JP2002286605A - 高歪速度疲労試験方法及び装置 - Google Patents
高歪速度疲労試験方法及び装置Info
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- JP2002286605A JP2002286605A JP2001085247A JP2001085247A JP2002286605A JP 2002286605 A JP2002286605 A JP 2002286605A JP 2001085247 A JP2001085247 A JP 2001085247A JP 2001085247 A JP2001085247 A JP 2001085247A JP 2002286605 A JP2002286605 A JP 2002286605A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 試験片の超音波疲労試験を行うときに正確な
データが得られる高歪速度疲労試験方法及び装置を提供
する。 【解決手段】 試験片１の超音波疲労試験を行うときに
冷却用のエアーと共に冷却用の有機系液体１０を霧状に
して試験片１に吹き付けることにより、試験片１を腐食
させることなく、エアーだけで冷却するときよりも強く
冷却することができるので疲労試験の正確なデータが得
られる。
データが得られる高歪速度疲労試験方法及び装置を提供
する。 【解決手段】 試験片１の超音波疲労試験を行うときに
冷却用のエアーと共に冷却用の有機系液体１０を霧状に
して試験片１に吹き付けることにより、試験片１を腐食
させることなく、エアーだけで冷却するときよりも強く
冷却することができるので疲労試験の正確なデータが得
られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高歪速度疲労試験
方法及び装置に関する。
方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属材料の性能試験方法の一つに疲労試
験がある。これは金属材料からなる試験片に荷重を繰り
返し加えて破断するまで（降伏点に至まで）の回数を調
べる試験である。橋や建造物等の構造物が壊れる原因の
７割近くが疲労（金属疲労）であるといわれており、柱
や梁等に用いられる金属材料の疲労試験が多用されてい
る。
験がある。これは金属材料からなる試験片に荷重を繰り
返し加えて破断するまで（降伏点に至まで）の回数を調
べる試験である。橋や建造物等の構造物が壊れる原因の
７割近くが疲労（金属疲労）であるといわれており、柱
や梁等に用いられる金属材料の疲労試験が多用されてい
る。
【０００３】図２は通常の材料のＳ（応力）−Ｎ（回
数）線図であり、荷重の繰り返し回数と破断に至った応
力との関係を示す図である。横軸が回数軸であり、縦軸
が応力軸である（回転曲げ試験）。
数）線図であり、荷重の繰り返し回数と破断に至った応
力との関係を示す図である。横軸が回数軸であり、縦軸
が応力軸である（回転曲げ試験）。
【０００４】同図より、強い応力の繰り返しがあると少
ない回数で試験片が破断し、弱い応力の繰り返しでは多
い回数で試験片が破断することが分かる。
ない回数で試験片が破断し、弱い応力の繰り返しでは多
い回数で試験片が破断することが分かる。
【０００５】金属疲労にはある程度までは負の相関関係
がみられるが、１０6 〜１０7 回で破断されなければそ
れ以上試験を行っても破壊は起きないであろうとし、通
常６００ＭＰａを疲労限度としている。このため、実際
の構造物等は疲労限度以下であれば壊れないということ
で設計されていた。また、材料の引っ張り強度の強いも
のは疲労強度が高いので、高強度材は構造物以外にシャ
フトや回転物等に使用されている。
がみられるが、１０6 〜１０7 回で破断されなければそ
れ以上試験を行っても破壊は起きないであろうとし、通
常６００ＭＰａを疲労限度としている。このため、実際
の構造物等は疲労限度以下であれば壊れないということ
で設計されていた。また、材料の引っ張り強度の強いも
のは疲労強度が高いので、高強度材は構造物以外にシャ
フトや回転物等に使用されている。
【０００６】ここで、金属疲労の現象としては、材料の
表面での応力が高いので、表面から亀裂が広がり内部に
浸透し破壊に至るのが通常である。
表面での応力が高いので、表面から亀裂が広がり内部に
浸透し破壊に至るのが通常である。
【０００７】ところで、近年、引っ張り強度が１５００
ＭＰａ以上の材料からなる試験片で１０7 回以上の繰り
返しにおいても破断するという報告があった。
ＭＰａ以上の材料からなる試験片で１０7 回以上の繰り
返しにおいても破断するという報告があった。
【０００８】図３は高強度鋼のＳ−Ｎ線図であり、横軸
が回数軸であり、縦軸が応力軸である。図中、白丸は表
面破壊の発生を示し、黒丸は内部破壊の発生を示してい
る。
が回数軸であり、縦軸が応力軸である。図中、白丸は表
面破壊の発生を示し、黒丸は内部破壊の発生を示してい
る。
【０００９】同図に示すように、疲労限度まで負の相関
関係があるものの、１０7 〜１０9回にわたって負の相
関関係がみられることが分かる。すなわち、従来は１０
7 回で壊れなければその材料は大丈夫であるといわれた
ものが、１０8 〜１０9 回で壊れるという現象がみられ
たのである。
関係があるものの、１０7 〜１０9回にわたって負の相
関関係がみられることが分かる。すなわち、従来は１０
7 回で壊れなければその材料は大丈夫であるといわれた
ものが、１０8 〜１０9 回で壊れるという現象がみられ
たのである。
【００１０】このため、疲労試験が１０7 回ですんでい
たのが１００倍から１０００倍の回数行わなければなら
ない。
たのが１００倍から１０００倍の回数行わなければなら
ない。
【００１１】ここで、疲労試験を行うための代表的な試
験機にはからまで５種類程ある。 通常の電気油圧式サーボ疲労試験機 繰り返し速度：〜２０Ｈｚ 回転曲げ式疲労試験機 繰り返し速度：〜６０Ｈｚ 電磁共振式疲労試験機 繰り返し速度：２００Ｈｚ 高速電気油圧式サーボ疲労試験機 繰り返し速度：〜１０００Ｈｚ 超音波疲労試験機 繰り返し速度：２００００Ｈｚ これら〜に示した試験機で疲労試験を１０7 回、１
０10回行った場合に要する時間を表１に示す。
験機にはからまで５種類程ある。 通常の電気油圧式サーボ疲労試験機 繰り返し速度：〜２０Ｈｚ 回転曲げ式疲労試験機 繰り返し速度：〜６０Ｈｚ 電磁共振式疲労試験機 繰り返し速度：２００Ｈｚ 高速電気油圧式サーボ疲労試験機 繰り返し速度：〜１０００Ｈｚ 超音波疲労試験機 繰り返し速度：２００００Ｈｚ これら〜に示した試験機で疲労試験を１０7 回、１
０10回行った場合に要する時間を表１に示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】同表より、疲労試験に要する期間は、繰り
返し回数が１０7 回のときは高々１週間程度であったの
が、繰り返し回数が１０10回になると、電気油圧式サ
ーボ疲労試験機では２０年かかり、回転曲げ式疲労試
験機では３、４年かかり、高速電気油圧式サーボ疲労
試験機でも１１５日もかかってしまう。これに対し超
音波式疲労試験機では約６日ですむのが分かる。
返し回数が１０7 回のときは高々１週間程度であったの
が、繰り返し回数が１０10回になると、電気油圧式サ
ーボ疲労試験機では２０年かかり、回転曲げ式疲労試
験機では３、４年かかり、高速電気油圧式サーボ疲労
試験機でも１１５日もかかってしまう。これに対し超
音波式疲労試験機では約６日ですむのが分かる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た超音波式疲労試験機や高速電気油圧式サーボ疲労試験
機では試験片の繰り返し速度が速いので、試験片が発熱
し、最悪の場合溶けてしまうことがある。また、試験片
の温度が高くなると材料の特性が変わってしまうので、
得られたデータが実際に材料を使用した場合とはかけ離
れた状態を示すことになり、信頼性が低いものとして敬
遠されていた。
た超音波式疲労試験機や高速電気油圧式サーボ疲労試験
機では試験片の繰り返し速度が速いので、試験片が発熱
し、最悪の場合溶けてしまうことがある。また、試験片
の温度が高くなると材料の特性が変わってしまうので、
得られたデータが実際に材料を使用した場合とはかけ離
れた状態を示すことになり、信頼性が低いものとして敬
遠されていた。
【００１５】このため、超音波式疲労試験機を長時間使
用するには試験片を冷却しなければならない。鉄鋼材等
の金属片は水を嫌うため、水で冷却することはできない
ので、図４に示すようにエアーを試験片に吹き付けて冷
却することが行われていた（空冷式）。
用するには試験片を冷却しなければならない。鉄鋼材等
の金属片は水を嫌うため、水で冷却することはできない
ので、図４に示すようにエアーを試験片に吹き付けて冷
却することが行われていた（空冷式）。
【００１６】図４は高歪速度疲労試験方法を適用した試
験装置の従来例を示す概念図である。
験装置の従来例を示す概念図である。
【００１７】同図に示す試験装置は、試験片１の疲労試
験を行う超音波式の加振装置（繰り返し速度：２０００
０Ｈｚ程度。図では試験片取り付け部が示されてい
る。）２と、試験片１をエアー（矢印３方向）で冷却す
る冷却手段４とで構成されている。
験を行う超音波式の加振装置（繰り返し速度：２０００
０Ｈｚ程度。図では試験片取り付け部が示されてい
る。）２と、試験片１をエアー（矢印３方向）で冷却す
る冷却手段４とで構成されている。
【００１８】冷却手段４は、試験片１にエアー３を吹き
付けるノズル４と、コンプレッサ５と、コンプレッサ５
からのエアーをノズル４に供給する配管６とで構成され
ている。
付けるノズル４と、コンプレッサ５と、コンプレッサ５
からのエアーをノズル４に供給する配管６とで構成され
ている。
【００１９】この試験装置が作動すると、試験片２が矢
印７方向に加振されると共に、ノズル４からのエアーが
試験片２の発熱部（中央部）に吹き付けられることによ
り試験片２が冷却される。
印７方向に加振されると共に、ノズル４からのエアーが
試験片２の発熱部（中央部）に吹き付けられることによ
り試験片２が冷却される。
【００２０】尚、試験片を液体中に浸漬して疲労試験を
行うことも提案されたが、共振振動数が変わるので採用
されなかった。
行うことも提案されたが、共振振動数が変わるので採用
されなかった。
【００２１】しかし、上述した空冷式では試験片の十分
な冷却効果が期待できず疲労試験の正確なデータがとれ
ないという問題があった。
な冷却効果が期待できず疲労試験の正確なデータがとれ
ないという問題があった。
【００２２】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、試験片の超音波疲労試験を行うときに正確なデータ
が得られる高歪速度疲労試験方法及び装置を提供するこ
とにある。
し、試験片の超音波疲労試験を行うときに正確なデータ
が得られる高歪速度疲労試験方法及び装置を提供するこ
とにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の高歪速度疲労試験方法は、超音波疲労試験機
を用いて試験片に冷却用のエアーを吹き付けながら試験
片の疲労試験を行う試験方法において、冷却用のエアー
と共に冷却用の有機系液体を霧状にして試験片に吹き付
けて冷却するものである。
に本発明の高歪速度疲労試験方法は、超音波疲労試験機
を用いて試験片に冷却用のエアーを吹き付けながら試験
片の疲労試験を行う試験方法において、冷却用のエアー
と共に冷却用の有機系液体を霧状にして試験片に吹き付
けて冷却するものである。
【００２４】上記構成に加え本発明の高歪速度疲労試験
方法は、冷却後の気化した有機系液体を回収手段で回収
するのが好ましい。
方法は、冷却後の気化した有機系液体を回収手段で回収
するのが好ましい。
【００２５】本発明の高歪速度疲労試験装置は、超音波
疲労試験機を用いて試験片に冷却用のエアーを吹き付け
ながら試験片の疲労試験を行う高歪速度疲労試験装置に
おいて、冷却用のエアーと共に有機液体を霧状にして試
験片に吹き付けて冷却する冷却手段を設けたものであ
る。
疲労試験機を用いて試験片に冷却用のエアーを吹き付け
ながら試験片の疲労試験を行う高歪速度疲労試験装置に
おいて、冷却用のエアーと共に有機液体を霧状にして試
験片に吹き付けて冷却する冷却手段を設けたものであ
る。
【００２６】上記構成に加え本発明の高歪速度疲労試験
装置は、冷却後の気化した有機系液体を回収する回収手
段を設けるのが好ましい。
装置は、冷却後の気化した有機系液体を回収する回収手
段を設けるのが好ましい。
【００２７】本発明によれば、試験片の超音波疲労試験
を行うときに冷却用のエアーと共に冷却用の有機系液体
を霧状にして試験片に吹き付けることにより、試験片を
腐食させることなく、エアーだけで冷却するときよりも
強く冷却することができるので疲労試験の正確なデータ
が得られる。
を行うときに冷却用のエアーと共に冷却用の有機系液体
を霧状にして試験片に吹き付けることにより、試験片を
腐食させることなく、エアーだけで冷却するときよりも
強く冷却することができるので疲労試験の正確なデータ
が得られる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【００２９】図１は本発明の高歪速度疲労試験方法を適
用した試験装置の一実施の形態を示す概念図である。
尚、図４に示した従来例と同様の部材には共通の符号を
用いた。
用した試験装置の一実施の形態を示す概念図である。
尚、図４に示した従来例と同様の部材には共通の符号を
用いた。
【００３０】本高歪速度疲労試験装置は、試験片１に疲
労試験を行う試験装置本体（図では試験片取り付け部が
示されている。）２と、試験片１に冷却用のエアーを
（矢印３方向に）吹き付けると共に冷却用の有機液体
（例えば無水エタノール若しくは無水メタノール）１０
を霧状にして吹き付けて冷却する冷却手段１１と、冷却
後の気化した有機系液体１０を回収する回収手段１２と
で構成されている。
労試験を行う試験装置本体（図では試験片取り付け部が
示されている。）２と、試験片１に冷却用のエアーを
（矢印３方向に）吹き付けると共に冷却用の有機液体
（例えば無水エタノール若しくは無水メタノール）１０
を霧状にして吹き付けて冷却する冷却手段１１と、冷却
後の気化した有機系液体１０を回収する回収手段１２と
で構成されている。
【００３１】試験装置本体２は、試験片２に繰り返し引
っ張り荷重を与える超音波式の加振装置である（繰り返
し速度：２００００Ｈｚ程度）。
っ張り荷重を与える超音波式の加振装置である（繰り返
し速度：２００００Ｈｚ程度）。
【００３２】冷却手段１１は、霧吹きノズル１３と、コ
ンプレッサ５と、コンプレッサ５からのエアーを霧吹き
ノズル１３に供給するための配管６と、無水エタノール
１０を貯蔵する貯蔵タンク１４と、貯蔵タンク１４内の
無水エタノール１０を霧吹きノズル１３内に供給するた
めの配管１５とで構成されている。
ンプレッサ５と、コンプレッサ５からのエアーを霧吹き
ノズル１３に供給するための配管６と、無水エタノール
１０を貯蔵する貯蔵タンク１４と、貯蔵タンク１４内の
無水エタノール１０を霧吹きノズル１３内に供給するた
めの配管１５とで構成されている。
【００３３】回収手段１２は、筒状の筐体１６と、試験
片１に吹き付けられた後試験片１の熱で気化したエタノ
ール（余分な霧状のエタノール）１０ａを（矢印１７方
向に）吸収するためのファン１８と、ファン１８を回転
させるモータ１９と、筐体１６内のファン１８の吸入側
に配置され気化したエタノール１０ａを液化する熱交換
器２０と、熱交換器２０で液化したエタノール１０ｂを
収容する回収タンク２１とで構成されている。尚、回収
タンク２１内には回収したエタノール１０ｂの発火を防
止するための水が収容されている。
片１に吹き付けられた後試験片１の熱で気化したエタノ
ール（余分な霧状のエタノール）１０ａを（矢印１７方
向に）吸収するためのファン１８と、ファン１８を回転
させるモータ１９と、筐体１６内のファン１８の吸入側
に配置され気化したエタノール１０ａを液化する熱交換
器２０と、熱交換器２０で液化したエタノール１０ｂを
収容する回収タンク２１とで構成されている。尚、回収
タンク２１内には回収したエタノール１０ｂの発火を防
止するための水が収容されている。
【００３４】本装置が作動すると、加振装置２により試
験片１が（矢印７方向に）加振されると共にコンプレッ
サ５、モータ１９及び熱交換器２０が作動する。コンプ
レッサ５からエアーが配管６を通って霧吹きノズル１３
に供給されると、配管１５内が負圧になり貯蔵タンク１
４内の無水エタノール１０が霧吹きノズル１３内に吸い
上げられる、霧吹きノズル１３内に吸い上げられた無水
エタノール１０は霧状になってエアーと共に試験片１の
発熱部（中央部）に矢印３方向に吹き付けられる。試験
片１は加振されて発熱しており、この試験片１にエアー
と共に霧状の無水アルコールが吹き付けられるとエアー
による冷却と無水エタノールの気化熱による冷却との相
乗効果で効率的に試験片１が冷却される。冷却後の気化
したエタノール１０ａや余分な霧状のエタノールは回収
手段１２の筐体１６内に矢印１７方向に吸収されると共
に熱交換器２０で液化され回収タンク２１に収容され
る。
験片１が（矢印７方向に）加振されると共にコンプレッ
サ５、モータ１９及び熱交換器２０が作動する。コンプ
レッサ５からエアーが配管６を通って霧吹きノズル１３
に供給されると、配管１５内が負圧になり貯蔵タンク１
４内の無水エタノール１０が霧吹きノズル１３内に吸い
上げられる、霧吹きノズル１３内に吸い上げられた無水
エタノール１０は霧状になってエアーと共に試験片１の
発熱部（中央部）に矢印３方向に吹き付けられる。試験
片１は加振されて発熱しており、この試験片１にエアー
と共に霧状の無水アルコールが吹き付けられるとエアー
による冷却と無水エタノールの気化熱による冷却との相
乗効果で効率的に試験片１が冷却される。冷却後の気化
したエタノール１０ａや余分な霧状のエタノールは回収
手段１２の筐体１６内に矢印１７方向に吸収されると共
に熱交換器２０で液化され回収タンク２１に収容され
る。
【００３５】すなわち、本装置によれば、冷却用のエア
ーと共に霧状の無水エタノールを試験片に吹き付けるこ
とにより、エアーだけで試験片を冷却するときよりも強
く冷却することができる。しかも冷却には水を用いない
ので試験片の腐食がない。このため、疲労試験の正確な
データが得られる。
ーと共に霧状の無水エタノールを試験片に吹き付けるこ
とにより、エアーだけで試験片を冷却するときよりも強
く冷却することができる。しかも冷却には水を用いない
ので試験片の腐食がない。このため、疲労試験の正確な
データが得られる。
【００３６】尚、本実施の形態では冷却用のエアー及び
霧状の有機系液体が試験片の一方の面側から吹き付けら
れる場合で説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、試験片の両面もしくは前後左右四方から吹き
付けるようにしてもよい。また、エタノールを回収する
際に水と混合せずに冷却用に再利用してもよい。さらに
回収手段で吸収されたエタノールの蒸気を熱交換器を用
いずに、そのままダクトを介して屋外に排出してもよ
い。
霧状の有機系液体が試験片の一方の面側から吹き付けら
れる場合で説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、試験片の両面もしくは前後左右四方から吹き
付けるようにしてもよい。また、エタノールを回収する
際に水と混合せずに冷却用に再利用してもよい。さらに
回収手段で吸収されたエタノールの蒸気を熱交換器を用
いずに、そのままダクトを介して屋外に排出してもよ
い。
【００３７】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００３８】試験片の超音波疲労試験を行うときに正確
なデータが得られる高歪速度疲労試験方法及び装置の提
供を実現することができる。
なデータが得られる高歪速度疲労試験方法及び装置の提
供を実現することができる。
【図１】本発明の高歪速度疲労試験方法を適用した試験
装置の一実施の形態を示す概念図である。
装置の一実施の形態を示す概念図である。
【図２】通常の材料のＳ−Ｎ線図である。
【図３】高強度鋼のＳ−Ｎ線図である。
【図４】高歪速度疲労試験方法を適用した試験装置の従
来例を示す概念図である。
来例を示す概念図である。
１ 試験片 ２ 加振装置（試験装置本体） ５ コンプレッサ １０ 無水エタノール（有機系液体） １１ 冷却手段 １２ 回収手段 １３ 霧吹きノズル １４ 貯蔵タンク １６ 筐体 １８ ファン １９ モータ ２０ 熱交換器 ２１ 回収タンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 貴志 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東京エンジニアリング センター基盤技術研究所内 Ｆターム(参考） 2G061 AA02 AB05 AC04 BA15 DA01 DA19
Claims (4)
- 【請求項１】 超音波疲労試験機を用いて試験片に冷却
用のエアーを吹き付けながら上記試験片の疲労試験を行
う試験方法において、上記冷却用のエアーと共に冷却用
の有機系液体を霧状にして上記試験片に吹き付けて冷却
することを特徴とする高歪速度疲労試験方法。 - 【請求項２】 冷却後の気化した有機系液体を回収手段
で回収する請求項１に記載の高歪速度疲労試験方法。 - 【請求項３】 超音波疲労試験機を用いて試験片に冷却
用のエアーを吹き付けながら上記試験片の疲労試験を行
う高歪速度疲労試験装置において、上記冷却用のエアー
と共に有機液体を霧状にして上記試験片に吹き付けて冷
却する冷却手段を設けたことを特徴とする高歪速度疲労
試験装置。 - 【請求項４】 冷却後の気化した有機系液体を回収する
回収手段を設けた請求項３に記載の高歪速度疲労試験装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001085247A JP2002286605A (ja) | 2001-03-23 | 2001-03-23 | 高歪速度疲労試験方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001085247A JP2002286605A (ja) | 2001-03-23 | 2001-03-23 | 高歪速度疲労試験方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002286605A true JP2002286605A (ja) | 2002-10-03 |
Family
ID=18940791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001085247A Pending JP2002286605A (ja) | 2001-03-23 | 2001-03-23 | 高歪速度疲労試験方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002286605A (ja) |
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-
2001
- 2001-03-23 JP JP2001085247A patent/JP2002286605A/ja active Pending
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