JP2002195924A

JP2002195924A - 多軸疲労試験方法及びその装置

Info

Publication number: JP2002195924A
Application number: JP2000396851A
Authority: JP
Inventors: Masao Itaya; 雅雄板谷; Yasushi Kanazawa; 寧金澤; Yasuyo Taguchi; 耕世田口; Masayuki Asano; 政之淺野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】複雑な構造と高度な制御を必要とすることな
く、均一な多軸ひずみ状態下での疲労試験を行うことが
できるようにする。【解決手段】円板状試験片１の一面に、この試験片１と
同心円状支点２を配置し、試験片１の他面に、支点２と
異なった同心円状力点３を配置する。そして、力点３に
繰り返し負荷を付与して疲労試験を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は構造物材料の多軸応
力または多軸ひずみ条件下の疲労強度特性を解明するた
めの試験を行う多軸疲労試験方法及びその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】これまでにも、多軸疲労時、特に二軸応
力あるいは二軸ひずみ条件下の疲労試験方法はいくつか
提案されている。丸棒試験片を用いて軸力引張圧縮と軸
ねじりを組み合せる方法は最も一般的であるが、主ひず
み比ε１／ε２が０または負の範囲でしか試験を実施で
きないという欠点がある。ここで、ε１，ε２はそれぞ
れ、最大主ひずみおよび最小主ひずみである。

【０００３】また、内圧を受ける円筒体の軸力引張圧縮
による疲労試験方法が知られている。しかしながら、こ
の試験方法は座屈を生じやすいため、実際にはほとんど
使用されていないのが現状である。

【０００４】さらに、円板状試験片の両面に圧力を加
え、中央に等二軸ひずみ状態を作り出す試験方法が知ら
れている。この試験方法は、圧力媒体に油を使用するた
め、試験結果への圧力媒体による環境の影響が懸念され
る。そのうえ、密閉構造となるため、き裂の発生や進展
などの観察ができないことや、ひずみが試験片中央に集
中し、均一なひずみ状態を作り出せないという欠点があ
る。

【０００５】また、簡便に試験片全体に均一な二軸ひず
み状態を作り出す菱形平板のくらげ形曲げ疲労試験方法
が知られているが、この試験方法は優れた試験方法であ
るが、軸引張圧縮とねじりを組み合せる方法と同様、主
ひずみ比が負の領域しか作り出せない欠点がある。

【０００６】最近、十字形状試験片を用いる試験方法が
試みられているが、試験片、装置とともに構造が複雑と
なり、高精度な製作、据付調整が必要である。また、こ
の試験方法は試験片中心の位置を一定に保つため、４つ
のアクチュエータを必要とし、試験装置の高精度な制御
が要求されるため、必然的に非常に高価な試験装置とな
るという欠点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】原子力構造物をはじめ
とする大型構造物が実際の運転中に受ける負荷状態は、
変形の拘束や応力集中などにより多軸応力または多軸ひ
ずみ状態にある。したがって、これらの構造物の疲労強
度特性を解明し、構造健全性評価の精度を向上させるに
は多軸条件下での疲労試験の実施が重要となる。

【０００８】しかしながら、前述したように、これまで
にも多軸ひずみ条件下の疲労試験方法はいくつか提案さ
れているが、前述した欠点があるため、より広く採用さ
れるまでには至っていないのが課題である。

【０００９】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、複雑な構造と高度な制御を必要とすることな
く、均一な二軸ひずみ場を形成し、簡便な装置構成によ
り均一な多軸ひずみ状態下での疲労試験を行うことがで
きる多軸疲労試験及びその装置を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
試験片の一面に、この試験片と同心円状の支点を配置
し、前記試験片の他面に前記支点と異なった大きさの直
径を有する同心円状力点を配置し、前記力点に繰り返し
負荷を付与して疲労試験することを特徴とする。

【００１１】この発明によれば、試験片の力点から内側
の領域全体にわたり均一な二軸ひずみ状態を作り出すこ
とができ、力点を繰り返し押し付けることにより、簡単
に二軸疲労試験が可能となる。

【００１２】また、試験片の力点から内側の領域全体に
わたり均一な二軸ひずみ状態を作り出すことができ、力
点を上から押せば、試験片上面は引張、試験片下面は圧
縮の二軸ひずみ状態となり、力点を下から押せば、試験
片上面は圧縮、試験片下面は引張の二軸ひずみ状態とな
るため、力点に繰り返し荷重を加えることにより、引張
から圧縮までの繰り返し二軸疲労試験が可能となる。

【００１３】さらに、試験片を楕円板状に形成すると試
験片の上下から押し付け荷重を加えることにより、楕円
の長軸方向のひずみの大きさと単軸方向のひずみの大き
さが異なる二軸ひずみ状態を作り出すことができる。す
なわち、試験片が円板の場合は、最大主ひずみと、これ
に直交する最小主ひずみの大きさの比であるひずみ比が
１の場合に限られるが、試験片を楕円板として押し付け
荷重を繰り返し負荷することで、ひずみ比が１以外の二
軸ひずみ状態での疲労試験が可能となる。

【００１４】請求項２に係る発明は、前記支点および力
点を配置した前記試験片を高温または腐食環境中で疲労
試験することを特徴とする。この発明によれば、試験片
および治具全体を加熱炉または腐食槽あるいはオートク
レーブ内に納めて高温または腐食環境中で試験を行うこ
とにより多軸疲労特性データを取得することができる。

【００１５】請求項３に係る発明は、試験片を載置し下
部力点を備えた試験片載置台と、この試験片載置を支持
する支柱と、この支柱の端部に設けられたスペーサと、
このスペーサ上面に取り付けられたアームと、このアー
ムの下面に取り付けられ前記試験片の上面に接し、かつ
前記下部力点と対向する位置に上部力点を備えた力点押
え具と、前記試験片載置台と前記スペーサとの間に設け
られ前記試験片の上面に接する下部支点を備えた支点押
え具と、この支点押え具と対向し前記下部支点と対向す
る位置に上部支点を備えかつ前記アームを挿通する窓を
有する円筒体とを具備したことを特徴とする。

【００１６】この発明によれば、請求項１に係る発明の
多軸疲労試験方法を実施することができる。具体的には
円板または楕円板形状の試験片を上下から支点と力点で
挟み込んで、繰り返し荷重を負荷することができる。

【００１７】請求項４に係る発明は、前記スペーサ、支
柱または円筒体の少なくとも一部に前記試験片観察用覗
き窓を設けてなることを特徴とする。この発明によれ
ば、支柱または円筒体の外側から試験片表面を観察でき
る覗き窓を設けることにより、多軸疲労試験を中断して
装置を分解することなく、試験中そのままの状態で試験
片表面での疲労き裂の発生を検知したり、き裂の進展を
観察することができる。

【００１８】また、覗き窓にＣＣＤカメラまたはファイ
バースコープを挿入し、試験片の表面を至近距離から観
察することにより、多軸疲労試験中にき裂の発生を、目
視にくらべてより早い段階で鮮明な画像として捉えるこ
とができる。

【００１９】請求項５に係る発明は、前記覗き窓にＣＣ
Ｄカメラまたはファイバースコープを挿入して観察した
前記試験片の表面画像を記載する画像記録装置を設けて
なることを特徴とする。

【００２０】この発明によれば、ＣＣＤカメラまたはフ
ァイバースコープにより観察した試験片表面の画像を画
像記録装置により連続的に記録する。これにより、無人
で多軸疲労試験を実施した場合においても、試験後にき
裂の発生時期を知ることができる。

【００２１】また、覗き窓からレプリカフィルムを挿入
して、試験片表面の状態をレプリカフィルムに転写した
後、レプリカフィルムを顕微鏡で観察することにより、
多軸疲労試験中にき裂の発生を、目視にくらべてより早
い段階で鮮明な画像として捉えることができる。

【００２２】請求項６に係る発明は、前記試験片載置台
または前記円筒体に押し当て式変位計測装置を取り付け
てなることを特徴とする。この発明によれば、多軸疲労
試験中に支点と力点との相対変位を押し当て式変位計測
装置で計測することにより、支点と力点との相対変位か
ら試験片に発生しているひずみの大きさを知ることがで
きる。

【００２３】また、多軸疲労試験中に支点または力点と
試験片中央の相対変位を押し当て式変位計測装置で計測
することにより、支点または力点と試験片中央の相対変
位から試験片に発生しているひずみの大きさを知ること
ができる。

【００２４】請求項７に係る発明は、前記試験片載置台
または前記円筒体に非接触式変位計を取り付けてなるこ
とを特徴とする。この発明によれば、支点または力点の
いずれか一方に非接触式の変位計を取り付け、試験中に
他方との相対変位を計測することにより、試験片に変位
計の押し付け荷重を加える等の余分な影響を及ぼすこと
なく、試験片に発生しているひずみの大きさを測定する
ことができる。

【００２５】また、試験片の支点と力点との相対変位、
すなわち、たわみを介して試験片に発生するひずみを制
御することが可能となり、ひずみ制御方式の疲労試験の
実施を行うことができる。さらに、試験片中央と支点ま
たは力点との相対変位を介して試験片に発生するひずみ
を制御することが可能となり、ひずみ制御方式の疲労試
験の実施が可能となるとともに、試験片の力点に加える
荷重を介して試験片に発生する応力を制御することが可
能となり、応力制御方式の疲労試験を行うことができ
る。

【００２６】請求項８に係る発明は、前記試験片載置台
または前記円筒体の対向面に溝を設け、この溝に金属ま
たはセラミックスからなるリングまたはベアリングを嵌
合してなることを特徴とする。

【００２７】この発明によれば、請求項２の発明に記載
した多軸疲労試験装置の支柱と支点の組合せおよび支点
押え具と支点組合せおよび円筒と力点の組合せおよび力
点押え具と力点の組合せの各々の組を一体とせず、支点
および力点に金属またはセラミックスのリングを用い
る。これにより、支点および力点の耐摩耗性を向上する
とともに、これらの部品製作費用を安価にでき、支点お
よび力点にリングよりもさらに入手の容易なベアリング
を用いることで、試験にかかる費用をより安価にでき
る。

【００２８】また、支点および力点として使用されるリ
ングまたはベアリングの耐摩耗性を向上するとともに、
支点および力点における摩擦力を低減して力点に加わる
荷重を極力多く試験片に伝えることができる。

【００２９】請求項９に係る発明は、前記支点押え具に
前記試験片の中心を前記支点および力点の中心に一致さ
せるための試験片取り付けガイドを設けてなることを特
徴とする。

【００３０】この発明によれば、ガイドを設けることに
より、試験片を試験片載置台の中央に正しく位置決めす
ることが容易にできる。また、試験片に切欠きを設ける
ことにより、多軸疲労特性に及ぼす応力集中の影響を調
べることができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】図１（ａ），（ｂ）および図２
（ａ），（ｂ）により本発明に係る多軸疲労試験方法の
第１の実施の形態を説明する。図１（ａ），（ｂ）は本
実施の形態の原理を説明するための図で、図１（ａ）は
縦断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の上面図である。図
１（ａ），（ｂ）において、符号１は円板状試験片（以
下、単に試験片１と記す）で、試験片１の下面にリング
状支点２を設け、試験片１の上面にリング状支点２より
直径の小さいリング状力点３を同心円板状に設けてい
る。支点２は試験片１を支持し、力点３は作用点であ
る。力点３に繰り返し負荷、つまり荷重を加える。

【００３２】図２（ａ），（ｂ）はこのとき、試験片１
の引張側表面、圧縮側表面および中立面に発生する応力
を有限要素法により計算した例で、試験片１内の半径方
向の分布を示している。試験片１の板圧は３mm，直径は
66mm，支点２および力点３の直径はそれぞれ60mmと30mm
とし、約9.8kNすなわち、1000kgfの荷重を加えた場合に
ついての計算例である。試験片材料の応力−ひずみ関係
には炭素鋼の標準的なものを使用した。

【００３３】図２（ａ）は試験片１内の半径方向応力の
分布図で、図２（ｂ）は試験片１内の周方向応力の分布
図である。図２（ａ），（ｂ）から明らかなように力点
３の内側の領域に均一な二軸応力状態が得られることが
認められる。

【００３４】本実施の形態によれば、試験片１の力点３
から内側の領域全体にわたり、均一な二軸ひずみ状態を
作り出すことができる。また、力点３を繰り返し押し付
けることにより、簡単に二軸疲労試験を行うことができ
る。

【００３５】つぎに図３（ａ），（ｂ）により本発明に
係る多軸疲労試験方法の第２の実施の形態を説明する。
本実施の形態は試験片１の両側に支点２と力点３を挟み
込むように設けて多軸疲労試験を行うことにある。すな
わち、円板状試験片１はその周端部と同心円状に設けら
れた支点２により両面から支持されており、さらにこれ
らの支点２と同心円状に設けられた力点３により荷重が
加えられる。力点３も試験片１を両側から挟み込んでお
り、試験片１の上面を引張応力状態にすることもできる
し、圧縮応力にすることもでき、いわゆる両振負荷を加
えることができる。

【００３６】本実施の形態によれば、試験片１の力点３
から内側の領域全体にわたり、均一な二軸ひずみ状態を
作り出すことができ、力点３を上から押せば、試験片１
の上面は引張り、試験片１の下面は圧縮の二軸ひずみ状
態となる。力点３を下から押せば、試験片１の上面は圧
縮、試験片１の下面は引張りの二軸ひずみ状態となるた
め、力点３に繰り返し荷重を加えることにより、引張り
から圧縮までの繰り返し二軸疲労試験を行うことができ
る。

【００３７】つぎに図４（ａ），（ｂ）により本発明に
係る多軸疲労試験方法の第３の実施の形態を説明する。
本実施の形態は第２の実施の形態における試験片１の代
りに楕円板状試験片４に置き換えたことにある。支点２
および力点３の位置は楕円板状試験片４の周囲と相似で
ある。

【００３８】すなわち、楕円板状試験片４の周囲の形状
を（ｘ／ａ）²＋（ｙ／ｂ）²＝１とすると、支点２の位置は（ｘ／ｋａ）²＋（ｙ／ｋｂ）²＝１力点３の位置は（ｘ／ｈａ）²＋（ｙ／ｈｂ）²＝１で表される。ここで、ａは楕円板状試験片４の長軸半
径、ｂは試験片４の短軸半径、ｋおよびｈは比例定数で
ある。

【００３９】本実施の形態によれば、試験片を楕円板状
とすることで、楕円板状試験片４に上下から押し付け荷
重を加えることにより、楕円の長軸方向のひずみの大き
さと、短軸方向のひずみの大きさが異なる二軸ひずみ状
態を作り出すことができる。

【００４０】すなわち、試験片が円板の場合は、最大ひ
ずみと、これに直交する最小主ひずみの大きさの比であ
るひずみ比が１の場合に限られるが、試験片を楕円板と
して押し付け荷重を繰り返し負荷することで、ひずみ比
が１以外の二軸ひずみ状態での疲労試験を行うことがで
きる。

【００４１】本実施の形態によれば、第２の実施の形態
と同様に、楕円板状試験片４の上下から押し付け荷重を
加えることにより、楕円の長軸方向のひずみの大きさと
単軸方向のひずみの大きさが異なる二軸ひずみ状態を作
り出すことができる。

【００４２】すなわち、試験片が円板の場合は、最大主
ひずみと、これに直交する主ひずみの大きさの比である
ひずみ比が１の場合に限られるが、試験片を楕円板とし
て押し付け荷重を繰り返し負荷することで、ひずみ比が
１以外の二軸ひずみ状態での疲労試験を行うことができ
る。

【００４３】つぎに図５，図６および図７（ａ），
（ｂ）により本発明に係る多軸疲労試験装置の第１の実
施の形態を説明する。図５は本実施の形態に係る装置全
体を概略的に立面図で示しており、図６は図５における
Ａ部の拡大断面図、図７（ａ）は図６のＡ−Ａ矢視方向
からみた上面図、図７（ｂ）は図６のＢ−Ｂ矢視方向か
らみた下面図である。

【００４４】図５中符号５は内部に加振機６を取り付け
た加振取付架台で、この架台５にはフレーム７が取り付
けられ、フレーム７に上部支持機構８が取り付けられて
いる。上部支持機構８に荷重計９が取付部材10を介して
取り付けられている。

【００４５】荷重計９と加振機６との間に図中Ａ部で示
す多軸疲労試験装置11が設けられている。この多軸疲労
試験装置11について図６および図７（ａ），（ｂ）によ
り詳しく説明する。

【００４６】図６中、符号12は支柱で、この支柱12の下
部は図５に示した加振機６に取り付けられる。支柱12の
中央部には試験片１を載置する試験片載置台13が設けら
れている。試験片載置台13の上端部には試験片１の下面
から力を加えるリング状力点３が設けられている。

【００４７】上方から吊下する円筒体15の下端部には環
状支点２が設けられている。そして、この円筒体15の下
端部には試験片載置台13の外側を包囲して前記環状支点
に対向する位置に支点２を有する環状支点押え具14が短
ねじ16によりねじ止めされて設けられている。

【００４８】さらに、円筒体15にはアーム17を挿通させ
る窓18が設けられており、アーム17の下面には力点押え
具19が取り付けられている。力点押え具19は試験片１の
上面を押え付ける環状力点３が設けられており、この力
点３は前記試験片載置台13に設けた力点３と対向した位
置に設けられている。

【００４９】アーム17は図７（ａ），（ｂ）に示すよう
にスペーサ20を介して支柱12に長ねじ21により締め付け
られて固定されている。スペーサ20は支柱12の外径と同
様の寸法を有する環状体であり、長ねじ21を挿通するた
めの貫通孔（図示せず）が設けられている。

【００５０】このように、試験片１は支点押え具14によ
って円筒体15の先端に設けられた支点２に支持され、さ
らに支点２の内側にあって、支柱12の先端に設けた試験
片載置台13の力点３に押え具19によって挟み込まれてい
る。力点押え具19は円筒体15の窓18を貫通して支柱12に
スペーサ20を介して結合されたアーム17により力点３に
押し付けられている。

【００５１】なお、力点押え具19はアーム17により試験
片１に押え付けられるが、アーム17と力点押え具19は常
に押え付けられているため、特に固定の必要はないが、
接着剤、はめ合（インロー）、ねじ止め等により固定を
補強することもできる。

【００５２】つぎに本実施の形態に係る多軸疲労試験装
置の動作例を説明する。まず、円筒体15を支柱12から十
分離れた位置まで上昇させておく。支柱12の上に試験片
１を置く前に、支点押え具14を支柱12の上に仮置きして
おく。また、この時点ではスペーサ20はまだ装着されて
いない。支柱12の上に試験片１と力点押え具19をこの順
に置き、円筒体15をその先端、すなわち力点３が試験片
１に当たる位置まで徐々に下降させる。

【００５３】このとき、円筒体15に設けられた窓18に力
点押え具19の上面が現れ、なおかつアーム17を円筒体15
の窓18から挿入可能な高さとなるよう、予め各々の部品
の寸法が決められている。円筒体15の先端が試験片１に
接した時点で支点押え具14を短ねじ16により円筒体15に
連結し、試験片１を円筒体15と支点押え具14とにより挟
み込む。

【００５４】つぎに、スペーサ20を支柱12の上に置き、
アーム17を円筒体15の窓18から挿入する。アーム17およ
びスペーサ20に長ねじ21を通し、アーム17と支柱12とを
連結する。長ねじ21を締め付けることで、試験片１は支
柱12と力点押え具19とにより挟み込まれ、試験片１の固
定が完了する。

【００５５】支柱12または円筒体15のいずれか一方を図
５に示したように固定し、他方を例えば油圧ピストン等
の加振機６により上下に動かすことにより、図１および
図２（ａ）を用いて示した原理により、試験片１には繰
り返しの二軸ひずみを発生させることが可能となる。

【００５６】本実施の形態によれば、複雑な構造と、高
度な制御を必要とすることなく、円板状または楕円板状
試験片１，４を上下から支点２と力点３で挟み込んで、
繰り返し荷重を負荷して疲労試験を行うことができる。

【００５７】つぎに図８により本発明に係る多軸疲労試
験装置の第２の実施の形態を説明する。なお、図８中図
６と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明
は省略する。

【００５８】本実施の形態は図８に示したように支柱12
または円筒体15の外側から試験片１の表面を観察し易く
するため、覗き窓22を試験片載置台13，スペーサ20，力
点押え具19および円筒体15に設けている。また、試験片
載置台13の上部に設けた力点３内にＣＣＤカメラ23を設
置し、このＣＣＤカメラ23は信号ケーブル25を介して画
像記録装置24に接続され、この画像記録装置24は支柱12
の外部に設置されている。

【００５９】信号ケーブル25は試験片載置台13およびス
ペーサ20に設けた覗き窓22を通して外部に導出されてい
る。なお、ＣＣＤカメラ23の代りにファイバースコープ
を使用することができる。

【００６０】ＣＣＤカメラ23またはファイバースコープ
を挿入することにより遠隔で試験片１の表面を観察する
ことができる。画像記録装置24は試験片１の表面画像を
記録するためのものである。また、覗き窓22からレプリ
カフィルムを挿入し、試験片１の表面状態をレプリカフ
ィルムに転写することができる。

【００６１】本実施の形態によれば覗き窓22を設けるこ
とにより多軸疲労試験を中断して装置を分解することな
く、試験中そのままの状態で試験片表面での疲労き裂の
発生を検知したり、き裂の進展を観察することができ
る。

【００６２】また、覗き窓22にＣＣＤカメラ23またはフ
ァイバースコープを挿入し試験片の表面を至近距離から
観察することにより、多軸疲労試験中にき裂の発生を目
視と比較してより早い段階で鮮明な画像として捉えるこ
とができる。

【００６３】さらに、ＣＣＤカメラ23またはファイバー
スコープにより観察した試験片１の表面画像を画像記録
装置24により連続的に記録することにより、無人で多軸
疲労試験を実施した場合においても、試験後にき裂発生
時期を知ることができる。

【００６４】また、覗き窓22からレプリカフィルムを挿
入して、試験片１の表面状態をレプリカフィルムに転写
した後、レプリカフィルムを顕微鏡で観察することによ
り、多軸疲労試験中にき裂の発生を目視に比較してより
早い段階で鮮明な画像として捉えることができる。

【００６５】つぎに図９により本発明に係る多軸疲労試
験装置の第３の実施の形態を説明する。なお、図９中、
図６と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説
明は省略する。

【００６６】本実施の形態は図９に示したように支柱12
上の試験片載置台13の上端部つまり、環状力点３内に押
し当て式変位計26を設置して支点２と力点３との相対変
位を計測することにある。また、支点２または力点３と
試験片１の中央の相対変位を計測することにある。

【００６７】本実施の形態によれば、多軸疲労試験中に
支点２と力点３との相対変位を押し当て式変位計26で計
測することにより、支点２と力点３との相対変位から試
験片１に発生しているひずみの大きさを測定することが
できる。また、多軸疲労試験中に支点２または力点３と
試験片１の中央の相対変位から試験片１に発生している
ひずみの大きさを測定することができる。

【００６８】つぎに図10により本発明に係る多軸疲労試
験装置の第４の実施の形態を説明する。なお、図10中、
図６と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説
明は省略する。

【００６９】本実施の形態は図10に示したように支柱12
上の試験片載置台13上に試験片１の下面と接触しないよ
うに非接触変位計27を取り付け、支点２と力点３との相
対変位を計測することにある。また、支柱12または円筒
体15に非接触変位計27を取り付け、支柱12，支点２また
は力点３と試験片１の中央の相対変位を計測することに
ある。

【００７０】本実施の形態によれば、非接触式変位計27
を設けることにより試験片１に変位計27の押し付け荷重
を加える等の余分な影響を及ぼすことなく、試験片１に
発生しているひずみの大きさを測定することができる。

【００７１】また、支点２と力点３との相対変位を制御
パラメータとすることにより、試験片１の支点２と力点
３との相対変位、すなわち、たわみを介して試験片１に
発生するひずみを制御することができ、ひずみ制御方式
の疲労試験を行うことができる。

【００７２】さらに、支点２または力点３と試験片１の
中央との相対変位を制御パラメータとすることにより、
試験片１の中央と支点２または力点３との相対変位を介
して試験片１に発生するひずみを制御することができ、
ひずみ制御方式の疲労試験を行うことができる。また、
力点３に加える荷重を介して試験片１に発生する応力を
制御することができ、応力制御方式の疲労試験を行うこ
とができる。

【００７３】つぎに図11により本発明に係る多軸疲労試
験装置の第５の実施の形態を説明する。なお、図11中、
図６と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説
明は省略する。

【００７４】本実施の形態は試験片１の中心を支点２お
よび力点３を中心に一致させるために試験片１の取り付
け時のガイド28を円筒体15の下端部に設けたことにあ
る。また、ガイド28の上面にスプリング29を設けてガイ
ド28に撓み性を付与することにある。

【００７５】本実施の形態によれば、試験片１を試験片
載置台13の中央に正しく位置決めして取り付けることが
できる。なお、試験片１の表面にくぼみ、円孔、切り欠
き等を設けることにより、多軸疲労特性に及ぼす応力集
中に影響を調べることができる。

【００７６】つぎに図12（ａ），（ｂ），（ｃ）により
本発明に係る多軸疲労試験装置の第６の実施の形態を説
明する。なお、図12（ａ）は図６における試験片載置台
13，円筒体15の下部および支点押え具14の近傍を拡大し
て示しており、図12（ａ）中図６と同一部分には同一符
号を付して重複する部分の説明は省略する。

【００７７】本実施の形態は図12（ａ）中のＡ部を拡大
して示す図12（ｂ）および図12（ｃ）から明らかなよう
に試験片載置台13の支点２に相当する部分にリング状Ｖ
字形溝30を形成し、この溝30にリング31を嵌め込んで、
リング31を支点２および力点３とすることにある。リン
グ31は金属またはセラミックスからなっている。

【００７８】本実施の形態によれば、支柱12と支点２の
組合せ、支点押え具14と支点２の組合せ、円筒体15と力
点３の組合せ、力点押え具14と力点３の組合せの組を一
体とせず、支点２および力点３に金属またはセラミック
スのリング31を設けることで、支点２および力点３の耐
摩耗性を向上させることができ、またこれらの部品製作
費用を安価にできる効果がある。

【００７９】つぎに図13（ａ），（ｂ）,（ｃ）により
本発明に係る多軸疲労試験装置の第７の実施の形態を説
明する。本実施の形態は第６の実施の形態におけるリン
グ31をベアリング32に代えたことにあり、その他の部分
は第６の実施の形態と同様であるので、図13中、図12と
同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省
略する。ベアリング32は金属セラミックスからなってい
る。

【００８０】本実施の形態によれば第６の実施の形態と
同様の作用効果が得られるほか、入手容易なベアリング
32を用いることで試験に要する費用をより安価にでき
る。

【００８１】また、支点２および力点３に潤滑剤を塗布
することによりリング31またはベアリング32の耐磨耗性
を向上させるとともに支点２および力点３における摩擦
力を低減して力点３に加わる荷重を極力多く試験片１に
伝えることができる。

【００８２】つぎに図14（ａ），（ｂ）により本発明に
係る多軸疲労試験装置の第８の実施の形態を説明する。
図14（ａ）は本実施の形態に係る多軸疲労試験装置を左
半分を縦断面図で右半分は側面を示し、図14（ｂ）は図
14（ａ）におけるＡ−Ａ矢視方向から見た上面図であ
る。

【００８３】本実施の形態は図６に示したアーム17の他
にこのアーム17と直角方向に第２のアーム33を設けたこ
とにある。第２のアーム33を設けることにより構造物の
実負荷状態を考慮して材料の多軸応力または多軸ひずみ
条件下の疲労強度特性を解明するための試験を行うこと
ができる。

【００８４】なお、アームの数は２本に限ることなくそ
れ以上設けてもよい。また、本発明に係る装置は上下を
逆にして試験することもできる。さらに、支点２と力点
３を入れ替えても、つまり一方を固定し、他方を動かし
て試験片に同じような負荷を付与することもできる。

【００８５】

【発明の効果】本発明に係る多軸疲労試験方法によれ
ば、試験片の力点から内側の領域全体にわたり均一な多
軸ひずみ状態を作り出すことができ、引張から圧縮まで
繰り返し多軸疲労試験を行うことができる。

【００８６】また、本発明に係る多軸疲労試験装置によ
れば、複雑な構造と高度な制御を必要とすることなく、
一軸方向の負荷のみの手段により試験片に多軸応力状態
または多軸ひずみ状態を作り出し、さらに繰り返し負荷
を加えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る多軸疲労試験方法の第１
の実施の形態を説明するための縦断面図、（ｂ）は
（ａ）の上面図。

【図２】（ａ）は図１における試験片内の半径方向応力
の分布図、（ｂ）は同じく試験片内の周方向応力の分布
図。

【図３】（ａ）は本発明に係る多軸疲労試験方法の第２
の実施の形態を説明するための縦断面図、（ｂ）は
（ａ）の上面図。

【図４】（ａ）は本発明に係る多軸疲労試験方法の第３
の実施の形態を説明するための縦断面図、（ｂ）は
（ａ）の上面図。

【図５】本発明に係る多軸疲労試験装置の第１の実施の
形態を説明するための概略的立面図。

【図６】図５におけるＡ部を拡大して示す縦断面図。

【図７】（ａ）は図６のＡ−Ａ矢視方向から見た上面
図、（ｂ）は図６のＢ−Ｂ矢視方向から見た下面図。

【図８】本発明に係る多軸疲労試験装置の第２の実施の
形態の要部を示す縦断面図。

【図９】本発明に係る多軸疲労試験装置の第３の実施の
形態の要部を示す縦断面図。

【図１０】本発明に係る多軸疲労試験装置の第４の実施
の形態の要部を示す縦断面図。

【図１１】本発明に係る多軸疲労試験装置の第５の実施
の形態の要部を示す縦断面図。

【図１２】（ａ）は本発明に係る多軸疲労試験装置の第
６の実施の形態の要部を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）
のＡ部拡大図、（ｃ）は（ｂ）の部分的上面図。

【図１３】（ａ）は本発明に係る多軸疲労試験装置の第
７の実施の形態の要部を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）
のＡ部拡大図、（ｃ）は（ｂ）の部分的上面図。

【図１４】（ａ）は本発明に係る多軸疲労試験装置の第
８の実施の形態の要部を右半分側面で示す縦断面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視方向から見た上面図。

【符号の説明】

１…円板状試験片、２…支点、３…力点、４…楕円板状
試験片、５…加振機取付架台、６…加振機、７…フレー
ム、８…上部支持機構、９…荷重計、10…取付部材、11
…多軸疲労試験装置、12…支柱、13…試験片載置台、14
…支点押え具、15…円筒体、16…短ねじ、17…アーム、
18…窓、19…力点押え具、20…スペーサ、21…長ねじ、
22…覗き窓、23…ＣＣＤカメラ、24…画像記録装置、25
…信号ケーブル、26…押し当て式変位計、27…非接触変
位計、28…ガイド、29…スプリング、30…溝、31…リン
グ、32…ベアリング、33…第２のアーム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田口耕世神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者淺野政之神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内Ｆターム(参考） 2G052 FD03 GA31 2G061 AA20 AB05 AB08 AC01 AC03 BA01 BA03 CB00 CB07 CC01 DA01 DA06 DA12 DA19 EA01 EA02 EA04 EB07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試験片の一面に、この試験片と同心円状
の支点を配置し、前記試験片の他面に前記支点と異なっ
た大きさの直径を有する同心円状力点を配置し、前記力
点に繰り返し負荷を付与して疲労試験することを特徴と
する多軸疲労試験方法。
【請求項２】前記支点および力点を配置した前記試験
片を高温または腐食環境中で疲労試験することを特徴と
する請求項１記載の多軸疲労試験方法。
【請求項３】試験片を載置し下部力点を備えた試験片
載置台と、この試験片載置を支持する支柱と、この支柱
の端部に設けられたスペーサと、このスペーサ上面に取
り付けられたアームと、このアームの下面に取り付けら
れ前記試験片の上面に接し、かつ前記下部力点と対向す
る位置に上部力点を備えた力点押え具と、前記試験片載
置台と前記スペーサとの間に設けられ前記試験片の上面
に接する下部支点を備えた支点押え具と、この支点押え
具と対向し前記下部支点と対向する位置に上部支点を備
えかつ前記アームを挿通する窓を有する円筒体とを具備
したことを特徴とする多軸疲労試験装置。
【請求項４】前記スペーサ、支柱または円筒体の少な
くとも一部に前記試験片観察用覗き窓を設けてなること
を特徴とする請求項３記載の多軸疲労試験装置。
【請求項５】前記覗き窓にＣＣＤカメラまたはファイ
バースコープを挿入して観察した前記試験片の表面画像
を記載する画像記録装置を設けてなることを特徴とする
請求項４記載の多軸疲労試験装置。
【請求項６】前記試験片載置台または前記円筒体に押
し当て式変位計測装置を取り付けてなることを特徴とす
る請求項３記載の多軸疲労試験装置。
【請求項７】前記試験片載置台または前記円筒体に非
接触式変位計を取り付けてなることを特徴とする請求項
３記載の多軸疲労試験装置。
【請求項８】前記試験片載置台または前記円筒体の対
向面に溝を設け、この溝に金属またはセラミックスから
なるリングまたはベアリングを嵌合してなることを特徴
とする請求項３記載の多軸疲労試験装置。
【請求項９】前記支点押え具に前記試験片の中心を前
記支点および力点の中心に一致させるための試験片取り
付けガイドを設けてなることを特徴とする請求項３記載
の多軸疲労試験装置。