JP2004132739A

JP2004132739A - 湾曲パネルの剪断試験装置

Info

Publication number: JP2004132739A
Application number: JP2002295225A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kawabe; 川辺　俊; Keiichi Sato; 佐藤　恵一
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2004-04-30
Also published as: US6880409B2; US20040069072A1

Abstract

【課題】平坦なパネルに対する剪断試験装置は知られていたが、この剪断試験装置で湾曲パネルの剪断試験を実施すると、均一な剪断荷重を付与することができなくなる。
【解決手段】剪断試験装置１０を構成する額縁枠４０の、第２湾曲辺受け枠４８の中央から湾曲パネル１０の面直角方向へアーム５５を延ばし、湾曲パネル１０の剪断中心６４に合致する位置にアーム５５の外力作用点を設定した。
【効果】額縁枠４０及び押え板４１〜４４で、湾曲パネル１０の縁を抑えたので、湾曲パネルの縁の撓みを防止することができる。そして、剪断中心位置に外力作用点を設定したため、湾曲パネルにねじれを起こさせることなく、剪断試験をなすことができる。従って、本発明によれば、均一な剪断荷重を付与することができ、以って正確に剪断特性（強度等）を計測することができる。
【選択図】　　　　図８

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は航空機の胴体外板に代表される湾曲パネルのための剪断試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、矩形パネルのための剪断試験機が知られている（例えば、特許文献１。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６０−１３５８３９号公報（第１図）
【０００４】
上記特許文献１を再掲して、従来の技術を詳しく説明する。ただし、符号は振り直した。
図１０は特開昭６０−１３５８３９号公報の第１図の再掲図であり、この剪断試験機１００は、１対の支柱１０２、１０２に水平にレール１０３を渡し、このレール１０３に支持爪１０４、１０４を移動可能に設け、基礎などの固定具１０５、１０５を設けた装置である。
【０００５】
試験に際しては、固定具１０５、１０５で矩形パネル１０６の一辺を抑え、矩形パネル１０６の対向する他の辺を支持爪１０４、１０４で掴む。そして、支持爪１０４、１０４をレース１０３に沿って移動させることにより、矩形パネル１０６に生じる剪断応力を求める。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記矩形パネル１０６は平坦な板でなければならない。上記剪断試験機１００で湾曲パネルの剪断試験を実施すると、湾曲パネルには均一な剪断荷重を付与することができず、以って湾曲パネルの縁の撓みや中央部に凹凸が発生し、正確な剪断特性（強度等）を測ることができない。
【０００７】
従って、湾曲パネルに対しては従来の剪断試験機を用いることができないと言える。一方、航空機の胴体外板に代表される湾曲パネルは、この状態で均一な剪断荷重を付与して正確な剪断特性（強度等）を計測する必要性がある。
そこで、本発明の目的は湾曲パネルに均一な剪断荷重を付加しうるのに好適な剪断試験機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、矩形板を円弧断面となるように湾曲化させた湾曲パネルの４辺を、１対の湾曲辺及びこれらの湾曲辺に直交する１対のフラット辺と呼ぶときに、
前記一対の湾曲辺を各々受ける第１・第２湾曲辺受け枠と、前記一対のフラット辺を各々受ける第１・第２フラット辺受け枠とで額縁枠を構成し、この額縁枠の４隅を額縁枠が菱形に変形することを許容する滑節とし、この額縁枠に前記湾曲パネルを載せ、４枚の押え板で抑え、前記第１湾曲辺受け枠を固定し、前記第２湾曲辺受け枠を、第１湾曲辺受け枠に平行に強制的に移動し、この移動に必要な荷重から湾曲パネルの剪断特性を求める剪断試験装置であって、
前記第２湾曲受け枠は、ガイド機構により、湾曲パネルの面直角方向への移動を抑えるようにするとともに、
第２湾曲受け枠の中央から湾曲パネルの面直角方向へアームを延ばし、湾曲パネルの剪断中心位置に前記アームの外力作用点を設定し、
この外力作用点を用いて前記第２湾曲辺受け枠を強制移動するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
額縁枠及び押え板で、湾曲パネルの縁を抑えることで、湾曲パネルの縁の撓みを防止する。
【００１０】
一般の直梁では、断面中心線に平行に作用する外力が、断面の図心に作用したときにはねじれは発生しない。しかし、曲り梁では、断面中心線に平行に作用する外力が、断面の図心に作用してもねじれが発生する。
【００１１】
断面中心線に直交するとともに図心を通る中心直交線を、湾曲パネルの凸側に延ばし、この中心直交線上の点に、中心直交線に直角に外力を掛ける。中心直交線上の点を移動すると、ねじれ量が変化する。そして、図心からある程度離れた位置に中心直交線上の点を決めるとねじれがゼロになる。このように、ねじれがゼロになる点を「剪断中心」と言う。
本発明では、この剪断中心位置に外力作用点を設定したため、湾曲パネルにねじれを起こさせることなく、剪断試験をなすことができる。
従って、本発明によれば均一な剪断荷重を付与することが可能になり、以って正確に剪断特性（強度等）を計測することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明で試験対象とする湾曲パネルの斜視図であり、湾曲パネル１０は、例えば航空機の胴体の一部を構成する物であり、アルミニウム合金製の外板１１と、同内張板１２と、補強リブ１３、１３と、補強リブ１４・・・（・・・は複数個を示す。）とからなる。外板１１の四隅には切欠き１５・・・を設ける。これらの切欠き１５・・・は後述の滑節との干渉を避けるために施す。
【００１３】
湾曲パネル１０の４辺を、１対の湾曲辺１６、１７及びこれらの湾曲辺１６、１７に直交する１対のフラット辺１８、１９と呼ぶことにする。
【００１４】
図２は本発明に係る湾曲パネルの剪断試験装置の斜視図であり、湾曲パネルの剪断試験装置２０は、ベース板２１と、このベース板２１に載せた下部フレーム２２と、この下部フレーム２２に建てた一対の支柱２３、２３と、この支柱２３、２３のトップに渡した天井フレーム２４と、この天井フレーム２４に横移動可能に取付けたバンド部材２５と、このバンド部材２５に吊下げた油圧シリンダ２６と、この油圧シリンダ２６のピストンロッド２７に取付けたロードセル２８と、このロードセル２８の下面から下げた引張りロッド２９と、中間高さ位置にて前記支柱２３、２３に渡した中間梁３１と、この中間梁３１と下部フレーム２２とに縦に渡したガイドレール３２と、このガイドレール３２の下端を下部フレーム２２に、及びガイドレール３２の上端を中央梁３１に夫々連結するブラケット３３、３３と、前記ガイドレール３２と一方の支柱２３との間に設けた額縁枠４０と、この額縁枠４０に付属する４個の押え板４１〜４４と、押えボルト４５・・・と、を基本的構成要素とする装置である。
【００１５】
前記ロードセル２８は油圧シリンダ２６で発生する引張力を計測する器具である。剪断特性（強度等）は、湾曲パネル１０の多数枚貼り付けたストレインゲージ（図示せず）により計測した歪み情報を演算処理して求める。
【００１６】
なお、湾曲パネル１０は、後に額縁枠４０に添えた上で額縁枠４０側のめねじに合わせてボルト孔を開ける。この様な操作を現物合わせと言う。そのため、図２では湾曲パネル１０にボルト孔が開いていない
【００１７】
額縁枠４０の詳細及び引張りロッド２９と額縁枠４０との関係を次に説明する。
図３は本発明に係る額縁枠の分解斜視図であり、額縁枠４０は、押え板４１に対向する第１湾曲辺受け枠４６と、押え板４２に対向する第１フラット辺受け枠４７と、押え板４３に対向する第２湾曲辺受け枠４８と、押え板４４に対向する第２フラット辺受け枠４９と、受け枠４６〜４９同士を繋ぐカラー５１・・・及び滑節ボルト５２とからなり、第１湾曲辺受け枠４６には固定用フランジ５３、５３を備え、第１・第２フラット辺受け枠４７、４９は三角柱部に舌片部５４、５４を備え、第２湾曲辺受け枠４８には、中央にアーム５５、端部にローラ支持ブラケット５６、５６を備え、これらのローラ支持ブラケット５６、５６に各一対、合計４個のカムフォロアー５７・・・を備える。
【００１８】
第１・第２湾曲辺受け枠４６、４８及び第１・第２フラット辺受け枠４７、４９には多数個のめねじ５８・・・を千鳥配置で設ける。これらのめねじ５８・・・に対応するボルト孔５９・・・を押え板４１〜４４に開ける。
【００１９】
図４は本発明に係る湾曲パネルの剪断試験装置の正面図であり、図２から湾曲パネル１０及び押え板４１〜４４を省いた図に相当する。
図２で説明した構成要素は符号を流用して、それらの説明は省略し、額縁枠４０の取付け構造について説明する。
【００２０】
先ず、固定用フランジ５３、５３を用いて第１湾曲辺受け枠４６を、一方の支柱２３に固定する。固定法は溶接、ボルトの何れ若しくは両方で行う。
この第１湾曲辺受け枠４６に滑節ボルト５２、５２で連結された第１・第２フラット辺受け枠４７、４９は、支柱２３に上下動可能に支えられた片持ちスイング梁になる。このような第１・第２フラット辺受け枠４７、４９の先端に滑節ボルト５２、５２を介して縦に結ばれた第２湾曲辺受け枠４８は上下動可能に支持された移動枠となる。
【００２１】
図５は本発明に係る第２湾曲辺受け枠の側面図であり、この図でアーム５５に設ける剪断中心を説明する。
一般の直梁では、断面中心線６１に平行に作用する外力が、断面の図心６２に作用したときにはねじれは発生しない。しかし、曲り梁（湾曲パネル１０）では、断面中心線６１に平行に作用する外力が、断面の図心６２に作用してもねじれが発生する。
【００２２】
断面中心線６１に直交するとともに図心６２を通る中心直交線６３を、湾曲パネル１０の凸側に延ばし、この中心直交線６３上の点に、中心直交線６３に直角に外力Ｆを掛ける。中心直交線６３上の点を移動させると、ねじれ量が変化する。そして、図心６２からある程度離れた位置に中心直交線上の点を決めるとねじれがゼロになる。このように、ねじれがゼロになる点を剪断中心６４と言う。
本発明では、この剪断中心６４の位置に外力作用点を設定したため、アーム５５にピン孔６５を開けたことを特徴とする。
【００２３】
すなわち、第２湾曲受け枠４８の中央から湾曲パネルの面直角方向（中心直交線６３方向）へアーム５５を延ばし、湾曲パネル１０の剪断中心６４に合致する位置にアーム５５の外力作用点（ピン孔６５）を設定した。
【００２４】
図６は図５の６部拡大断面図であり、滑節の構造を詳しく説明する。
今まで説明しなかったが、舌片部５４には球面ブッシュ６６が組み込まれており、この球面ブッシュ６６及びカラー５１を介して第２湾曲辺受け枠４８に舌片部５４を合わせ、滑節ボルト５２を通し、ナット６７で締結する。
【００２５】
「滑節」は、２部材を剛に連結した剛節に対向する構造力学的用語であり、滑節ボルト５２のボルト軸回りの回転を許容するが、ボルト軸方向の移動は許容しない結合形態を意味する。球面ブッシュ６６は必須ではないが、球面ブッシュ６６を介在させれば、舌片部５４に対する滑節ボルト５２の倒れが僅かではあるが可能となる。
【００２６】
この倒れを許容することにより、額縁枠４０に対する湾曲パネルの精度不良を吸収でき、すなわち湾曲パネル単品での高精度が不要となり、又、滑節ボルト５２の破損などを未然に防ぐこともできる。
【００２７】
図７は図４の７−７線断面図であり、カムフォローとガイドレールとからなるガイド機構の構造を説明する。
カムフォロアー５７は、ボルト軸６８にベアリングを介してロール６９を取付けたアセンブリー品であり、ボルト軸６８をロール受けブラケット５６に通し、ナット７１を取付けるだけで、取付けが完了する。
【００２８】
チャンネル形状のガイドレール３２の両フランジにロール６９、６９を沿わせつつ、ロール受けブラケット５６を図面表裏方向へ移動させる。
すなわち、本発明のガイド機構７０は、ガイドレール３２とこのガイドレールを挟むロール６９、６９とからなる。
【００２９】
ガイドレール３２のガイド作用により、ロール受けブラケット５６は図面上下へは移動しない。しかし、図から明らかなように、図面左右へは移動可能である。
図面左右に移動可能であれば、図４において第２湾曲辺受け枠４８が僅かに図面左へ寄ることを妨げず、装置作動の円滑化を図る上で好ましい。
【００３０】
以上の構成からなる湾曲パネルの剪断試験機の作用を次に説明する。
図８は本発明に係る湾曲パネルと剪断中心との関係を示す図であり、第２湾曲辺受け枠４８に湾曲パネル１０を沿わせ、押え板４３で強固に押える。この状態で、アーム５５に設けた剪断中心６４に上向きの外力Ｆを加える。
この際、押え板４３の押え作用により、湾曲パネル１０の縁が撓むことはない。
【００３１】
図９は試験中の湾曲パネルの挙動を示す図であり、剪断中心６４に上向き力を掛けたため、ねじれることなく、実線で示した湾曲パネル１０は想像線で示すように僅かに変形し、均一な剪断荷重を付与することを可能とし、以って正確な湾曲パネル１０の剪断特性（強度等）を計測することができる。
【００３２】
尚、実施例は本発明の一形態を示したに過ぎず、湾曲パネルの剪断試験装置の構造は変更することは差し支えない。外力の方向は、上向きに限らず、横向き、下向きであっても良い。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、額縁枠及び押え板で、湾曲パネルの縁を抑えたので、湾曲パネルの縁の撓みを防止することができる。
【００３４】
そして、剪断中心位置に外力作用点を設定したため、湾曲パネルにねじれを起こさせることなく、剪断試験をなすことができる。
従って、本発明によれば均一な剪断荷重を付与することを可能とし、以って正確に剪断特性（強度等）を計測することができる。
【００３５】
さらに、剪断試験装置は額縁枠とロードセルと油圧シリンダと装置フレームとで構成でき、ごく単純な装置で済ませることができるから、装置コストの低減化を測ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で試験対象とする湾曲パネルの斜視図
【図２】本発明に係る湾曲パネルの剪断試験装置の斜視図
【図３】本発明に係る額縁枠の分解斜視図
【図４】本発明に係る湾曲パネルの剪断試験装置の正面図
【図５】本発明に係る第２湾曲辺受け枠の側面図
【図６】図５の６部拡大断面図
【図７】図４の７−７線断面図
【図８】本発明に係る湾曲パネルと剪断中心との関係を示す図
【図９】試験中の湾曲パネルの挙動を示す図
【図１０】特開昭６０−１３５８３９号公報の第１図の再掲図
【符号の説明】
１０…湾曲パネル、１６、１７…湾曲辺、１８、１９…フラット辺、２０…湾曲パネルの剪断試験装置、４０…額縁枠、４１〜４４…押え板、４６…第１湾曲辺受け枠、４７…第１フラット辺受け枠、４８…第２湾曲辺受け枠、４９…第２フラット辺受け枠、６１…断面中心線、６２…図心、６３…中心直交線、６４…剪断中心、７０…ガイド機構。

Claims

矩形板を円弧断面となるように湾曲化させた湾曲パネルの４辺を、１対の湾曲辺及びこれらの湾曲辺に直交する１対のフラット辺と呼ぶときに、
前記一対の湾曲辺を各々受ける第１・第２湾曲辺受け枠と、前記一対のフラット辺を各々受ける第１・第２フラット辺受け枠とで額縁枠を構成し、この額縁枠の４隅を額縁枠が菱形に変形することを許容する滑節とし、この額縁枠に前記湾曲パネルを載せ、４枚の押え板で抑え、前記第１湾曲辺受け枠を固定し、前記第２湾曲辺受け枠を、第１湾曲辺受け枠に平行に強制的に移動し、この移動に必要な荷重から湾曲パネルの剪断特性を求める剪断試験装置であって、
前記第２湾曲受け枠は、ガイド機構により、湾曲パネルの面直角方向への移動を抑えるようにするとともに、
第２湾曲受け枠の中央から湾曲パネルの面直角方向へアームを延ばし、湾曲パネルの剪断中心位置に前記アームの外力作用点を設定し、
この外力作用点を用いて前記第２湾曲辺受け枠を強制移動するようにしたことを特徴とする湾曲パネルの剪断試験装置。