CN110100164A - 疲劳限度应力确定系统、疲劳限度应力确定装置以及疲劳限度应力确定方法 - Google Patents

疲劳限度应力确定系统、疲劳限度应力确定装置以及疲劳限度应力确定方法 Download PDF

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Abstract

疲劳限度应力确定系统具备：励振器，对测定对象物反复施加负荷；温度传感器，对测定对象物的温度变动进行测定；和信息处理装置，基于由温度传感器测定的测定对象物的温度变动，对测定对象物的疲劳限度应力进行测定。信息处理装置对温度传感器测定的温度变动进行解析，求取第二高次谐波分量的温度振幅相对于励振的基本频率分量的温度振幅的关系，通过作为二次曲线的第一近似线(L1)和作为二次曲线的第二近似线(L2)来对该关系进行拟合，基于第一近似线(L1)与第二近似线(L2)的交点来对测定对象物的疲劳限度应力进行计算。

Description

疲劳限度应力确定系统、疲劳限度应力确定装置以及疲劳限 度应力确定方法
技术领域
本公开涉及对测定对象物的疲劳限度应力进行测定的疲劳限度应力确定系统、疲劳限度应力确定装置以及疲劳限度应力确定方法。
背景技术
专利文献1公开了一种疲劳限度应力确定系统，使用了耗散能量测定单元，该耗散能量测定单元将反复应力振幅施加于测定对象物，利用红外线照相机来测定由于材料内部的能量耗散而产生的平均温度上升量的一定区域内的分布。
专利文献1的疲劳限度应力确定系统具备：励振器、红外线照相机、信息处理装置。励振器对测定对象物反复施加负荷。红外线照相机得到测定对象物的温度图像。信息处理装置具有对从红外线照相机得到的测定对象物的温度图像进行处理的傅立叶变换单元。信息处理装置实施对耗散能量进行测定的耗散能量测定工序、和根据从耗散能量测定工序得到的测定结果来确定疲劳限度应力的疲劳限度应力确定工序。
耗散能量测定工序从红外线照相机拍摄的温度图像，获取励振的基本频率分量以及第二高次谐波分量的温度振幅图像。并且，在第二高次谐波分量的温度振幅表示最大的区域内，提取负荷特性相对于基本频率分量的温度振幅的斜率为最大的像素区域的耗散能量。
在疲劳限度应力确定工序中，根据自由度调整完毕决定系数以及通过Gauss-Newton法而求取的2条近似线的交点来确定疲劳限度应力。作为2条近似线，使用被表示为y＝axn+b(n＝2)的多项式和直线。
通过专利文献1的疲劳限度应力确定装置系统，能够在不依赖于主观判断的情况下，客观并且正确地求取具有应力集中的材料、部件的疲劳限度应力。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2016-24056号公报
发明内容
本公开提供一种能够高精度地对测定对象物的疲劳限度应力进行测定的疲劳限度应力确定系统。
在本公开的第一方式中，提供一种疲劳限度应力确定系统，基于阶段性地增加负荷并且对测定对象物进行励振时产生的测定对象物的温度变动，对测定对象物的疲劳限度应力进行测定。疲劳限度应力确定系统具备励振器、温度传感器、信息处理装置。励振器对测定对象物以规定的频率反复施加各负荷。温度传感器得到表示被施加负荷的测定对象物的温度变动的温度变动。信息处理装置基于从温度传感器得到的温度图像来求取测定对象物的疲劳限度应力。信息处理装置根据从温度传感器得到的温度变动，求取与测定对象物有关的、第二高次谐波分量的温度振幅相对于励振的基本频率分量的温度振幅的关系。通过作为二次曲线的第一近似线和作为二次曲线的第二近似线，对该关系进行拟合，基于第一近似线与第二近似线的交点，求取测定对象物的疲劳限度应力。
在本公开的第二方式中，提供一种疲劳限度应力确定装置，基于阶段性地增加负荷并且对测定对象物进行励振时产生的测定对象物的温度变动，对测定对象物的疲劳限度应力进行测定。疲劳限度应力确定装置具备获取部和运算部。获取部获取测定对象物的温度变动。运算部解析温度变动并对测定对象物的疲劳限度应力进行测定。运算部根据温度变动，求取第二高次谐波分量的温度振幅相对于励振的基本频率分量的温度振幅的关系，通过作为二次曲线的第一近似线和作为二次曲线的第二近似线，对该关系进行拟合，基于第一近似线与第二近似线的交点，求取测定对象物的疲劳限度应力。
在本公开的第三方式中，提供一种疲劳限度应力确定方法，基于阶段性地增加负荷并且对测定对象物进行励振时产生的测定对象物的温度变动，对所述测定对象物的疲劳限度应力进行测定。疲劳限度应力确定方法阶段性地增加负荷并且以规定的频率反复施加于测定对象物。获取被施加负荷的测定对象物的温度变动，根据温度变动，求取第二高次谐波分量的温度振幅相对于励振的基本频率分量的温度振幅的关系。通过作为二次曲线的第一近似线和作为二次曲线的第二近似线，对该关系进行拟合，基于第一近似线与第二近似线的交点来求取所述测定对象物的疲劳限度应力。
通过本公开，通过2个二次曲线来对第二高次谐波分量的温度振幅相对于基本频率分量的温度振幅的关系进行拟合，基于这2个二次曲线的交点，求取测定对象物的疲劳限度应力。由此，能够高精度地求取测定对象物的疲劳限度应力。
附图说明
图1A是表示本公开的实施方式1中的疲劳限度应力确定系统的结构的图。
图1B是表示将试验片固定于励振器的状态的图。
图2是表示实施方式1中的信息处理装置的结构的框图。
图3是表示本公开的实施方式1中的具有曲率半径rh0的测定对象物即试验片1b的形状以及尺寸的图。
图4是表示疲劳限度应力的确定处理的流程图。
图5A是表示针对第二高次谐波分量的温度振幅图像分布的图。
图5B是图4A的区域R1的部分的放大图。
图6A是表示励振时的试验片的温度变动的图。
图6B是将图6A中的虚线区域放大的图。
图7A是表示温度变动的频谱的图。
图7B是将图7A中的虚线区域放大的图。
图8A是表示负荷振幅与基波振幅的关系的图。
图8B是表示负荷振幅与第二高次谐波振幅的关系的图。
图8C是表示基波振幅与第二高次谐波振幅的关系的图。
图9是用于对第一近似线以及第二近似线的求法进行说明的图。
图10是表示第一近似线以及第二近似线的计算处理的流程图。
图11A是表示基波振幅与第二高次谐波振幅的关系的图。
图11B是表示按照每个边界编号求出的残差平方和的图。
图12A是对负荷振幅较大的情况下测定的不适当的数据进行说明的图。
图12B是对负荷振幅较大的情况下测定的不适当的数据进行说明的图。
图12C是表示自由度调整完毕决定系数的计算式的图。
图13A是对针对N个数据范围的拟合结果进行说明的图。
图13B是对针对N-1个数据范围的拟合结果进行说明的图。
图13C是对针对N-2个数据范围的拟合结果进行说明的图。
图13D是对针对N-3个数据范围的拟合结果进行说明的图。
图13E是对针对N-4个数据范围的拟合结果进行说明的图。
图13F是对针对N-5个数据范围的拟合结果进行说明的图。
图13G是对针对N-6个数据范围的拟合结果进行说明的图。
图13H是对针对N-7个数据范围的拟合结果进行说明的图。
图14A是表示基波振幅与第二高次谐波振幅的关系的图。
图14B是用于对基于图14A所示的数据来计算疲劳限度的方法进行说明的图。
图15是表示通过实施方式1的方法而求出的疲劳限度应力与通过现有的方法而求出的疲劳限度应力的比较的图(试验片的切口半径：5.0mm)。
图16是表示通过实施方式1的方法而求出的疲劳限度应力与通过现有的方法而求出的疲劳限度应力的比较的图(试验片的切口半径：2.0mm)。
图17是表示通过实施方式1的方法而求出的疲劳限度应力与通过现有的方法而求出的疲劳限度应力的比较的图。
具体实施方式
以下，适当地参照附图，对实施方式详细进行说明。其中，可能省略非必要详细的说明。例如，可能省略针对已知事项的详细说明、实质相同的结构的重复说明。这是为了避免以下的说明变得不必要地冗长，使本领域技术人员容易理解。
另外，发明人为了本领域技术人员充分理解本公开而提供附图以及以下的说明，并不意图通过这些来限定权利要求书所述的主题。
(实施方式1)
[1-1.结构]
以下，参照附图来对本公开所涉及的疲劳限度应力确定系统的实施方式进行说明。以下的实施方式中说明的疲劳限度应力确定系统是计算试验片的疲劳限度应力的系统。
图1A是表示本公开的实施方式中的疲劳限度应力确定系统的图。疲劳限度应力确定系统100具备：励振器10、红外线照相机30(本公开所涉及的温度传感器的一个例子)、信息处理装置50(本公开所涉及的疲劳限度应力确定装置的一个例子)、监视器60。励振器10对测定对象物即试验片1进行励振。红外线照相机30对试验片1的温度图像(红外图像)进行拍摄。信息处理装置50对温度图像进行解析，对试验片1的疲劳限度进行计算。具体而言，信息处理装置50实施耗散能量测定工序21和疲劳限度应力确定工序22(详细在[1-2.动作]中叙述)。监视器60显示规定的信息。
图1B是表示将试验片1固定于励振器10的状态的图。励振器10是对试验片1以规定的频率施加规定的力的装置。
另外，以下的说明中参照的测定数据是利用油压伺服疲劳试验机(株式会社岛津制作所制，Servopulser，最大试验能力：10kN)作为励振器10而测定的数据。通过励振器10的负荷控制，使针对试验片1的拉伸负荷每0.1kN地增加到0kN～8.5kN，通过红外线照相机30来进行试验片1的温度图像的测定。基于励振的基本频率(1f)设为25Hz。作为红外线照相机30，利用Cedip Infrared Systems公司的Silver480M。红外线照相机30的帧率为249Hz。
由红外线照相机30测定的温度图像被具有傅立叶变换功能的信息处理装置50进行数据处理。信息处理装置50对由红外线照相机30拍摄的温度图像(红外图像)进行解析并确定试验片1的疲劳限度应力。在信息处理装置50连接监视器60。监视器60是液晶显示器装置或者有机EL显示器装置。
图2是对信息处理装置50的内部结构进行说明的框图。信息处理装置50例如是个人计算机。信息处理装置50具备：控制其整体动作的控制器51、用户进行操作的操作部55、存储数据或程序的RAM56、数据保存部57。
信息处理装置50还包含：用于与红外线照相机30(图1A)、监视器60(图1A)等外部设备连接的设备接口58(本公开所涉及的获取部的一个例子)、用于与网络连接的网络接口59(本公开所涉及的获取部的一个例子)。设备接口58是依据USB(Universal Serial Bus)、HDMI(注册商标)(High Definition Multimedia Interface)、IEEE1394等来进行数据等的通信的通信模块(电路)。网络接口59是依据IEEE802.11、WiFi、Bluetooth(注册商标)等标准来进行数据通信的通信模块(电路)。
控制器51(本公开所涉及的运算部的一个例子)由CPU(Central ProcessingUnit)、MPU(Micro Processing Unit)构成，通过执行保存于数据保存部57的规定的控制程序57a来实现规定的功能。被控制器51执行的控制程序也可以经由网络200而提供，也可以经由CD-ROM等记录介质而提供。
RAM56是暂时保存程序、数据的存储元件，作为控制器51的作业区域而发挥功能。
数据保存部57是对为了实现功能所必须的参数、数据以及程序进行存储的记录介质，对由控制器51执行的控制程序、各种数据进行保存。数据保存部57例如由硬盘驱动器(HDD)、SSD(Solid State Drive)、光盘介质构成。在数据保存部57安装控制程序57a。控制器51通过执行该控制程序57a来实现后述的功能。数据保存部57也作为控制器51的作业区域而发挥功能。
图3是对测定对象物即试验片1进行说明的图。试验片1是宽度B、厚度t的长方形部件，在长度方向的中央形成从两侧向中心变深的凹口25。凹口25的曲率半径为rh0。凹口25的深度d是应力集中部即凹口25的最小宽度部分的宽度的1/2的长度。长度b是从凹口25的宽度方向的中央到凹口最深的部分的长度。长度b与凹口25的深度d相等。
[1-2.动作]
以下对如以上那样构成的疲劳限度应力确定系统100的动作进行说明。在疲劳限度应力确定系统100中，信息处理装置50(控制器51)实施耗散能量测定工序21和疲劳限度应力确定工序22。
对耗散能量测定的原理进行说明。受到反复负载的试验片1由于热弹性效应，产生与基于励振器10的励振频率相同频率的反复温度变化。并且，受到反复负载的试验片1由于材料内部的能量耗散而产生平均温度上升。其中，基于热弹性效应的温度变化以及基于耗散能量的平均温度上升比例如由于风或周围的温度变化等外部重要因素而产生的温度变化小。因此，若表示试验片1的温度变化量ΔT则为下述(式1)。
ΔT＝re-Tc+D+Te······(1)
ΔT：温度变化量
re：外部重要因素(风或周围的温度变化)
Tc：热的传导(温度较高的位置与较低的位置实现均匀化的动作)
D：耗散能量(反复周期中的温度上升量)
Te：热弹性效应
在实际的耗散能量的测定中，信息处理装置50通过红外线照相机30来进行试验片1的温度测定，同时从励振器10获取控制信号即同步输入信号。并且，信息处理装置50针对基于同步输入信号的特定的频率分量进行基于傅立叶变换的红外线应力图像处理。由此，信息处理装置50通过提取励振频率所对应的温度变化量分量来去除外部重要因素的影响，测定由于对试验片1进行励振而产生的基于热弹性效应的温度变化。
若根据基于热弹性效应的温度上升和温度下降，分离测定每个进一步小的反复周期的基于机械性现象的材料内部的耗散能量所导致的温度上升量，则可得到反复周期中的温度上升量的耗散能量D的测定图像。根据耗散能量D的测定图像来计算试验片1的疲劳限度应力。
使用图4所示的流程图来对疲劳限度应力的确定处理进行说明。本处理主要通过信息处理装置50的控制器51而被执行。
控制器51首先基于由红外线照相机30拍摄的图像来确定求取疲劳限度应力时使用的像素(步骤S11)。以下，对步骤S11的处理具体进行说明。
图5A是表示根据由红外线照相机30拍摄的图像而得到的、用于对试验片1的耗散能量进行测定的图像的图。图5B是将图5A的虚线区域R1的部分放大表示的图。图5A以及图5B是表示励振的基本频率1f的2倍的频率2f(以下称为“第二高次谐波”)的分量(以下称为“第二高次谐波分量”)的温度振幅(以下称为“第二高次谐波振幅”)的图像的图。
参照图5A以及图5B，在试验片1的凹口25附近可看到第二高次谐波振幅变得非常大的部分。控制器51对包含第二高次谐波振幅变大的部分的区域R2内的像素进行确定。
并且，控制器51针对确定的区域R2内的各像素，创建相对于负荷振幅的、励振中的基本频率的温度振幅(以下称为“基波振幅”)的图表，求取图表的斜率。图表的斜率(斜率＝基波振幅的变化量/负荷振幅的变化量)为最大的像素是主应力和的大小最大且与最大应力集中部对应的像素。因此，通过在第二高次谐波振幅较大的区域R2内的像素之中，选择负荷振幅和基于励振的基本频率的温度振幅(基波振幅)的图表的斜率最大的像素，则能够选择产生疲劳损伤和应力集中的两方的位置所对应的像素。
该处理在耗散能量测定工序21中通过控制器51来如下述那样进行处理。
步骤1：基于由红外线照相机30拍摄的图像，针对各负荷振幅创建第二高次谐波分量的温度振幅(第二高次谐波振幅)的分布图像。
步骤2：在试验片1的区域中，确定第二高次谐波分量的温度振幅(第二高次谐波振幅)较大的区域即区域R2。
步骤3：在确定的区域R2内的全部像素中，创建相对于负荷振幅的励振频率的温度振幅(基波振幅)的图表。
步骤4：将步骤3中求出的图表的斜率最大的像素决定为用于疲劳限度应力的确定的像素。
如以上那样，若在步骤S11中决定用于疲劳限度应力的确定的像素，则控制器51执行疲劳限度应力确定工序22。具体而言，控制器51针对确定的像素，生成相对于基波振幅的第二高次谐波振幅的图表(参照图8C)(步骤S12)。以下，对步骤S12的处理具体进行说明。
图6A是表示对红外线照相机30的图像进行解析而得到的、基于励振的试验片1的相对于时间的温度变动的图。图6B是将图6A的虚线区域放大表示的图。图6A以及图6B表示针对切口半径rh0为5.0mm的试验片，以负荷振幅7.0kN、励振频率25Hz进行励振时的测定结果。
通过对图6A以及图6B所示的相对于时间的温度变动的数据进行傅立叶变换，能够求取图7A所示的相对于温度振幅的频谱。图7B是将图7A所示的虚线区域放大表示的图。在该频谱中，着眼于基本频率分量(1f)的温度振幅(基波振幅)和第二高次谐波分量(2f)的温度振幅(第二高次谐波振幅)。
分别针对多个负荷振幅，求取基波振幅(1f)和第二高次谐波振幅(2f)。由此，得到图8A所示的相对于负荷振幅的基波振幅(1f)的图表和图8B所示的相对于负荷振幅的第二高次谐波振幅(2f)的图表。并且，根据相对于负荷振幅的基波振幅的图表(参照图8A)和相对于负荷振幅的第二高次谐波振幅的图表(参照图8B)，生成图8C所示的相对于基波振幅的第二高次谐波振幅的图表(本公开所涉及的关系的一个例子)。
返回到图4的流程图，控制器51针对相对于基波振幅的第二高次谐波振幅的图表(参照图8C)来决定2个近似线(步骤S13)。即，如图9所示，求出对第二高次谐波振幅相对于基波振幅的关系进行拟合的2个近似线(第一近似线L1以及第二近似线L2)。后面对步骤S13的处理的详细进行叙述。
若决定了第一近似线L1以及第二近似线L2，则控制器51计算第一近似线L1与第二近似线L2的交点(步骤S14)。基于该交点来决定疲劳限度应力(步骤S15)。后面对步骤S14以及步骤S15的处理的详细进行叙述。如以上那样，可求取试验片1的疲劳限度应力。
以下，对上述的步骤S13～步骤S15的处理的详细进行说明。
首先，对步骤S13的处理详细进行说明。在本实施方式中，如图9所示，在基波振幅的区域设定边界B，在边界B以下的区域和边界B以上的区域设定第一近似线L1以及第二近似线L2。这里，第一近似线L1以及第二近似线L2如下式那样被表示为二次曲线(二次函数)。
第一近似线L1(边界B以下的范围)：y＝ax2+b (2)
第二近似线L2(边界B以上的范围)：y＝ax2+cx+d (3)
这里，x是基波振幅，y是第二高次谐波振幅。此外，a、b、c、d≠0。
针对边界B以下的范围的第一近似线L1是包含基波振幅的二次项和常量项且不包含一次项的多项式。另一方面，针对边界B以上的范围的第二近似线L2是包含基波振幅的二次项、一次项以及常量项的多项式。第二近似线L2通过在边界B以下的范围使用根据第一近似线L1(y＝ax2+b)而定的常量a，在边界B以上的范围拟合近似线L2(y＝ax2+cx+d)来求取c和d而确定的。或者，也可以是针对从边界B以上的范围的数据减去第一近似线L1的延长线(y＝ax2+b)的值的数据，在边界B以上的范围拟合直线(y＝cx+d’)来求取c和d’而确定的(y＝ax2+cx+b+d’＝ax2+cx+d)。
本申请发明人在负荷振幅控制中，针对从加载单元、致动器以及应变仪输出的负荷信号、位移信号以及应变信号进行了调查之后，了解到负荷信号中包含第二高次谐波分量。由此，本申请发明人认为向试验片1不必附加完全的正弦波的负荷波形，在控制负荷的过程中负荷波形产生形变。此外，确认了位移信号和应变信号中也包含第二高次谐波分量。认为这是负荷信号中包含的第二高次谐波分量的影响。进一步地，认为第二高次谐波分量中也存在从红外线照相机的传感器产生的暗电流、来自周围环境的噪声所导致的分量。本申请发明人认为温度的第二高次谐波分量中包含由于以上的原因而产生的第二高次谐波分量(第一近似线L1及其延长线)。基于这样的认识，本申请发明人在如式(2)、(3)所示那样通过二次曲线(二次函数)即第一近似线L1以及第二近似线L2来进行了拟合之后，能够高精度地求取疲劳限度应力。
参照图10的流程图，说明根据相对于基波振幅的第二高次谐波振幅的图表(参照图8C)来决定第一近似线L1以及第二近似线L2的处理。
控制器51(参照图2)首先将边界B(参照图9)设定为开始点(步骤S21)。然后，使用整个范围的测定数据，通过设定的边界B来求取第一近似线L1以及第二近似线L2(步骤S22)。具体而言，如图11A所示，针对边界B以下的区域的数据通过第一近似线L1来进行拟合，针对边界B以上的区域的数据通过第二近似线L2来进行拟合，求取第一近似线L1以及第二近似线L2的系数以使得测定值与计算值的残差平方和最小。
使边界B移动的范围被预先设定。到被预先设定的规定的范围内整个区域内边界B的移动结束为止，控制器51如图9所示，使边界B的位置阶段性地变化(步骤S23中为否，步骤S30)，并针对各边界求取第一近似线L1以及第二近似线L2(步骤S22)。若在预先设定的规定的范围内整个区域边界B的移动结束(步骤S23中为是)，则确定针对通过各边界而得到的第一近似线L1以及第二近似线L2计算的残差平方和为最小的一个边界(步骤S24)。由此，确定应用了第一近似线L1的数据范围和应用了第二近似线L2的数据范围的边界。
图11B是表示针对各边界计算的残差平方和的图。横轴是表示边界的边界编号，边界编号取与边界的位置成正比的值。在图11B的图表的例子中，在边界编号为“92”的边界，残差平方和为最小。因此，边界编号“92”所对应的基波振幅的位置被确定为边界。
返回到图10的流程图，若决定了边界，则控制器51决定疲劳限度应力的计算中使用的数据的适当范围(上限)(步骤S25～步骤S28、步骤S31)。
在负荷振幅较大的范围中，在测定数据中，如图12A以及图12B的虚线区域R11以及虚线区域R12所示，包含对于用于疲劳限度应力的计算不适当的数据。作为该原因，认为是微小龟裂的产生、发展、应变诱发马氏体相变的产生等。因此，在本实施方式中，为了去除虚线区域R11以及虚线区域R12中包含的数据那样的对于用于疲劳限度应力的计算不适当的数据，使用自由度调整完毕决定系数来设定数据范围的上限。
因此，控制器51首先将数据范围的上限设定为最大值(步骤S25)。即，将数据范围设定为包含全部数据。然后，使用设定的数据范围内的数据，基于之前确定的边界来计算第一近似线L1以及第二近似线L2(步骤S26)。即，使用设定的数据范围内的数据来计算残差平方和最小的第一近似线L1以及第二近似线L2。
接下来，控制器51对相对于计算出的第一近似线L1以及第二近似线L2的自由度调整完毕决定系数进行计算(步骤S27)。自由度调整完毕决定系数通过图12C所示的式子而被计算。
这里，变更数据范围的上限的范围被预先决定。在被预先决定的范围内变更数据范围的上限，直到数据范围的上限的变更结束(步骤S28中为否，步骤S31)。然后，针对新的数据范围求取第一近似线L1以及第二近似线L2(步骤S26)。进一步地，计算相对于第一近似线以及第二近似线L2的自由度调整完毕决定系数(步骤S27)。数据范围的上限的变更通过将数据范围的上限从第二高次谐波振幅的较高侧一个一个地向较低侧偏移以使得缩窄数据范围而进行。
图13A至图13H是表示将数据范围的上限一个数据一个数据地变更而计算出的第一近似线L1、第二近似线L2以及自由度调整完毕决定系数的变化的图。图13A是表示针对将数据范围的上限设定为最大时的全部数据(N个数据)的近似线的拟合结果和自由度调整完毕决定系数的值的图。图13B是表示针对将上限从全部数据的情况偏移1个数据时、即N-1个数据的近似线的拟合结果和自由度调整完毕决定系数的值的图。图13C是表示针对将上限偏移2个数据时、即N-2个数据的近似线的拟合结果和自由度调整完毕决定系数的值的图。图13D～图13H依次表示同样将数据范围的上限一个一个变更而求出的近似线的拟合结果和自由度调整完毕决定系数。
若在预先决定的范围内，数据范围的上限的变更结束(步骤S28中为是)，则控制器51确定自由度调整完毕决定系数最大时的数据范围的上限，确定在该确定的数据范围的上限的范围内计算出的第一近似线L1以及第二近似线L2(步骤S29)。在图13A～图13H所示的例子中，图13G所示的例子的自由度调整完毕决定系数为最大(R2＝0.849057)。因此，从全部数据的情况偏移了6个数据的位置设为数据范围的上限，第一近似线L1a以及第二近似线L2a被确定。
如以上那样，根据相对于基波振幅的第二高次谐波振幅的图表(参照图8C)能够求取第一近似线L1以及第二近似线L2。
接下来，对步骤S14以及步骤S15的处理详细进行说明。控制器51基于第一近似线L1以及第二近似线L2的交点，如以下那样，计算疲劳限度应力。如图14A所示，若求出第一近似线L1以及第二近似线L2，则求出第一近似线L1与第2近似线L2的交点。在图14A的例子中，作为第一近似线L1与第二近似线L2的交点的基波振幅的值，求出0.42[K](步骤S14)。并且，控制器51参照相对于负荷振幅的基波振幅的图表(参照图14B)，基于交点的基波振幅值0.42[K]来求取负荷振幅值6.266[N]，将该值设为疲劳限度应力(步骤S15)。
如以上那样，能够求取试验片1的疲劳限度应力。
图15～图17是对通过实施方式1的方法而求出的疲劳限度应力与通过现有的方法而求出的疲劳限度应力进行比较的图。在实施方式1的方法中，将第一近似线以及第二近似线这双方设为二次曲线(二次函数)。与此相对地，在现有的方法中，将第一近似线设为二次曲线(二次函数)，将第二近似线设为直线。
图15表示针对切口半径为5.0mm的5个试验片1，通过实施方式1的方法(图15中表示为“二次曲线和二次曲线”)而求出的疲劳限度应力与通过现有的方法(图15中表示为“二次曲线和直线”)而求出的疲劳限度应力值的比较。针对相同的条件的试验片1，根据疲劳试验而求出的疲劳限度应力的测定值是6.4kN。图16表示针对切口半径为2.0mm的5个试验片1，通过实施方式1的方法(图16中表示为“二次曲线和二次曲线”)和现有的方法(图16中表示为“二次曲线和直线”)而求出的疲劳限度应力值。针对相同的条件的试验片1根据疲劳试验而求出的疲劳限度应力的测定值为5.7kN。并且，图17是表示通过实施方式1的方法而求出的疲劳限度应力与通过现有的方法而求出的疲劳限度应力的比较的图。
参照图15～图17，在切口半径为5.0mm的情况(图15)、2.0mm的情况(图16)下，通过二次曲线和二次曲线来拟合的情况(实施方式1的方法)相比于通过二次曲线和直线来拟合的情况(现有的方法)，可得到更接近于根据疲劳试验而得到的值的疲劳限度应力的值。
如以上那样，信息处理装置50能够阶段性地增加负荷并根据以规定的频率附加各负荷的测定对象物的温度图像来求取试验片1的疲劳限度应力。
[1-3.效果等]
如以上那样，本实施方式的疲劳限度应力确定系统100基于对阶段性地增加作用于试验片1(本公开所涉及的测定对象物的一个例子)的负荷而测定的各级负荷产生的温度振幅，测定试验片1的疲劳限度应力。疲劳限度应力确定系统100具备励振器10、红外线照相机30(本公开所涉及的温度传感器的一个例子)、信息处理装置50。励振器10针对试验片1以规定的频率反复施加负荷。红外线照相机30获取试验片1的温度变动。信息处理装置50基于从红外线照相机30获取的试验片1的温度变动来求取试验片1的疲劳限度应力。信息处理装置50根据从红外线照相机30获取的温度变动，求取与试验片1有关的、第二高次谐波分量的温度振幅相对于励振的基本频率分量的温度振幅的关系(图9的图表)。信息处理装置50通过作为二次曲线的第一近似线L1和作为二次曲线的第二近似线L2来对该关系进行拟合，基于第一近似线L1与第二近似线L2的交点来求取测定对象物的疲劳限度应力。
通过这样的疲劳限度应力确定系统100，对用于拟合的2个近似线(第一近似线L1以及第二近似线L2)使用二次曲线。由此，在拟合过程中，能够得到考虑了励振的控制过程中产生的负荷的波形的变形、试验片中产生的变形、干扰噪声等的影响的近似线。因此，能够高精度地求取疲劳限度应力。
第一近似线L1被用于针对基本频率分量的温度振幅为边界B(本公开所涉及的规定值的一个例子)以下的范围的数据的拟合。第二近似线L2被用于针对基本频率分量的温度振幅为边界B以上的范围的数据的拟合。
第一近似线L1由y＝ax2+b表示。第二近似线L2由y＝ax2+cx+d表示。x是基本频率分量的温度振幅。y是第二高次谐波分量的温度振幅。a、b、c、d是系数(a、b、c、d≠0)。
第一近似线L1以及第二近似线L2通过使用针对多个数据范围中各个近似线的自由度调整完毕决定系数之中可得到最大的自由度调整完毕决定系数的情况下的数据范围来求取。由此，为了疲劳限度应力的计算，能够使用适当的数据来求取疲劳限度应力。因此，能够提高疲劳限度应力的确定精度。
此外，本公开提供一种疲劳限度应力确定装置，基于阶段性地增加负荷来对测定对象物(试验片1)进行励振时产生的测定对象物的温度变动，对测定对象物的疲劳限度应力进行测定。该疲劳限度应力确定装置具备获取部和运算部。获取部获取测定对象物的温度变动。运算部对温度变动进行解析来对测定对象物的疲劳限度应力进行测定。运算部根据温度变动，求取第二高次谐波分量的温度振幅相对于励振的基本频率的分量的温度振幅的关系，通过作为二次曲线的第一近似线和作为二次曲线的第二近似线来对该关系进行拟合。并且，基于第一近似线L1与第二近似线L2的交点来求取测定对象物的疲劳限度应力。
通过这样的疲劳限度应力确定装置，可通过作为二次曲线的第一近似线L1以及第二近似线L2来对第二高次谐波分量的温度振幅相对于基本频率分量的温度振幅的关系进行拟合。因此，能够高精度地求取疲劳限度应力。
此外，本公开提供一种疲劳限度应力确定方法，基于阶段性地增加负荷来对测定对象物(试验片1)进行励振时产生的测定对象物的温度变动，对测定对象物的疲劳限度应力进行测定。在该疲劳限度应力确定方法中，阶段性地增加负荷并且以规定的频率反复施加于测定对象物，获取被施加负荷的测定对象物的温度变动。并且，根据温度变动，求取第二高次谐波分量的温度振幅相对于励振的基本频率分量的温度振幅的关系，通过作为二次曲线的第一近似线L1和作为二次曲线的第二近似线L2来对该关系进行拟合。并且，基于第一近似线L1与第二近似线L2的交点来求取测定对象物的疲劳限度应力。
通过这样的疲劳限度应力确定方法，也可通过作为二次曲线的第一近似线L1以及第二近似线L2来对第二高次谐波分量的温度振幅相对于基本频率分量的温度振幅的关系进行拟合。因此，能够高精度地求取疲劳限度应力。
(其他实施方式)
如以上那样，作为本申请中公开的技术的示例，说明了实施方式1。但是，本公开中的技术并不局限于此，也能够应用于适当地进行了变更、置换、附加、省略等的实施方式。此外，也能够将上述实施方式1中说明的各结构要素组合并设为新的实施方式。
如以上那样，作为本公开中的技术的示例，说明了实施方式。为此，提供了附图以及详细的说明。
因此，附图以及详细的说明中所述的结构要素之中，不仅包含为了课题解决所必须的结构要素，而且也可包含为了示例上述技术而并非为了课题解决所必须的结构要素。因此，这些非必须的结构要素被记载于附图、详细的说明，但不应直接将这些非必须的结构要素认定为是必须的。
此外，上述的实施方式是为了示例本公开中的技术，因此在权利要求书或者其等同的范围内能够进行各种变更、置换、附加、省略等。
在上述实施方式中，作为温度传感器，使用了能够获取温度分布图像的红外线照相机。并且，从由红外线照相机拍摄的图像选择最大应力集中部所对应的像素，基于选择的像素的温度变动来求出疲劳限度应力。但是，本公开中的温度传感器并不限定于红外线照相机。例如，在不能预先确定测定对象物的最大应力集中部的情况下，也可以使用接触式或者非接触式的温度传感器，基于确定的点的温度变动来求取疲劳限度应力。
产业上的可利用性
本公开能够应用于能够高精度地对测定对象物的疲劳限度应力进行测定的疲劳限度应力确定系统。
-符号说明-
1 试验片(测定对象物)
10 励振器
30 红外线照相机(温度传感器)
50 信息处理装置(疲劳限度应力确定装置)
51 控制器(运算部)
58 设备接口(获取部)
60 监视器
100 疲劳限度应力确定系统
L1 第一近似线
L2 第二近似线

Claims (6)

1.一种疲劳限度应力确定系统，基于阶段性地增加负荷并且对测定对象物进行励振时产生的测定对象物的温度变动，对所述测定对象物的疲劳限度应力进行测定，所述疲劳限度应力确定系统具备：
励振器，对测定对象物以规定的频率反复施加各负荷；
温度传感器，获取被施加负荷的测定对象物的温度变动；和
信息处理装置，基于从所述温度传感器获取的所述温度变动，求取所述测定对象物的疲劳限度应力，
所述信息处理装置根据从所述温度传感器获取的温度变动，求取与所述测定对象物有关的、第二高次谐波分量的温度振幅相对于励振的基本频率分量的温度振幅的关系，
所述信息处理装置通过作为二次曲线的第一近似线和作为二次曲线的第二近似线，对所述关系进行拟合，
所述信息处理装置基于所述第一近似线与所述第二近似线的交点，求取所述测定对象物的疲劳限度应力。
2.根据权利要求1所述的疲劳限度应力确定系统，其中，
所述第一近似线被用于针对所述基本频率分量的温度振幅为规定值以下的范围的数据的拟合，
所述第二近似线被用于针对所述基本频率分量的温度振幅为所述规定值以上的范围的数据的拟合。
3.根据权利要求2所述的疲劳限度应力确定系统，其中，
所述第一近似线由y＝ax2+b表示，
所述第二近似线由y＝ax2+cx+d表示，
x是所述基本频率分量的温度振幅，y是所述第二高次谐波分量的温度振幅，a、b、c、d是系数。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的疲劳限度应力确定系统，其中，
通过使用针对多个数据范围中的所述第一近似线以及所述第二近似线的自由度调整完毕决定系数之中得到最大的自由度调整完毕决定系数的情况下的数据范围，来求取所述第一近似线以及所述第二近似线。
5.一种疲劳限度应力确定装置，基于阶段性地增加负荷并且对测定对象物进行励振时产生的测定对象物的温度变动，对所述测定对象物的疲劳限度应力进行测定，所述疲劳限度应力确定系统具备：
获取部，获取所述测定对象物的温度变动；和
运算部，对所述温度变动进行解析从而对所述测定对象物的疲劳限度应力进行测定，
所述运算部根据所述温度变动，求取第二高次谐波分量的温度振幅相对于励振的基本频率的分量的温度振幅的关系，
所述运算部通过作为二次曲线的第一近似线和作为二次曲线的第二近似线来对所述关系进行拟合，
所述运算部基于所述第一近似线与所述第二近似线的交点，求取所述测定对象物的疲劳限度应力。
6.一种疲劳限度应力确定方法，基于阶段性地增加负荷并且对测定对象物进行励振时产生的测定对象物的温度变动，对所述测定对象物的疲劳限度应力进行测定，在所述疲劳限度应力确定方法中，
阶段性地增加负荷并且以规定的频率反复施加于测定对象物，
获取被施加所述负荷的测定对象物的温度变动，
根据所述温度变动，求取第二高次谐波分量的温度振幅相对于励振的基本频率分量的温度振幅的关系，
通过作为二次曲线的第一近似线和作为二次曲线的第二近似线，对所述关系进行拟合，
基于所述第一近似线与所述第二近似线的交点，求取所述测定对象物的疲劳限度应力。
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