の最も加工の激しい凹部分の底の折曲げ部に沿って赤錆をともなって生じていた。ステンレスの場合，炭素鋼と異なり，一般的にはこのようなタンクがおかれていた環境では腐食は受けないのが通例である。従って，材料自身の問題か，表面状態の問題か，ステンレスにとっては特別の劣悪な環境にあったかと考えるのが常識的な推察である。

1.2　加工にともなう傷

　Fig.１は，腐食を受けたステンレス角波板の形状寸法である。この角波板は上下のローラーによって所定の形状に加工するものである。材料の延性と加工の形状寸法等を考慮して，最適な加工条件が必要とされるであろう。　　

　実際に腐食を受けたタンクの角波板の一部を切り取り，腐食の様相を調べた。Fig.2は赤錆を生じた部分の写真である。曲げ加工を受けた近傍に赤さびが発生している。Fig.3は電子顕微鏡写真であるが，圧延方向にほぼ平行な３領域に傷が見られる。その中間領域にも傷が存在する。 Fig.3(b)は(a)の拡大写真であるが，傷の各部は円弧状の線条痕であり，加工時のステンレス板の変形状態から，圧延ローラーの厚さ方向において，内側から外側に向かう長さ 150μ程度の線条痕である。傷の形状が円弧状であること，周期性があることからローラーの回転によってできたと思われる。この線条痕の深さを表面粗さ計で測定した結果，最大高さ Rmax=9.033μｍ，平均粗さRa＝1.160μｍが得られた１）。ローラーにはかなりの鋭い凹凸があったと推測できる。Fig.4は他の加工機械で製作した角波板の同様な部分のものであるが線条痕は存在するが，腐食したものと比較すると深い円弧状の傷はほとんど生じていない。

Fig.1 ステンレス角波板の形状寸法

　　 Fig.2(a)角波板に生じた赤さび　　　　　　　　　　　　　 Fig.2(b)赤さびの拡大図

Fig.3(a) 加工部の電子顕微鏡写真　　　　　　　　　　　　　Fig.3(b) (a)の拡大写真

　 Fig.４ 未使用角波板の加工部の電子顕微鏡写真

1.3　異物の付着

　ステンレス鋼の場合に，表面に異物が付着すると，付着物が接触している場所と他の場所では酸素濃度が異なるため，すきま腐食が進行することが知られている。

　Fig.5は，腐食を生じた箇所の電子顕微鏡写真であるが，異物の付着とこれと同程度の大きさの穴が多い。未使用材もFig.6のように，腐食孔と思われる箇所が存在する。この場合は孔底にも結晶粒が観察される。しかし，腐食部に存在する穴は，サイズがかなり大きく，孔底は押しつぶされた状態である。また，付着物の頭は押しつぶされた状態のものが多く（Fig.7），酸化物はこの近傍に多い。この不着物の成分を調べるために，マイクロアナライザーで成分分析を行った。

　成分分析は，腐食を受けていない領域で，あらかじめ，Fe,Cr,Ni 成分のＸ線強度を確認し，その後，付着物の成分分析を行った。

　Fig.7(1)，8(1)，9(1)は付着物の線分析の結果であるが，Cr，Niの場合は，最初，ステンレスの地の部分で高く，付着物の境界部でＸ線強度は急激に減少し，他端の境界部で再び増加している。Feの場合は境界で谷があり増加している。従って，この付着物はステンレス鋼と異なり，Cr,Niは少なく，多くのFe成分を含むものであることがわかる。 Fig.7(2)，8(2)，9(2)は面分析の結果である。Feの場合は，付着物と思われる形状は確認できないが，Cr，Niの場合は，付着物の形状が黒く確認でき，付着物のCr,Niの成分の量が少ないことを示している。

Fig.5 腐食部の電子顕微鏡写真　　　　　　　　　　　　　　　 Fig.6 未使用材の組織写真

　Fig.7 変形した付着物

Fig.8(1)Ｘ線マイクロアナライザーによる　　　　Fig.9(1)Ｘ線マイクロアナライザーによる

　　　　線分析,Fe,5000CPS ×600　　　　　　　　　 線分析,Cr,1000CPS ×600

Fig.8(2)Ｘ線マイクロアナライザーによる　　Fig.9(2)Ｘ線マイクロアナライザーによる

　　　　面分析Fe,5000CPS ×600　　　　　　　　　 面分析,Cr,1000CPS ×600

Fig.10 (1)Ｘ線マイクロアナライザーによる　　　　Fig.10 (1)Ｘ線マイクロアナライザー

　　　　　 線分析Ni,5000CPS ×600　　　　　　　　　　　　による面分析Ni,5000CPS ×600

２.　腐食試験

　腐食を受けた試料を観察した結果，腐食に影響を及ぼしたと思われる要因は

　(1).腐食環境として，降雨があったことと海岸に近いことから，塩分の影響

　(3).強度に加工されたことによる折り曲げ部の残留応力

　(4).傷による不動態皮膜の破壊の影響　

　(5).付着物の影響によるすきま腐食

　などが考えられるので，腐食試験によってこれらの要因を１つ１つ分離して実験を行い，腐食に及ぼす要因を調べた。

2.1　実験方法

　実験に用いた材料はいずれも板厚　0.4 mm　のSUS304ステンレスである。実際に腐食を受けた使用材である角波板（使用材），未使用のステンレス板（未使用材Ａ），角波板加工，未使用のもの（未使用材Ｂ）の３種類のステンレス板について腐食試験を行った。それらの材料から，30 mm×30 mm 程度の大きさのの試験片を切り出した。腐食液には，水道水と３％食塩水を用いた。

　使用材の場合，腐食させた部位は，比較的変形を受けていない平坦部，強度の加工を受けた領域，実際に使用されたとき内面に相当する面で，ほとんど腐食は受けていない領域を選んだ。未使用材Ａについては，実際の場合と同じ程度の折り曲げ加工，傷だけを有するもの，加工も傷も受けないものを用意した。未使用材Ｂについては，未加工部，強度の加工のものを用意した。また，前述の部位に，鉄粉を圧着した場合，付着させた場合のものを準備した。これらの条件で腐食試験を行った。付着物としては，SS41材を金鋸でひくことによって鉄粉を作成し，これを用いた。鉄粉をただ腐食部位にのせたものと圧着したものを準備し，鉄粉の圧着にはプレスを用いた。また，未使用材の折り曲げ加工は実際の角波板の角度とほぼ等しいようにした。

　腐食試験は，同一条件の試験片を数枚用意し、それぞれの試験片に腐食液を数滴落とし，25℃の恒温槽の中に保存し，１日毎に１枚取り出し，赤錆が激しく観察不可能なため，試験片を超音波洗浄した後，光学顕微鏡と電子顕微鏡により観察した。そして残りの試験片は腐食試験を続行し，6日間行った。

2.2　腐食試験結果

　(1).未使用材Ａ，Ｂの腐食状況

　傷無しの場合，水道水，３％食塩水のいずれの腐食液の場合も両材とも腐食は認められなかった。

　傷ありの場合は，未使用材Ａについて実験を行ったが，いずれの腐食液の場合に多少変色した。３％食塩水については，傷のめくれた部分に若干の酸化物と思われるものが観察された。しかし，孔食は観察されなかった。

　鉄粉付着の場合は，水道水,3％食塩水のいずれの腐食液の場合も実験開始後１時間後には腐食液が変色し，１日後には赤錆が生じた。そして，時間の経過とともに赤錆は広がった。光学顕微鏡では付着物と孔食の区別は困難であるが，試料と平行にライティングした結果，腐食孔のようにみえる部分は付着物であり，鉄粉が酸化していることが判明した。

　電子顕微鏡写真をFig.11に示した。超音波洗浄の後観察したため，鉄粉そのものは少ない。水道水の場合は，鉄粉が洗浄によって落ちたと思われる周辺には酸化物が残り，腐食孔は少ないが，中心には腐食孔が生じているものもある。3％食塩水の場合は，酸化物の広がりは水道水に比較して大きく，かなりの数の腐食孔が生じていた。

　鉄粉圧着の場合は，鉄粉付着の場合と同じく鉄粉が酸化するが，超音波洗浄の際，鉄粉が脱落し，鉄粉が抜けた後と孔食との識別は困難であった。

　折曲げ加工の場合は，平坦部と同様な様相を示し，未加工部との差異は確認できなかった。

　　　 Fig.11 未使用材の腐食写真　水道水，腐食時間　６日後

(2).　使用材，鉄粉付着の場合

　使用材の場合は，比較的腐食の少ない裏面の強加工の部分を選んだ。この部分の初期状態の写真がFig.12である。表面とは異なる傷の様相がみられ，付着物は表面より少なく，ほとんど腐食はみられない。

　水道水，3 ％食塩水の場合，いずれも未使用材と同様，実験開始後１時間後には腐食液が変色し，１日後には赤錆が生じた。そして，時間の経過とともに赤錆は広がった。

　Fig.13は加工部の電子顕微鏡写真であるが，酸化物がみられる。酸化物がドーナツ状をしており，中心部は周囲と同じような傷が残っていることから洗浄のため鉄粉本体がが抜け，酸化物だけ残った箇所と思われる。腐食孔は多少観察されたが，未使用材の場合より少なかった。また，水道水，3％食塩水の場合も腐食の様相に大差なかった。

Fig.12　使用材裏面の強加工部　　　　　　　　　Fig.13 使用材の腐食写真　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　3% 食塩水,腐食時間,6日後

３．腐食原因の推定

　赤錆が生じた箇所には，他の加工したものと比較すると，円弧状の鋭い傷が圧延方向に沿って観察された。この傷は，角波板加工の変形過程を考えると，加工中に生じたものと思われる。傷はかなり鋭く，加工部付近に集中していることから，ローラーに凹凸部が存在し，凸部によって傷が生じたと推察される。

　赤錆を生じた箇所には付着物と付着物が抜けたと思われる穴がかなり多く，付着物はつぶれるように変形しているものが多いことから，角波板を加工する以前か，加工中に混入し，後段のローラーによって押しつぶされたものと思われる。Ｘ線マイクロアナライザーで付着物を分析した結果，この付着物の組成は，Fe成分を含み、Ni,Crの成分が少なく，SUS304ステンレス鋼のものとは異なっていた。この付着物は何かと言うことであるが，Ｘ線マイクロアナライザーの分析だけでは判明しない。ローラーが加工以前は正常な状態であったと仮定すれば，加工部の傷の状態から判断して，ローラー間の距離など狭すぎてローラーの強度以上の圧縮力が作用した結果，ローラーが破損し，一部が欠落し，凹凸ができてこれが傷を与え，そして，欠落した部分が付着物として残ったと推定される。加工直後のローラーの表面状態，加工条件などの情報を得ることができれば，結論づけることできるであろう。

　電子顕微鏡観察の結果，付着物と周辺に酸化物がみられ，腐食孔は観察されなかった。従って，実験の結果と施工後，降雨があったことを考えると，赤錆はこの付着物が酸化した結果生じたものと考えることができる。また，実験の場合は常に腐食液が存在した結果腐食孔が生じたが，一時的な降雨と考えると実際のタンクの腐食の程度が理解できる。

　末筆ながら，実験に協力してくれた本学卒業生，岡和田学，松本勝弘君に感謝の意を表します。

　　　　　　　参考文献

1)青森県機械金属試験所:試験成績書機械１号　

2)小山､八戸工業大学紀要，第13巻，pp.64-69(平成6年2月).

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小山　信次

１. はじめに

　稼働中にある機械や構造物を構成している部品や部材は経年変化を生ずるのが一般的である。機械や構造物の破損事故において、腐食が関与している場合が多い。石油タンクなどは、腐食損傷が生じた場合，不連続的に板厚を測定し，減肉量が決められた値に達した時、その部分を交換するという方法をとっている。破損事故にいたる破壊は，本来、確率的な現象である。このような現象においては統計処理を行い，寿命を評価する極値統計の方法は不可欠である。機械や構造物の寿命を適切に予測できれば、それらの安全管理に益するところが極めて大である。

また、局部腐食を受けた材料は、強度が著しく劣化することが明らかになり１）、補修のための交換時期を決定する必要がある。

　ここでは、この極値統計方法を石油タンク底板の残存寿命推定に適用する方法を述べ、実際に長期間使用され、腐食孔が底板を貫通し、油が漏洩した石油タンクから切り出した試料の板厚測定データに極値統計の手法を適用し、その残存寿命が実際と一致し、有効な方法であることを示す2）。また、これらのデータをパソコンで処理し、寿命推定、χ２検定を自動的に行うプログラムを製作し、これについても概要を述べる。

２. 極値統計の理論とその方法

２.１ 腐食現象について

　腐食現象は、その損傷形態から、均一腐食と局部腐食とに大別される。均一腐食が平均値問題に属するのに対して、孔食・すきま腐食・応力腐食割れ等の局部腐食は、極値問題に属する。石油タンクの底板から発生した多数の局部腐食のうち、最も深く進行し、材料の肉厚を貫通するまでの時間がその材料の寿命となる。石油タンク底板の寿命を考える場合に、局部腐食の深さに関して、その最大値が問題になる。

２.２ 腐食現象の極値分布について

　今、ある石油タンクの底板の裏面腐食の最大値を推定する事を考えてみる。板厚を超音波厚さ計等により測定し，初期板厚から計測値を引き，この値を腐食量とする。計測は全面を計測するのではなく、一定面積をもつ領域（例えば，1m×1m）の領域をｎ箇所選び、それぞれの領域から得られるデータからタンク底板全面積における最大腐食量を推定することを考える(Fig.1)。

　それぞれのサンプル領域の腐食分布状態は、Fig.2のように規則性のある格子点（Ｎｘ×Ｎｙ）における腐食量Ｘｉ(j)に関するヒストグラムによって近似的に表される。実験結果１）によれば、実際に腐食を受けたタンクから切り出したサンプルの同一領域において，データの採取位置間隔を変えて測定したもので，横軸は腐食量の代わりに板厚，分布が格子の取り方に依存しないことを示している。Ｎｘ×Ｎｙとして，49,100,500,400の４通りの場合について測定し、100点程度測定すれば，分布形状は同様な様相を呈することが判明した。すなわち、Ｘｉ(j)に関するこの分布形状は試料の腐食量の特性を表していると考えてよい。この分布は極値解析において、基本分布と呼ばれる。Ｘｉ(j)から求められる最大値をＵｉとすると、Ｕｉ=(Ｘｉ(j))max となり、ｎ箇所の領域を同様に測定すると、このような値がｎ個得られることになる。最大値Ｕｉの集まりは、基本分布とは別の分布に従う。これが極値分布である。実際には、測定領域を分割し、それぞれのグループの中の最大値を抽出し、最大値のデータの集まりに対して極値分布の統計処理することになる。


Fig.1 タンク底板のサンプリング箇所

Fig.2　i番目のサンプリング箇所の腐食量測定位置


Fig.3 サンプル領域の板厚分布

２.３ 二重指数分布の適用の判断

　二重指数分布は、Gumbel分布とも呼ばれている。これには，最大値分布と最小値分布がある。局部腐食による損傷おいて一番問題となるのは、その最大侵食量、それによる装置の最小寿命の予測であることに対応している。

　最大値分布ＦＩ(ｘ)、最小値分布Ｆ－Ｉ(ｘ)の式は次式によって与えられる。

　　ＦＩ(ｘ)=exp[－exp{－(ｘ－λ)/α}]　　

　　Ｆ－Ｉ(ｘ)=1－exp[－exp{－(ｘ－λ)/α}]

それぞれの密度関数は、

　　ｆＩ(ｘ)= (1/α)･exp[－(α－λ)/α－exp{－(ｘ－α)/α}]　　

　　ｆ－Ｉ(ｘ)=(1/α)･exp[(α－λ)/α －exp{(ｘ－α)/α}]　　　

で与えられる。ここで，α、λは位置パラメータ，尺度パラメータと呼ばれ，α＞０である。密度関数が導かれる過程において、ｘが大きい領域で基本分布が指数分布となることが仮定されている。極値解析を行う場合、基本分布が不明であっても手続き上不都合はないのであらかじめチェックする必要はない。ただし、最大値のデータが推定された二重指数分布に適合しているかどうかは検定によって確かめることになる。


Fig. 4 基本分布から極値分布へ

２.４ 二重指数確率紙を利用したタンク底板の寿命推定

　二重指数確率紙は、最大値分布ＦＩ(x)の両辺の自然対数を２回とると

　(1)

　ここで，　　

とおくと

　　　 (2)

となることから、直交座標系の１軸に

を目盛り，他の一軸に確率変数ｘを目盛った方眼紙である。縦軸にＦＩ(ｘ)、横軸にｘにとり、データをプロットして，直線のまわりのばらつきが一定の範囲内にあれば二重指数分布に従っていると判断される。この直線からパラメータα、λを求める。

２.５ 寿命推定の手順

　ここでは、実際のデータを用いて、寿命推定の手順について述べる。

　実際に腐食孔がタンク底板を貫通し、油が漏洩した箇所の近傍から切り出した試料をポイントマイクロメータを使用し、肉厚測定をした。タンクの仕様を表１に示した。試料数は23個で、測定領域は10mm×10mmとし、測定箇所は1mm間隔の格子点に相当する点で、１試料の総測点数は100点である。23個のデータのグループの最大腐食量を求め、これらの最大板厚減少量を0.05mm毎にクラス分けをして、その度数を示したものが表2のｆｉ である。これから、計算によって底板に腐食貫通孔が生ずるまでの時間を推定することになる。寿命に達した材料であるから、寿命推定計算結果が０になればこの寿命推定方法が有効であると言うことになる。

Table.2 最大値の度数分布　

　以下、これらのデータを用いた手計算による寿命推定の方法を示す。プログラムの計算手順はこの順序に従うことになる。

(1).累積度数Ｆｉの計算　

　最大値の分布を検討する場合、度数（ｆｉ） を小さい方から累積し、Ｆｉ を計算する。

(2).累積分布Ｆｉ/(ｎ+１)の計算と二重指数確率紙へのプロット

　累積度数（Ｆｉ）を試料個数ｎに１を加えた値（ｎ+１）で割って累積分布（Ｆｉ/(ｎ+１)）を算出する。ｎはデータ数である。結果をTable.2に示した。これを二重指数確率紙に、ｘ軸上に腐食量を目盛り、各クラスの上限値をｘ値とし、Ｆｉ/(ｎ+１)をＦＩ(ｘ)値としてプロットする。

(3).直線の式の係数の決定

　プロット点に対して、ばらつきが最小になるように直線を引き、確率紙のグラフから、切片と傾きを求め、直線の式を決定する。データ例の場合は、傾き3.4573、切片の値4.426が得られた。

(4).パラメータλ，αを求める

　縦軸ｙ，横軸ｘと置くと、ｙ=3.4573ｘ－4.426が求められたので、(2)式の係数を比較することにより、データ例の場合は、α=0.289、λ=1.253が得られた。分布関数ＦＩ(ｘ)は、データ例の場合は、

　 ＦＩ(ｘ)=exp[-exp{-(ｘ-1.253)/0.289}]　　　　　　 （3）

となる。

(5).寿命予測の方法

　１つのサンプル領域から，１個の最大値ｕが得られる場合に、ある値ａより大きな値が得られるまでには何カ所の領域について調べることになるのかを考えてみる。今，この数をＮとすると、その確率はＰ(Ｎ）は次のようになる。はじめから（Ｎ－１）箇所までのｕのそれぞれがａより小さい確率がＦ(ａ)であるから、（Ｎ－１）箇所すべてにおいて、ａより小さい確率はＦ(ａ)Ｎ－１である。Ｎ番目の領域で、ｕがａより大である確率は｛１－Ｆ(ａ)｝である。従って、

　 　　　　　　　Ｐ(Ｎ)　＝｛Ｆ(ａ)｝Ｎ－１・｛１－Ｆ(ａ)｝　　　　　　　 (4)

Ｎの期待値Ｔは再現期間である。

Ｆ＜１であるから

　　Ｔ＝１／｛１－Ｆ（ａ）｝　　　　　　(5)

となり、確率紙におけるＴ目盛りとＦ(ｘ)目盛りの関係は（1）式の関係がある。

　次にＴを設定する。今考えている全底板を対象領域に考えると、次式が成り立ち、データを適用すると次式の結果となる。

　 Ｔ＝（全低板面積）／（ サンプル領域１つの面積）

　　 ＝ (π/4)･D２／（10×10）　　　　　　　　　

　　＝ 5,772,300

　ただし，タンク直径D=27.11m、測定領域は10 mm×10 mmである。

　Ｔに対応するｘ（ｘｍａｘとおく）を求めると、


と　　　

式から

となり，Ｔ＞＞１であるから，

Ｔ＝577230，λ＝1.253を上式に代入すると、ｘｍａｘ＝5.473が得られる。

　残存寿命をＺ[年］とすると、

　 Ｚ＝（残存板厚）／（腐食速度）

　　 ＝（ｔｏ－ｔ）／Ｙ　

　　 ＝ 0.0025　年

　ここに、初期板厚ｔｏ＝6.0 mm、現状の最小板厚（ｘｍａｘ）、ｔ=5.473、タンクの使用年数Ｙ＝15年である。

(6).推定された確率分布の妥当性の検討

　これまでに述べたような方法で、推定された二重指数確率分布が実測値を表しているものであるか否かを判定する必要がある。　

　　Table.3　確率分布の理論値

ここでは、χ２検定を得られた結果に対して適用する。いま、ある母集団からのサンプル値とそれから推定した確率分布による理論値が表3のようであったとする。このとき、

をつくると，Ｍｉ≧ 5であればχ２分布に従うとしてよく，確率変数ｘ（＝χ２）おけるχ２分布の確率密度関数は

であり、nは自由度である。

　f(x)に、ある値ａをとり、上式に代入すると、

　 Fig.5

　α＊はχ２値すなわち、ｘがａよりも大きい確率を与える。このα＊が十分小さく、（ａ≦ｘ）とすると、そのようなｘ値が発生することはまれであり、ｍｉは実測値であるからｘがａより大きくなってしまったのは、Ｍｉすなわち推定した理論値に問題があったわけである。すなわち、理論式が適切ではないと判定される。この判定内容はα＊の値によって左右される。α＊は危険率あるいは有意水準と呼ばれる。

　ここで，上記の方法で推定された二重指数分布が実測値を表しているかどうか判断するために、このデータの場合のχ２検定を行う。Table.3のｍｉ値はTable.2ではｆiとして示した。計算の結果、χは3.125となった。ここで、χ２ 分布表を参照することになるが、自由度ｋは、ｋ=（クラス数－パラメータ数－１）であるから、ｋ=5－2－1=2　となる。有意水準＊を５％とすると、　

　　　　χ=3.125，ａ=5.991

となり、χ＜ａである。従って二重指数分布(3)式は５％の危険率で棄却されない、すなわち二重指数分布の仮定は正しいと言うことができる。

Table 4　χ２ 分布表

３．寿命推定プログラムの概要

３.１ 使用言語

　寿命推定のプログラム作成に使用した言語は、Microsoft BASIC Professional Development　System Version 7.1(以下、MS-BASIC )である。MS-DOS用のQuick Basic、Windows用の Visual Basicの上位バージョンに相当する。この言語の特徴について述べる。

(1).構造化プログラミングが可能

(2).独立実行型ファイルにコンパイル可能

(3).ツールボックスとして、豊富なライブラリーが用意されている。

(4).ラージモデルが可能

(5).MS-DOSシステムコールが可能

３.２ プログラムの基本的仕様

　数値入力の回数が多いため、キーボードを押す回数をできるだけ少なくし、また、数値入力以外はマウスで処理できるようにした。またボタン箇所は、マウスの移動量をできるだけ少なくするよう配慮した。

　入力事項は、すべてアラート画面にて確認、再入力できるようにし、入力ミスを回復できるようになっている。入力、選択はすべてウインドウを利用しているので視覚的に満足できる。MS-BASICはEMSなどの機能を利用できるので、インタープリターでも処理速度はかなり高速である。

　プログラムは、データ入力部，データ訂正確認印刷の処理部、基本統計量・寿命計算・検定部、ファイル管理からなる。

（1).諸データ入力部

　タンク解放点検時に、腐食の度合いを調べるため通常、超音波厚さ計にて板厚を測定する。測定間隔は、消防法により決められているが、しかし、側板とアニューラー板のＴ型溶接部の応力集中箇所あるいは目視により、腐食予想される箇所などは、特に綿密に、30mm程度の間隔で測定される。解放点検時の測定で得られるデータは一般的には、板厚量、座標点である。また、あらかじめ、区画を設定し、測定するので、グルーピングをする必要があることは少ない。

　いずれにしても、求めたい量は腐食量であり、測定板厚データの１グループの中の板厚最小値（初期板厚からこの値を引いた量、すなわち腐食量最大値）が必要となる。従って、１番目の区画の板厚データの入力後、１番目の区画のデータ集合の腐食量最大値を検索、さらに２番目の区画のデータ入力後、データ集合の中の腐食量最大値を検索のような手順で、Ｎ個の区画の腐食量最大値を求める。

ａ．手入力

　板厚値と測定点座標の手入力、腐食量に換算後、入力した全データ、腐食量最大値、最小値等のデータ情報を１区画につき１データファイルとして MS-DOS形式でディスクに出力する。データは、腐食データ、位置データ、１区画の最大値、最小値、タンク仕様である。全データ入力の後、全区画の最大値を抽出し、最大値データファイルを作成する。

b.データファイルからの入力

　測定器からデータがディスクに記録されている場合は、ディスクから読むが、あらかじめ指定された形式に他のプログラムで変換する必要がある。

c.板厚最小値の入力

　消防法により、５年に一回の開放点検が義務づけられているが、タンク検査データは、諸機関に報告されているものがほとんどであり、この場合、報告書には、区画ごとの最大値、最小値が記載されている。この場合は、このデータを入力することによって直接、腐食量最大値データファイルが得られることになる。

d.タンク仕様データの入力

　解析しようとするタンクのデータで、形式、容量、初期板厚等である。このデータは文字データとして処理し、必要なときに数値に変換する。

(2).データ訂正・確認・印刷の処理部

　入力したデータの訂正、確認、追加、印刷などの処理を行う。

(3).基本統計量・寿命計算・検定部

　腐食量最大値の度数分布の作成、基本統計量の計算、寿命計算、χ２検定の処理を行う。

　度数分布の区間の幅、確率紙へのプロット、横軸の表示範囲、目盛り間隔等はすべて、事前に指定できるようになっている。確率紙に相当するグラフのプロット画面と最小二乗法によって得られた直線の式の係数から計算されたα、λの値の画面に表示する。なお、χ２分布表はデータファイルとして別個準備されており、有意水準、自由度を入力すると、χの値が表示される。

(4).ファイル管理

　開発したプログラムが、ハードディスク、ディスケットなどに大量に蓄積すると内容の判別が大変であるので、ディスクドライブ、ディレクトリ、サブディレクトリに存在するファイルのコメントをあらかじめ記入し、必要に応じてファイル内容のコメントを一覧できるプログラムを作成した。内容を記述したコメントの他に、ファイルの種類、作成年月日、更新されているかどうかが一覧できる。また、一覧表を印刷可能である。これらの管理ファイルは、 @FCP.DATのファイル名でディスクやディレクトリに置かれる。

３.３ 汎用ルーチンの開発

　Visual Basicでは、マウスによってウインドウの大きさやボタンの位置を決定し、それぞれのテキストをその位置に画面を見ながら入力し、確認しながらウインドウを設計できるが、MS-BASICの場合は、サブルーチンの引数に位置、大きさ、テキスト、ボタンの機能等を与える形式になっている。画面設計は簡単であるが、いずれのBASICも、イベントが生じた後の処理プログラムの作成は必要である。

　数値入力以外はすべてマウスで選択できるように、煩雑に使用するルーチンを作成したが、(4)，(5)以外のルーチンは、Visual Basicでは比較的プログラム作成を意識することなく簡単に画面設計できる。

４．手計算とパソコンによる計算結果

　手計算による結果とパソコンによる計算結果をTable. 5に示した。手計算では、直線は、目分量で引いているので若干の差が現れている。

　Table. 5　計算機結果と手計算の比較

５．まとめ

　実際に石油タンク底板として長期間使用され、腐食によって貫通孔が底板に生じ、オイルが漏洩したタンクから採取した試料のデータに、極値統計によって残存寿命推定を行った結果、残存寿命、0.0025年と言う値が得られ、極値分布の統計解析による残存寿命の推定は、腐食損傷において有効な手段であると言える。

　また、手計算では、かなり膨大なデータのため処理が大変であるので、パソコンを用い、処理することによってかなり省力化ができる。最近は、板厚測定のデータはフロッピーディスクに記録されるようになったことから、データフォーマットが一致すれば、測定終了とともにタンクの残存寿命が判明することになる。

　大型石油タンクの場合、消防法により５年ごとの解放点検が義務づけられているが、t開放点検時毎の測定データにこの寿命推定方法を適用すれば残存寿命の推移が確認でき、石油タンク等の腐食による経年変化を生ずる構造物の保守上かなり有効な手段となることが期待できる。

　現在は１５年間の使用期間に行われた３回の定期点検時に得られたデータを解析中である。多くの測定データにこの方法を適用し、この方法の信頼性をさらに確認する必要がある。

参考文献

1)　小山，亀井：日本機械学会講演論文集，No.　　802-2(1980),146

2)　小山、「極値統計法を用いたタンクの寿命評価」、委託研究報告書(東電工業（株）),1995.

■各量の計算式

(1)　中央値　δ

　ＦＩ(ｘ)=0.5　におけるｘがδであるから，

　　　　　　　　δ＝λ－α?n(?n 2)＝λ＋0.367α

(2) 最頻値　　ｘm

　ｄｆＩ(ｘ)／ｄｘ＝０となるｘがｘmである。（）式から、ｘm＝λが得られる。すなわち、位置パラメータはｆＩ(ｘ)のピーク値のｘに等しい。

(3) 平均値　　μ

とおくと，

　　　　　 （γ=0.57721:Eulerの定数）

(4) 分散　　Ｖ

　残存寿命推定プログラム


プログラムトップ画面

極値確率紙から自動的に定数を計算

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（５）スポット対応～流れ生産対応

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Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

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初歩的なことかも知れませんが、教えて下さい。
JISハンドブック等でも答えを見つけ切れなかったもので・・・
ステンレス鋼鋳鋼品　SCS14などの最後の記号の『A』には何か意味があるのでしょうか？基本的には（成分や機械的特性）SUS316と同等みたいですが、他に違う点があるのでしょうか？
ご教示願います!!

 

 

専門家ではありませんが、知っていることを書かせてもらいます。
・・・「A」について・・・
恐らくアメリカの材料規格に適合するように、
若干の調整をしているものを指すときにつかうようです。
http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl;jsessionid=D1FDC3C548EFEA60DB13957EABC76987.ap9-1?site=default&lang=ja&tid=41829&event=QE0004
の中で既に同様の回答がされているようです。
・・・SUS304との違い・・・
残念ながら専門家ではないので、具体的なことはわかりません。
単に鋳造品かそうでないかという違いしかわかりません。
基本的には同等だと思われます。
一般的には、鋳造品になると、自由な形状にできる一方、
気泡の残留や寸法精度・表面粗さなどが悪くなるということはよく耳にします。
また教科書などでは、鋳造時に鋳造応力を残したままにすると、
金属組織的に脆くなってしまうので注意が必要と書かれていたりします。
この辺の話は、メーカーさんのほうでも普通は注意をしているようなので、
大きな違いはでないと思いますが、気になるようでしたら
メーカーさんに問い合わせるのが無難だと思います。

歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀具、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、主機版專用頂級電桿’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！

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Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS  DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、Staple Cutter’PCD diamond cutter specialized in grooving floors’V-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’ PCD Diamond Tool’ Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

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弊社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、

豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。

弊社は各領域に供給できる内容は：

（１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ

（２）Carbide Cutting tools設計

（３）鎢鋼エンド・ミル設計

（４）航空エンド・ミル設計

（５）超高硬度エンド・ミル

（６）ダイヤモンド・エンド・ミル

（７）医療用品エンド・ミル設計

（８）自動車部品＆材料加工向けエンド・ミル設計

弊社の製品の供給調達機能は：

（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計

（２）ミクロ・エンド・ミル～大型エンド・ミル供給

（３）小Ｌｏｔ生産～大量発注対応供給

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出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2009/01/13 12:10 UTC 版)

高張力鋼 （こうちょうりょくこう、High-Tensile Steel）は合金成分の添加、組織の制御などをおこなって、一般構造用鋼材よりも強度を向上させた鋼材。日本ではハイテン、高抗張力鋼とも呼ばれる。

一般構造用圧延鋼材（JISのSS材 S：Steel S：Structure）は引張り強度のみが規定され、最も一般的なSS400材の引張り強度の保証値が400MPaである。どれだけ強いものを高張力鋼とするのかは必ずしも明確でないが、490MPa程度以上のものからが高張力鋼とよばれる。引張強度が590MPa、780MPa程度のものが主流だが、近年は1GPa級のものもあり、これは超高張力鋼とも呼ばれる。

自動車などを設計する際、同じ強度をもつ一般鋼材を用いる場合に比べて薄肉化できるので、車体の主要構成部材などの軽量化に貢献している。また、1950年代以降の普通鋼製鉄道車両にも多用され、鉄道車両の軽量化が図られた。 鉄鋼メーカーのシミュレーションの結果では、比強度が一般的な鋼材よりも大きいために、アルミニウム合金を用いた場合よりも軽量化が可能であり、さらにコストも低いということで、近年のハイテン化率は急速に伸びている。一方で、一般的に強度が高いものほど延性が低下する傾向にあり、板材などをプレス加工した際に「割れ」などの成形不良が発生しやすくなる。このため、各メーカーが成形性と高強度を両立させたハイテン材の開発に尽力している。

炭素をはじめ、シリコン、マンガン、チタンなど、10数種類の元素の配分を0.0001パーセント単位で管理する技術は門外不出であり、日系自動車メーカーの生産工場が多く、高級鋼板の需要が増えている東南アジアや中国の場合も現地での生産は行われておらず、日本国内の転炉を持つ工場で工程半ばまで受け持ち、半製品の状態で輸出された後、シートメタル化までの下工程のみを現地で行う方法がとられている。

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豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。

弊社は各領域に供給できる内容は：

（１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ

（２）Carbide Cutting tools設計

（３）鎢鋼エンド・ミル設計

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（５）超高硬度エンド・ミル

（６）ダイヤモンド・エンド・ミル

（７）医療用品エンド・ミル設計

（８）自動車部品＆材料加工向けエンド・ミル設計

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（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計

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