JP2006284517A - 高速変形を含む広範囲のひずみ速度での高精度引張または圧縮試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 衝突シミュレーションや衝突安全設計について評価基準となる材料の高速変形特性の測定において、精度の高い変形応力測定を簡便に提供する。
【解決手段】 丸棒又は板状の試験片１を固定する固定部１１を有する締結部と、引張荷重又は圧縮荷重を計測する荷重検出部２と、前記締結部を支持する支持機構３と、前記試験片１に引張又は圧縮変形を与える弾性棒４からなる装置において、前記締結部と前記荷重検出部２を一体化し、かつ（固定部１１の断面積）≦（荷重検出部２の断面積）≦（支持機構３の断面積）を満たし、かつ、前記試験片に引張又は圧縮変形を与える可動部が弾性棒４、応力波パルス発生機構により構成されることを特徴とする高速引張又は高速圧縮荷重計測装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車構造を代表とする衝撃吸収部材の設計に必要な高速変形を含む広範囲のひずみ速度での引張又は圧縮荷重の計測装置に関する。

近年、自動車業界では、衝突時の乗員への傷害を低減しうる車体構造の開発が急務の課題となっている。この課題の解決のために、計算機上で自動車の衝突のシミュレーションを行い、安全基準をクリアする設計を行うシステムの開発が急速に進んできている。従って、現在ではこの衝突のシミュレーションの精度が衝撃吸収設計の成否のカギとなっている。衝突時には自動車の部材は高速で変形されるため、その正確な特性把握のためには、部材を構成する材料の高速の変形特性を精密に計測する必要がある。

このような材料の高速変形特性の計測は、通常の準静的な引張または圧縮試験機では行うことが出来ず、特に荷重の計測方法が困難であった。この問題を克服するために、特許文献１に油圧サーボ試験機を用いるものが開示されているものの、従来型の簡便なロードセル（荷重検出装置）を用いるのではなく、変形特性を測定する試験片のつかみ部を延長してそこにひずみゲージを貼付し、このひずみゲージ出力から別に校正したロードセル出力／ゲージ出力比を用いて試験片の変形応力を計測する方法が知られている。これは従来型のロードセルを用いるのに比べて測定精度が向上するが、対象の試験片に毎回ひずみゲージを貼付しなければいけないこと、試験片毎に測定系が変化するため測定精度の維持が難しく、またその機構から精度の抜本的な向上が難しいことなどの問題があった。また油圧サーボ試験機はその構造上非常に高価である。

また、特許文献２では、ブロック状の基部の上に突設した小突起部に、基部からの応力波の伝播および透過を遮断するための絶縁手段で構成される衝撃試験装置が開示されている。この装置では基部に比べて小さい小突起部で荷重の計測を行うが、この際、小突起部中を伝播する応力波の影響がなく、絶縁手段が基部と外部の応力波の伝播および透過を遮断することにより高ひずみ速度で計測が可能となることが示されている。しかしながら、一般に応力波の伝播を防ぐための絶縁手段の選択は難しく、その具体的な方法は開示されていない。

また詳細は不明ながら近年新しい衝撃試験システムの装置が開示されている（非特許文献１）。これによると荷重検出部はつかみ部等を一体・軽量化することにより共振周波数を高めることにより高ひすみ速度での計測が可能であるとしているものの、開示されている図から判断すると試験片側から、つかみ部、荷重検出部という形で試験装置を配置することが記載されており、配置面からは従来型の装置と大きな差はない。

一方、非特許文献２などにあるように、細長い弾性棒で衝撃弾性波を棒の長手方向に逃がすことにより、試験変形時の応力のみを計測すること可能にする、いわゆるＫｏｌｓｋｙ法が高速変形の試験法として標準的に使われている。しかしながら、試験装置が大掛かりであり、構造的に精度の維持管理が難しく、精度の高いデータを得るためには深い経験と知識が必要であった。また、試験可能時間が入射させた応力波パルスの継続時間、または、荷重を計測する弾性棒（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｂａｒ）の長さにより制限されるため、延性の良い材料の計測には困難があった。
特開平１０−３１８８９４号公報 特開平１０−３０９８０号公報 島津高速衝撃試験システム パンフレット Ｃ２２５−３４５５ ハイドロショットＨＩＴＳ−Ｔ１０ ＳＡＥ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＰＡＰＥＲ ＃９６００１９（１９９６年１０月発行、発行所：Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ）

本発明は、衝突シミュレーションや衝突安全設計について評価基準となる材料の高速変形特性の測定において、精度の高い変形応力測定を簡便に行う装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、試験実行時の応力波の伝播特性に注目して検討を行い、測定したい荷重のできるだけ近くに荷重検出部を配置すること、試験片から荷重検出部、および荷重検出部を支持する支持機構につながる部分の断面積を適正に配置することにより、比較的簡便な手段で高ひずみ速度域までの高速変形特性が測定可能であることを見出した。本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）丸棒又は板状の試験片を固定する固定部を有する締結部と、引張荷重又は圧縮荷重を計測する荷重検出部と、前記締結部を支持する支持機構と、前記試験片に引張又は圧縮変形を与える可動部からなる装置において、前記締結部と前記荷重検出部を一体化し、前記荷重検出部は前記固定部より前記支持機構側に設置され、かつ
（前記固定部における前記締結部の断面積）≦（荷重検出部における前記締結部の断面積）≦（支持機構の断面積）
の条件を満たし、かつ、前記可動部が弾性棒を有する応力波パルス発生機構により構成されることを特徴とする高速引張又は高速圧縮荷重計測装置。
（２）前記応力波パルス発生機構が、弾性棒、弾性棒固定機構及び変位負荷機構から構成されることを特徴とする（１）記載の高速引張又は高速圧縮荷重計測装置。
（３）前記応力波パルス発生機構が、中空構造体、弾性棒及び弾性棒端に一体化させた中空構造体の受け止め機構から構成されることを特徴とする（１）記載の高速引張又は高速圧縮荷重計測装置。
（４）前記締結部と弾性棒端の変位を計測し、その差から試験片の変位を計測する変位計測手段を有することを特徴とする請求項１、２又は３記載の高速引張又は高速圧縮荷重計測装置。
（５）締結部が円柱状であり、板状の試験片の場合には試験片を固定する溝を設置し、丸棒状の試験片の場合には試験片を固定するネジ穴が設置された締結部を持ち、前記荷重検出部における締結部の直径Ｄ（ｍｍ）と、前記溝またはネジ穴下端から支持機構上端までの長さＬ（ｍｍ）の比が０．３≦Ｌ／Ｄ≦１０を満たすことを特徴とする（１）、（２）、（３）又は（４）記載の高速引張又は高速圧縮荷重計測装置。
（６）前記荷重検出部の断面積Ａ０（ｍｍ^２）と、前記支持機構の断面積Ａ１（ｍｍ^２）との比が
２≦Ａ１／Ａ０
を満たすことを特徴とする（１）、（２）、（３）、（４）又は（５）記載の高速引張又は高速圧縮荷重計測装置。
（７）更に、
２≦Ａ２／Ａ０
を満たす断面積Ａ２（ｍｍ^２）を持つ応力波緩衝部を、前記締結部と前記支持機構の間に配置することを特徴とする（１）、（２）、（３）、（４）又は（５）記載の高速引張又は高速圧縮荷重計測装置。
（８）更に、試験片の温度を可変とする温度制御機構を備えることを特徴とする（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）又は（７）記載の高速引張又は高速圧縮荷重計測装置。

本発明に基づいて高精度な材料の高速変形特性を計測し、更に、この特性を導入することによる高精度な衝突シミュレーションを行うことにより、従来行われていた自動車全体設計または部材設計時に衝突安全性を確保するための試作部材による試行錯誤を省略することができ、試作のためのコストを大幅に軽減するだけでなく、設計にかかる時間も短縮することができる。従来の試験方法に比べて、必要な時間、コストを大幅に低減することができる。

本発明者らは、まずこれまでの高速変形の試験方法を鋭意検討した。その結果、高精度の試験結果が得られるＫｏｌｓｋｙ法と、簡便であるが精度の劣る油圧サーボ方式との違いの一つは荷重計測の位置にあることに思い至った。

これを解消するにはまず試験片の近くで荷重計測を行う必要がある．しかしながら、特許文献１に開示されているように、試験片に直接ひずみゲージを貼り付けた場合には、応力集中を考慮した荷重の補正が必要であり、それぞれの試験片に対してひずみゲージを貼付する必要があり精度管理が難しいこと、さらにそれぞれの試験片にひずみゲージを貼付する必要があるため試験のコストが高いという欠点があった。

また、特許文献２に開示される方法においても、荷重計測を試験片近くで行っているが、荷重計測用小突起部の内部での応力波伝播の影響を受けないようにするためには、その大きさを制限する必要があり、従って計測できる荷重に限界が生じてしまう。また、この方法ではブロック状の基部と外部との間に何らかの絶縁手段が必要であった。

本発明者らがさらに検討を進めた結果、試験片から荷重検出部の間の断面積変化が計測精度に大きく影響することが分かってきた。通常の油圧サーボ式高速引張試験機では試験片を装置に固定するために比較的断面積の大きな固定部を有する締結部があり、さらに支持機構を介して、荷重検出部につながっていた。このとき各部の断面積変化は通例、（試験片）＜（締結部）、（締結部）＞（支持機構）、（支持機構）＜（荷重検出部）のようになっていた。このような配置での実験を繰り返したところ、断面積が大の領域から小の領域に進行する場合には応力波の伝播の乱れが非常に大きいが、小から大の領域に進行する場合、小の領域ではその乱れの影響をほとんど受けないということが判明した。

この事実に基づき、図４に模式図を示すように、本発明者らは試験片締結部と荷重検出部２とを一体化した。その理由は締結部と荷重検出部２との固定が十分でないとその界面で応力波の大きな反射が起こるために、荷重検出部２での計測値に振動が重畳してしまうことを避けるためである。この一体化は削り出し加工により行うことが望ましいが、必要に応じてネジ締結、ボルト締結、溶接等の方法が使用できる。この際、締結による断面積変化を極力小さく必要がある。さらに、断面積の変化が荷重検出部に至るまでに大から小となることがないように、（試験片の断面積）＜（試験片と締結部との固定部１１における締結部の断面積）≦（荷重検出部２における締結部の断面積）≦（支持機構３の断面積）と配置することで、１)締結部を小さくかつ支持機構を介さず荷重検出部につなぎ、試験片の近くで荷重計測を行う、２)応力波の反射や干渉による乱れの影響を小さくする、ことを思い至った。

通常の変形速度で試験を行う場合は試験速度に比べて試験片および試験機内を伝播する応力波の伝播速度は十分に大きいため、直列につながる試験機のどの断面で荷重を測定してもその値は一定となる。しかし今問題にしている高ひずみ速度変形では、応力波の伝播速度が十分大きいとは言えず、応力波の伝播を考慮しなければ正確な荷重計測はできない。通常のロードセルで荷重計測を行うと正規の波形に重畳して振動が観測されるがこれは試験機内を伝播する応力波の影響である。

上述のように試験を行った場合、まず応力波は試験片内部で反射・干渉し、試験片内部の変形を均一化する。さらに締結部での同様の過程を経た後に、荷重検出部に応力波が伝播する。高ひずみ速度での高精度な荷重計測を行うためには、応力波ノイズの原因となる内部での反射・干渉を早期に飽和させることが必要である。応力波の反射は荷重検出部の支持機構との境界で起こるが、早期の飽和のためには支持機構の断面積が、荷重検出部の断面積と等しいか大きい必要がある。またさらに荷重検出部の軸方向長さを短くする必要がある。これは応力波が荷重検出部全体を伝播するのに必要な時間を低減するためである。

荷重計測についてはこのような形で精度の高い計測が可能となることが判明したが、次に問題となるのは試験片を高ひずみ速度で変形させる手段、すなわち応力波パルス発生機構である。特許文献１や２に示されているように通常油圧サーボ機構が使用されるが、この方式は装置が大掛りであり通常高価である。そこで本発明では、非特許文献２で使用されているような弾性棒を用いて高ひずみ速度変形を与える方法を組み合せた。本発明では高ひずみ速度変形を弾性棒で与えるとともに、弾性棒中を伝わる応力波を計測することにより試験片と弾性棒の結合端面の変位を計算し、それを基に試験片のひずみを計測させる機能を兼ね合わせた。すなわち、棒が十分細い場合、棒中を応力波が一次元の縦波として伝播するが、この時試験片と弾性棒の境界Ａ端面の変位（ｕ_Ａ）は、境界Ａでの棒のひずみ（ε_Ａ）を用いて下記（１）式により計算できる。

さらにε_Ａは縦波伝播の時間遅れを利用して、境界Ａから離れた位置でのひずみとして計測できる。具体的には図１に示すように変位検出用ひずみゲージ５にて、その位置での弾性棒のひずみの時間変化を計測し、境界Ａから変位検出用ひずみゲージ５の距離を弾性棒中の弾性波速度で割った時間遅れを補正して求めることができる．このとき試験片のひずみε（ｔ）は荷重検出部側の試験片端面の変位（ｕ_Ｂ）も用いて、（２）式により求めることができる。

ここにＬ_０は試験片のゲージ長さ（ｍｍ）である。

このような計測を可能とするためには弾性棒は全長に比して十分細い必要があり、ステンレス鋼を用いる場合にはその直径は３０ｍｍ以下、望ましくは２０ｍｍ以下であることが望ましい。

前記（２）に係る本発明では、応力波パルス発生機構が図２に示すように弾性棒４、弾性棒固定機構７、及び変位負荷機構８から構成されている。試験時にはまず弾性棒固定機構７の位置で弾性棒４の変位を固定する。その後、変位負荷機構８により弾性棒４を引張る。これにより弾性棒４の内、弾性棒固定機構７および変位負荷機構８に挟まれた部分が弾性的に変位し、弾性エネルギーが蓄えられる。試験片に対して所定のひずみ速度が与えられるよう変位負荷機構８を用いて弾性棒４を変形させた後に、弾性棒固定機構７を急激に解放することにより応力波パルスが発生し、弾性棒４を伝わって試験片を変形させるものである。

前記（３）に係る本発明では、応力波パルス発生機構が、図３に示すように、弾性棒４、中空構造体９及び弾性棒端に一体化させた中空構造体の受け止め機構１０により構成されている。試験時には中空構造体９を中空構造体の受け止め機構１０に向けて射出させることにより弾性棒４の端面に応力波パルスが発生し、弾性棒４を伝わって試験片を変形させるものである。図３では引張の際の配置が示されているが、中空構造体９を中空構造体の受け止め機構１０を介して弾性棒と反対側に設置して射出することにより圧縮試験を行うことができる。引張と圧縮を共用する場合には９は中空構造体である必要があるが、圧縮のみの場合は中実構造を用いることができる。弾性棒４への接触を均一とするためには圧縮の場合は中実構造とすることが望ましい。

前記（４）に係る本発明では、試験片の変位、ひずみを計測する手段として、締結部と弾性棒端の変位を計測し、その差から求める変位計測手段を規定としている。具体的には簡便的に変位検出用ひずみゲージ５を用いる手段、変位検出用ひずみゲージ５と変位計測手段６を併用する手段、変位計測手段で一度に両端あるいは試験片のゲージ長さの時間変化を計測する手段、等を用いることができる。以下、それぞれについて詳しく説明する。
前述のように弾性棒端の変位は、変位検出用ひずみゲージ５の出力を時間遅れを考慮して端面Ａでのひずみに変換したものから、更に前述の（１）式を用いて計算できる。締結部側端面は本発明ではほとんど変位せず、実験誤差から考えると無視して差し支えない。その場合は（３）式に従い、端面Ａの変位ｕ_Ａを、試験片のゲージ長さで除して試験片のひずみε（ｔ）を求めることができる。

また、試験片の全伸びが非常に小さい等で、ひずみの計測を精度高く行う必要がある場合には、締結部側の端面Ｂの変位ｕ_Ｂをレーザー式等の非接触の変位計のような変位計測手段６により計測しても良い。変位計測装置６の設置位置を図１中に示す。この場合、端面Ａの変位は変位検出用ひずみゲージ５の出力から求め、（２）式を用いて試験片のひずみε（ｔ）求める。

また、変位計測手段のみを用いて変位を直接測定しても良い。例えば試験片上にマーキングを行い、その画像処理により変位を求めることや、二眼式の光学式変位計を用いて両端の変位を同時に計測すること等の方法も、本発明に相応しい試験片の変位の計測方法である。このような変位計測手段は図１の変位計測手段６の位置に設置すればよい。

前記（５）に係る本発明では、締結部が円柱状であり、締結部には試験片を固定する溝が設置され、試験片を固定するために、締結部に設置された溝の下端から支持機構の上端までの長さＬ（ｍｍ）と、荷重検出部における締結部の直径Ｄ（ｍｍ）の比Ｌ／Ｄの範囲が０．３以上１０以下であることが好適である。

荷重検出部は表面に貼付したひずみゲージにより荷重を計測するために、断面内の荷重分布が均一である必要があるため円柱状である必要がある。一方締結部は必ずしも円柱状である必要はないが、荷重検出部と一体化し締結部での応力波の反射を少なくするためには円柱状であることが好ましい。また試験片の締結部は可能な限り小さくする必要がある。そのため本発明では板状の試験片の場合には締結部に溝を設け、そこに試験片を差込みピンで締結する方法をとっており、一方丸棒状の試験片ではネジ穴を設け、そこにネジを切った試験片を締結することにより試験片を固定している。

比Ｌ／Ｄが０．３より小さくなると荷重検出部の応力が断面内で不均一となりひずみゲージにより測定した表面ひずみから算出した荷重と実際の荷重の差が大きくなる。また、１０超となると上記で説明したように、荷重検出部内部での応力波の飽和が起こりにくくなるので、上記の範囲とすることが好ましい。

前記（６）に係る本発明では、締結部が円柱状であり、締結部は試験片を固定する溝が設置され、支持機構の断面積Ａ１（ｍｍ^２）と、締結部の断面積Ａ０（ｍｍ^２）の比Ａ１／Ａ０が２以上であることが好適である。Ａ１／Ａ０が２未満であると、荷重検出部と支持機構との間での応力波の反射が起こりにくくなり、荷重検出部内部での応力波の飽和が遅くなるので、上記の範囲とすることが好ましい。

しかしながら、実際の試験では試験機の動力機構や試験片の大きさ、強度に応じて前記（５）の条件を満足することが難しい場合がある。本発明者らはこのような場合についても鋭意検討し、締結部（荷重検出部）と支持機構の間に断面積Ａ２を持つ応力波緩衝部を、２≦Ａ２／Ａ０を満たすように配置すれば良いことを知見した（前記（７）に係る発明）。また、応力緩衝部を持つ荷重検出装置はＡ１／Ａ０が２以上の場合に使用しても全く問題がなく、目的に応じて選択すればよい。また応力波緩衝部の軸方向長さＬ２については特に大きな制限はないが、締結部の溝下端から応力波緩衝部の上端までの長さＬ以上であることが好ましい。

以上の記述は試験機を構成する各部が同等材質、すなわち弾性率および密度が同程度であることを前提に記述してきたが、各部の材料が異なる場合には断面積だけではなく、音響インピーダンスをあわせて考慮する必要がある。音響インピーダンスは材料の密度と応力波（＝弾性波）伝播速度の積であらわされる。従って異種の材料を用いる場合には断面積に関する記述を（断面積）×（密度）×（応力波伝播速度）の値に置換することで本発明を利用することができる。

また、このような荷重検出部は試験機の固定側に配置するのが望ましい。これは可動部に配置すると荷重負荷の揺動の影響を受けてしまうためである。
締結部の溝下端から応力波緩衝部の上端までの長さＬはひずみ速度１０００／ｓの領域では３０ｍｍ以下、望ましくは２０ｍｍ以下とするのが好ましい。これは応力波の伝播に対してＬとＤとの比だけでなく、応力波の伝播速度に対するＬの長さの絶対値が問題となるからである。

以下に実例を挙げながら、本発明の技術内容について説明する。図１に本発明の装置の模式図を示す。また、応力波パルス発生機構としては図２のものを用いた。弾性棒は直径１６ｍｍで全長５ｍのステンレス棒鋼を用いた。弾性棒固定機構７は試験片側から２ｍの位置に設置した。従って、試験片を変形させるために使用される弾性棒固定機構７と変位負荷機構８との間の弾性棒の長さは３ｍとなる。変位負荷機構８としては空気圧シリンダーを用いた。このシリンダーに与える空気圧を変化させることにより弾性棒４の３ｍの部分（弾性棒固定機構と変位負荷機構に挟まれた部分）に与える弾性ひずみを変化させ、それにより試験片のひずみ速度を変更することができる。今回の試験は試験片のひずみ速度を約６００／ｓｅｃに相当する条件で行った。また図４に本発明例として用いた荷重検出装置の模式図を示す。試験片１としては板状のものを用い、試験片のチャック部に穴を開け、それを荷重検出装置の固定部１１の溝１２に差し込んだ後にピン（図示しない）を用いて締結した。試験片１は変形部の平行部長さ１０ｍｍ、幅５ｍｍのものを使用した。

表１に測定を行った条件とその結果を示す。図６にＮｏ．４の条件で試験を行った結果を示す。試験温度は室温である。また同時に比較例として同じ試験片を用いて通常の油圧サーボ式試験機で従来型ロードセルを用いて測定した。その模式図を図５に示す。結果は図６に同時に示してある。従来型ロードセルの値が応力波ノイズを含んで不正確な値となっているのに対して、本発明のロードセルでは高精度な計測が可能であった。

本検討ではさらに荷重検出装置の寸法の影響を把握するため、支持機構３を同一のものを用い、種々の応力検出装置を用いて試験を行った。Ｎｏ．１０に示すように荷重検出部２の直径Ｄと長さＬの比が１０を越え、前記（５）記載の本発明の上限を越える場合には、測定時間内での荷重検出部の応力波の飽和が十分ではなく、測定波形に若干の応力波ノイズが見られたが、図５の比較例と比べると、十分に高精度な計測が可能であった。またＮｏ．１のようにＬ／Ｄが０．２５で前記（５）記載の本発明の下限を下回る場合、応力波ノイズの問題はないものの、測定しようとする荷重が小さい場合に荷重検出部２の断面内で弾性変形が一様でなく、低荷重での測定荷重が実際の荷重よりもやや小さな値となったが、図６の比較例と比べると、十分に高精度な計測が可能であった。

また荷重検出部２の直径が比較的大であるＮｏ．１１、１２、１３では応力波ノイズの影響はほとんど見られないものの、荷重検出部２の弾性ひずみが小さくなるため、外来ノイズ（主に電源等から混入する電磁波ノイズ）の影響が大きくなった。荷重検出部２の直径は測定しようとする試験に生ずる最大荷重を勘案してできるだけ小さくする方が良い。具体的には試験片の最大荷重が、荷重検出部の円柱部分の弾性限界荷重の５０％以上１００％以下となるように直径Ｄを決めることが望ましい。また、前記（６）記載の本発明の範囲にない、支持機構３と荷重検出部２の断面積の比（Ａ１／Ａ０）が１．４であるＮｏ．１４の場合、支持機構３と荷重検出部２との間で応力波の反射が効率よく行われず、従って荷重検出部２での応力波の飽和が遅くなり、測定波形に若干の応力波ノイズが生じた。その他の条件では良好な測定を行うことが出来た。

またＮｏ．５は図１に示す温度可変機構１４を設置して試験を行った場合である。Ｎｏ．５の試験では液体窒素を満たした小型の容器を温度可変機構として用いて、試験片の平行部と固定部１１の一部のみを覆った後、試験を行ったものである。温度可変機構を備える場合にも本発明の試験装置は良好な測定結果を得ることが出来た。

実施例１と同様の本発明例の装置、試験条件で実験を行ったが、応力波緩衝部の効果を確認するため、支持機構に直径１６ｍｍの丸棒と断面積の非常に小さいものを使用した試験を行った。応力波緩衝部１３を含む荷重検出装置の模式図を図７に示す。

表２に得られた結果を示す。いずれの試験条件でも従来型の試験機（図６に結果を記載）を使用するよりは良好な測定結果が得られたが、応力緩衝部１３を設けないＮｏ．１５では支持機構３と荷重検出部２の間に応力波の反射が効率的に起こらず、試験機の別の場所で反射した応力波も重畳してしまうため測定波形に試験条件の影響が見られた。それに対して応力波緩衝部１３を前記（７）記載の本発明の範囲に合う形で設けたＮｏ．１６、１７では応力波の影響のない良好な測定結果が得られた。それに対して荷重検出部２と応力波緩衝部１３の断面積の比が前記（７）記載の本発明範囲にないＮｏ．１８では若干の応力波ノイズの影響が見られた。また、Ｎｏ．１９はＮｏ．１６と同様の応力検出装置を実施例１の支持機構３に取り付けたものである。この場合応力波緩衝部１３は試験結果に悪影響を及ぼさず良好な実験結果が得られた。

応力波パルス発生機構として図３に示すような中空構造体を用いて試験を行った。この際弾性棒は直径１６ｍｍで全長２ｍのステンレス棒鋼を用いた。この端部に直径５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのステンレス鋼製円盤の中央部にネジ加工を施し、これを弾性棒端にねじ込むことにより中空構造体の受け止め機構１０を構成した。中空構造体９は外径２５．４ｍｍ、肉厚２．３ｍｍ、長さ３００ｍｍの鋼性パイプを用いた。この中空構造体９はばねに押し付けた後に解放し、所定の速度で打ち出した。この中空構造体９が中空構造体の受け止め機構１０に当ることにより応力波パルスが生成し、弾性棒４を通じて試験片を変形させる。今回の試験は試験片のひずみ速度を約６００／ｓｅｃに相当する条件で行った。試験片は実施例１と同様のものを、また、荷重検出部２および支持機構３も実施例１に示したＮｏ．４と同じものを用いた。

図８に本発明の試験装置で計測した結果を示す。変形のごく初期に、中空構造体９とその受け止め機構１０が衝突する際の応力波の分散に起因すると思われる振動波形が観測されたが、概ね良好な測定結果を得ることができた。

本発明例の試験装置の模式図を示す。 弾性棒と弾性棒固定装置、変位負荷機構で構成される応力波パルス発生機構を示す。 中空構造体とその受け止め機構で構成される応力波パルス発生機構を示す。 本発明の荷重検出装置の模式図を示す。 試験装置（従来型）の模式図を示す。 本発明と従来試験法による測定結果の例を示す。 応力波緩衝部を含む本発明例の試験装置の模式図を示す。 中空構造体とその受け止め機構で構成される応力波パルス発生機構を用いて計測した本発明の試験装置による測定結果の例を示す。

符号の説明

１ 試験片
２ 荷重検出部兼試験片締結部
３ 支持機構
４ 弾性棒
５ 変位検出用ひずみゲージ位置
６ 変位計測手段
７ 弾性棒固定機構
８ 変位負荷機構（可動部の一部）
９ 中空構造体
１０ 中空構造体の受け止め機構
１１ 固定部
１２ 溝
１３ 応力波緩衝部
１４ 温度制御槽（温度制御機構）

Claims (8)

1. 丸棒又は板状の試験片を固定する固定部を有する締結部と、引張荷重又は圧縮荷重を計測する荷重検出部と、前記締結部を支持する支持機構と、前記試験片に引張又は圧縮変形を与える可動部からなる装置において、前記締結部と前記荷重検出部を一体化し、前記荷重検出部は前記固定部より前記支持機構側に設置され、かつ
   （前記固定部における前記締結部の断面積）≦（荷重検出部における前記締結部の断面積）≦（支持機構の断面積）
   の条件を満たし、かつ、前記可動部が弾性棒を有する応力波パルス発生機構により構成されることを特徴とする高速引張又は高速圧縮荷重計測装置。
2. 前記応力波パルス発生機構が、弾性棒、弾性棒固定機構及び変位負荷機構から構成されることを特徴とする請求項１記載の高速引張又は高速圧縮荷重計測装置。
3. 前記応力波パルス発生機構が、中空構造体、弾性棒及び弾性棒端に一体化させた中空構造体の受け止め機構から構成されることを特徴とする請求項１記載の高速引張又は高速圧縮荷重計測装置。
4. 前記締結部と弾性棒端の変位を計測し、その差から試験片の変位を計測する変位計測手段を有することを特徴とする請求項１、２又は３記載の高速引張又は高速圧縮荷重計測装置。
5. 締結部が円柱状であり、板状の試験片の場合には試験片を固定する溝を設置し、丸棒状の試験片の場合には試験片を固定するネジ穴が設置された締結部を持ち、前記荷重検出部における締結部の直径Ｄ（ｍｍ）と、前記溝またはネジ穴下端から支持機構上端までの長さＬ（ｍｍ）の比が０．３≦Ｌ／Ｄ≦１０を満たすことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の高速引張又は高速圧縮荷重計測装置。
6. 前記荷重検出部の断面積Ａ０（ｍｍ^２）と、前記支持機構の断面積Ａ１（ｍｍ^２）との比が
   ２≦Ａ１／Ａ０
   を満たすことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の高速引張又は高速圧縮荷重計測装置。
7. 更に、
   ２≦Ａ２／Ａ０
   を満たす断面積Ａ２（ｍｍ^２）を持つ応力波緩衝部を、前記締結部と前記支持機構の間に配置することを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の高速引張又は高速圧縮荷重計測装置。
8. 更に、試験片の温度を可変とする温度制御機構を備えることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の高速引張又は高速圧縮荷重計測装置。

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