JP2001059803A - 材料試験機、材料試験機に用いる引張試験用治具セット、及び材料試験機を用いて実行する材料試験方法 - Google Patents
材料試験機、材料試験機に用いる引張試験用治具セット、及び材料試験機を用いて実行する材料試験方法Info
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Abstract
することができ、また、圧縮試験のみならず引張試験に
も好適に対応することのできる、応用性の広い材料試験
機、材料試験機用引張試験用治具セット、材料試験方法
を提供する。 【解決手段】 材料試験機10は、充分な大きさ及び質
量を有する荷重印加用ブロック14と計測用ブロック2
4を備え、計測用ブロック24に設けた一対の計測用柱
状小突起26の側面にひずみゲージ28を貼着して構成
した荷重計測手段を備える。この荷重計測手段は、静的
荷重ないし準静的荷重を良好に計測するロードセルとし
て機能し得ると共に、高速変形時の動的荷重を精度良く
検出する検力台としても機能する。引張試験用治具セッ
トは、荷重印加用ブロック14による圧縮荷重を試験片
TPに引張荷重として好適に印加する構造のもので、引
張試験が良好に行えるものである。
Description
試験機に用いる引張試験用治具セット、及び材料試験機
を用いて実行する材料試験方法に関する。
した膨大な種類の材料試験方法がこれまでに提案され、
実用に供されている。材料試験方法には、試験片に荷重
を印加して行うものが非常に多い。この種の材料試験方
法のうちには、荷重を印加した試験片に発生するひずみ
を計測し、荷重とひずみの関係を求めることを目的とし
たものもあれば、荷重を印加して試験片を破断させ、そ
の破断荷重を計測することを目的としたものもあり、更
にその他の様々な目的を持った方法がある。目的がどの
ようなものであっても、この種の材料試験では通常、試
験片に実際に作用した荷重を正確に知るということが非
常に重要である。
際に印加された荷重を計測するための荷重計測手段を備
えている。荷重計測手段には様々な種類のものがあり、
個々の材料試験機の目的に応じて、即ち、材料試験機を
用いて行う材料試験方法に応じて、それに適した荷重計
測手段が選択されている。
は、その荷重の種類によって更に細分され、例えば、引
張試験、圧縮試験、ねじり試験、剪断試験、曲げ試験、
等々に分類することができる。
したときに発生する試験片のひずみのひずみ速度によっ
て細分することもできる。例えば、高ひずみ速度、中ひ
ずみ速度、それに低ひずみ速度で行う材料試験を、夫
々、高速材料試験、中速材料試験、低速材料試験と呼び
分けることがある。また、特にひずみ速度が高い材料試
験を、超高速材料試験ということがある。高速材料試験
や超高速材料試験は、衝撃試験と呼ばれることがある。
突時の安全性を高めるため、また、加工や成形時の実変
形速度域に対応した数値シミュレーションを行うために
は、低ひずみ速度から高ひずみ速度までの広いひずみ速
度域での材料特性を調査することが有効で、今後ますま
す重要となる。そのため、広いひずみ速度域での材料試
験が用意に行えると共に、従来は高レベルの荷重ノイズ
が発生しがちであった約103/秒以上の高ひずみ速度
域における材料試験で、荷重ノイズが低く、また、大き
な伸び量の引張試験を行うことのできる材料試験装置及
び方法が求められている。
結果のみが利用されていたが、かかる材料試験装置及び
方法により、実変形速度域を含む広いひずみ速度域での
材料試験結果が広く利用されることになる。このこと
は、安全性能の高い建築構造材や自動車材料の開発に役
立つと共に、広いひずみ速度域における設計、成型、加
工などの数値シミュレーションの精度向上にも役立つも
のである。
重を印加する必要があり、そのため高速材料試験や超高
速材料試験には、衝撃荷重を計測することのできる特別
な荷重計測手段を備えた材料試験機が用いられる。
して当業者や研究者の間で広く知られ、用いられている
方法の1つに、ホプキンソン棒法がある(その方法の応
用の1つとして、ワン・バー・メソッドと呼ばれるもの
がある)。この方法には、その基本的な形態から派生し
た数多くの変形形態にかかる方法が存在しており、圧縮
試験ばかりでなく、引張試験や、ねじり試験等の、その
他の様々な材料試験もこれら変形形態にかかる方法を用
いて行うことができる。
では、細長い弾性棒(通常は応力棒と呼ばれている)の
一端に、または2本の応力棒の間に試験片を当接または
連結し、これら応力棒を介して試験片に衝撃荷重を印加
する。このときの試験片を当接または連結した応力棒
(1本のみを用いた場合と2本用いた場合がある)中を
伝播する応力波を、応力棒にはられたひずみゲージによ
り計測する。このとき、応力棒は、通常、弾性棒である
ので、応力棒中のひずみ波形は応力波形に変換される。
このようにして、計測された応力波形を解析することに
より、試験片に負荷された動的応力と動的ひずみが求め
られる。
なると、即ち、衝撃荷重の持続時間が長くなると、応力
棒の他端で反射してひずみゲージの貼着位置まで戻って
きた応力波が計測結果に悪影響を及ぼし、実質上、計測
ができなくなる。そのため、衝撃荷重の持続時間を長く
したいときには、応力棒を長くすることで、応力波が他
端で反射して戻ってくるまでの時間を充分に長くしなけ
ればならず、応力棒が長大なものとなる。場合によって
は、応力棒の長さを10m以上にしなければならないこ
ともあり、従って、材料試験機が広いスペースを占有す
るということがホプキンソン棒法の短所となっていた。
また、長大な応力棒を使用するときは、応力棒に貼着し
たひずみゲージによる出力と、試験片に印加した動的荷
重(または衝撃荷重)との間の荷重検定を、十分な精度
で行うことに、実質上、困難を伴うという短所もあっ
た。
は、細長い応力棒を伝播する応力波を利用して、試験片
に実際に作用した動的荷重を計測するようにしていた。
これに対して、ブロック部材を用いて応力波伝播現象を
消滅させて、上述の短所を克服することが提案されてい
る。そのようにした装置及び方法は、例えば、中馬、古
藤、海津、及び谷村による論文「衝撃端力検出装置の改
良とその応用」(日本機械学会論文集(A編)59巻5
68号(1993−12)論文No.93−0039)
に記載されており、同論文中では、ブロック部材を利用
した荷重検出装置は検力台と呼ばれている。
きな鋼製のブロックに、そのブロックと比べて充分に小
さい鋼製の小突起を設けて、その小突起を衝撃端とし、
その小突起にひずみゲージを貼着することで検力台を構
成している。この検力台の小突起の先端部に載置した試
験片に、ブロック状の荷重印加部材を用いて衝撃荷重を
加える。すると、それによって発生した応力波が、小突
起の先端部から基端部へ伝播し、更にその基端部からブ
ロックの中へ拡散して行く。ブロックの囲りの境界で反
射した応力波のうち、小突起の中へ戻ってくる割合は非
常に僅かであるため、応力波伝播現象が消滅し、衝撃荷
重の印加によって発生する衝撃端力を、反射波の重畳に
よる乱れの少ない状態で、直接的にかつ感度よく検出す
ることができる。
試験機を非常にコンパクトなものにすることができ、そ
のため、ホプキンソン棒法に付随していた上述の短所が
解決されている。また、計測精度も良好であると報告さ
れている。
出手段として上述の検力台を使用した材料試験機は、衝
撃圧縮試験には適しているが、それを用いて高ひずみ速
度の衝撃引張試験を行おうとすると、様々な問題が発生
する。即ち、上述の検力台を使用した材料試験機におい
ては、必然的に、試験片に近接した位置に寸法の大きな
ブロックが存在する。そのため、そのような材料試験機
には、引張試験のために特殊な形の試験片及び引張試験
用治具を調製しなければならないという問題、試験片に
衝突させて衝撃荷重を印加するための荷重印加部材の助
走距離を高ひずみ速度が得られる充分な長さにすること
が困難であるという問題、それに、引張試験用治具を用
いることにより計測したひずみ波形に大きなノイズが混
入して計測精度が低下し易くなるという問題などが付随
していた。
れたものであり、本発明の第1の目的は、準静的荷重を
印加して行う低速材料試験から、大きな衝撃荷重を印加
して行う超高速材料試験に至るまで、広いひずみ速度域
で、しかも幅広い変形域の材料試験に好適に対応するこ
とができる材料試験機を提供することにある。この材料
試験機は更に、計測して得られる荷重波形が、ひずみ速
度が約103 /秒以上の高ひずみ速度試験でもノイズが
少なく、その立上り部分から十分な精度を有する波形と
して得られるものである。また、試験片の形状として
は、丸棒形、平板形、及びその他の種々の形状に対応し
得るものである。また、ブロック状の荷重印加部材を用
いて衝撃荷重を印加しているので、前記の検力台のブロ
ック中の応力波伝播現象を消滅させることと同じ原理
で、反射波の重畳による乱れの少ない状態での、安定し
た衝撃荷重を、必要とする十分長時間にわたって試験片
に印加することができて、高ひずみ速度での材料試験を
高精度で行えるようにしたものである。また、材料試験
の種類としては、圧縮試験のみならず、適当な治具を使
用することによって、引張試験、せん断試験、破壊靱性
試験等をはじめとする様々な種類の材料試験にも対応す
ることができ、それら試験を広いひずみ速度域で行える
ものである。
試験機を用いて引張試験を行う場合に、その引張試験を
好適に行えるようにする引張試験用治具セットを提供す
ることにある。
試験機を用いて材料試験を行う場合の、好適な材料試験
方法を提供することにある。
るため、請求項1に記載した本発明の材料試験機は、フ
レームと、試験片に所定方向の荷重を印加する荷重印加
手段と、試験片に印加された荷重を計測する荷重計測手
段とを備えた材料試験機において、(a)前記荷重計測
手段は、前記フレームに支持された計測用ブロックを含
んでおり、該計測用ブロックは、充分な大きさ及び質量
を有するボディ部分と、先端と基端と前記所定方向に延
在する軸心とを有し前記基端において前記ボディ部分に
接続した少なくとも1個の計測用柱状小突起とを備えて
おり、(b)前記荷重計測手段は更に、前記計測用柱状
小突起の側面に貼着された複数のひずみゲージと、前記
複数のひずみゲージの出力を処理することで前記計測用
柱状小突起に作用している荷重を求める処理手段とを含
んでおり、(c)前記計測用ブロックは、前記計測用柱
状小突起の前記先端に衝撃荷重が作用したときに該先端
に発生して該計測用柱状小突起の中を前記軸心に沿って
前記基端へ伝播した応力波のうち、該基端から前記ボデ
ィ部分の中へ伝播した部分が、前記ボディ部分の周囲の
境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝
播に伴う動的挙動を消散し得るように構成してあり、
(d)前記計測用ブロックは、前記計測用柱状小突起の
長さを十分に短くすることにより、前記基端へ伝播した
前記応力波のうち、該基端で反射されて前記先端へ戻さ
れる部分によって発生する前記先端と前記基端との間で
の応力波往復現象の往復周期が前記衝撃荷重の持続時間
と比べて十分に短くなるようにすることで、前記応力波
往復現象に起因する前記計測用柱状小突起の動的挙動
の、荷重計測結果に対する影響を十分に小さくし得るよ
うにしてあり、(e)前記荷重計測手段は、前記計測用
柱状小突起の先端に前記軸心方向の静的ないし準静的荷
重が作用することによって発生する該計測用柱状小突起
の静的ないし準静的ひずみを計測することで、その静的
ないし準静的荷重を計測できるように、また、前記応力
波によって発生する前記計測用柱状小突起の動的ひずみ
を計測することで、前記応力波を発生させた衝撃荷重を
計測できるように構成してあり、(f)前記荷重印加手
段は、荷重印加用ブロックと、前記荷重印加用ブロック
を前記所定方向に運動可能に案内する前記フレームに支
持された案内手段と、前記荷重印加用ブロックを駆動す
る駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段とを含
んでおり、(g)該材料試験機に装着した試験片へ前記
荷重印加用ブロックを介して印加される荷重が前記計測
用ブロックの前記計測用柱状小突起の先端へ伝達される
ようにして、試験片が該材料試験機に装着されるように
したことを特徴としている。
験機は、(h)前記荷重印加用ブロックは、充分な大き
さ及び質量を有するボディ部分と、試験片に荷重を印加
するための前記ボディ部分から突出した少なくとも1個
の荷重印加用突起とを備えており、前記荷重印加用突起
に衝撃荷重が作用したときに該荷重印加用突起に発生し
て前記荷重印加用ブロックの前記ボディ部分の中へ伝播
した応力波が、該ボディ部分の周囲の境界で多数回の反
射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動
による印加荷重への影響を消滅し得るように構成してあ
ることを特徴としている。
験機は、(i)該材料試験機に装着されて荷重が印加さ
れた試験片に発生したひずみを計測する手段を更に備え
たことを特徴としている。
験機は、前記駆動手段が、前記荷重印加用ブロックを所
望の速度まで加速することが可能であり、加速された前
記荷重印加用ブロックの衝突によって試験片へ衝撃荷重
が加わるようにすることで、比較的高いひずみ速度域で
の材料試験が行えるようにしたことを特徴としている。
験機は、前記駆動手段が更に、前記制御手段によって制
御された変位速度で前記荷重印加用ブロックを前記所定
方向に変位させることも可能であり、それによって比較
的低いひずみ速度域での材料試験も行えるようにしたこ
とを特徴としている。
験機は、前記駆動手段が更に、前記制御手段によって制
御された大きさの荷重が前記荷重印加用ブロックから試
験片へ印加されるように、前記荷重印加用ブロックを前
記所定方向に付勢することも可能であり、それによって
静的荷重を用いた材料試験及び準静的荷重を用いた材料
試験も行えるようにしたことを特徴としている。
験機は、前記所定方向が鉛直方向であり、前記駆動手段
が、前記荷重印加用ブロックを昇降動させる昇降動手段
と、前記荷重印加用ブロックの鉛直方向位置を計測する
手段とを備えており、前記駆動手段が、前記荷重印加用
ブロックを、前記制御手段によって制御された鉛直方向
位置から自由落下させることが可能であり、自由落下に
よって加速された前記荷重印加用ブロックの衝突によっ
て試験片へ衝撃荷重が加わるようにすることで、比較的
高いひずみ速度域での材料試験が行えるようにしたこと
を特徴としている。
験機は、前記駆動手段が更に、前記制御手段によって制
御された変位速度で前記荷重印加用ブロックを昇降動さ
せることも可能であり、それによって比較的低いひずみ
速度域での材料試験も行えるようにしたことを特徴とし
ている。
験機は、前記駆動手段が更に、前記制御手段によって制
御された大きさの荷重が前記荷重印加用ブロックから試
験片へ印加されるように、前記荷重印加用ブロックを鉛
直方向に付勢することも可能であり、それによって静的
荷重を用いた材料試験及び準静的荷重を用いた材料試験
も行えるようにしたことを特徴としている。
試験機は、前記所定方向が鉛直方向であり、前記荷重印
加用ブロックが、前記計測用ブロックの上方に配設され
ており、前記計測用ブロックが、前記荷重印加用ブロッ
クに対向する上面を有し、該上面に一対の前記計測用柱
状小突起を備えており、前記計測用ブロックが、前記一
対の計測用柱状小突起の間に、治具を装着した試験片を
収容することのできる凹部を備えており、前記一対の計
測用柱状突起が、試験片を該材料試験機に装着するとき
に、その試験片に装着した治具を、それら一対の計測用
柱状小突起の先端に載置できるようにしてあることを特
徴としている。
試験機は、請求項10に記載した特徴に加えて更に、前
記荷重印加用ブロックが、前記計測用ブロックに対向す
る下面を有し、該下面に一対の荷重印加用柱状小突起を
備えており、前記一対の計測用柱状突起が、試験片に荷
重を印加するときに、それら一対の計測用柱状小突起の
先端が、その試験片に装着した治具に当接できるように
してあることを特徴としている。
試験機は、請求項10に記載した特徴に加えて更に、前
記荷重印加用ブロックが、前記計測用ブロックに対向す
る下面を有し、該下面の略々中央部に荷重印加面を備え
ており、前記荷重印加面が、試験片に荷重を印加すると
きに、その試験片に装着した治具に当接できるようにし
てあることを特徴としている。
試験機は、前記計測用ブロックが、前記所定方向に対し
て横方向に前記ボディ部分から張出した張出部を備えて
おり、該張出部は、前記所定方向に対して横方向に延在
する端面を有し、前記計測用ブロックが、前記端面に前
記計測用柱状小突起を備えており、前記計測用柱状小突
起が、その先端に、試験片を連結するための連結部を備
えていることを特徴としている。
試験機は、請求項13に記載した特徴に加えて更に、前
記計測用柱状小突起の先端の前記連結部が、試験片に直
接連結可能であることを特徴としている。
試験機は、請求項13に記載した特徴に加えて更に、前
記計測用柱状小突起の先端の前記連結部が、試験片に連
結した治具を該連結部に連結することによってその試験
片に連結可能であることを特徴としている。
試験機は、請求項13に記載した特徴に加えて更に、前
記案内手段が、前記荷重印加用ブロックが前記計測用ブ
ロックの前記張出部に近接して前記計測用ブロックの側
方を通過可能なように、前記荷重印加用ブロックを案内
しており、前記荷重印加用ブロックが、一端を前記計測
用柱状小突起の前記連結部に連結した試験片の他端に装
着した治具に係合可能な係合部を備えていることを特徴
としている。
試験機は、請求項13に記載した特徴に加えて更に、前
記案内手段が、前記荷重印加用ブロックが前記計測用ブ
ロックの前記張出部に近接して前記計測用ブロックの側
方を通過可能なように、前記荷重印加用ブロックを案内
しており、前記荷重印加用ブロックが、一端を前記計測
用柱状小突起の前記連結部に連結した試験片の他端に係
合可能な係合部を備えていることを特徴としている。
試験機は、前記荷重印加用ブロックの前記係合部が、前
記所定方向に対して横方向に突出した一対の突起から成
ることを特徴としている。
試験機は、前記張出部が、前記所定方向に延在し略々一
定の横断面を有する細長い突条から成り、前記荷重印加
用ブロックの前記一対の突起が、前記荷重印加用ブロッ
クが前記計測用ブロックの側方を通過するときに、前記
突条の両側を通過するようにしてあることを特徴として
いる。
試験機は、前記計測用ブロックが、前記所定方向に対し
て横方向に前記ボディ部分から張出した張出部を備えて
おり、前記張出部が、前記所定方向に対して横方向に延
在する互いに逆方向を向いた一対の端面を有し、前記計
測用ブロックが、前記一対の端面の各々に前記計測用柱
状小突起を備えており、前記一対の計測用柱状小突起の
少なくとも一方が、その先端に、試験片を連結するため
の連結部を備えており、前記案内手段が、前記荷重印加
用ブロックが前記計測用ブロックの前記張出部に近接し
て前記計測用ブロックの側方を通過可能なように、前記
荷重印加用ブロックを案内しており、前記荷重印加用ブ
ロックが、一端を前記計測用柱状小突起の前記連結部に
連結した試験片の他端に装着した治具に係合可能な係合
部を備えていることを特徴としている。
試験機は、前記計測用ブロックが、前記所定方向に対し
て横方向に前記ボディ部分から張出した張出部を備えて
おり、前記張出部が、前記所定方向に対して横方向に延
在する互いに逆方向を向いた一対の端面を有し、前記計
測用ブロックが、前記一対の端面の各々に前記計測用柱
状小突起を備えており、前記一対の計測用柱状小突起の
少なくとも一方が、その先端に、試験片を連結するため
の連結部を備えており、前記案内手段が、前記荷重印加
用ブロックが前記計測用ブロックの前記張出部に近接し
て前記計測用ブロックの側方を通過可能なように、前記
荷重印加用ブロックを案内しており、前記荷重印加用ブ
ロックが、一端を前記計測用柱状小突起の前記連結部に
連結した試験片の他端に係合可能な係合部を備えている
ことを特徴としている。
試験機は、前記荷重印加用ブロックの前記係合部が、前
記所定方向に対して横方向に突出した一対の突起から成
ることを特徴としている。
試験機は、請求項22に記載した特徴に加えて、前記張
出部が、前記所定方向に延在し略々一定の横断面を有す
る細長い突条から成り、前記荷重印加用ブロックの前記
一対の突起が、前記荷重印加用ブロックが前記計測用ブ
ロックの側方を通過するときに、前記突条の両側を通過
するようにしてあることを特徴としている。
試験機は、前記所定方向が鉛直方向であり、前記計測用
ブロックが、鉛直方向に対して横方向に前記ボディ部分
から張出した張出部を備えており、前記張出部が、鉛直
方向に対して横方向に延在し下方を向いた端面を有し、
前記計測用ブロックが、前記端面に前記計測用柱状小突
起を備えており、前記計測用柱状小突起は、その先端
が、鉛直方向下方を向いており、前記計測用柱状小突起
は、その先端に、試験片を連結するための連結部を備え
ていることを特徴としている。
試験機は、前記計測用柱状小突起の先端の前記連結部
が、試験片に直接連結可能であることを特徴としてい
る。
試験機は、前記計測用柱状小突起の先端の前記連結部
が、試験片に連結した治具を該連結部に連結することに
よってその試験片に連結可能であることを特徴としてい
る。
試験機は、請求項24に記載した特徴に加えて、前記案
内手段が、前記荷重印加用ブロックが前記計測用ブロッ
クの前記張出部に近接して前記計測用ブロックの側方を
通過可能なように、前記荷重印加用ブロックを案内して
おり、前記荷重印加用ブロックが、一端を前記計測用柱
状小突起の前記連結部に連結した試験片の他端に装着し
た治具に係合可能な係合部を備えていることを特徴とし
ている。
試験機は、請求項24に記載した特徴に加えて、前記案
内手段が、前記荷重印加用ブロックが前記計測用ブロッ
クの前記張出部に近接して前記計測用ブロックの側方を
通過可能なように、前記荷重印加用ブロックを案内して
おり、前記荷重印加用ブロックが、一端を前記計測用柱
状小突起の前記連結部に連結した試験片の他端に係合可
能な係合部を備えていることを特徴としている。
試験機は、前記荷重印加用ブロックの前記係合部が、鉛
直方向に対して横方向に突出した一対の突起から成るこ
とを特徴としている。
試験機は、前記張出部が、前記所定方向に延在し略々一
定の横断面を有する細長い突条から成り、前記荷重印加
用ブロックの前記一対の突起が、前記荷重印加用ブロッ
クが前記計測用ブロックの側方を通過するときに、前記
突条の両側を通過するようにしてあることを特徴として
いる。
試験機は、請求項24に記載した特徴に加えて、前記駆
動手段が、前記荷重印加用ブロックを昇降動させる昇降
動手段と、前記荷重印加用ブロックの鉛直方向位置を計
測する手段とを備えており、前記駆動手段が、前記荷重
印加用ブロックを、前記制御手段によって制御された鉛
直方向位置から自由落下させることが可能であり、自由
落下によって加速された前記荷重印加用ブロックの衝突
によって試験片へ衝撃荷重が加わるようにすることで、
比較的高いひずみ速度域での材料試験が行えるようにし
たことを特徴としている。
試験機は、前記駆動手段が更に、前記制御手段によって
制御された変位速度で前記荷重印加用ブロックを昇降動
させることも可能であり、それによって比較的低いひず
み速度域での材料試験が行えるようにしたことを特徴と
している。
試験機は、前記駆動手段が更に、前記制御手段によって
制御された大きさの荷重が前記荷重印加用ブロックから
試験片へ印加されるように、前記荷重印加用ブロックを
鉛直方向に付勢することも可能であり、それによって静
的荷重を用いた材料試験及び準静的荷重を用いた材料試
験が行えるようにしたことを特徴としている。
求項34に記載した本発明の引張試験用治具セットは、
請求項10記載の材料試験機を用いて引張試験を行うた
めの引張試験用治具セットにおいて、(a)前記荷重印
加手段の前記荷重印加用ブロックと前記荷重計測手段の
前記計測用ブロックとの間に、第1端を前記荷重印加用
ブロックに向け第2端を前記計測用ブロックに向けて配
設される試験片の、前記第1端と前記第2端とに夫々連
結される第1治具と第2治具とを含み、(b)前記第1
治具は、試験片の前記第1端に連結され前記一対の計測
用柱状小突起の先端と当接するように配設され、(c)
前記第2治具は、試験片の前記第2端に連結され試験実
行時に前記荷重印加用ブロックから荷重が印加されるよ
うに配置され、(d)前記荷重印加用ブロックが前記第
2治具に圧縮荷重を印加することで、試験片に引張荷重
が作用するようにしたことを特徴としている。
試験用治具セットは、前記第1治具が、長手方向両端部
において前記一対の計測用柱状小突起の先端に当接し、
長手方向中央部が試験片の前記第1端に連結される細長
い形状に形成されていることを特徴としている。
試験用治具セットは、請求項11記載の材料試験機を用
いて引張試験を行うための引張試験用治具セットにおい
て、(a)前記荷重印加手段の前記荷重印加用ブロック
と前記荷重計測手段の前記計測用ブロックとの間に、第
1端を前記荷重印加用ブロックに向け第2端を前記計測
用ブロックに向けて配設される試験片の、前記第1端と
前記第2端とに夫々連結される第1治具と第2治具とを
含み、(b)前記第1治具は、試験片の前記第1端に連
結され前記一対の計測用柱状小突起の先端と当接するよ
うに配設され、(c)前記第2治具は、試験片の前記第
2端に連結され試験実行時に前記荷重印加用ブロックか
ら荷重が印加されるように配置され、(d)前記第1治
具が、長手方向両端部において前記一対の計測用柱状小
突起の先端に当接し、長手方向中央部が試験片の前記第
1端に連結される細長い形状に形成されており、(e)
前記第2治具が、長手方向両端部において前記一対の荷
重印加用柱状小突起の先端から荷重が印加され、長手方
向中央部が試験片の前記第2端に連結される細長い形状
に形成されており、(f)前記荷重印加用ブロックが前
記第2治具に圧縮荷重を印加することで、試験片に引張
荷重が作用するようにしたことを特徴としている。
試験用治具セットは、請求項12記載の材料試験機を用
いて引張試験を行うための引張試験用治具セットにおい
て、(a)前記荷重印加手段の前記荷重印加用ブロック
と前記荷重計測手段の前記計測用ブロックとの間に、第
1端を前記荷重印加用ブロックに向け第2端を前記計測
用ブロックに向けて配設される試験片の、前記第1端と
前記第2端とに夫々連結される第1治具と第2治具とを
含み、(b)前記第1治具は、試験片の前記第1端に連
結され前記一対の計測用柱状小突起の先端と当接するよ
うに配設され、(c)前記第2治具は、試験片の前記第
2端に連結され試験実行時に前記荷重印加用ブロックか
ら荷重が印加されるように配置され、(d)前記第1治
具が、長手方向両端部において前記一対の計測用柱状小
突起の先端に当接し、長手方向中央部が試験片の前記第
1端に連結される細長い形状に形成されており、(e)
前記第2治具が、4辺を有する角リング形状に形成され
ており、前記4辺のうちの第1辺において試験片の前記
第2端に連結され、前記4辺のうちの前記第1辺と対向
する第2辺に前記荷重印加用ブロックの荷重印加面から
荷重が印加されるようにしてあり、(f)前記荷重印加
用ブロックが前記第2治具に圧縮荷重を印加すること
で、試験片に引張荷重が作用するようにしたことを特徴
としている。
試験用治具セットは、前記第2治具の、前記荷重印加用
ブロックの荷重印加面から荷重が印加される面に、緩衝
材を設けたことを特徴としている。
求項39に記載した本発明の材料試験方法は、請求項1
3記載の材料試験機を用いて実行する材料試験方法にお
いて、(a)第1端と第2端と軸心とを有し、それら第
1端と第2端との間に前記軸心の方向の引張荷重を印加
して引張材料試験を行うようにした引張試験用試験片を
用意し、(b)前記引張試験用試験片の前記第1端を前
記計測用柱状小突起の先端の前記連結部に連結して、該
引張試験用試験片の前記軸心が前記所定方向に延在する
ようにし、(c)前記引張試験用試験片の前記第2端に
治具を連結し、(d)前記荷重印加用ブロックを、前記
引張試験用試験片の前記第1端から前記第2端の方向へ
運動するように駆動して、該荷重印加用ブロックから前
記引張試験用試験片の前記第2端に連結した前記治具に
荷重を印加することを特徴としている。
試験方法は、前記荷重印加用ブロックを駆動する際に、
前記引張試験用試験片に比較的高いひずみ速度のひずみ
を発生させるような駆動速度で駆動を行うことを特徴と
している。
試験方法は、前記荷重印加用ブロックを駆動する際に、
前記引張試験用試験片に比較的低いひずみ速度のひずみ
を発生させるような駆動速度で駆動を行うことを特徴と
している。
試験方法は、請求項13記載の材料試験機を用いて実行
する材料試験方法において、(a)第1取付部と第2取
付部とを有し、それら第1取付部と第2取付部との間に
荷重を印加して材料試験を行うようにした試験片を用意
し、(b)前記試験片の前記第1取付部を、前記計測用
柱状小突起の先端の前記連結部に連結し、(c)前記試
験片の前記第2取付部に治具を連結し、(d)前記荷重
印加用ブロックを駆動して、該荷重印加用ブロックから
前記試験片の前記第2取付部に連結した前記治具に荷重
を印加することを特徴としている。
試験方法は、請求項13記載の材料試験機を用いて実行
する材料試験方法において、(a)一端に取付部を有
し、他端に前記荷重印加用ブロックが係合する係合部を
有し、それら取付部と係合部との間に荷重を印加して材
料試験を行うようにした試験片を用意し、(b)前記試
験片の前記取付部を、前記計測用柱状小突起の先端の前
記連結部に連結し、(c)前記荷重印加用ブロックを駆
動して、該荷重印加用ブロックから前記試験片の前記係
合部に荷重を印加することを特徴としている。
試験方法は、前記試験片がせん断試験用試験片であるこ
とを特徴としている。
試験方法は、前記試験片が破壊靱性試験用試験片である
ことを特徴としている。
試験方法は、前記試験片が高速打抜試験用試験片である
ことを特徴としている。
試験方法は、前記試験片が曲げ試験用試験片であること
を特徴としている。
試験方法は、前記荷重印加用ブロックを駆動する際に、
前記試験片に比較的高いひずみ速度のひずみを発生させ
るような駆動速度で駆動を行うことを特徴としている。
試験方法は、前記荷重印加用ブロックを駆動する際に、
前記試験片に比較的低いひずみ速度のひずみを発生させ
るような駆動速度で駆動を行うことを特徴としている。
よれば、充分な大きさ及び質量を有するボディ部分と、
先端と基端と前記所定方向に延在する軸心とを有し前記
基端において前記ボディ部分に接続した少なくとも1個
の計測用柱状小突起とを備えた計測用ブロックの、その
計測用柱状小突起の側面にひずみゲージを貼着して構成
した荷重計測手段を備えており、この荷重計測手段を、
ロードセルとして使用して静的荷重ないし準静的荷重を
計測することもでき、また、検力台として使用して衝撃
荷重を計測することもできるため、準静的荷重を印加し
て行う低速材料試験から、大きな衝撃荷重を印加して行
う超高速材料試験に至るまで、広いひずみ速度域での材
料試験に好適に対応することが可能である。また、検力
台の原理を応用した荷重印加用ブロックを備えているの
で、ノイズの少ない、安定した、しかも必要とする十分
長時間の衝撃荷重を試験片に印加することが可能であ
る。また、試験片の一端側へ直接荷重を印加できるの
で、特に高ひずみ速度域での材料試験時で、しばしば大
きな問題となっている動的荷重(または衝撃荷重)の印
加初期における荷重波形の乱れを十分に小さくできる。
この材料試験機は更に、計測して得られる荷重波形が、
ひずみ速度が約103 /秒以上の高ひずみ速度試験でも
ノイズが少なく、その立上り部分から十分な精度を有す
る波形として得られる。また、試験片の形状としては、
丸棒形、平板形、及びその他の種々の形状に対応可能で
ある。また、材料試験の種類としては、圧縮試験のみな
らず、適当な治具を使用することによって、引張試験、
せん断試験、破壊靱性試験等をはじめとする様々な種類
の材料試験にも対応可能であり、それら試験を広いひず
み速度域で行うことが可能である。
験機によれば、荷重印加用ブロックが、充分な大きさ及
び質量を有するボディ部分と、試験片に荷重を印加する
ための前記ボディ部分から突出した少なくとも1個の荷
重印加用突起とを備え、荷重印加用突起に衝撃荷重が作
用したときにその荷重印加用突起に発生してこの荷重印
加用ブロックのボディ部分の中へ伝播した応力波が、該
ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すこと
によって、応力波伝播に伴う動的挙動による印加荷重へ
の影響を消滅し得るように構成されているため、荷重印
加用ブロック中に発生した応力波が、計測して得られる
荷重波形に悪影響を及ぼすおそれが低減されており、よ
り良好な材料試験を行うことが可能である。
験機によれば、材料試験機に装着されて荷重が印加され
た試験片に発生したひずみを計測する手段を更に備えた
ため、より多くの種類の材料試験に対応し得る、多用途
の材料試験機を構成することが可能である。
験機によれば、試験片に発生させる変形速度を高精度で
制御することができるため、比較的高いひずみ速度の材
料試験を高精度で実行することが可能である。
験機によれば、試験片に発生させるひずみ速度を高精度
で制御することができるため、比較的低いひずみ速度の
材料試験を高精度で実行することが可能である。
験機によれば、試験片に印加する静的荷重及び準静的荷
重を高精度で制御することができるため、それら荷重を
用いた材料試験を高精度で実行することが可能である。
験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合に、
簡明な構成で、試験片に発生させる変形速度を高精度で
制御することができるため、比較的高いひずみ速度の材
料試験を高精度で実行することが可能である。
験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合に、
簡明な構成で、試験片に発生させるひずみ速度を高精度
で制御することができるため、比較的低いひずみ速度の
材料試験を高精度で実行することが可能である。
験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合に、
試験片に印加する静的荷重及び準静的荷重を高精度で制
御することができるため、それら荷重を用いた材料試験
を高精度で実行することが可能である。
試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とすると共
に、荷重印加用ブロックと計測用ブロックとを上下に対
向させて配設したため、簡明な形態の治具と、簡明な形
態の荷重印加用ブロックとを使用して、準静的荷重を印
加して行う低速材料試験から、大きな衝撃荷重を印加し
て行う超高速材料試験に至るまで、広いひずみ速度域で
の引張試験に好適に対応することが可能である。
試験機によれば、使用する治具の形態を特に簡明なもの
とすることが可能である。
試験機によれば、荷重印加用ブロックの形態を特に簡明
なものとすることが可能である。
試験機によれば、計測用ブロックの側方張出部に計測用
柱状小突起を設けたことから、大きな伸び量が取れ、そ
のため、金属材料ばかりでなく、より大きな伸びを発生
するプラスチック等をはじめとするその他の種々の材料
の試験にも好適に使用することができる。また、小突起
に曲げが作用するときなどに生じるこの小突起の曲げ振
動などによる荷重計測時の荷重計測波形の乱れが少なく
なる。また、試験片の形状や大きさが変わっても容易に
対応することができる。更に、試験片が計測用ブロック
に囲繞されておらず、外部に露出されているため、作業
性がよく、また、試験片を室温と比べてはるかに高温ま
たは低温にして行う材料試験が容易になる。
試験機によれば、試験片と計測用柱状小突起の間に介在
する質量が小さくなるため、より高精度の試験結果が得
られる。
試験機によれば、使用する治具を交換することにより、
多種多様な試験片と、多種多様な材料試験とに対応する
ことが可能である。
本発明の材料試験機によれば、請求項12に記載した材
料試験機をコンパクトに構成することが可能であり、そ
れらのうちでも特に、請求項17に記載した本発明の材
料試験機によれば、荷重印加用ブロックが、一端を計測
用柱状小突起の連結部に連結した試験片の他端に直接係
合可能であることから、特に高ひずみ速度域で、しばし
ば大きな問題となっている動的荷重(または衝撃荷重)
の印加初期における荷重波形の乱れが十分に小さくなる
ため、変形初期の材料試験も精度良く行うことが可能で
ある。
発明の材料試験機によれば、上方を向いた計測用柱状小
突起と下方を向いた計測用柱状小突起とを備えているた
め、より多様な材料試験を、より容易に実行することが
可能であり、それらのうちでも特に、請求項21に記載
した本発明の材料試験機によれば、荷重印加用ブロック
が、一端を計測用柱状小突起の連結部に連結した試験片
の他端に直接係合可能であることから、特に高ひずみ速
度域で、しばしば大きな問題となっている動的荷重(ま
たは衝撃荷重)の印加初期における荷重波形の乱れが十
分に小さくなるため、変形初期の材料試験も精度良く行
うことが可能である。
発明の材料試験機によれば、請求項20または21に記
載した材料試験機を、特にコンパクトに構成することが
可能である。
試験機によれば、請求項13に記載した本発明の材料試
験機と同様の効果が得られることに加えて、荷重印加方
向が鉛直方向であることから、材料試験機の設計が更に
容易になる。
試験機によれば、試験片と計測用柱状小突起の間に介在
する質量が小さくなるため、より高精度の試験結果が得
られる。
試験機によれば、使用する治具を交換することにより、
多種多様な試験片と、多種多様な材料試験とに対応する
ことが可能である。
本発明の材料試験機によれば、請求項24に記載した材
料試験機をコンパクトに構成することが可能であり、そ
れらのうちでも特に、請求項28に記載した本発明の材
料試験機によれば、荷重印加用ブロックが、一端を計測
用柱状小突起の連結部に連結した試験片の他端に直接係
合可能であることから、特に高ひずみ速度域で、しばし
ば大きな問題となっている動的荷重(または衝撃荷重)
の印加初期における荷重波形の乱れが十分に小さくなる
ため、変形初期の材料試験も精度良く行うことが可能で
ある。
試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合
に、簡明な構成で、試験片に発生させる変形速度を高精
度で制御することができるため、比較的高いひずみ速度
の材料試験を高精度で実行することが可能である。
試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合
に、試験片に発生させるひずみ速度を高精度で制御する
ことができるため、比較的低いひずみ速度の材料試験を
高精度で実行することが可能である。
試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合
に、試験片に印加する静的荷重及び準静的荷重を高精度
で制御することができるため、それら荷重を用いた材料
試験を高精度で実行することが可能である。
用いて引張試験を行う場合に、請求項34に記載した本
発明の引張試験用治具セットを使用するならば、衝撃引
張試験において荷重ないしひずみの計測を充分な時間に
亘って行うことができ、その荷重波形はノイズの少ない
精度の高いものとなり、低ひずみ速度域の準静的試験か
ら高ひずみ速度域の衝撃試験までの広いひずみ速度域に
おける引張試験を行うことができ、試験片の形状として
丸棒形と平板形とのいずれにも対応することができ、荷
重計測を荷重パルスの立上り部分から計測することがで
き、更に、引張試験における作業性も改善することが可
能である。
試験用治具セットによれば、第1治具を低コストで製作
することができると共に、治具セットと試験片とから成
るアセンブリを計測用ブロックに装着する作業も容易に
行うことが可能である。
用いて引張試験を行う場合に、請求項36に記載した本
発明の引張試験用治具セットを使用するならば、第2治
具を低コストで製作することができると共に、治具セッ
トと試験片とから成るアセンブリを計測用ブロックに装
着する作業も容易に行うことが可能である。
用いて引張試験を行う場合に、請求項37に記載した本
発明の引張試験用治具セットを使用するならば、第2治
具をコンパクトな構成で剛性の大きなものとすることが
できると共に、第2治具の中央に荷重を印加することが
できることから、更に高精度の荷重計測が可能である。
試験用治具セットによれば、荷重印加用ブロックが第2
治具に衝突したときに、第2治具が弾かれ難くなるた
め、荷重波形のノイズが低減されることから、更に高精
度の荷重計測が可能である。
用いて引張試験を行う場合に、請求項39に記載した本
発明の材料試験方法によって行うならば、請求項13に
記載した材料試験機の利点を十分に享受することのでき
る、好適な引張試験を実行することが可能である。
に記載した方法が、比較的高いひずみ速度の材料試験
と、比較的低いひずみ速度の材料試験とのいずれにも好
適に対応できることを明示したものである。
用いて引張試験を行う場合に、請求項42または43に
記載した本発明の材料試験方法によって行うならば、請
求項13に記載した材料試験機の利点を十分に享受する
ことのできる、好適な種々の材料試験を実行することが
可能であり、それらのうちでも特に、請求項43に記載
した本発明の材料試験機によれば、荷重印加用ブロック
が、一端を計測用柱状小突起の連結部に連結した試験片
の他端に直接係合可能であることから、特に高ひずみ速
度域で、しばしば大きな問題となっている動的荷重(ま
たは衝撃荷重)の印加初期における荷重波形の乱れが十
分に小さくなるため、変形初期の材料試験も精度良く行
うことが可能である。
42または43に記載した方法が、多種多様な材料試験
に好適に対応できることを明示したものである。
または43に記載した方法が、比較的高いひずみ速度の
材料試験と、比較的低いひずみ速度の材料試験とのいず
れにも好適に対応できることを明示したものである。
について、図面を参照しつつ説明して行く。図1は、本
発明の第1の実施の形態にかかる材料試験機の構成を模
式的に示したブロック図、図2の(a)及び(b)は、
図1の材料試験機の荷重計測手段及び荷重印加手段の主
要構成要素を示した断面図、図3は、図1の材料試験機
の一対の計測用柱状小突起の斜視図、図4は、図1の材
料試験機に用いる引張試験用治具セットであって丸棒形
の試験片に対応した治具セットの分解斜視図、図5は、
図1の材料試験機に用いる引張試験用治具セットであっ
て平板形の試験片に対応した治具セットの分解斜視図で
ある。
の第1の実施の形態にかかる材料試験機10は、フレー
ム12と、試験片TP(図4及び図5参照)に荷重を印
加する荷重印加手段と、試験片TPに印加された荷重を
計測する荷重計測手段と、試験片TPに荷重が印加され
たときに、その試験片TPに発生するひずみを計測する
ひずみ計測手段とを備えたものである。
と、この荷重印加用ブロック14を鉛直方向に移動可能
に案内し、かつ駆動するためのアクチュエータ・アセン
ブリ16と、このアクチュエータ・アセンブリ16を制
御するアクチュエータ・コントローラ18及びコンピュ
ータ20とで構成されている。
及び質量を有する鋼製ブロックである。このブロック1
4の材料は、試験中にこのブロック14に作用する荷重
に耐え得る十分な靱性及び強度を有するものでありさえ
すればよく、例えば燐青銅等の鋼以外の材料を使用する
ことも可能である。アクチュエータ・アセンブリ16
は、油圧シリンダから成り、油圧シリンダの動作を制御
する制御弁16aと、油圧シリンダのピストン位置を検
出してそれを表す位置信号を出力する位置センサ16b
とを備えている。アクチュエータ・アセンブリ16は更
に、リニアベアリング16cによって鉛直方向に運動可
能に支持された鉛直方向に延在するラム・ロッド16d
を備えており、このラム・ロッド16dの下端に荷重印
加用ブロック14が取付けられている。荷重印加用ブロ
ック14は、ラム・ロッド16dに完全に不動に固定さ
れているのではなく、荷重印加用ブロック14に上向き
の大きな力が加わったならば、荷重印加用ブロック14
がラム・ロッド16dに対して上方へ相対的に僅かなが
らシフトできるようにしてある。これはロスト・モーシ
ョン機構ないし弾性部材を介して両者を連結することに
よって可能である。
た油圧シリンダのピストン・ロッドは、クラッチ16e
を介して、ラム・ロッド16dに接続可能にしてある。
クラッチ16eを接続状態にして油圧シリンダを作動さ
せることによって、荷重印加用ブロック14を昇降動さ
せることができる。また、荷重印加用ブロック14の鉛
直方向位置は、位置センサ16bから出力される位置信
号によって知ることができる。クラッチ16eを切断状
態とすることによって、所望の高さから荷重印加用ブロ
ック14を自由落下させることができ、自由落下によっ
て加速された荷重印加用ブロック14の衝突によって試
験片へ衝撃荷重が加わるようにすることで、比較的高い
ひずみ速度域での材料試験(高材料試験及び超高速材料
試験)を行うことができる。
を取付けることができ、使用する付加ウェイトを適宜選
択することによって、試験片に印加する衝撃荷重を発生
させるための落下質量(慣性質量)を調節することがで
きる。尚、ラム・ロッド16dの質量は、衝撃荷重を発
生させるための慣性質量には含まれないようにし、ラム
・ロッド16dと荷重印加用ブロック14との間では応
力波が透過しない構造としている。なぜならば、長大な
ラム・ロッド16dを荷重印加用ブロック14と一体に
なるようにしてしまうと、衝撃荷重を発生させるとき
に、ラム・ロッド16dの長手方向の応力波が伝播しま
た反射する現象が、その発生させる衝撃荷重そのものに
重畳されてしまい、それによって、試験片に印加しよう
とする衝撃荷重に大きなノイズ、即ち、振動波形が重畳
されるという結果を招いてしまうからである。このよう
な、ラム・ロッド16dと荷重印加用ブロック14との
間では応力波が透過しない構造とすることにより、高ひ
ずみ速度域での材料試験の精度が格段に向上することに
なる。
質量は、実質的に、荷重印加用ブロック14の質量と付
加ウェイトの質量とから成り、付加ウェイトの選択によ
ってこの落下質量を所望の大きさに設定することができ
る。また、落下距離(落下を開始してから、試験片に衝
撃荷重を印加するための衝突が発生するまでに、落下質
量が移動する距離)を適切に選択することによって、衝
突時の荷重印加用ブロック14の速度を所望の大きさに
設定することができる。そして、これらを設定すること
によって、試験片に印加される衝撃荷重をノイズの少な
い状態とすることができ、かつ、荷重持続時間を十分長
くすることができる。
ンピュータ20から指令信号を受取ると共に、位置セン
サ16bから位置信号をフィードバック信号として受取
っており、それら信号に基づいて発生したアクチュエー
タ制御信号を制御弁16aへ送出することによって、ア
クチュエータ・アセンブリ16を制御している。このよ
うにすることで、荷重印加用ブロック14を、指令信号
によって指定された所望の鉛直位置へ駆動でき、また、
荷重印加用ブロック14を、指令信号によって指定され
た所望の変位速度で昇降動させることができ、更には、
指令信号によって指定された所望の荷重が荷重印加用ブ
ロック14から試験片へ印加されるようにこの荷重印加
用ブロック14を鉛直方向下方へ付勢することも可能に
なっている。
材料試験を行う場合には、アクチュエータ・アセンブリ
16の駆動速度を制御することで、ひずみ速度を制御す
ることができ、一方、比較的高いひずみ速度域での材料
試験(衝撃試験)を行う場合には、荷重印加用ブロック
14を落下させる高さを制御することで、ひずみ速度を
制御することができる。更に、静的荷重を用いた材料試
験や準静的荷重を用いた材料試験では、アクチュエータ
・アセンブリ16が発生する荷重を制御することで、試
験荷重を制御することができる。
ペレータは、コンピュータ20を操作することで、アク
チュエータ・アセンブリ16を作動させて、荷重印加用
ブロック14の鉛直方向の位置及び移動速度を制御する
ことができ、また、荷重印加用ブロック14を所望の高
さから自由落下させることもできる。ここで、アクチュ
エータ・アセンブリ16は、荷重印加用ブロック14を
鉛直方向に運動可能に案内するフレーム12に支持され
た案内手段としての機能と、荷重印加用ブロック14を
駆動する駆動手段としての機能とを果たしており、ま
た、アクチュエータ・コントローラ18及びコンピュー
タ20は、この駆動手段を制御する制御手段としての機
能を果たしている。
に説明したような油圧アクチュエータを使用するものに
限られず、材料試験機の用途及び目的によっては、空圧
アクチュエータや電磁アクチュエータ等の、その他の種
類のアクチュエータを使用するのが適当なこともあり得
る。
持された鋼製の計測用ブロック24を含んでいる。この
ブロック24の材料は、試験中にこのブロック24に作
用する荷重に耐え得る十分な靱性及び強度を有するもの
でありさえすればよく、例えば燐青銅等の鋼以外の材料
を使用することも可能である。前述の荷重印加用ブロッ
ク14は、この計測用ブロック24の上方に配設されて
いる。計測用ブロック24は、充分な大きさ及び質量を
有するボディ部分と、このボディ部分の上面から上方へ
延出した一対の計測用柱状小突起26(図2(a)及び
図3参照)とを備えている。計測用ブロック24は、ホ
プキンソン棒法に用いられる応力棒と同様に、応力波の
反射がノイズとなって計測データに対する妨害となるの
を防止する機能を提供し得るものであるが、しかしなが
ら、ホプキンソン棒法における応力棒とは異なり、衝撃
荷重の持続時間を長くする場合でも、その形状を長大な
ものとする必要がなく、はるかにコンパクトに構成する
ことができ、このことも本発明の利点の1つとなってい
る。各々の計測用柱状小突起26は、その上端が先端、
その下端が基端であり、鉛直方向に延在する軸心を有
し、その基端においてボディ部分に接続している。荷重
計測手段は更に、各々の計測用柱状小突起26の側面に
貼着された複数のひずみゲージ28(図3参照)と、そ
れらひずみゲージ28の出力を処理することで計測用柱
状小突起26に発生したひずみを計測する荷重計測用処
理手段とを含んでいる。尚、小突起26は直円柱形状で
あるが、ひずみゲージ28による計測に困難を生じない
形状であれば、四角柱等のその他の形状にしてもよい。
円柱形状(角柱状等の、その他の形状とすることもでき
る)の鋼製のブロックであり、その軸心が垂直に延在す
るようにしてフレーム12上に配設されており、その直
径及び高さは、例えば100mm〜300mm程度にす
ることができる(直径と高さとを等しくすることは必ず
しも必要ではない)。計測用ブロック24の上面には、
図3に示したように、浅い円柱形の凹部30が形成され
ている。凹部30の底面は平滑に仕上げられており、こ
の凹部30の底面には更に、一対の計測用柱状小突起2
6の間に、治具を装着した試験片を収容することのでき
る収容凹部32が形成されている。
ロック24のボディ部分と比較して充分に小さい直円柱
形状の突起であり、その直径及び高さは、例えば、5m
m〜50mm程度にすることができる(直径と高さとを
等しくすることは必ずしも必要ではない)。それら小突
起26は、計測用ブロック24の上面の中央付近に並ん
で位置している。計測用ブロック24を製作するには、
例えば、鋼製の素材ブロックにフライス加工を施して、
ボディ部分と小突起26とを一体に削り出すようにすれ
ばよい。尚、ボディ部分と小突起26とを別々に形成し
た後に、それらを接合して計測用ブロック24を製作す
ることも可能であるが、ただしその場合には、小突起2
6からボディ部分へ応力波が良好に伝播するように十分
に考慮を払う必要がある。
の先端に衝撃荷重が作用したときにその先端に発生した
応力波が、この小突起26の中をその軸心に沿って基端
へ伝播し、基端へ伝播した応力波の一部が基端を透過し
てボディ部分の中へ伝搬し、そして、ボディ部分の中へ
伝播した応力波の部分が、ボディ部分の周囲の境界で多
数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う
動的挙動を消散し得るように構成してある。また、小突
起26の断面積は、ボディ部分の断面積と比較して十分
に小さいため、小突起26からボディ部分の中へ伝播し
た応力波のエネルギのうち、ボディ部分から小突起26
の中へ戻る割合は非常に小さい。小突起26の中へ戻っ
た応力波は、計測される荷重波形に含まれるノイズの原
因となり得るため、この小突起26の中へ戻る応力波の
エネルギを小さく抑えることで、そのノイズを十分に小
さいレベルに抑えることができ、有効な計測時間を十分
に長くとることができる。
したときに発生する応力波が、この小突起26の先端か
ら基端へ伝播したならば、基端へ伝播した応力波の一部
は基端で反射して先端方向へ反射し、更に、先端におい
て再び基端方向へ反射するため、先端と基端の間で応力
波が反射を繰り返す現象が発生する。計測用ブロック2
4は、小突起26の長さを十分に短くすることにより、
この応力波往復現象の往復周期が、試験片に衝撃荷重が
印加されている持続時間と比べて十分に短くなるように
することで、応力波往復現象に起因する小突起26の動
的挙動の、荷重計測結果に対する影響を十分に小さくし
得るようにしてある。更に、その往復周期は、小突起2
6の先端に作用する衝撃荷重の立上り時間と比べても十
分に小さくしておくことが望ましく、それによって、小
突起26の先端と基端との間の応力波の伝播、反射によ
る影響(これは荷重計測に対しては一種のノイズとな
る)を十分に小さくできる。即ち、試験片に印加した衝
撃荷重を、ノイズが十分小さく、高精度で計測できるこ
とになる。
各々の小突起26の側面に4枚ずつ90°間隔で貼着さ
れている。各小突起26の4枚のひずみゲージ28は、
ひずみゲージの抵抗値の変化に基づいて荷重を表す信号
を発生する公知の出力回路(不図示)に接続されてお
り、従ってこの出力回路は、その小突起26に発生する
荷重を表す荷重信号を出力する。この出力回路が出力す
る一対の小突起26の夫々に対応した荷重信号は、図1
のアンプ36で増幅された後に、コンピュータ20に読
み込まれる。
(図2、図4、及び図5に具体例を示した)に荷重を印
加したならば、その試験片TPから後述する治具を介し
て一対の小突起26へ圧縮荷重が作用し、それら小突起
26にひずみが発生する。このときコンピュータ20
は、上述のひずみ信号に基づいて、各々の小突起26に
発生した荷重を算出し、そして更に、それら荷重に基づ
いて、試験片TPに実際に印加された荷重を算出する。
従って、ひずみゲージ28に接続した不図示の出力回路
と、アンプ36と、コンピュータ20とで、荷重計測用
処理手段が構成されている。
柱状小突起26の先端にそれら小突起26の軸心方向の
静的圧縮荷重ないし準静的圧縮荷重が作用したときに発
生するそれら小突起26の静的ひずみないし準静的ひず
みを、ひずみゲージ28を介して計測することによっ
て、その静的荷重ないし準静的荷重を精度よく計測する
ことができるものである。また更に、この荷重計測用処
理手段は、一対の計測用柱状小突起26の先端にそれら
小突起26の軸心方向の動的荷重(または衝撃荷重)が
作用したときに発生するそれら小突起26の動的ひずみ
を、ひずみゲージ28を介して計測することによって、
その動的荷重(または衝撃荷重)を精度よく計測するこ
とができるものである。
ージ28と、荷重計測用処理手段とで構成された上述の
荷重計測手段は、静的圧縮荷重ないし準静的圧縮荷重に
関しては、ロードセルとして機能することで、それら荷
重を計測することができる。一方、衝撃圧縮荷重に関し
ては、先に言及した、中馬、古藤、海津、及び谷村によ
る論文「衝撃端力検出装置の改良とその応用」(日本機
械学会論文集(A編)59巻568号(1993−1
2)論文No.93−0039)の中で検出台と呼ばれ
ている検出装置と同様に機能することで、その荷重を計
測することができる。荷重信号から荷重を求める方法に
ついては、同論文を参照されたい。
サ38(図2の(b)参照)を含んでおり、それら変位
センサ38は、前述の収容凹部32に収容されている。
収容凹部32は、計測用ブロック24の上面に形成され
ている凹部30の底面の中央に形成されており、一対の
計測用柱状小突起26の間に挟まれた位置に形成されて
いる。変位センサ38は非接触式の磁気スケールであ
り、試験片TPの下端に装着した治具(この治具につい
ては後述する)の側面に形成された一対の突起の夫々の
鉛直方向位置を検出し、それらの鉛直方向位置を表す夫
々の変位信号を出力する。一対の変位センサ38が夫々
に出力する変位信号は、図1の変位アンプ40で増幅さ
れた後に、コンピュータ20に読み取られる。コンピュ
ータ20はそれら変位信号に基づいて、試験片TPの下
端に装着した治具の変位を算出し、その変位から、試験
片TPに発生しているひずみを算出する。
料試験を実行する際には、この材料試験機10に装着し
た試験片TPへ荷重印加用ブロック14を介して印加さ
れる荷重が、計測用ブロック24の計測用柱状小突起2
6の先端へ伝達されるようにして、その試験片TPを材
料試験機10に装着する。そのためには、必要に応じて
治具を使用すればよい。適当な治具を使用することによ
って、この材料試験機10は、丸棒形、平板形、及びそ
の他の、種々の形状の試験片に対応することができ、ま
た、圧縮試験のみならず、引張試験、せん断試験、破壊
靱性試験等をはじめとする様々な種類の材料試験にも対
応することができ、しかも、それら試験を広いひずみ速
度域で行うことができる。
る試験片の形状と実行する材料試験の種類とに応じて様
々なものが用いられる。図4及び図5に、材料試験機1
0を用いて引張試験を実行する際に使用する、引張試験
用治具セットを示した。図4に示したのは、丸棒形の試
験片TPのための治具セットの具体例(42A、44
A)であり、図5に示したのは、平板形の試験片TPの
ための治具セットの具体例(42B、44B)である。
る場合にも、その治具セットを装着する試験片TPは、
荷重印加用ブロック14と計測用ブロック24との間
に、第1端(上端)を荷重印加用ブロック14に向け、
第2端(下端)を計測用ブロック24に向けて配設され
る。また、それらいずれの治具セットも、そのように配
設される試験片TPの上端に連結される第1治具42
A、42Bと、下端に連結される第2治具44A、44
Bとを含んでいる。
片TPの上端に連結され一対の計測用柱状小突起26の
先端面と当接するように配設される。より詳しくは、図
4の第1治具42Aは、材料試験機10に装着された状
態で水平に延在する細長い形状に形成された鋼製の部材
であり、その長手方向中央部に、丸棒形の試験片TPの
上端の雄ネジ部が螺合する雌ネジ部50が形成されてい
る。また、図5の第1治具42Bは、同様に、材料試験
機10に装着された状態で延在する細長い形状に形成さ
れた鋼製の部材であるが、ただしその長手方向中央部に
は、平板形の試験片TPの上端取付部を挿入するための
スリット52と、このスリット52に挿入した試験片T
Pの上端取付部をこの第1治具42Bに止着するピン5
4を挿入するためのピン孔56とが形成されている。
2Bはいずれも、その長手方向中央部が試験片TPの上
端に連結され、その長手方向両端部が一対の計測用柱状
小突起26の先端部(上端)に当接するようにして、計
測用ブロック24に装着される。第1治具42A、42
Bは、充分に大きな剛性を持つように構成されているた
め、第1治具の長手方向両端部を計測用柱状小突起26
の先端部に当接させれば、それによって試験片TPの上
端取付部を、正確な鉛直方向位置に位置決めすることが
できる。
片TPの下端に連結され、試験実行時に荷重印加用ブロ
ック14から荷重が印加される位置に配置される。より
詳しくは、図4の第2治具44Aは、4辺を有する角リ
ング形状に形成された鋼製の部材であり、それら4辺
は、この第2治具44Aが材料試験機10に装着された
ときには夫々が、上辺、下辺、及び左右の側辺を成すも
のである。そして、それら4辺のうちの第1辺(下辺)
の中央部に、丸棒形の試験片TPの下端の雄ネジ部が螺
合する雌ネジ部60が形成されている。また、図5の第
2治具44Bは、図4の第2治具44Aと殆ど同一形状
の角リング形状に形成された鋼製の部材であるが、ただ
しその下辺の中央部には、平板形の試験片TPの下端取
付部を挿入するためのスリット62と、このスリット6
2に挿入した試験片TPの下端取付部をこの第2治具4
4Bに止着するピン64を挿入するためのピン孔66と
が形成されている。従って、第2治具44Aと44Bは
いずれも、その下辺が試験片TPの下端に連結される。
側辺の外側面に1つずつ、側方へ突出する突起45が形
成されており、それら一対の突起45の各々の鉛直方向
位置を、前述の一対の変位センサ38で検出するように
している。第2治具44A、44Bは、充分に大きな剛
性を持つように構成してあるため、第2治具の外側面の
それら一対の突起45の鉛直方向位置を計測すること
で、試験片TPの下端取付部の鉛直方向位置を正確に計
測することができる。また、変位センサ38は、既述の
ごとく非接触式の磁気スケールであるため、長期の使用
に耐え、精度を維持することが容易である。尚、変位セ
ンサ38としては、磁気スケールばかりでなく、非接触
式の静電容量センサを使用しても、同様に良好な結果を
得ることができる。
重印加用ブロック14の下面は計測用ブロック24に対
向しており、この下面の略々中央部に荷重印加面78が
形成されている。図4と図5の第2治具44Aと44B
はいずれも、その前記第1辺(下辺)と対向する第2辺
(即ち、上辺)に、荷重印加面78から下向きの圧縮荷
重が印加されるようにしてある。そして、図からも明ら
かなように、荷重印加用ブロック14の荷重印加面78
から第2治具44A、44Bの上端面に下向きの圧縮荷
重が印加されると、それによって試験片TPには引張荷
重が作用する。
トは、試験片TPに静的引張荷重ないし準静的引張荷重
を印加して行う引張試験にも無論、良好に使用し得るも
のであるが、ただし、それら治具セットの重要な利点の
1つとして、高ひずみ速度ないし超高ひずみ速度の衝撃
引張試験に良好に使用し得るということがある。このよ
うな衝撃引張試験においては、荷重印加用ブロック14
の荷重印加面78が、第2治具44A、44Bの上端面
に高速で衝突する。そのため、試験実行時に荷重印加面
78から荷重が印加される面である第2治具44A、4
4Bの上端面には、緩衝材68を設けてある。
44A、44Bの上端面に衝突した瞬間に、その衝突に
よって第2治具が下方へ弾かれるのを防止する機能を果
たすものであり、低剛性の金属材料、高分子材料、ない
しは無機材料などで形成することができる。荷重印加面
78の衝突時に第2治具が弾かれると、荷重波形に大き
なノイズが混入するため計測精度が低下するが、第2治
具に緩衝材68を設けることで、そのような事態を好適
に回避することができ、良好な計測精度を得ることがで
きる。
れも、使用時には先ず、その第1治具と、第2治具と、
試験片TPとを組立ててアセンブリを構成し、しかる後
に、そのアセンブリを計測用ブロック24に装着する。
組立てたアセンブリの外部形状は、図4の治具セットも
図5の治具セットも殆ど変わらず、そのため、それらア
センブリは、同じ装着方式で装着することができる。従
って、図2の(a)及び(b)は、図5に示した治具セ
ット(42B、44B)に平板形の試験片TPを組付け
たアセンブリを計測用ブロック24に装着した状態を示
した断面図であるが、図4の治具セット(42A、44
A)に丸棒形の試験片TPを組付けたアセンブリも図2
の(a)及び(b)と同様にして装着することができ
る。
6は、計測用ブロック24の上面に形成されている凹部
30の底面の中央付近(従って、計測用ブロック24の
上面の中央付近)に並べて設けられており、図2の
(a)及び(b)に示した装着状態では、第1治具42
Bが、長手方向両端部においてそれら一対の小突起26
の先端部に当接しており、そのため、アセンブリの全体
が、一対の小突起26によって下方から支持されてい
る。
ガイドプレート70が、複数のネジ72で固定されて取
付けられている。ガイドプレート70は、その中央部に
平面視十字形のガイド開口74が形成されている。この
ガイド開口74は、第2治具44Bが鉛直方向にのみ移
動するように案内する案内手段を構成しており、それに
よって第2治具44Bの水平方向の位置決めがなされて
いる。このように、ガイドプレート70によって、第2
治具44Bが水平方向にずれることが防止されており、
このことも計測の精度向上に役立っている。尚、ガイド
開口74が平面視十字形をしているのは、アセンブリを
計測用ブロック24に装着する際に、第1治具42Bが
このガイド開口74を通過できるようにするためであ
る。また、ガイドプレート70の上面に、ドーナツ形の
クッション材80を貼着してあり、万一、荷重印加用ブ
ロック14が下降し過ぎたときにも、ガイドプレート7
0と直接衝突して種々の部品が損傷することがないよう
にしている。
32の中に位置している。第2治具44Bの下端面と収
容凹部32の底面との間には充分な余裕を確保してあ
り、試験実行時に第2治具44Bが下方へ移動したとき
にも、両者が衝突しないようにしているが、ただし万一
の衝突に備えて、収容凹部32の底面にはゴム板等で形
成した緩衝材76を貼着してある。
Pとから成るアセンブリを、以上のようにして計測用ブ
ロック24に装着したならば、引張試験を開始すること
ができる。引張試験を実行するためには、材料試験機1
0のオペレータがコンピュータ20を操作して必要な種
々の試験パラメータを入力する。それら試験パラメータ
のうちには、オペレータが望む荷重印加用ブロック14
の駆動速度等が含まれている。コンピュータ20は、入
力された試験パラメータに従ってアクチュエータ・コン
トローラ18へ適切な指令信号を送出する。アクチュエ
ータ・コントローラ18は、その指令信号に従ってアク
チュエータ制御信号を送出して、アクチュエータ16を
動作させることで、荷重印加用ブロック14をオペレー
タが望む速度で駆動させる。
と、引張試験用治具セット(42A、44A)ないし
(42B、44B)とを使用することで、高ひずみ速度
域を含む広いひずみ速度域における引張試験を良好に実
行することができる。
材料試験機と、その材料試験機を用いて引張試験を行う
ための引張試験用治具セットの具体例とについて、図6
〜図8を参照して説明する。図6の(a)及び(b)
は、本発明の第2の実施の形態にかかる材料試験機の荷
重計測手段及び荷重印加手段の主要構成要素を示した断
面図、図7は、その材料試験機に用いる引張試験用治具
セットであって丸棒形の試験片に対応した治具セットの
分解斜視図、図8は、その材料試験機に用いる引張試験
用治具セットであって平板形の試験片に対応した治具セ
ットの分解斜視図である。
体構成は、図1を参照して説明した第1の実施の形態に
かかる材料試験機の全体構成と同様のものである。従っ
て、図1についてのこれまでの説明は、そのまま第2の
実施の形態にかかる材料試験機にも該当し、説明の重複
を避けるため、第2の実施の形態にかかる材料試験機に
関しては、その全体構成についての説明を省略する。ま
た、各部分の詳細構成についても、第1の実施の形態に
かかる材料試験機10のものと同一構造ないし類似構造
の部分については、同一ないし類似の参照番号を使用す
ることとし、重複する説明は省略する。
は、図6の(a)及び(b)に示すように、その計測用
ブロック24’の上面の構造と、荷重印加用ブロック1
4’の下面の構造とが、第1の実施の形態にかかる材料
試験機の計測用ブロック24及び荷重印加用ブロック1
4のものと異なっており、そのため使用する引張試験用
治具セットも、図7及び図8に示すように、図4及び図
5に示したものとは異なっている。
測用ブロック24’には、その上面の中央部に、平面視
長方形の収容凹部32’が形成されており、収容凹部3
2’の底面には緩衝材76が貼着されている。また、計
測用ブロック24’の上面の収容凹部32’を挟む位置
に、一対の計測用柱状小突起26’を設けてある。計測
用柱状小突起26’は、図2の(a)に示した計測用柱
状小突起26と同様の特性を有するものであり、図2の
計測用柱状小突起26と同様の形態で設けられている。
また、図6の小突起26’は、その各々の側面に、4枚
ずつのひずみゲージ(不図示)が貼着されており、この
点も図2の小突起26と同様である。計測用ブロック2
4’の上面には更に、ドーナツ形のクッション材80を
貼着してある。計測用ブロック24’は、図2の計測用
ブロック24に装備されている変位センサ38と同様の
機能の、試験片TPに発生する変位を計測する変位計測
手段を備えているが、この変位計測手段は図には示して
いない。
さ及び質量を有するボディ部分を有し、このボディ部分
の下面は、平坦な水平面として形成されている。この下
面の中央付近に、試験片に荷重を印加するための一対の
荷重印加用柱状小突起82が設けられており、それら小
突起82の各々は、断面が長方形の角柱形状であり、そ
の軸心が鉛直方向に延在していてボディ部分から下方へ
突出している。衝撃試験を行う際には、それら小突起8
2の先端(下端)に衝撃力が加わるために、応力波が発
生し、発生した応力波はそれら小突起82の基端へ伝播
して、その一部が荷重印加用ブロック14のボディ部分
の中へ伝播する。そして、ボディ部分の中へ伝播した応
力波は、ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り
返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動を消散し
得るようにしてある。
2の実施の形態にかかる材料試験機の構成は、第1の実
施の形態にかかる材料試験機の構成と同一である。従っ
て、図2に示した荷重印加用ブロック14及び計測用ブ
ロック24を、図6に示した荷重印加用ブロック14’
及び計測用ブロック24’に交換すれば、第1の実施の
形態にかかる材料試験機は、第2の実施の形態にかかる
材料試験機になる。それゆえ、交換用のそれらブロック
を用意しておけば、1台の材料試験機を2通りに使用す
ることができる。
験機は、引張試験用治具セットを装着する部分の形状な
いし構造が第1の実施の形態にかかる材料試験機とは異
なっているため、先に説明した図4及び図5の引張試験
用治具セットは使用できず、図7及び図8に示した治具
セットを用いる。図7に示した引張試験用治具セット
(42A、84A)は丸棒形の試験片TPで引張試験を
実行するためのもの、そして、図8に示した引張試験用
治具セット(42B、84B)は、平板形の試験片TP
で引張試験を実行するためのものである。
トも、試験片TPの上端に連結される第1治具42A、
42Bと、下端に連結される第2治具84A、84Bと
を含んでいる。図7及び図8の第1治具42A、42B
は、図4及び図5の第1治具42A、42Bと同じもの
である。
Bは、いずれも、荷重印加用ブロック14’の一対の荷
重印加用柱状小突起82の先端部(下端)から荷重が印
加されるようにしてある。より詳しくは、図7の第2治
具84Aは、材料試験機に装着された状態で水平に延在
する細長い形状に形成された鋼製の部材であり、その長
手方向中央部に、丸棒形の試験片TPの下端の雄ネジ部
が螺合する雌ネジ部86が形成されている。また、図8
の第2治具84Bは、同様に、材料試験機に装着された
状態で水平に延在する細長い形状に形成された鋼製の部
材であるが、ただし、その長手方向中央部には、平板形
の試験片TPの下端取付部を挿入するためのスリット9
2と、このスリット92に挿入した試験片TPの下端取
付部をこの第2治具84Bに止着するピン94を挿入す
るためのピン孔96とが形成されている。
も、その長手方向中央部が試験片TPの下端に連結され
る。また、引張試験の実行時には、その長手方向両端部
に一対の荷重印加用柱状小突起82の先端部(下端)か
ら下向きの荷重が印加される。これら第2治具84A、
84Bは、このように荷重が印加されても殆ど曲がりを
生じないように、充分に大きな剛性を持つように構成さ
れている。
れも、使用時には先ず、その第1治具42A、42B
と、第2治具84A、84Bと、試験片TPとを組立て
てアセンブリを構成し、しかる後に、その組立てたアセ
ンブリを計測用ブロック24’に装着する。組立てたア
センブリの外部形状は、図7の治具セットを使用した場
合も、図8の治具セットを使用した場合も殆ど同じであ
り、そのためどちらの治具セットを使用したアセンブリ
も、同じように装着することができる。従って、図6の
(a)及び(b)は、図7に示した治具セット(42
A、84A)に丸棒形の試験片TPを組付けたアセンブ
リを計測用ブロック24’に装着した状態を示した断面
図であるが、図8の治具セット(42B、84B)に平
板形の試験片TPを組付けたアセンブリも同様に装着す
ることができる。
面の中央付近に、一対の計測用柱状小突起26’が並べ
て設けられており、図6の(a)及び(b)に示したよ
うにアセンブリを計測用ブロック24’に装着した状態
では、第1治具42Aの、長手方向両端部の下面が、そ
れら一対の小突起26’の先端部(上端)に当接してい
る。これによって、アセンブリの全体が一対の小突起2
6’によって下方から支持されている。
した状態では、収容凹部32’の中にあって水平に延在
している。第2治具84Bの下面と収容凹部32’の底
面との間には充分な余裕を確保してあり、それによっ
て、試験実行時に第2治具84Bが下方へ移動しても収
容凹部32’の底面に衝突しないようにしてあるが、た
だし万一の衝突に備えて、収容凹部32’の底面には、
ゴム板等で形成した緩衝材76を貼着してある。
ブリを、以上のようにして計測用ブロック24’に装着
したならば、引張試験を開始することができる。既述の
ごとく、引張試験の実行時には、材料試験機10のオペ
レータがコンピュータ20を操作して必要な種々の試験
パラメータを入力する。それら試験パラメータには、オ
ペレータが望む荷重印加用ブロック14’の駆動速度
や、荷重印加用ブロック14’の移動先の垂直位置が含
まれる。アクチュエータ・コントローラ18がアクチュ
エータ16を制御して荷重印加用ブロック14’を下降
させると、一対の荷重印加用小突起82の下端が第2治
具84Aの両端部の上面に当接する。ここから更に、荷
重印加用ブロック14’を下降させると、それら荷重印
加用小突起82が、試験片TPの下端に連結されている
第2治具84Aの両端部を、下方へ押圧するため、試験
片TPに引張荷重が印加される。
は、図8の治具セット(42B、84B)を使用する
が、その場合にも、以上に説明した図7の治具セット
(42A、84A)を使用する場合と同様にして、引張
試験を実行することができる。図7及び図8の夫々の治
具セットは、主として、試験片TPに静的引張荷重ない
し準静的引張荷重を印加して行う引張試験に用いるもの
である。これらの治具セットを用いて試験片TPに衝撃
引張荷重を印加しようとすると、荷重印加用ブロック1
4’の2本の荷重印加用小突起82の夫々の下端が第2
治具84A、84Bの両端に夫々に衝突する際に、第2
治具が弾かれて、荷重波形に比較的大きなノイズが混入
するおそれがある。ただし、図7及び図8の夫々の治具
セットは低コストで製作できるため、低ひずみ速度や中
ひずみ速度の引張試験に用いると有利である。
材料試験機と、その材料試験機を用いて引張試験を行う
ための引張試験用治具の具体例とについて、図9〜図1
3を参照して説明する。
る材料試験機の機械構造部分を示した模式図、図10
は、その材料試験機の荷重印加用ブロック及び計測用ブ
ロックを、計測用ブロックに装置した試験片及び試験片
に取付けた治具と共に示した斜視図、図11は、図10
の計測用ブロックの計測用柱状小突起の1つの具体例を
丸棒形の引張試験用試験片及びそれに対応した引張試験
用治具と共に示した斜視図、図12は、図10の計測用
ブロックの計測用柱状小突起の別の具体例を平板形の引
張試験用試験片及びそれに対応した引張試験用治具と共
に示した斜視図、図13は、図10の計測用ブロックの
計測用柱状小突起の更に別の具体例を変更例にかかる荷
重印加用ブロック及び平板形の引張試験用試験片と共に
示した斜視図である。
体構成は、図1を参照して説明した第1の実施の形態に
かかる材料試験機10の全体構成と同様であり、特に、
図9に示した機械構造部分以外の部分、即ち、図1のア
クチュエータ・コントローラ18、コンピュータ20、
ひずみアンプ36、変位アンプ40は、第3の実施の形
態にかかる材料試験機でも同一のものが使用されてい
る。従って、図1を参照して述べた第1の実施の形態に
かかる材料試験機10の全体構成についての説明はその
まま第3の実施の形態にかかる材料試験機にも該当し、
説明の重複を避けるため、第3の実施の形態にかかる材
料試験機に関しては、その全体構成についての説明を省
略する。また、各部分の詳細構成についても、第1の実
施の形態にかかる材料試験機10のものと同一構造ない
し類似構造の部分については、同一ないし類似の参照番
号を使用することとし、重複する説明は省略する。
図9に示すように、第1の実施の形態にかかる材料試験
機10のものと同様のフレーム12及びアクチュエータ
・アセンブリ16を備えているが、その荷重印加用ブロ
ック140及び計測用ブロック240が、第1の実施の
形態にかかる材料試験機の荷重印加用ブロック14及び
計測用ブロック24と異なっており、そのため、使用す
る引張試験片や引張試験用治具も、図11、図12、図
13に示すように、図4及び図5に示したものとは異な
っている。
40と計測用ブロック240とは、水平方向にオフセッ
トさせてあり、それによって、材料試験機を作動させる
際には、荷重印加用ブロック140が計測用ブロック2
40の側方を通過するようにしてある。
び質量を有するボディ部分と、このボディ部分から側方
に(即ち、荷重印加方向である鉛直方向に対して横方向
に)張出した張出部242を備えている。張出部242
は、荷重印加方向である鉛直方向に延在し略々一定の横
断面を有する細長い突条から成り、この突条の横断面
(水平面に沿った断面)は矩形である。張出部242
は、材料試験の実行中に加わる荷重によって、それと分
かるほどの変形や振動が発生しないように、十分に大き
な剛性を有するものにしておく。張出部242の剛性が
不足していると、材料試験の結果に悪影響が及ぶおそれ
があるからである。
向である鉛直方向に対して横方向に突出した一対の突起
142を備えている。アクチュエータ・アセンブリ16
を作動させて荷重印加用ブロック140を鉛直方向に駆
動すると、荷重印加用ブロック140が、計測用ブロッ
ク240の突条(張出部)242に近接して、計測用ブ
ロック240の側方を通過し、その際に、荷重印加用ブ
ロック140の一対の突起142が、突条242の両側
を通過するようにしてある。
ック240は、上側ブロック部分240aと下側ブロッ
ク部分240bとに分割して製作した上で、両者を不図
示のボルトによって固定して一体化してある。上下のブ
ロック部分240a、240bの各々は、例えばフライ
ス加工等によって、鋼製の素材ブロックから削り出すよ
うにしている。このように計測用ブロック240を上下
に分割してあるため、製作に際しての削り代が減少して
コストが低減されるという利点が得られる他に、様々な
形態の上側ブロック部分240aを用意しておき、それ
らを交換することで、様々な種類の材料試験に容易に対
応でき、また、様々な形態の試験片に容易に対応できる
という利点も得られる。
ることは、本発明を実施する上で必ずしも必要ではな
く、一体形成した計測用ブロックを用いるようにしても
よい。
方向に対して横方向に延在し下方を向いた端面(下面)
243を有する(図11、図12、図13参照)。この
下面243から下方へ、計測用柱状小突起が延出してい
る。計測用柱状小突起はその下端に連結部を備え、この
連結部は様々な形態に形成することができる。互いに異
なった形状連結部を備えた3つの具体例の計測用柱状小
突起が、図11、図12、及び図13に示されており、
それら具体例には、夫々、参照符号260(図11)、
262(図12)、及び264(図13)を付してあ
る。
264は、いずれも、その上端が基端、その下端が先端
であり、鉛直方向に延在する軸心を有し、その基端にお
いて張出部242に接続しており、従って計測用ブロッ
ク240のボディ部分に接続している。計測用柱状小突
起260、262、264の側面には複数のひずみゲー
ジ28が貼着されており、それらひずみゲージ28の出
力を処理することで小突起260、262、264に発
生したひずみを計測するようにしており、これについて
は、第1の実施の形態にかかる材料試験機10の場合と
同様である。
はいずれも直円柱形状であるが、ひずみゲージ28によ
る計測に困難を生じない形状であれば、四角柱等のその
他の形状にしてもよい。計測用柱状小突起260、26
2、264の大きさは計測用ブロック24のボディ部分
と比較しても、また張出部242と比較しても充分に小
さくしてある。また、計測用柱状小突起260、26
2、264の長さは、十分に短くしておくのがよく、そ
の理由は、第1の実施の形態にかかる材料試験機10に
関連して説明した通りである。
は、その先端(下端)に、試験片を連結するための連結
部270、272、274を備えている。計測用柱状小
突起の先端の連結部は、試験片に直接連結可能な構成と
してもよく、また、試験片に連結した治具にその連結部
を連結することによって、試験片に連結可能な構成とし
てもよい。ただし、いずれにせよ、連結部の形状は、そ
れに連結する試験片または治具の形状に適合するもので
なければならないことは、いうまでもない。図11、図
12、図13には、それら連結部に適合する試験片の具
体例を示してあり、それら具体例には、夫々、参照符号
TP1(図11)、TP2(図12)、及びTP3(図
13)を付してある。
72、274のうち、図11の連結部270は、丸棒形
試験片TP1の端部を直接に連結可能な構成としてあ
る。即ち、連結部270は、丸棒形試験片TP1の端部
の雄ネジ部を螺合させるためのネジ孔270aを備えて
おり、このネジ穴の軸心は垂直方向に延在している。従
って、この連結部270に装置した試験片TP1は、そ
の軸心が荷重印加方向である鉛直方向に延在することに
なる。
形試験片TP2、TP3の端部を直接に連結可能な構成
としてある。即ち、図12の連結部272は、平板形試
験片TP2の端部を挿入するスリット272aと、その
端部を連結部272に固定する剪断ピン272bとを備
えている。また、図13の連結部274は、断面L字形
の板部と、その板部から側方へ延出したピン274aと
で構成されており、平板形試験片TP3の一端の穴30
0をこのピン274aに嵌合することで、試験片TP3
を連結部274に連結することができるようにしたもの
である。図12及び図13の連結部272、274に装
置した試験片は、その軸心が荷重印加方向である鉛直方
向に延在することになる。
連結部272と274のいずれも、試験片TP2とTP
3のどちらを装置することも可能である。試験片TP2
は、広く用いられている形状のものであり、一方、試験
片TP3は、新規な形状を有する。この試験片TP3に
ついては、後に更に詳細に説明する。
るだけ軽量に構成することが望ましい。図11、図1
2、及び13に示した具体例の連結部270、272、
274は、その観点から好ましいものであり、それらの
うちでも、図13に示した連結部274は、特に軽量に
構成し得る具体例である。
240aを製作するには、例えば、鋼や燐青銅等の素材
ブロックにフライス加工を施して、上側ブロック部分2
40aのボディ部分、張出部242、小突起260、2
62、264、及び連結部270、272、274を一
体に削り出すようにすればよい。尚、それらの全てを一
体に形成するのではなく、幾つかに分けて形成したパー
ツを接合して上側ブロック部分240aを製作すること
も可能であるが、ただしその場合には、小突起260、
262、264から張出部242へ、また従ってボディ
部分へ、応力波の反射による計測荷重の乱れのない状態
で、静荷重または衝撃荷重が伝達されるように十分に考
慮を払う必要があり、これについては、第1の実施の形
態にかかる材料試験機10に関連して説明したとおりで
ある。
P2、TP3のうち、2つの試験片TP1及びTP2で
は、その試験片に荷重を印加するためには、それら試験
片の他端(下端)に、図11及び図12に示したよう
に、治具290、292を装置する。治具290、29
2は、細長い形状に形成された断面角形の鋼製の部材で
あり、それを試験片TP1、TP2に装置して、更にそ
の試験片TP1、TP2を材料試験機に装置したなら
ば、治具290、292は水平に延在する。図11の治
具290は、その長手方向中央部に、丸棒形試験片TP
1の端部の雄ネジ部を螺合させるネジ孔290aが形成
されている。また、図12の治具292は、その長手方
向中央部に、平板形試験片TP2の端部を挿入するスリ
ット292aと、その端部を治具292に固定する剪断
ピン292bとを備えている。治具290、292の長
さは、計測用ブロック240の張出部242の幅より大
きく、治具及び試験片を材料試験機に装置した状態で
は、その両端が張出部242の両側より更に外方に突出
する。治具290、292は、その両端の上面に、荷重
印加用ブロック140から鉛直方向下向きの荷重を受け
て、その荷重を試験片TP1、TP2の下端へ伝達する
ように機能し、それによって、試験片TP1、TP2に
鉛直方向の引張荷重が作用する。
ために他端(下端)に治具を装置する必要はない。試験
片TP3の他端には、試験片TP3の軸心に対して横方
向に延在する細長い係合部302が形成されており、こ
の係合部302の長さは、計測用ブロック240の張出
部242の幅より大きい。そのため、試験片TP3を材
料試験機に装置した状態では、この係合部302は試験
片TP3の下端にあって水平方向に延在し、その両端が
張出部242の両側より更に外方に突出する。試験の実
行時には、係合部302の両端の上縁に、荷重印加用ブ
ロック140から鉛直方向下向きの荷重が印加されるこ
とで、その荷重が試験片の下端へ伝達され、それによっ
て、試験片TP3に鉛直方向の引張荷重が作用する。
底面が係合する係合部302の上縁は、試験片TP3を
材料試験機に装置した状態で、水平方向に対してある角
度(例えば約10度)をもって斜め下方へ延在するよう
に形成してある。そのため、試験片TP3を使用する際
には、図13に示したように、突起142の底面143
を、係合部302の上縁に適合する傾斜面として形成し
た荷重印加用ブロック140を使用する。尚、係合部3
02の上縁を傾斜させずに、試験片TP3を材料試験機
に装置した状態で、上縁が水平に延在するようにしても
よく、その場合には、図11や図12に示した荷重印加
用ブロック140を使用することができる。ただし、多
くの場合、上縁に30度以下の角度を付けることによっ
て、荷重計測の乱れを軽減する効果が得られ、特に、角
度を約8度〜約12度とした場合には、荷重計測の乱れ
の軽減効果がより顕著となる。
て、高ひずみ速度での材料試験を実施するときは、通常
は、その負荷初期に大きな振動や荷重計測の乱れが生じ
ることが、高ひずみ速度での材料試験、特に引張試験に
おいて解決が待たれる重大な問題点の1つとなってい
た。図13に示した試験片TP3は、一端を荷重計測用
小突起264に取付けるために治具を必要とせず、ま
た、他端に荷重印加用ブロック140から荷重を印加す
るためにも治具を必要としないことから、治具に起因す
る振動や荷重計測の乱れが発生せず、この問題を大幅に
緩和することができる。
42は、試験片TP1、TP2に装置した治具290、
292の両端に、または試験片TP3の係合部302の
両端に係合して荷重を印加することのできる係合部を構
成している。既述の如く、それら突起142は、荷重印
加用ブロック140が計測用ブロック240の側方を通
過するときに、荷重印加用ブロック140の突条(張出
部)242の両側を通過するようにしてある。治具29
0、292の両端も、また、試験片TP3の係合部30
2の両端も、この突条242の両側から外方へ突出して
いるため、荷重印加用ブロック140の一対の突起14
2が、夫々、治具290、292の両端及び試験片TP
3の係合部302の両端に係合することができるのであ
る。
3の実施の形態にかかる材料試験機を用いて引張試験を
実行する場合には、先ず、第1端と第2端と軸心とを有
し、それら第1端と第2端との間に軸心方向の引張荷重
を印加して引張材料試験を行うようにした引張試験用試
験片(例えば、試験片TP1、TP2、TP3)を用意
する。そして、その引張試験用試験片の第1端を、計測
用柱状小突起260、262、264の先端の連結部2
70、272、274に連結して、その引張試験用試験
片の軸心が荷重印加方向である鉛直方向に延在するよう
にする。また、その引張試験用試験片の第2端に治具を
連結する必要があれば(例えば、試験片TP1及びTP
2の場合)、適当な治具(例えば、治具290、29
2)を連結する。試験片TP3は治具を連結する必要は
ない。
の引張試験用試験片の第1端から第2端の方向へ運動す
るように駆動して、荷重印加用ブロック140から引張
試験用試験片の第2端に連結した治具に(試験片TP
1、TP2の場合)、または、荷重印加用ブロック14
0から直接、その引張試験用試験片の第2端の係合部に
(試験片TP3の場合)荷重を印加するようにする。こ
のようにして、試験片に所望の引張荷重を印加して必要
なデータを収集することによって、引張試験を実行する
ことができる。
クチュエータ・アセンブリ16の制御は、第1の実施の
形態にかかる材料試験機10を動作させるときと同様に
して行えばよく、その制御の仕方によって、準静的荷重
を印加して行う低速引張試験から、大きな衝撃荷重を印
加して行う超高速引張試験に至るまで、広いひずみ速度
域における所望のひずみ速度で引張試験を実行すること
ができる。
は、第1及び第2の実施の形態にかかる材料試験機の利
点を共有しており、また更に、その他の多くの利点を有
するものである。先ず、大きな伸び量が取れるために、
金属材料ばかりでなく、より大きな伸びを発生するプラ
スチック等をはじめとするその他の種々の材料の試験に
も好適に使用することができる。試験片の形状、大きさ
が変わっても容易に対応することができる。試験片が計
測用ブロックに囲繞されておらず、外部に露出されてい
るため、作業性がよく、また、試験片を室温と比べては
るかに高温または低温にして行う材料試験が容易にな
る。また、高ひずみ速度での荷重計測が、ノイズが少な
く、高精度で行うことができるようになる。
は、様々な形状の試験片を、適当な治具と共に、また
は、治具なしで、使用することによって、引張試験以外
の種々の材料試験にも用い得るものである。それら材料
試験を実行する場合も、引張試験の場合と同様の材料試
験方法を用いればよく、具体的には次のようにすればよ
い。
1取付部と第2取付部とを有し、それら第1取付部と第
2取付部との間に荷重を印加して材料試験を行うように
した試験片を用意する。そして、その試験片の第1取付
部を、計測用柱状小突起260、262、264の先端
の連結部270、272、274に連結する。また、そ
の試験片の第2取付部に治具を連結する。続いて、荷重
印加用ブロック140を駆動して、荷重印加用ブロック
140から試験片の第2取付部に連結した治具に荷重を
印加するようにする。
は、取付部と係合部とを有し、それら取付部と係合部と
の間に荷重を印加して材料試験を行うようにした試験片
を用意する。そして、その試験片の取付部を、計測用柱
状小突起260、262、264の先端の連結部27
0、272、274に連結する。続いて、荷重印加用ブ
ロック140を駆動して、荷重印加用ブロック140か
ら試験片の係合部に荷重を印加するようにする。
を印加して必要なデータを収集することによって、種々
の材料試験を実行することができる。また、治具を使用
する場合には、試験片をせん断試験用試験片とし、治具
をせん断試験用治具とすることで、せん断試験を実行す
ることができる。また、試験片を破壊靱性試験用試験片
とし、治具を破壊靱性試験用治具とすることで、破壊靱
性試験を実行することができる。また、試験片を高速打
抜試験用試験片とし、治具を高速打抜試験用治具とする
ことで、高速打抜試験を実行することができる。また、
試験片を曲げ試験用試験片とし、治具を曲げ試験用治具
とすることで、曲げ試験を実行することができる。
をせん断試験用試験片とすることでせん断試験を実行す
ることができ、試験片を破壊靱性試験用試験片とするこ
とで破壊靱性試験を実行することができ、試験片を高速
打抜試験用試験片とすることで高速打抜試験を実行する
ことができ、試験片を曲げ試験用試験片とすることで曲
げ試験を実行することができる。
荷重を印加するためのアクチュエータ・アセンブリ16
の制御は、第1の実施の形態にかかる材料試験機10を
動作させるときと同様にして行えばよく、その制御の仕
方によって、準静的荷重を印加して行う低速材料試験か
ら、大きな衝撃荷重を印加して行う超高速材料試験に至
るまで、広いひずみ速度域における所望のひずみ速度
で、その材料試験を実行することができる。
3の実施の形態にかかる材料試験機の変更例に相当する
材料試験機を図14及び図15に示した。図14は、こ
の変更例にかかる材料試験機の機械構造部分を示した模
式図であり、図15は、この変更例にかかる材料試験機
の荷重印加用ブロック及び計測用ブロックを示した斜視
図である。尚、この図14及び図15に示した材料試験
機は、図9〜図13に示した材料試験機と比べたとき、
その荷重印加用ブロック140と計測用ブロック240
とに加えた小さな変更以外は、完全に同一であるため、
それら変更箇所だけを説明することにする。
測用ブロック240’は、荷重印加方向である鉛直方向
に対して横方向にボディ部分から張出した張出部242
を備えており、この張出部242は、鉛直方向に対して
横方向に延在する互いに逆方向を向いた一対の端面(上
面243’及び下面243)を有する。張出部242の
形態は、図9及び図10に示した前述の張出部242と
全く同一である。また、張出部242の上面243’及
び下面243の各々に、計測用柱状小突起260’、2
60を備えている。下面243に備えた小突起260
は、図11に示した小突起260と全く同一であり、そ
の先端に図11の連結部270と同一の連結部を備えて
おり、側面には複数のひずみゲージが貼着されている。
上面243’に備えた小突起260’は、図3に示した
小突起26と全く同一であり、円柱形状でその側面にひ
ずみゲージ(不図示)が貼着されている。
重印加用ブロック140’は、一対の突起142の反対
側の側面に、側方へ突出した第3の突起144を備えて
いる以外は、図9及び図10に示した荷重印加用ブロッ
ク140と全く同一である。ただし、図14及び図15
の荷重印加用ブロック140’は、アクチュエータ・ア
センブリ16のラム・ロッド16dの軸心AXを中心と
して、2つの回転位置の間で回転可能にしてある。この
場合、荷重印加用ブロック140’をラム・ロッド16
dに対して相対的に回転可能にしておき、オペレータが
荷重印加用ブロック140’を手動で回転させるように
してもよく、或いはラム・ロッド16dそのものを回転
可能にしておき、適当なアクチュエータを用いて、ラム
・ロッド16dを荷重印加用ブロック140’と共に回
転させるようにしてもよい。
示した一方の回転位置にあるときには、図14及び図1
5に示した荷重印加用ブロック140’及び計測用ブロ
ック240’は、図9及び図10に示した荷重印加用ブ
ロック140及び計測用ブロック240と全く同一の機
能を果たし、計測用ブロック240’の張出部242の
下面に備えた小突起260に連結した試験片に、荷重印
加用ブロック140’から荷重を印加することができ
る。荷重印加用ブロック140’が、図15に示した回
転位置から180°回転した他方の位置にあるときに
は、荷重印加用ブロック140’の第3の突起144
が、計測用ブロック240’の張出部242の上面に備
えた小突起260’の上方に位置し、この第3の突起1
44から、小突起260’に連結または載置した試験片
に荷重を印加することができる。図14及び図15に示
した構成によれば、上側の小突起260’を使用するこ
とで、治具を用いることなく圧縮試験を行えことがで
き、また、適当な治具を用いれば、上側の小突起26
0’を使用してその他の種々の材料試験を実行すること
もできる。尚、荷重印加用ブロックを回転可能にする代
わりに、荷重印加用ブロックを一旦取外し、位置を変え
てラム・ロッド16dに連結するようにしてもよく、ま
た、複数種類の荷重印加用ブロックを用意しておき、必
要に応じて交換して用いるようにしてもよい。
に、荷重の印加初期における荷重波形の乱れを十分に小
さくできるということがあり、これについて、図16の
A〜Eを参照して説明する。図16において、A〜Cは
荷重波形、D及びEは公称応力−ひずみ線図である。
を印加して破断させる、高ひずみ速度引張試験について
説明する。このような試験では、通常、試験片に発生す
る変形速度が略々一定になる。この場合、荷重波形は、
図16のAに示すように、速やかに立ち上がり、オーバ
ーシュートを発生することなく水平方向になり、時間の
経過と共に滑らかに変化して、試験片の破断と共に立ち
下がる波形となるのが理想的である。
は、その試験によって得られる荷重波形が、図16のB
に示すように、荷重の印加初期における乱れの大きなも
のとなりがちであった。そのため、その荷重波形に基づ
いて作成した公称応力−ひずみ線図は、図16のDに示
した領域Rのように、比較的ひずみの小さい領域のデー
タの信頼性が低かった。
は、図16のCに示すように、荷重の印加初期における
乱れが十分小さい荷重波形が得られる。そのため、その
荷重波形に基づいて作成した公称応力−ひずみ線図は、
図16のEに示すように、その全域において高い信頼性
を有するデータを提供するものとなる。
た本発明の材料試験機によれば、充分な大きさ及び質量
を有するボディ部分と、先端と基端と前記所定方向に延
在する軸心とを有し前記基端において前記ボディ部分に
接続した少なくとも1個の計測用柱状小突起とを備えた
計測用ブロックの、その計測用柱状小突起の側面にひず
みゲージを貼着して構成した荷重計測手段を備えてお
り、この荷重計測手段を、ロードセルとして使用して静
的荷重ないし準静的荷重を計測することもでき、また、
検力台として使用して衝撃荷重を計測することもできる
ため、準静的荷重を印加して行う低速材料試験から、大
きな衝撃荷重を印加して行う超高速材料試験に至るま
で、広いひずみ速度域での材料試験に好適に対応するこ
とができる。また、検力台の原理を応用した荷重印加用
ブロックを備えているので、ノイズの少ない、安定し
た、しかも必要とする十分長時間の衝撃荷重を試験片に
印加することが可能である。また、引張荷重を印加する
試験においても、試験片の一端側へ直接荷重を印加でき
るので、特に高ひずみ速度域での材料試験時で、しばし
ば大きな問題となっている動的荷重(または衝撃荷重)
の印加初期における荷重波形の乱れを十分に小さくでき
る。この材料試験機は更に、計測して得られる荷重波形
が、ひずみ速度が約103 /秒以上の高ひずみ速度試験
でもノイズが少なく、その立上り部分から十分な精度を
有する波形として得られる。また、試験片の形状として
は、丸棒形、平板形、及びその他の種々の形状に対応可
能である。また、材料試験の種類としては、圧縮試験の
みならず、適当な治具を使用することによって、引張試
験、せん断試験、破壊靱性試験等をはじめとする様々な
種類の材料試験にも対応可能であり、それら試験を広い
ひずみ速度域で行うことができる。
験機によれば、荷重印加用ブロックが、充分な大きさ及
び質量を有するボディ部分と、試験片に荷重を印加する
ための前記ボディ部分から突出した少なくとも1個の荷
重印加用突起とを備え、荷重印加用突起に衝撃荷重が作
用したときにその荷重印加用突起に発生してこの荷重印
加用ブロックのボディ部分の中へ伝播した応力波が、該
ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すこと
によって、応力波伝播に伴う動的挙動による印加荷重へ
の影響を消滅し得るように構成されているため、振動や
ノイズが重畳しない好適な波形の衝撃荷重を試験片に印
加することができる。これにより、高ひずみ速度域での
材料試験を高精度で行うことができる。
験機によれば、材料試験機に装着されて荷重が印加され
た試験片に発生したひずみを計測する手段を更に備えた
ため、より多くの種類の材料試験に対応し得る、多用途
の材料試験機を構成することができる。
験機によれば、試験片に発生させる変形速度を高精度で
制御することができるため、比較的高いひずみ速度の材
料試験を高精度で実行することができる。
験機によれば、試験片に発生させるひずみ速度を高精度
で制御することができるため、比較的低いひずみ速度の
材料試験を高精度で実行することができる。
験機によれば、試験片に印加する静的荷重及び準静的荷
重を高精度で制御することができるため、それら荷重を
用いた材料試験を高精度で実行することができる。
験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合に、
簡明な構成で、試験片に発生させる変形速度を高精度で
制御することができるため、比較的高いひずみ速度の材
料試験を高精度で実行することができる。
験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合に、
簡明な構成で、試験片に発生させるひずみ速度を高精度
で制御することができるため、比較的低いひずみ速度の
材料試験を高精度で実行することができる。
験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合に、
試験片に印加する静的荷重及び準静的荷重を高精度で制
御することができるため、それら荷重を用いた材料試験
を高精度で実行することができる。
試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とすると共
に、荷重印加用ブロックと計測用ブロックとを上下に対
向させて配設したため、簡明な形態の治具と、簡明な形
態の荷重印加用ブロックとを使用して、準静的荷重を印
加して行う低速材料試験から、大きな衝撃荷重を印加し
て行う超高速材料試験に至るまで、広いひずみ速度域で
の引張試験に好適に対応することができる。
試験機によれば、使用する治具の形態を特に簡明なもの
とすることができる。
試験機によれば、荷重印加用ブロックの形態を特に簡明
なものとすることができる。
試験機によれば、計測用ブロックの側方張出部に計測用
柱状小突起を設けたことから、大きな伸び量が取れ、そ
のため、金属材料ばかりでなく、より大きな伸びを発生
するプラスチック等をはじめとするその他の種々の材料
の試験にも好適に使用することができる。また、小突起
に曲げが作用するときなどに生じるこの小突起の曲げ振
動などによる荷重計測時の荷重計測波形の乱れが少なく
なる。また、試験片の形状や大きさが変わっても容易に
対応することができる。更に、試験片が計測用ブロック
に囲繞されておらず、外部に露出されているため、作業
性がよく、また、試験片を室温と比べてはるかに高温ま
たは低温にして行う材料試験が容易になる。
試験機によれば、試験片と計測用柱状小突起の間に介在
する質量が小さくなるため、より高精度の試験結果が得
られる。
試験機によれば、使用する治具を交換することにより、
多種多様な試験片と、多種多様な材料試験とに対応する
ことができる。
本発明の材料試験機によれば、請求項12に記載した材
料試験機をコンパクトに構成することが可能であり、そ
れらのうちでも特に、請求項17に記載した本発明の材
料試験機によれば、荷重印加用ブロックが、一端を計測
用柱状小突起の連結部に連結した試験片の他端に直接係
合可能であることから、特に高ひずみ速度域で、しばし
ば大きな問題となっている動的荷重(または衝撃荷重)
の印加初期における荷重波形の乱れが十分に小さくなる
ため、変形初期の材料試験も精度良く行うことができ
る。
発明の材料試験機によれば、上方を向いた計測用柱状小
突起と下方を向いた計測用柱状小突起とを備えているた
め、より多様な材料試験を、より容易に実行することが
可能であり、それらのうちでも特に、請求項21に記載
した本発明の材料試験機によれば、荷重印加用ブロック
が、一端を計測用柱状小突起の連結部に連結した試験片
の他端に直接係合可能であることから、特に高ひずみ速
度域で、しばしば大きな問題となっている動的荷重(ま
たは衝撃荷重)の印加初期における荷重波形の乱れが十
分に小さくなるため、変形初期の材料試験も精度良く行
うことができる。
発明の材料試験機によれば、請求項20または21に記
載した材料試験機を、特にコンパクトに構成することが
できる。
試験機によれば、請求項13に記載した本発明の材料試
験機と同様の効果が得られることに加えて、荷重印加方
向が鉛直方向であることから、材料試験機の設計が更に
容易になる。
試験機によれば、試験片と計測用柱状小突起の間に介在
する質量が小さくなるため、より高精度の試験結果が得
られる。
試験機によれば、使用する治具を交換することにより、
多種多様な試験片と、多種多様な材料試験とに対応する
ことができる。
本発明の材料試験機によれば、請求項24に記載した材
料試験機をコンパクトに構成することが可能であり、そ
れらのうちでも特に、請求項28に記載した本発明の材
料試験機によれば、荷重印加用ブロックが、一端を計測
用柱状小突起の連結部に連結した試験片の他端に直接係
合可能であることから、特に高ひずみ速度域で、しばし
ば大きな問題となっている動的荷重(または衝撃荷重)
の印加初期における荷重波形の乱れが十分に小さくなる
ため、変形初期の材料試験も精度良く行うことができ
る。
試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合
に、簡明な構成で、試験片に発生させる変形速度を高精
度で制御することができるため、比較的高いひずみ速度
の材料試験を高精度で実行することができる。
試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合
に、試験片に発生させるひずみ速度を高精度で制御する
ことができるため、比較的低いひずみ速度の材料試験を
高精度で実行することができる。
試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合
に、試験片に印加する静的荷重及び準静的荷重を高精度
で制御することができるため、それら荷重を用いた材料
試験を高精度で実行することができる。
用いて引張試験を行う場合に、請求項34に記載した本
発明の引張試験用治具セットを使用するならば、衝撃引
張試験において荷重ないしひずみの計測を充分な時間に
亘って行うことができ、その荷重波形はノイズの少ない
精度の高いものとなり、低ひずみ速度域の準静的試験か
ら高ひずみ速度域の衝撃試験までの広いひずみ速度域に
おける引張試験を行うことができ、試験片の形状として
丸棒形と平板形とのいずれにも対応することができ、荷
重計測を荷重パルスの立上り部分から計測することがで
き、更に、引張試験における作業性も改善することがで
きる。
試験用治具セットによれば、第1治具を低コストで製作
することができると共に、治具セットと試験片とから成
るアセンブリを計測用ブロックに装着する作業も容易に
行うことができる。
用いて引張試験を行う場合に、請求項36に記載した本
発明の引張試験用治具セットを使用するならば、第2治
具を低コストで製作することができると共に、治具セッ
トと試験片とから成るアセンブリを計測用ブロックに装
着する作業も容易に行うことができる。
用いて引張試験を行う場合に、請求項37に記載した本
発明の引張試験用治具セットを使用するならば、第2治
具をコンパクトな構成で剛性の大きなものとすることが
できると共に、第2治具の中央に荷重を印加することが
できることから、更に高精度の荷重計測ができる。
試験用治具セットによれば、荷重印加用ブロックが第2
治具に衝突したときに、第2治具が弾かれ難くなるた
め、荷重波形のノイズが低減されることから、更に高精
度の荷重計測ができる。
用いて引張試験を行う場合に、請求項39に記載した本
発明の材料試験方法によって行うならば、請求項13に
記載した材料試験機の利点を十分に享受することのでき
る、好適な引張試験を実行することができる。
に記載した方法が、比較的高いひずみ速度の材料試験
と、比較的低いひずみ速度の材料試験とのいずれにも好
適に対応できることを明示したものである。
用いて引張試験を行う場合に、請求項42または43に
記載した本発明の材料試験方法によって行うならば、請
求項13に記載した材料試験機の利点を十分に享受する
ことのできる、好適な種々の材料試験を実行することが
可能であり、それらのうちでも特に、請求項43に記載
した本発明の材料試験機によれば、荷重印加用ブロック
が、一端を計測用柱状小突起の連結部に連結した試験片
の他端に直接係合可能であることから、特に高ひずみ速
度域で、しばしば大きな問題となっている動的荷重(ま
たは衝撃荷重)の印加初期における荷重波形の乱れが十
分に小さくなるため、変形初期の材料試験も精度良く行
うことができる。
42または43に記載した方法が、多種多様な材料試験
に好適に対応できることを明示したものである。
または43に記載した方法が、比較的高いひずみ速度の
材料試験と、比較的低いひずみ速度の材料試験とのいず
れにも好適に対応できることを明示したものである。
の構成を模式的に示したブロック図である。
測手段及び荷重印加手段の主要構成要素を示した断面図
である。
斜視図である。
トであって丸棒形の試験片に対応した治具セットの分解
斜視図である。
トであって平板形の試験片に対応した治具セットの分解
斜視図である。
にかかる材料試験機の荷重計測手段及び荷重印加手段の
主要構成要素を示した断面図である。
に用いる引張試験用治具セットであって丸棒形の試験片
に対応した治具セットの分解斜視図である。
に用いる引張試験用治具セットであって平板形の試験片
に対応した治具セットの分解斜視図である。
の機械構造部分を示した模式図である。
計測用ブロックを、計測用ブロックに装置した試験片及
び試験片に取付けた治具と共に示した斜視図である。
の1つの具体例を、丸棒形の引張試験用試験片及びそれ
に対応した引張試験用治具と共に示した斜視図である。
の別の具体例を、平板形の引張試験用試験片及びそれに
対応した引張試験用治具と共に示した斜視図である。
の更に別の具体例を、変更例にかかる荷重印加用ブロッ
ク及び平板形の引張試験用試験片と共に示した斜視図で
ある。
料試験機の変更例に相当する材料試験機の機械構造部分
を示した模式図である。
び計測用ブロックを示した斜視図である。
フであり、A〜Cは荷重波形、D及びEは公称応力−ひ
ずみ線図である。
測用柱状小突起 28 ひずみゲージ 42A、42B 第1治具 44A、44B 第2治具 82 荷重印加用柱状小突起 84A、84B 第2治具 290、292 治具 TP、TP1、TP2、TP3 試験片
Claims (49)
- 【請求項1】 フレームと、試験片に所定方向の荷重を
印加する荷重印加手段と、試験片に印加された荷重を計
測する荷重計測手段とを備えた材料試験機において、 (a)前記荷重計測手段は、前記フレームに支持された
計測用ブロックを含んでおり、該計測用ブロックは、充
分な大きさ及び質量を有するボディ部分と、先端と基端
と前記所定方向に延在する軸心とを有し前記基端におい
て前記ボディ部分に接続した少なくとも1個の計測用柱
状小突起とを備えており、 (b)前記荷重計測手段は更に、前記計測用柱状小突起
の側面に貼着された複数のひずみゲージと、前記複数の
ひずみゲージの出力を処理することで前記計測用柱状小
突起に作用している荷重を求める処理手段とを含んでお
り、 (c)前記計測用ブロックは、前記計測用柱状小突起の
前記先端に衝撃荷重が作用したときに該先端に発生して
該計測用柱状小突起の中を前記軸心に沿って前記基端へ
伝播した応力波のうち、該基端から前記ボディ部分の中
へ伝播した部分が、前記ボディ部分の周囲の境界で多数
回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動
的挙動を消散し得るように構成してあり、 (d)前記計測用ブロックは、前記計測用柱状小突起の
長さを十分に短くすることにより、前記基端へ伝播した
前記応力波のうち、該基端で反射されて前記先端へ戻さ
れる部分によって発生する前記先端と前記基端との間で
の応力波往復現象の往復周期が前記衝撃荷重の持続時間
と比べて十分に短くなるようにすることで、前記応力波
往復現象に起因する前記計測用柱状小突起の動的挙動
の、荷重計測結果に対する影響を十分に小さくし得るよ
うにしてあり、 (e)前記荷重計測手段は、前記計測用柱状小突起の先
端に前記軸心方向の静的ないし準静的荷重が作用するこ
とによって発生する該計測用柱状小突起の静的ないし準
静的ひずみを計測することで、その静的ないし準静的荷
重を計測できるように、また、前記応力波によって発生
する前記計測用柱状小突起の動的ひずみを計測すること
で、前記応力波を発生させた衝撃荷重を計測できるよう
に構成してあり、 (f)前記荷重印加手段は、荷重印加用ブロックと、前
記荷重印加用ブロックを前記所定方向に運動可能に案内
する前記フレームに支持された案内手段と、前記荷重印
加用ブロックを駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制
御する制御手段とを含んでおり、 (g)該材料試験機に装着した試験片へ前記荷重印加用
ブロックを介して印加される荷重が前記計測用ブロック
の前記計測用柱状小突起の先端へ伝達されるようにし
て、試験片が該材料試験機に装着されるようにした、こ
とを特徴とする材料試験機。 - 【請求項2】 (h)前記荷重印加用ブロックは、充分
な大きさ及び質量を有するボディ部分と、試験片に荷重
を印加するための前記ボディ部分から突出した少なくと
も1個の荷重印加用突起とを備えており、前記荷重印加
用突起に衝撃荷重が作用したときに該荷重印加用突起に
発生して前記荷重印加用ブロックの前記ボディ部分の中
へ伝播した応力波が、該ボディ部分の周囲の境界で多数
回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動
的挙動による印加荷重への影響を消滅し得るように構成
してある、 ことを特徴とする請求項1記載の材料試験機。 - 【請求項3】 (i)該材料試験機に装着されて荷重が
印加された試験片に発生したひずみを計測する手段を更
に備えた、 ことを特徴とする請求項1記載の材料試験機。 - 【請求項4】 前記駆動手段は、前記荷重印加用ブロッ
クを所望の速度まで加速することが可能であり、加速さ
れた前記荷重印加用ブロックの衝突によって試験片へ衝
撃荷重が加わるようにすることで、比較的高いひずみ速
度域での材料試験が行えるようにした、 ことを特徴とする請求項1、2、または3記載の材料試
験機。 - 【請求項5】 前記駆動手段は更に、前記制御手段によ
って制御された変位速度で前記荷重印加用ブロックを前
記所定方向に変位させることも可能であり、それによっ
て比較的低いひずみ速度域での材料試験も行えるように
した、 ことを特徴とする請求項4記載の材料試験機。 - 【請求項6】 前記駆動手段は更に、前記制御手段によ
って制御された大きさの荷重が前記荷重印加用ブロック
から試験片へ印加されるように、前記荷重印加用ブロッ
クを前記所定方向に付勢することも可能であり、それに
よって静的荷重を用いた材料試験及び準静的荷重を用い
た材料試験も行えるようにした、 ことを特徴とする請求項4または5記載の材料試験機。 - 【請求項7】 前記所定方向は鉛直方向であり、 前記駆動手段は、前記荷重印加用ブロックを昇降動させ
る昇降動手段と、前記荷重印加用ブロックの鉛直方向位
置を計測する手段とを備えており、 前記駆動手段は、前記荷重印加用ブロックを、前記制御
手段によって制御された鉛直方向位置から自由落下させ
ることが可能であり、自由落下によって加速された前記
荷重印加用ブロックの衝突によって試験片へ衝撃荷重が
加わるようにすることで、比較的高いひずみ速度域での
材料試験が行えるようにした、 ことを特徴とする請求項1、2、または3記載の材料試
験機。 - 【請求項8】 前記駆動手段は更に、前記制御手段によ
って制御された変位速度で前記荷重印加用ブロックを昇
降動させることも可能であり、それによって比較的低い
ひずみ速度域での材料試験も行えるようにした、 ことを特徴とする請求項7記載の材料試験機。 - 【請求項9】 前記駆動手段は更に、前記制御手段によ
って制御された大きさの荷重が前記荷重印加用ブロック
から試験片へ印加されるように、前記荷重印加用ブロッ
クを鉛直方向に付勢することも可能であり、それによっ
て静的荷重を用いた材料試験及び準静的荷重を用いた材
料試験も行えるようにした、 ことを特徴とする請求項7または8記載の材料試験機。 - 【請求項10】 前記所定方向は鉛直方向であり、 前記荷重印加用ブロックは、前記計測用ブロックの上方
に配設されており、 前記計測用ブロックは、前記荷重印加用ブロックに対向
する上面を有し、該上面に一対の前記計測用柱状小突起
を備えており、 前記計測用ブロックは、前記一対の計測用柱状小突起の
間に、治具を装着した試験片を収容することのできる凹
部を備えており、 前記一対の計測用柱状突起は、試験片を該材料試験機に
装着するときに、その試験片に装着した治具を、それら
一対の計測用柱状小突起の先端に載置できるようにして
ある、 ことを特徴とする請求項1、2、または3記載の材料試
験機。 - 【請求項11】 前記荷重印加用ブロックは、前記計測
用ブロックに対向する下面を有し、該下面に一対の荷重
印加用柱状小突起を備えており、 前記一対の計測用柱状突起は、試験片に荷重を印加する
ときに、それら一対の計測用柱状小突起の先端が、その
試験片に装着した治具に当接できるようにしてある、 ことを特徴とする請求項10記載の材料試験機。 - 【請求項12】 前記荷重印加用ブロックは、前記計測
用ブロックに対向する下面を有し、該下面の略々中央部
に荷重印加面を備えており、 前記荷重印加面は、試験片に荷重を印加するときに、そ
の試験片に装着した治具に当接できるようにしてある、 ことを特徴とする請求項10記載の材料試験機。 - 【請求項13】 前記計測用ブロックは、前記所定方向
に対して横方向に前記ボディ部分から張出した張出部を
備えており、該張出部は、前記所定方向に対して横方向
に延在する端面を有し、 前記計測用ブロックは、前記端面に前記計測用柱状小突
起を備えており、 前記計測用柱状小突起は、その先端に、試験片を連結す
るための連結部を備えている、 ことを特徴とする請求項1、2、または3記載の材料試
験機。 - 【請求項14】 前記計測用柱状小突起の先端の前記連
結部は、試験片に直接連結可能である、 ことを特徴とする請求項13記載の材料試験機。 - 【請求項15】 前記計測用柱状小突起の先端の前記連
結部は、試験片に連結した治具を該連結部に連結するこ
とによってその試験片に連結可能である、 ことを特徴とする請求項13記載の材料試験機。 - 【請求項16】 前記案内手段は、前記荷重印加用ブロ
ックが前記計測用ブロックの前記張出部に近接して前記
計測用ブロックの側方を通過可能なように、前記荷重印
加用ブロックを案内しており、 前記荷重印加用ブロックは、一端を前記計測用柱状小突
起の前記連結部に連結した試験片の他端に装着した治具
に係合可能な係合部を備えている、 ことを特徴とする請求項13記載の材料試験機。 - 【請求項17】 前記案内手段は、前記荷重印加用ブロ
ックが前記計測用ブロックの前記張出部に近接して前記
計測用ブロックの側方を通過可能なように、前記荷重印
加用ブロックを案内しており、 前記荷重印加用ブロックは、一端を前記計測用柱状小突
起の前記連結部に連結した試験片の他端に係合可能な係
合部を備えている、 ことを特徴とする請求項13記載の材料試験機。 - 【請求項18】 前記荷重印加用ブロックの前記係合部
は、前記所定方向に対して横方向に突出した一対の突起
から成る、 ことを特徴とする請求項16または17記載の材料試験
機。 - 【請求項19】 前記張出部は、前記所定方向に延在し
略々一定の横断面を有する細長い突条から成り、 前記荷重印加用ブロックの前記一対の突起は、前記荷重
印加用ブロックが前記計測用ブロックの側方を通過する
ときに、前記突条の両側を通過するようにしてある、 ことを特徴とする請求項18記載の材料試験機。 - 【請求項20】 前記計測用ブロックは、前記所定方向
に対して横方向に前記ボディ部分から張出した張出部を
備えており、 前記張出部は、前記所定方向に対して横方向に延在する
互いに逆方向を向いた一対の端面を有し、 前記計測用ブロックは、前記一対の端面の各々に前記計
測用柱状小突起を備えており、 前記一対の計測用柱状小突起の少なくとも一方は、その
先端に、試験片を連結するための連結部を備えており、 前記案内手段は、前記荷重印加用ブロックが前記計測用
ブロックの前記張出部に近接して前記計測用ブロックの
側方を通過可能なように、前記荷重印加用ブロックを案
内しており、 前記荷重印加用ブロックは、一端を前記計測用柱状小突
起の前記連結部に連結した試験片の他端に装着した治具
に係合可能な係合部を備えている、 ことを特徴とする請求項1、2、または3記載の材料試
験機。 - 【請求項21】 前記計測用ブロックは、前記所定方向
に対して横方向に前記ボディ部分から張出した張出部を
備えており、 前記張出部は、前記所定方向に対して横方向に延在する
互いに逆方向を向いた一対の端面を有し、 前記計測用ブロックは、前記一対の端面の各々に前記計
測用柱状小突起を備えており、 前記一対の計測用柱状小突起の少なくとも一方は、その
先端に、試験片を連結するための連結部を備えており、 前記案内手段は、前記荷重印加用ブロックが前記計測用
ブロックの前記張出部に近接して前記計測用ブロックの
側方を通過可能なように、前記荷重印加用ブロックを案
内しており、 前記荷重印加用ブロックは、一端を前記計測用柱状小突
起の前記連結部に連結した試験片の他端に係合可能な係
合部を備えている、 ことを特徴とする請求項1、2、または3記載の材料試
験機。 - 【請求項22】 前記荷重印加用ブロックの前記係合部
は、前記所定方向に対して横方向に突出した一対の突起
から成る、 ことを特徴とする請求項20または21記載の材料試験
機。 - 【請求項23】 前記張出部は、前記所定方向に延在し
略々一定の横断面を有する細長い突条から成り、 前記荷重印加用ブロックの前記一対の突起は、前記荷重
印加用ブロックが前記計測用ブロックの側方を通過する
ときに、前記突条の両側を通過するようにしてある、 ことを特徴とする請求項22記載の材料試験機。 - 【請求項24】 前記所定方向は鉛直方向であり、 前記計測用ブロックは、鉛直方向に対して横方向に前記
ボディ部分から張出した張出部を備えており、 前記張出部は、鉛直方向に対して横方向に延在し下方を
向いた端面を有し、 前記計測用ブロックは、前記端面に前記計測用柱状小突
起を備えており、 前記計測用柱状小突起は、その先端が、鉛直方向下方を
向いており、 前記計測用柱状小突起は、その先端に、試験片を連結す
るための連結部を備えている、 ことを特徴とする請求項1、2、または3記載の材料試
験機。 - 【請求項25】 前記計測用柱状小突起の先端の前記連
結部は、試験片に直接連結可能である、 ことを特徴とする請求項24記載の材料試験機。 - 【請求項26】 前記計測用柱状小突起の先端の前記連
結部は、試験片に連結した治具を該連結部に連結するこ
とによってその試験片に連結可能である、 ことを特徴とする請求項24記載の材料試験機。 - 【請求項27】 前記案内手段は、前記荷重印加用ブロ
ックが前記計測用ブロックの前記張出部に近接して前記
計測用ブロックの側方を通過可能なように、前記荷重印
加用ブロックを案内しており、 前記荷重印加用ブロックは、一端を前記計測用柱状小突
起の前記連結部に連結した試験片の他端に装着した治具
に係合可能な係合部を備えている、 ことを特徴とする請求項24記載の材料試験機。 - 【請求項28】 前記案内手段は、前記荷重印加用ブロ
ックが前記計測用ブロックの前記張出部に近接して前記
計測用ブロックの側方を通過可能なように、前記荷重印
加用ブロックを案内している、 前記荷重印加用ブロックは、一端を前記計測用柱状小突
起の前記連結部に連結した試験片の他端に係合可能な係
合部を備えており、 ことを特徴とする請求項24記載の材料試験機。 - 【請求項29】 前記荷重印加用ブロックの前記係合部
は、鉛直方向に対して横方向に突出した一対の突起から
成る、 ことを特徴とする請求項27または28記載の材料試験
機。 - 【請求項30】 前記張出部は、前記所定方向に延在し
略々一定の横断面を有する細長い突条から成り、 前記荷重印加用ブロックの前記一対の突起は、前記荷重
印加用ブロックが前記計測用ブロックの側方を通過する
ときに、前記突条の両側を通過するようにしてある、 ことを特徴とする請求項29記載の材料試験機。 - 【請求項31】 前記駆動手段は、前記荷重印加用ブロ
ックを昇降動させる昇降動手段と、前記荷重印加用ブロ
ックの鉛直方向位置を計測する手段とを備えており、 前記駆動手段は、前記荷重印加用ブロックを、前記制御
手段によって制御された鉛直方向位置から自由落下させ
ることが可能であり、自由落下によって加速された前記
荷重印加用ブロックの衝突によって試験片へ衝撃荷重が
加わるようにすることで、比較的高いひずみ速度域での
材料試験が行えるようにした、 ことを特徴とする請求項24記載の材料試験機。 - 【請求項32】 前記駆動手段は更に、前記制御手段に
よって制御された変位速度で前記荷重印加用ブロックを
昇降動させることも可能であり、それによって比較的低
いひずみ速度域での材料試験が行えるようにした、 ことを特徴とする請求項31記載の材料試験機。 - 【請求項33】 前記駆動手段は更に、前記制御手段に
よって制御された大きさの荷重が前記荷重印加用ブロッ
クから試験片へ印加されるように、前記荷重印加用ブロ
ックを鉛直方向に付勢することも可能であり、それによ
って静的荷重を用いた材料試験及び準静的荷重を用いた
材料試験が行えるようにした、 ことを特徴とする請求項31または32記載の材料試験
機。 - 【請求項34】 請求項10記載の材料試験機を用いて
引張試験を行うための引張試験用治具セットにおいて、 (a)前記荷重印加手段の前記荷重印加用ブロックと前
記荷重計測手段の前記計測用ブロックとの間に、第1端
を前記荷重印加用ブロックに向け第2端を前記計測用ブ
ロックに向けて配設される試験片の、前記第1端と前記
第2端とに夫々連結される第1治具と第2治具とを含
み、 (b)前記第1治具は、試験片の前記第1端に連結され
前記一対の計測用柱状小突起の先端と当接するように配
設され、 (c)前記第2治具は、試験片の前記第2端に連結され
試験実行時に前記荷重印加用ブロックから荷重が印加さ
れるように配置され、 (d)前記荷重印加用ブロックが前記第2治具に圧縮荷
重を印加することで、試験片に引張荷重が作用するよう
にした、 ことを特徴とする引張試験用治具セット。 - 【請求項35】 前記第1治具が、長手方向両端部にお
いて前記一対の計測用柱状小突起の先端に当接し、長手
方向中央部が試験片の前記第1端に連結される細長い形
状に形成されている、 ことを特徴とする請求項34記載の引張試験用治具セッ
ト。 - 【請求項36】 請求項11記載の材料試験機を用いて
引張試験を行うための引張試験用治具セットにおいて、 (a)前記荷重印加手段の前記荷重印加用ブロックと前
記荷重計測手段の前記計測用ブロックとの間に、第1端
を前記荷重印加用ブロックに向け第2端を前記計測用ブ
ロックに向けて配設される試験片の、前記第1端と前記
第2端とに夫々連結される第1治具と第2治具とを含
み、 (b)前記第1治具は、試験片の前記第1端に連結され
前記一対の計測用柱状小突起の先端と当接するように配
設され、 (c)前記第2治具は、試験片の前記第2端に連結され
試験実行時に前記荷重印加用ブロックから荷重が印加さ
れるように配置され、 (d)前記第1治具が、長手方向両端部において前記一
対の計測用柱状小突起の先端に当接し、長手方向中央部
が試験片の前記第1端に連結される細長い形状に形成さ
れており、 (e)前記第2治具が、長手方向両端部において前記一
対の荷重印加用柱状小突起の先端から荷重が印加され、
長手方向中央部が試験片の前記第2端に連結される細長
い形状に形成されており、 (f)前記荷重印加用ブロックが前記第2治具に圧縮荷
重を印加することで、試験片に引張荷重が作用するよう
にした、 ことを特徴とする引張試験用治具セット。 - 【請求項37】 請求項12記載の材料試験機を用いて
引張試験を行うための引張試験用治具セットにおいて、 (a)前記荷重印加手段の前記荷重印加用ブロックと前
記荷重計測手段の前記計測用ブロックとの間に、第1端
を前記荷重印加用ブロックに向け第2端を前記計測用ブ
ロックに向けて配設される試験片の、前記第1端と前記
第2端とに夫々連結される第1治具と第2治具とを含
み、 (b)前記第1治具は、試験片の前記第1端に連結され
前記一対の計測用柱状小突起の先端と当接するように配
設され、 (c)前記第2治具は、試験片の前記第2端に連結され
試験実行時に前記荷重印加用ブロックから荷重が印加さ
れるように配置され、 (d)前記第1治具が、長手方向両端部において前記一
対の計測用柱状小突起の先端に当接し、長手方向中央部
が試験片の前記第1端に連結される細長い形状に形成さ
れており、 (e)前記第2治具が、4辺を有する角リング形状に形
成されており、前記4辺のうちの第1辺において試験片
の前記第2端に連結され、前記4辺のうちの前記第1辺
と対向する第2辺に前記荷重印加用ブロックの荷重印加
面から荷重が印加されるようにしてあり、 (f)前記荷重印加用ブロックが前記第2治具に圧縮荷
重を印加することで、試験片に引張荷重が作用するよう
にした、 ことを特徴とする引張試験用治具セット。 - 【請求項38】 前記第2治具の、前記荷重印加用ブロ
ックの荷重印加面から荷重が印加される面に、緩衝材を
設けたことを特徴とする請求項37記載の引張試験用治
具セット。 - 【請求項39】 請求項13記載の材料試験機を用いて
実行する材料試験方法において、 (a)第1端と第2端と軸心とを有し、それら第1端と
第2端との間に前記軸心の方向の引張荷重を印加して引
張材料試験を行うようにした引張試験用試験片を用意
し、 (b)前記引張試験用試験片の前記第1端を前記計測用
柱状小突起の先端の前記連結部に連結して、該引張試験
用試験片の前記軸心が前記所定方向に延在するように
し、 (c)前記引張試験用試験片の前記第2端に治具を連結
し、 (d)前記荷重印加用ブロックを、前記引張試験用試験
片の前記第1端から前記第2端の方向へ運動するように
駆動して、該荷重印加用ブロックから前記引張試験用試
験片の前記第2端に連結した前記治具に荷重を印加す
る、 ことを特徴とする材料試験方法。 - 【請求項40】 前記荷重印加用ブロックを駆動する際
に、前記引張試験用試験片に比較的高いひずみ速度のひ
ずみを発生させるような駆動速度で駆動を行う、 ことを特徴とする請求項39記載の材料試験方法。 - 【請求項41】 前記荷重印加用ブロックを駆動する際
に、前記引張試験用試験片に比較的低いひずみ速度のひ
ずみを発生させるような駆動速度で駆動を行う、 ことを特徴とする請求項39記載の材料試験方法。 - 【請求項42】 請求項13記載の材料試験機を用いて
実行する材料試験方法において、 (a)第1取付部と第2取付部とを有し、それら第1取
付部と第2取付部との間に荷重を印加して材料試験を行
うようにした試験片を用意し、 (b)前記試験片の前記第1取付部を、前記計測用柱状
小突起の先端の前記連結部に連結し、 (c)前記試験片の前記第2取付部に治具を連結し、 (d)前記荷重印加用ブロックを駆動して、該荷重印加
用ブロックから前記試験片の前記第2取付部に連結した
前記治具に荷重を印加する、 ことを特徴とする材料試験方法。 - 【請求項43】 請求項13記載の材料試験機を用いて
実行する材料試験方法において、 (a)一端に取付部を有し、他端に前記荷重印加用ブロ
ックが係合する係合部を有し、それら取付部と係合部と
の間に荷重を印加して材料試験を行うようにした試験片
を用意し、 (b)前記試験片の前記取付部を、前記計測用柱状小突
起の先端の前記連結部に連結し、 (c)前記荷重印加用ブロックを駆動して、該荷重印加
用ブロックから前記試験片の前記係合部に荷重を印加す
る、 ことを特徴とする材料試験方法。 - 【請求項44】 前記試験片がせん断試験用試験片であ
ることを特徴とする請求項42または43記載の材料試
験方法。 - 【請求項45】 前記試験片が破壊靱性試験用試験片で
あることを特徴とする請求項42または43記載の材料
試験方法。 - 【請求項46】 前記試験片が高速打抜試験用試験片で
あることを特徴とする請求項42または43記載の材料
試験方法。 - 【請求項47】 前記試験片が曲げ試験用試験片である
ことを特徴とする請求項42または43記載の材料試験
方法。 - 【請求項48】 前記荷重印加用ブロックを駆動する際
に、前記試験片に比較的高いひずみ速度のひずみを発生
させるような駆動速度で駆動を行う、 ことを特徴とする請求項42または43記載の材料試験
方法。 - 【請求項49】 前記荷重印加用ブロックを駆動する際
に、前記試験片に比較的低いひずみ速度のひずみを発生
させるような駆動速度で駆動を行う、 ことを特徴とする請求項42または43記載の材料試験
方法。
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