JP2006266964A - Strain control type super-high cycle fatigue testing method and fatigue testing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超高サイクル域の疲労損傷の評価に用いて好適なひずみ制御による疲労試験方法および疲労試験装置に関するものである。 The present invention relates to a fatigue test method and fatigue test apparatus by strain control suitable for use in evaluating fatigue damage in an ultra-high cycle region.
鉄鋼材料の高サイクル疲労試験では、S−N曲線に水平部が現れ、疲労限が認められるのが一般的である。このため、半永久的に供用される機器構造物などの設計では、上記疲労限を基準とした設計がなされている。しかし、近年における荷重制御による疲労試験の研究例によれば、高強度鋼などでは、107〜108サイクル以上の長寿命域でもS-N 曲線に水平部が現れず、疲労限が認められない現象、若しくはS-N 曲線の二段折れ曲がり現象が報告されている。これらの現象は、鉄鋼材料の高強度化(品質向上)に伴い、多く認められる傾向にある。 In a high cycle fatigue test of steel materials, a horizontal portion appears in the SN curve and a fatigue limit is generally recognized. For this reason, the design of equipment structures and the like used semipermanently is designed based on the fatigue limit. However, according to research examples of fatigue tests using load control in recent years, in high-strength steels and the like, a horizontal part does not appear in the SN curve even in a long life region of 10 7 to 10 8 cycles or more, and the fatigue limit is recognized. No phenomenon or two-stage bending phenomenon of SN curve has been reported. Many of these phenomena tend to be recognized as the strength of steel materials increases (improves quality).
一方、高速増殖炉(FBR)の機器や配管等においては、温度が異なる冷却材の合流部で、流体混合による不規則な温度ゆらぎ(サーマルストライピング)により、接液する構造物に繰返し熱応力が生じることが知られている。プラント供用中に繰返される熱応力は、109サイクル程度までの評価が必要とされており、かような超高サイクル域の疲労損傷を実験的に把握するためには、短時間で実施可能なひずみ制御による超高サイクル疲労試験が必要となってきている。 On the other hand, in fast breeder reactor (FBR) equipment, piping, etc., repeated thermal stress is applied to the wetted structure due to irregular temperature fluctuation (thermal striping) due to fluid mixing at the confluence of coolants with different temperatures. It is known to occur. Thermal stress repeated during plant operation requires evaluation up to about 10 9 cycles, and in order to experimentally grasp fatigue damage in such an ultra-high cycle range, it can be performed in a short time. Ultra high cycle fatigue tests with strain control are becoming necessary.
しかしながら、既存のひずみ制御による疲労試験技術では、109サイクル域の疲労損傷データを1点取得するのに、標準的なひずみ速度(0.1Hz〜1Hz)で30年以上の非常に長い時間を必要とする。
一般に、ひずみ制御方式では、図5(a)に示すように、試験片のひずみ速度を一定に保ちながら、試験片1に対して繰返し荷重(引張力、圧縮力)を作用させることによって疲労試験が行われる(図6参照)。このひずみ制御方式による疲労試験では、試験片1の標点間(試験片平行部)のひずみを計測するために、例えば図7に示すような押当て型のひずみ計10が用いられることから、疲労試験機の制御速度に限界があり、例えば図5(b)に示すように、ひずみ速度が概ね3Hz以上で、ひずみ計10にスベリが生じて、追従性や耐久性の問題が顕在化し、10Hz以上では、まったく使用できない。このため、図7に示すような従来の疲労試験機(低サイクル疲労試験装置)では、上記標準的なひずみ速度で疲労試験を行わざるを得ず、かような制御速度では、低サイクル域の疲労評価データを取得することはできても、107〜108サイクル以上の超高サイクル域の疲労評価データを取得することはできなかった。
However, with existing strain control fatigue test technology, it takes a very long time of 30 years or more at a standard strain rate (0.1 Hz to 1 Hz) to acquire one point of fatigue damage data in the 10 9 cycle region. I need.
In general, in the strain control method, as shown in FIG. 5A, a fatigue test is performed by applying a repeated load (tensile force, compressive force) to the
なお、近年では、最大1kHzまでの疲労試験機が開発されているが、何れも荷重制御方式(すなわち、試験片に繰返し作用させる荷重が一定の制御方式)によるものであり、この荷重制御方式の場合、図8(a)および図8(b)に示すように、荷重が一定であっても繰返し数に応じてひずみ量が変動することから、上述したような繰返し熱応力による超高サイクル域の疲労損傷の評価に適用することはできなかった。 In recent years, fatigue testing machines up to 1 kHz have been developed, but all are based on a load control system (that is, a control system with a constant load applied to the test piece). In this case, as shown in FIGS. 8A and 8B, even if the load is constant, the amount of strain varies depending on the number of repetitions. It could not be applied to the evaluation of fatigue damage.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、ひずみ制御による107〜109サイクル以上の超高サイクル疲労試験をより短時間で実施することができ、しかも従来型の低サイクル疲労試験の疲労寿命データと同等の評価を行うことができるひずみ制御型超高サイクル疲労試験方法および疲労試験装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and can perform an ultra-high cycle fatigue test of 10 7 to 10 9 cycles or more by strain control in a shorter time, and moreover, a conventional low cycle fatigue test. An object of the present invention is to provide a strain control type ultra-high cycle fatigue test method and a fatigue test apparatus capable of performing an evaluation equivalent to the fatigue life data.
本発明に係るひずみ制御型超高サイクル疲労試験方法は、試験片の標点間のひずみを計測可能な接触式ひずみ計と、試験片に荷重を作用させたときの計測点の変位を非接触で計測可能な非接触式変位計とを用いて、ひずみ制御により試験片の疲労試験を行う試験方法であって、試験条件として、少なくとも試験片の標点間の全ひずみ範囲(試験片標点間の全変形量を標点間距離で除した値に100をかけたもの)および制御速度を設定する第1工程と、上記試験片の標点間の全ひずみ範囲の設定値に相当する非接触式変位計の目標制御範囲を求める第2工程と、上記制御速度で且つ非接触式変位計の計測値の振幅が上記目標制御範囲で一定となるように試験片に繰返し荷重を作用させて、非接触式変位計によるひずみ制御下で疲労試験を行う第3工程とを有し、上記第2工程では、接触式ひずみ計が追従可能なひずみ速度で試験片に繰返し荷重を作用させたときの接触式ひずみ計の計測値と、非接触式変位計の計測値とを取得し、それら計測値から両者の相関関係を求めて、当該相関関係に基づいて、上記試験片の標点間の全ひずみ範囲の設定値に相当する非接触式変位計の目標制御範囲を求めるようにしたことを特徴とするものである。 The strain-controlled ultra-high cycle fatigue test method according to the present invention includes a contact-type strain gauge capable of measuring strain between test specimens and a non-contact displacement of a measurement point when a load is applied to the test specimen. Is a test method for performing a fatigue test on a test piece by strain control using a non-contact displacement meter that can be measured by the test method, and the test condition is at least the total strain range between the test specimens (test specimen standard) (The value obtained by dividing the total amount of deformation by the distance between the gauge points multiplied by 100) and the first step of setting the control speed, and the non-corresponding to the set value of the total strain range between the gauge points of the test specimen A second step of determining a target control range of the contact displacement meter, and a load repeatedly applied to the test piece so that the amplitude of the measured value of the non-contact displacement meter is constant within the target control range at the control speed. , Fatigue tests under strain control by non-contact displacement meter In the second step, the measured value of the contact strain gauge when a load is repeatedly applied to the specimen at a strain rate that can be followed by the contact strain gauge, and the non-contact displacement gauge The measurement value is obtained, the correlation between the two is obtained from the measurement value, and based on the correlation, the target of the non-contact displacement meter corresponding to the set value of the total strain range between the gauge points of the test piece is obtained. The control range is obtained.
上記ひずみ制御型超高サイクル疲労試験方法においては、上記第1工程〜上記第3工程を順に実行した後、応力変動率が所定値に達する都度、或いは繰返し数が所定回数に達する都度、上記第2工程および上記第3工程を繰り返し行うようにすることが好ましい。また、上記第2工程では、試験片の標点間のひずみを計測できるように、接触式ひずみ計を試験片に接触する位置に配置する一方、上記第3工程では、試験片から離間した位置に接触式ひずみ計を配置することが望ましい。 In the strain control type ultra-high cycle fatigue test method, the first step to the third step are sequentially performed, and then the stress fluctuation rate reaches a predetermined value or the number of repetitions reaches a predetermined number of times. It is preferable to repeat the two steps and the third step. In the second step, the contact-type strain gauge is arranged at a position in contact with the test piece so that the strain between the test points of the test piece can be measured. In the third step, the position is separated from the test piece. It is desirable to arrange a contact-type strain gauge in
また、本発明に係るひずみ制御型超高サイクル疲労試験装置は、上下のチャック間に装着された試験片に対して引張力と圧縮力を与えるための負荷部と、試験片のひずみを計測するための計測部と、この計測部の計測結果に基づいて各部の制御を行う制御部とを備え、ひずみ制御により試験片の疲労試験を行う試験装置であって、上記計測部は、試験片の標点間のひずみを計測可能な接触式ひずみ計と、試験片に荷重を作用させたときの計測点の変位を非接触で計測可能な非接触式変位計との組合せにより構成され、上記制御部は、試験開始前若しくは試験中に、接触式ひずみ計が追従可能なひずみ速度で試験片に繰返し荷重を作用させたときの接触式ひずみ計の計測値と、非接触式変位計の計測値とを取得し、それら計測値から両者の相関関係を求めて、当該相関関係に基づいて、上記試験片の標点間の全ひずみ範囲の設定値に相当する非接触式変位計の目標制御範囲を求め、その後、非接触式変位計の計測値の振幅が上記目標制御範囲で一定となるように試験片に繰返し荷重を作用させる制御を行うようになっていることを特徴とするものである。 In addition, the strain control type ultra-high cycle fatigue testing apparatus according to the present invention measures a load portion for applying a tensile force and a compressive force to a test piece mounted between upper and lower chucks, and a strain of the test piece. And a control unit that controls each unit based on the measurement result of the measurement unit, and performs a fatigue test of the test piece by strain control. Consists of a combination of a contact-type strain gauge that can measure strain between gauge points and a non-contact-type displacement meter that can measure the displacement of the measurement point when a load is applied to the test piece in a non-contact manner. The measured value of the contact-type strain gauge when a load is repeatedly applied to the specimen at a strain rate that can be followed by the contact-type strain gauge and the measured value of the non-contact-type displacement gauge before or during the test. And the correlation between the two from the measured values Based on the correlation, the target control range of the non-contact displacement meter corresponding to the set value of the total strain range between the test specimens of the test piece is determined, and then the measurement of the non-contact displacement meter is performed. The control is such that a load is repeatedly applied to the test piece so that the amplitude of the value is constant within the target control range.
本発明によれば、試験開始前若しくは試験中に、接触式ひずみ計が追従可能なひずみ速度で試験片に繰返し荷重を作用させたときの接触式ひずみ計の計測値と、非接触式変位計の計測値とを取得して、それら計測値から両者の相関関係を求め、当該相関関係に基づいて、試験片の標点間の全ひずみ範囲の設定値に相当する非接触式変位計の目標制御範囲を設定した後、非接触式変位計の計測値の振幅が上記目標制御範囲で一定となるように試験片に繰返し荷重を作用させて、非接触式変位計によるひずみ制御の下で疲労試験を行うようにしたので、接触式ひずみ計の追従性や耐久性に関する技術的問題を解決することができ、従来の低サイクル疲労試験装置(図7)と比較して、試験装置の制御速度(ひずみ速度の設定値)を高めることが可能となる。 According to the present invention, the measured value of the contact-type strain gauge when a load is repeatedly applied to the test piece at a strain rate that can be followed by the contact-type strain gauge before or during the test, and the non-contact displacement gauge And obtain the correlation between them, and based on the correlation, the target of the non-contact displacement meter corresponding to the set value of the total strain range between the test specimen points After setting the control range, repeatedly apply a load to the specimen so that the amplitude of the measured value of the non-contact displacement meter is constant within the target control range, and fatigue under strain control by the non-contact displacement meter. Since the test was performed, it was possible to solve technical problems related to the followability and durability of the contact-type strain gauge, and compared with the conventional low cycle fatigue test device (Fig. 7), the control speed of the test device. (Set value of strain rate) can be increased To become.
したがって、短時間で疲労試験を実施することが可能となり、107〜109サイクル以上の超高サイクル域の疲労評価データを取得できるようになる。その結果、より長寿命側の評価データを設計などに反映させることが可能となり、各種構造材料の信頼性を高めることが可能となる。また、試験時間の短縮により、維持管理にかかる労務費等の費用削減を図ることもできる。 Therefore, a fatigue test can be performed in a short time, and fatigue evaluation data in an ultrahigh cycle region of 10 7 to 10 9 cycles or more can be acquired. As a result, it is possible to reflect the evaluation data on the longer life side in the design and the like, and the reliability of various structural materials can be improved. In addition, labor costs for maintenance can be reduced by shortening the test time.
また、応力変動率が所定値に達する都度、或いは繰返し数が所定回数に達する都度、非接触式変位計の目標制御範囲を再設定するようにしたので、目標制御範囲の設定誤差を小さくすることができ、従来型の低サイクル疲労試験の疲労寿命データと同等の評価を行うことができる。 In addition, the target control range of the non-contact displacement meter is reset every time the stress fluctuation rate reaches a predetermined value or the number of repetitions reaches a predetermined number of times, so that the setting error of the target control range is reduced. It is possible to perform the same evaluation as the fatigue life data of the conventional low cycle fatigue test.
図1は、本発明に係るひずみ制御型超高サイクル疲労試験装置の一実施形態を示すもので、図中符号1が試験片である。
この試験装置は、上下のチャック2a、2b間に装着された試験片1に対して引張力と圧縮力を与えるための負荷部5(図6参照)と、試験片1のひずみを計測するための計測部6と、この計測部6の計測結果に基づいて各部の制御を行う制御部(図示省略)とを備えている。
FIG. 1 shows an embodiment of a strain-controlled ultra-high cycle fatigue testing apparatus according to the present invention, and
This test apparatus measures the strain of the
負荷部5としては、例えば電気油圧サーボ制御式、或いは電気サーボモータ制御式の負荷装置など、周知の負荷装置を用いることが可能である。計測部6は、試験片1の標点間(試験片平行部)のひずみを計測可能な接触式ひずみ計10と、試験片1に荷重を作用させたときの計測点の変位(或いは2点の計測点間の距離の変化)を非接触で計測可能な非接触式変位計20の組合せにより構成することが可能である。本実施形態では、接触式ひずみ計10として押当て型のひずみ計を用いている。この押当て型ひずみ計は、尖鋭な先端部を有する互いに平行な一対の石英棒(またはセラミックス棒)11a,11bを備え、それら石英棒11a,11bの先端部をそれぞれ標点に押当てて試験片1に固定した状態で、石英棒11a,11b間の距離の変化量をひずみゲージ13で計測することにより、試験片1の標点間のひずみ量を計測するものである。この押当て型ひずみ計は、スライド移動テーブル12上に載置されて、試験片1に近接・離間する方向に進退自在に構成されている。また、本実施形態では、非接触式変位計20として、レーザ光を利用して反射面までの距離を三角測距方式によって測定するレーザ変位計を用いている。このレーザ変位計は、上下チャック2a、2b間の距離の変化、すなわち試験片1全体の伸縮量を測定すべく、光源や受光素子を有する本体部21が一方のチャック2aに、反射面22aを有するターゲット22が他方のチャック2bにそれぞれ取り付けられている。本体部21とターゲット22間の距離は、レーザ変位計の測定範囲内であって、試験片1に荷重を作用させたときに両者が接触しない距離に設定されている。
As the
制御部としては、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、表示部、入力部、記憶部および通信部等を有する周知のコンピュータを用いることが可能である。この制御部の記憶部には、CPUにより実行される各種処理プログラム(後述するひずみ制御型超高サイクル疲労試験を実施するための処理プログラム等を含む。)や制御データ等を記憶する記憶領域の他、押当て型ひずみ計やレーザ変位計から取り込んだ計測データを格納する記憶領域や、入力部から入力した試験条件の設定データを格納する記憶領域などが設けられている。 As the control unit, a known computer having a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a display unit, an input unit, a storage unit, a communication unit, and the like can be used. The storage unit of this control unit is a storage area for storing various processing programs executed by the CPU (including a processing program for performing a strain control type ultra-high cycle fatigue test described later), control data, and the like. In addition, there are provided a storage area for storing measurement data fetched from a pressing-type strain gauge and a laser displacement gauge, a storage area for storing test condition setting data input from the input unit, and the like.
次に、上記疲労試験装置を用いたひずみ制御型超高サイクル疲労試験方法の一実施形態について説明する。この疲労試験方法は、試験条件を設定する第1工程と、後述するキャリブレーション処理を実行する第2工程と、非接触式変位計20によるひずみ制御の下で疲労試験を行う第3工程とを有している。本実施形態では、第1工程〜第3工程を順に実行した後、キャリブレーション処理の実行条件(後述)が成立する都度、第2工程および第3工程を繰り返し行うようになっている。この一連の処理は、試験片1が破損するまで続けられる。
Next, an embodiment of a strain control type ultra-high cycle fatigue test method using the fatigue test apparatus will be described. This fatigue test method includes a first step of setting test conditions, a second step of executing a calibration process described later, and a third step of performing a fatigue test under strain control by the
先ず、第1工程では、試験条件として、試験片1の標点間の全ひずみ範囲の設定値(以下、目標ひずみ範囲Δεtと称する。)、ひずみ速度の設定値(以下、制御速度fと称する。)、キャリブレーション処理の実行条件をそれぞれ制御部の入力部に入力して、記憶部に記憶する処理が行われる。キャリブレーション処理の実行条件としては、応力変動率や繰返し数に基づく条件(例えば応力変動率が所定値に達したとき、或いは繰返し数が所定回数に達したときに、キャリブレーション処理を実行するという条件)を設定することが可能である。 First, in the first step, as test conditions, a set value of the total strain range between the test points of the test piece 1 (hereinafter referred to as a target strain range Δεt) and a set value of a strain rate (hereinafter referred to as a control speed f). .), The calibration process execution condition is input to the input unit of the control unit and stored in the storage unit. As a condition for executing the calibration process, a condition based on the stress fluctuation rate or the number of repetitions (for example, the calibration process is executed when the stress fluctuation rate reaches a predetermined value or the number of repetitions reaches a predetermined number of times). Condition) can be set.
次いで、第2工程では、キャリブレーション処理が行われる。このキャリブレーション処理は、試験開始前若しくは試験中(キャリブレーション処理の実行条件が成立したとき)に、接触式ひずみ計10の目標ひずみ範囲Δεtに相当する非接触式変位計20の振幅値(以下、目標制御範囲ΔLtと称する。)を設定・補正するための処理である。
Next, in the second step, calibration processing is performed. This calibration process is performed before the test is started or during the test (when the execution condition of the calibration process is satisfied). The amplitude value of the
この第2工程では、先ず、制御部が接触式ひずみ計10の駆動部を制御して、接触式ひずみ計10の両石英棒11a,11bの先端を試験片1の標点に押当てる動作を行わせた後、制御部が負荷部5を制御して、接触式ひずみ計10が追従可能なひずみ速度(例えば、0.1Hz)で、接触式ひずみ計10の計測値が目標ひずみ範囲Δεt(例えば、0.3%)に到達若しくはほぼ到達するまで、荷重の振幅を徐々に大きくしながら試験片1に繰返し荷重を作用させる処理を実行する。制御部は、この処理の間、接触式ひずみ計10の計測値と非接触式変位計20の計測値を取り込んで、順次記憶部に格納する処理を行い、接触式ひずみ計10の計測値が目標ひずみ範囲Δεtに到達若しくはほぼ到達したら、負荷部5の作動を停止させるとともに、接触式ひずみ計10を試験片1から離脱させる処理を実行する。
In this second step, first, the control unit controls the drive unit of the
その後、制御部は、記憶部に取り込んだ接触式ひずみ計10と非接触式変位計20の計測値から両者の相関関係を求めて、当該相関関係に基づいて、接触式ひずみ計10の目標ひずみ範囲Δεtに相当する非接触式変位計20の目標制御範囲ΔLtを求め、これを記憶部に記憶する処理を行う。図2は、制御部に取り込んだ接触式ひずみ計10の計測値と非接触式変位計20の計測値の推移をグラフに表したもので、このグラフによれば、接触式ひずみ計10と非接触式変位計20の計測値が相関的な関係にあることが分かる。両者の相関関係は、係数aを用いて、次式のように表すことができる。
Thereafter, the control unit obtains a correlation between the measured values of the
係数a = 接触式ひずみ計の計測値(%) / 非接触式変位計の計測値(μm) Coefficient a = Contact strain gauge measurement (%) / Non-contact displacement gauge measurement (μm)
また、非接触式変位計20の目標制御範囲ΔLtは、上記係数aと、接触式ひずみ計10の目標ひずみ範囲Δεtとを次式に代入することにより求めることができる。
The target control range ΔLt of the
非接触式変位計の目標制御範囲ΔLt (μm)
= 接触式ひずみ計の目標ひずみ範囲Δεt (%) / 係数a
Target control range ΔLt (μm) of non-contact displacement meter
= Target strain range of contact strain gauge Δεt (%) / Coefficient a
続いて、第3工程では、非接触式変位計20によるひずみ制御の下で疲労試験が行われる。具体的には、図2に示すように、制御部が負荷部5を制御して、第1工程で設定した制御速度f(例えば、100Hz)で、試験片1にかかる荷重の振幅を徐々に大きくして行き、最終的に非接触式変位計20の計測値の振幅が上記目標制御範囲ΔLt(例えば、40μm)で一定となるように試験片1に繰返し荷重を作用させて定常の疲労試験を行う。
Subsequently, in the third step, a fatigue test is performed under strain control by the
その後、制御部は、第1工程で設定したキャリブレーション処理の実行条件が成立するか否かを監視し、実行条件の成立(例えば、繰返し数が所定回数に達したこと)を検知した際には、図2に示すように、試験片1にかかる荷重の振幅を徐々に小さくして行き、最終的に荷重の振幅が0になるように負荷部5を制御する。その後、前述した第2工程に移行して前述したキャリブレーション処理を実行することにより、目標制御範囲ΔLtの補正(再設定)を行った後、第3工程に移行して定常の疲労試験を再開する。すなわち、繰返し数が増加するに連れて係数a(接触式ひずみ計10と非接触式変位計20の計測値の相関関係)が変化することとなるので、本実施形態では、適宜に疲労試験を中断してキャリブレーション処理を行うことで目標制御範囲ΔLtを随時補正するようにしている。なお、キャリブレーション処理の実行条件は、その処理の前後で生じる目標制御範囲ΔLtの変動が十分に小さくなるように設定することが好ましく、そうすることで、目標制御範囲ΔLtの設定誤差を少なくすることができる。
こうして、目標制御範囲ΔLtを随時補正しながら疲労試験を続け、試験片1が破損したら試験を終了する。
Thereafter, the control unit monitors whether or not the execution condition of the calibration process set in the first step is satisfied, and detects that the execution condition is satisfied (for example, the number of repetitions reaches a predetermined number). As shown in FIG. 2, the load amplitude applied to the
In this way, the fatigue test is continued while correcting the target control range ΔLt as needed. When the
以上のように、本実施形態によれば、試験開始前若しくは試験中に、接触式ひずみ計10が追従可能なひずみ速度で試験片1に繰返し荷重を作用させたときの接触式ひずみ計10の計測値と、非接触式変位計20の計測値とを取得して、それら計測値から両者の相関関係(係数a)を求め、当該相関関係に基づいて、試験片1の標点間の全ひずみ範囲の設定値(目標ひずみ範囲Δεt)に相当する非接触式変位計20の目標制御範囲ΔLtを設定した後、非接触式変位計20の計測値の振幅が上記目標制御範囲ΔLtで一定となるように試験片1に繰返し荷重を作用させて、非接触式変位計20によるひずみ制御の下で疲労試験を行うようにしたので、接触式ひずみ計の追従性や耐久性に関する技術的問題を解決することができ、これにより、試験装置の制御速度fを100Hz程度にまで高めることが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the contact-
したがって、試験時間を従来の1/50〜1/100に短縮でき、従来は不可能とされてきた107〜109サイクル以上の超高サイクル域の疲労評価データを取得できるようになる。その結果、より長寿命側の評価データを設計などに反映させることが可能となり、各種構造物の材料の信頼性を高めることが可能となる。また、試験時間の短縮により、維持管理にかかる労務費等の費用削減を図ることもできる。 Therefore, the test time can be shortened to 1/50 to 1/100 of the conventional value, and fatigue evaluation data in an ultrahigh cycle region of 10 7 to 10 9 cycles or more, which has been considered impossible in the past, can be acquired. As a result, it is possible to reflect the evaluation data on the longer life side in the design and the like, and it is possible to improve the reliability of materials of various structures. In addition, labor costs for maintenance can be reduced by shortening the test time.
なお、本実施形態では、試験開始前にキャリブレーション処理を実行して、非接触式変位計20によるひずみ制御を試験開始から行うようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、係数aの値が不安定な初期の段階(例えば、繰返し数が2000回に達するまで)は、比較的低い制御速度(例えば、0.1〜1Hz)で、接触式ひずみ計10によるひずみ制御を行い、係数aの値が安定した後は、キャリブレーション処理を実行して、高い制御速度(例えば、100Hz)で、非接触式変位計20によるひずみ制御を行うようにしてもよい。
また、本実施形態では、接触式ひずみ計10として、ひずみゲージ13をセンサ部に用いた押当て型ひずみ計を、非接触式変位計20としてレーザ変位計をそれぞれ例示したが、これ以外にも、接触式ひずみ計10として、例えば差動トランス型、静電容量式、光学的変位計をセンサ部に採用した押当て型ひずみ計を、非接触式変位計20として、渦電流式変位計などをそれぞれ用いることも可能である。
In the present embodiment, the calibration process is executed before the start of the test, and the strain control by the
In the present embodiment, the contact-
次に、本発明の効果を実施例により明らかにする。
本発明に係るひずみ制御型超高サイクル疲労試験方法により、疲労試験を実施したところ、図3および図4のグラフに示すような結果が得られた。図3には、目標ひずみ範囲Δεtを0.3%以下、温度条件を600℃として、本発明に係る超高サイクル疲労試験方法(10〜60Hz)と従来のJISで定められた低サイクル疲労試験方法(0.1Hz)により、316FR鋼の疲労試験を行ったときの応力挙動が示されている。図中、「HMH3D4(B7)」や「HB8A01(B8)」は試験片番号(ヒート番号)である。また、図4には、550℃または600℃の温度条件で、本発明に係る超高サイクル疲労試験方法と従来のJISで定められた低サイクル疲労試験方法とにより得られたSUS304鋼および316FR鋼の疲労特性が示されている。
Next, the effect of the present invention will be clarified by examples.
When the fatigue test was carried out by the strain controlled ultra high cycle fatigue test method according to the present invention, the results shown in the graphs of FIGS. 3 and 4 were obtained. FIG. 3 shows that the target strain range Δεt is 0.3% or less, the temperature condition is 600 ° C., the ultra-high cycle fatigue test method (10 to 60 Hz) according to the present invention, and the low cycle fatigue test defined by the conventional JIS. The method (0.1 Hz) shows the stress behavior when a 316FR steel fatigue test is performed. In the figure, “HMH3D4 (B7)” and “HB8A01 (B8)” are test piece numbers (heat numbers). FIG. 4 also shows SUS304 steel and 316FR steel obtained by the ultra-high cycle fatigue test method according to the present invention and the low cycle fatigue test method defined by the conventional JIS under the temperature condition of 550 ° C. or 600 ° C. The fatigue properties of are shown.
これらグラフによれば、各サイクル域において、本発明に係る超高サイクル疲労試験方法と、従来のJISで定められた低サイクル疲労試験方法とでほぼ同じ評価データが得られ、両者の間に有意な差が無いことが分かる。つまり、本発明に係る超高サイクル疲労試験方法によれば、従来のJISで定められた低サイクル疲労試験方法では対応できなかった高サイクル領域において、当該低サイクル疲労試験方法の疲労寿命データと同等の疲労評価データを取得可能であることが分かる。 According to these graphs, in each cycle region, almost the same evaluation data was obtained between the ultra-high cycle fatigue test method according to the present invention and the low cycle fatigue test method defined in the conventional JIS, and there was significant difference between the two. It can be seen that there is no significant difference. In other words, according to the ultra-high cycle fatigue test method according to the present invention, in the high cycle region that cannot be dealt with by the conventional low cycle fatigue test method defined in JIS, it is equivalent to the fatigue life data of the low cycle fatigue test method. It can be seen that the fatigue evaluation data can be obtained.
1 試験片
10 接触式ひずみ計
20 非接触式変位計
1
Claims (4)
試験条件として、少なくとも試験片の標点間の全ひずみ範囲および制御速度を設定する第1工程と、上記試験片の標点間の全ひずみ範囲の設定値に相当する非接触式変位計の目標制御範囲を求める第2工程と、上記制御速度で且つ非接触式変位計の計測値の振幅が上記目標制御範囲で一定となるように試験片に繰返し荷重を作用させて、非接触式変位計によるひずみ制御下で疲労試験を行う第3工程とを有し、
上記第2工程では、接触式ひずみ計が追従可能なひずみ速度で試験片に繰返し荷重を作用させたときの接触式ひずみ計の計測値と、非接触式変位計の計測値とを取得し、それら計測値から両者の相関関係を求めて、当該相関関係に基づいて、上記試験片の標点間の全ひずみ範囲の設定値に相当する非接触式変位計の目標制御範囲を求めるようにしたことを特徴とするひずみ制御型超高サイクル疲労試験方法。 Using a contact-type strain gauge that can measure the strain between the test specimen points and a non-contact-type displacement gauge that can measure the displacement of the measurement point when a load is applied to the test piece in a non-contact manner. A test method for performing a fatigue test on a test piece under control,
As a test condition, the first step of setting at least the total strain range and the control speed between the test point of the test piece, and the target of the non-contact displacement meter corresponding to the set value of the total strain range between the test point of the test piece A second step of obtaining a control range; and a non-contact displacement meter by applying a load repeatedly to the test piece so that the amplitude of the measured value of the non-contact displacement meter is constant within the target control range at the control speed. A third step of performing a fatigue test under strain control by
In the second step, the measurement value of the contact strain gauge when a load is repeatedly applied to the test piece at a strain rate that can be followed by the contact strain gauge, and the measurement value of the non-contact displacement gauge are obtained, The correlation between the two is obtained from the measured values, and based on the correlation, the target control range of the non-contact displacement meter corresponding to the set value of the total strain range between the test specimen points is obtained. A strain-controlled ultra-high cycle fatigue test method characterized by the above.
上記計測部は、試験片の標点間のひずみを計測可能な接触式ひずみ計と、試験片に荷重を作用させたときの計測点の変位を非接触で計測可能な非接触式変位計との組合せにより構成され、
上記制御部は、試験開始前若しくは試験中に、接触式ひずみ計が追従可能なひずみ速度で試験片に繰返し荷重を作用させたときの接触式ひずみ計の計測値と、非接触式変位計の計測値とを取得し、それら計測値から両者の相関関係を求めて、当該相関関係に基づいて、上記試験片の標点間の全ひずみ範囲の設定値に相当する非接触式変位計の目標制御範囲を求め、その後、非接触式変位計の計測値の振幅が上記目標制御範囲で一定となるように試験片に繰返し荷重を作用させる制御を行うようになっていることを特徴とするひずみ制御型超高サイクル疲労試験装置。 A load part for applying tensile force and compressive force to the test piece mounted between the upper and lower chucks, a measurement part for measuring the strain of the test piece, and the measurement result of each part based on the measurement result of this measurement part And a control device that performs control, and performs a fatigue test of the test piece by strain control,
The measurement unit includes a contact strain meter capable of measuring the strain between the gauge points of the test piece, a non-contact displacement meter capable of measuring the displacement of the measurement point when a load is applied to the test piece in a non-contact manner, and Composed of
The above control unit measures the measured value of the contact-type strain gauge when a load is repeatedly applied to the test piece at a strain rate that can be followed by the contact-type strain gauge before or during the test. The measurement value is obtained, the correlation between the two is obtained from the measurement value, and based on the correlation, the target of the non-contact displacement meter corresponding to the set value of the total strain range between the gauge points of the test piece is obtained. A strain characterized in that a control range is obtained, and then control is performed so that a load is repeatedly applied to the specimen so that the amplitude of the measured value of the non-contact displacement meter is constant within the target control range. Controlled ultra-high cycle fatigue testing equipment.
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Cited By (6)
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CN102928303A (en) * | 2012-11-26 | 2013-02-13 | 核工业理化工程研究院 | Fatigue test device of metal materials |
JP2014102132A (en) * | 2012-11-19 | 2014-06-05 | Institute Of Nuclear Safety System Inc | Low cycle fatigue crack growth evaluation method |
CN111060408A (en) * | 2019-12-24 | 2020-04-24 | 合肥通用机械研究院有限公司 | Strain-controlled thermo-mechanical fatigue performance testing method |
CN112942450A (en) * | 2021-02-01 | 2021-06-11 | 湘电风能有限公司 | Method and system for monitoring fatigue damage of foundation ring type fan |
KR20230034718A (en) * | 2021-09-03 | 2023-03-10 | 한국생산기술연구원 | Tensile Testing Equipment for Metal Plates |
-
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100943199B1 (en) | 2009-11-17 | 2010-02-19 | 선문대학교 산학협력단 | Ultra-high cycle fatigue testing apparatus |
WO2011062322A1 (en) * | 2009-11-17 | 2011-05-26 | 선문대학교 산학협력단 | Ultra-high frequency fatigue-testing apparatus |
JP2014102132A (en) * | 2012-11-19 | 2014-06-05 | Institute Of Nuclear Safety System Inc | Low cycle fatigue crack growth evaluation method |
CN102928303A (en) * | 2012-11-26 | 2013-02-13 | 核工业理化工程研究院 | Fatigue test device of metal materials |
CN111060408A (en) * | 2019-12-24 | 2020-04-24 | 合肥通用机械研究院有限公司 | Strain-controlled thermo-mechanical fatigue performance testing method |
CN111060408B (en) * | 2019-12-24 | 2022-04-22 | 合肥通用机械研究院有限公司 | Strain-controlled thermo-mechanical fatigue performance testing method |
CN112942450A (en) * | 2021-02-01 | 2021-06-11 | 湘电风能有限公司 | Method and system for monitoring fatigue damage of foundation ring type fan |
KR20230034718A (en) * | 2021-09-03 | 2023-03-10 | 한국생산기술연구원 | Tensile Testing Equipment for Metal Plates |
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