JP2014066604A - Fatigue testing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高温下で疲労試験が行われる疲労試験装置に関する。 The present invention relates to a fatigue test apparatus in which a fatigue test is performed at a high temperature.
一般的に、材料の疲労強度データを取得する際には、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、測定対象となる材料から丸棒型試験片２００、３００（試験対象物）を採取して疲労試験が行われる。この丸棒型試験片２００は図９（ａ）に示すように、試験片の両つかみ部にネジ部２１０が形成されたものや、図９（ｂ）に示すように、試験片の両つかみ部にフランジ部３１０が形成されたものなどがある。このような丸棒型試験片２００、３００においては、例えば試験片のネジ部２１０を、疲労試験装置の固定治具に締め込んだり、フランジ部３１０を疲労試験装置のフランジ治具に挟み込んだりすることによって、疲労試験装置に試験片が固定されるようになっている。
In general, when acquiring the fatigue strength data of a material, as shown in FIGS. 9A and 9B, round bar
ところで、測定対象となる材料の形状や寸法によっては、丸棒型試験片の採取が困難な場合がある。このような場合には、試験片の両端にフランジ部が形成された板状型試験片（試験対象物）を用いる。板状型試験片においては、固定治具の凹部に試験片を嵌合させるとともに固定治具に試験片のつかみ部（以下、単につかみ部と称されることがある。）を挟み込む（ボルトによる締め込みで固定）方法や、つかみ部にピン穴を形成しこのピン穴にピンを挿入する方法などによって、疲労試験装置に試験片が固定される。 By the way, depending on the shape and size of the material to be measured, it may be difficult to collect a round bar type test piece. In such a case, a plate-shaped test piece (test object) in which flange portions are formed at both ends of the test piece is used. In the plate-type test piece, the test piece is fitted into the concave portion of the fixing jig, and the holding portion of the test piece (hereinafter sometimes simply referred to as the holding portion) is sandwiched between the fixing jig (by bolts). The test piece is fixed to the fatigue testing apparatus by a method of fixing by tightening) or a method of forming a pin hole in the grip portion and inserting a pin into the pin hole.
しかしながら、ピンによる固定方法は、つかみ部のピン穴とピンの寸法公差の関係上、固定部に間隙が生じるおそれがある。そのため、引張荷重のみを負荷することは可能であるが、引張・圧縮荷重が負荷されるような疲労試験では、荷重が負荷された際に、試験片を十分に拘束（固定）できない。したがって、ピンによる固定方法は引張・圧縮荷重を負荷する疲労試験に適していない。 However, the fixing method using a pin may cause a gap in the fixing portion due to the dimensional tolerance of the pin hole of the grip portion and the pin. Therefore, it is possible to apply only a tensile load, but in a fatigue test in which a tensile / compressive load is applied, the test piece cannot be sufficiently restrained (fixed) when the load is applied. Therefore, the pin fixing method is not suitable for a fatigue test in which a tensile / compressive load is applied.
一方、試験片を固定治具で挟み込みにより固定する方法では、試験片をしっかり固定できるため、引張・圧縮荷重が負荷される疲労試験を行うことが可能であり、疲労試験装置では試験片を固定治具で挟み込む方法が採用されている。
また、疲労試験の際には、試験片がつかみ部において滑らないことが重要であり、例えば、特許文献１には、疲労試験装置のつかみ部に凹凸を形成し、試験片をより安定的に固定する方法が開示されている。
On the other hand, in the method of fixing the test piece by sandwiching it with a fixing jig, the test piece can be firmly fixed, so it is possible to perform a fatigue test under a tensile / compressive load, and the fatigue test device fixes the test piece. A method of sandwiching with a jig is adopted.
In addition, in the fatigue test, it is important that the test piece does not slip at the grip portion. For example, in
ところで、つかみ部を固定治具の挟み込みにより固定する方法では、ボルトによる締め込み力が重要となる。大気中で疲労試験を実施する場合、疲労試験装置の空間スペースに比較的制限がないため、試験荷重とのバランスを考慮し、つかみ部の寸法、ボルトの寸法や本数等を調整することで十分な締め付け力により試験片を固定することが出来る。 By the way, in the method of fixing the grip portion by sandwiching the fixing jig, the tightening force by the bolt is important. When conducting a fatigue test in the atmosphere, there is relatively no restriction on the space of the fatigue test equipment, so it is sufficient to adjust the grip dimensions, bolt dimensions, number, etc., taking into account the balance with the test load. The test piece can be fixed with a sufficient tightening force.
しかしながら、例えば高温水中下のような環境で疲労試験をする場合、圧力容器内に治具及び試験片を組み込む必要があるため、試験片のつかみ部などの寸法が制約され、十分な締め付け力を加えることが出来ず、試験条件によってはつかみ部に滑りが発生する場合がある。このように、つかみ部において滑りが発生した場合、疲労試験の際の荷重−変位のデータを正確に取得することができず、疲労特性を把握することは困難となる。また、特許文献１のように、つかみ部に凹凸を形成しても、滑りが発生するおそれがあり、さらに試験片を安定的に固定する方法が求められている。
However, when conducting a fatigue test in an environment such as in high-temperature water, it is necessary to incorporate a jig and a test piece in the pressure vessel. It cannot be added, and depending on the test conditions, the grip part may slip. Thus, when slipping occurs at the grip portion, it is difficult to accurately acquire load-displacement data during the fatigue test, and it is difficult to grasp the fatigue characteristics. Moreover, even if unevenness is formed on the grip portion as in
この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって、高温下で疲労試験を行う場合において、試験対象物のつかみ部に発生する滑りを抑制し、疲労試験の測定精度を向上させることが可能な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 the circumstances described above, and when performing a fatigue test at a high temperature, it is possible to suppress the slip generated in the grip portion of the test object and improve the measurement accuracy of the fatigue test. An object is to provide a possible fatigue test apparatus.
本発明者らは、上述したような課題を解決すべく、高温環境下で試験される疲労試験装置において試験対象物のつかみ部に発生する滑りについて鋭意検討を行った。
その結果、試験片を固定する際には、固定治具に形成された凹部に試験片のつかみ部を嵌合させてからネジなどで締めつけられて固定されるが、荷重負荷方向における試験片と固定治具の凹部との間に寸法公差等に起因する間隙が生じており、この間隙がつかみ部に滑りを発生させていることを見出した。
本発明は、上記の知見に基づき完成させたものであって、その要旨は以下の通りである。
In order to solve the above-described problems, the present inventors diligently studied the slip generated in the grip portion of the test object in a fatigue test apparatus tested in a high temperature environment.
As a result, when fixing the test piece, the gripping part of the test piece is fitted into the recess formed in the fixing jig and then fixed by tightening with a screw or the like. It has been found that a gap due to dimensional tolerance or the like is generated between the fixing jig and the concave portion, and this gap causes slipping in the grip portion.
The present invention has been completed based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
すなわち、本発明の疲労試験装置は、高温下で試験対象物に対して引張・圧縮荷重を負荷する荷重負荷手段を備えた疲労試験装置であって、前記試験対象物の第一つかみ部及び第二つかみ部のうち少なくともいずれか一方と嵌合する凹部を有する固定治具と、前記凹部と前記試験対象物との間に形成された間隙に設けられ、前記高温下において該間隙を埋めるように熱膨張するスペーサと、を備えることを特徴とする。 That is, the fatigue test apparatus of the present invention is a fatigue test apparatus provided with a load loading means for applying a tensile / compressive load to a test object at a high temperature, the first gripping part and the first gripping part of the test object. A fixing jig having a concave portion that fits at least one of the two biting portions, and a gap formed between the concave portion and the test object so as to fill the gap at the high temperature. And a spacer that thermally expands.
本発明の疲労試験装置によれば、固定治具の有する凹部と試験対象物（試験片）との間に形成された間隙にスペーサが設けられており、このスペーサが高温下において熱膨張するので、固定治具と試験対象物との間に生じる間隙を埋めることができる。したがって、高温下で疲労試験を実施する際に、固定治具と試験対象物との間の間隙に起因して生じる試験対象物のつかみ部での滑りを抑制し、高温下での疲労試験の測定精度をより向上させることが可能となる。なお、ここで高温下とは、例えば高温水中下、高温・高圧水中下、高温大気下等の高温環境下を意味し、高温とは、常温よりも高い温度であって、例えば１００℃以上である。 According to the fatigue test apparatus of the present invention, the spacer is provided in the gap formed between the concave portion of the fixing jig and the test object (test piece), and this spacer is thermally expanded at a high temperature. The gap generated between the fixing jig and the test object can be filled. Therefore, when the fatigue test is performed at high temperatures, slipping at the gripping part of the test object caused by the gap between the fixture and the test object is suppressed, and the fatigue test at high temperatures is performed. Measurement accuracy can be further improved. Here, the high temperature means a high temperature environment such as high temperature water, high temperature / high pressure water, high temperature air, etc., and the high temperature is a temperature higher than the normal temperature, for example, 100 ° C. or higher. is there.
また、前記固定治具は、前記試験対象物の第一つかみ部が嵌合する第一凹部を有する第一固定治具と、前記試験対象物の第二つかみ部が嵌合する第二凹部を有する第二固定治具と、を有し、前記スペーサは、前記第一凹部と前記第一つかみ部との間に形成された間隙に設けられ、前記高温下において該間隙の寸法以上に熱膨張する第一スペーサと、前記第二凹部と前記第二つかみ部との間に形成された間隙に設けられ、前記高温下において該間隙の寸法を埋めるように熱膨張する第二スペーサと、を有していても良い。 In addition, the fixing jig includes a first fixing jig having a first recess into which the first grip portion of the test object is fitted, and a second recess in which the second grip portion of the test object is fitted. And the spacer is provided in a gap formed between the first concave portion and the first gripping portion, and is thermally expanded at a temperature higher than the size of the gap at the high temperature. And a second spacer that is provided in a gap formed between the second recess and the second gripping part and thermally expands to fill the dimension of the gap at the high temperature. You may do it.
このような構成にすることで、高温下において、第一凹部と第一つかみ部、及び第二凹部と第二つかみ部との間の間隙をスペーサで埋め、高温下での疲労試験の際につかみ部において滑りが発生することを確実に抑制することが可能となる。そして、高温下においてより測定精度の高い疲労試験のデータを取得することができる。 By adopting such a configuration, the gap between the first recess and the first grip portion and the second recess and the second grip portion is filled with a spacer at a high temperature, and during a fatigue test at a high temperature. It is possible to reliably suppress the occurrence of slipping at the grip portion. In addition, fatigue test data with higher measurement accuracy can be obtained at high temperatures.
さらに、前記スペーサの線膨張係数は、前記固定治具の線膨張係数よりも大きいことが好ましい。
スペーサの熱膨張係数が固定治具の熱膨張係数より大きい場合は、高温下において、固定治具の凹部と試験対象物のつかみ部との間の間隙を確実に埋めることができるので、つかみ部における滑りを抑制し、疲労試験の測定精度をより向上させることができる。
Furthermore, it is preferable that the linear expansion coefficient of the spacer is larger than the linear expansion coefficient of the fixing jig.
If the thermal expansion coefficient of the spacer is greater than the thermal expansion coefficient of the fixture, the gap between the concave part of the fixture and the grip of the test object can be filled reliably at high temperatures. Slip can be suppressed and the measurement accuracy of the fatigue test can be further improved.
さらに、前記試験対象物の線膨張係数は、前記固定治具の線膨張係数よりも大きいことが好ましい。
試験対象物の線膨張係数が固定治具の線膨張係数よりも大きい場合は、高温下において、固定治具よりも試験対象物の方が熱膨張するので、固定治具の凹部と試験対象物のつかみ部との間の間隙を狭くすることができる。したがって、つかみ部における滑りを抑制し、疲労試験の測定精度を向上させることができる。
Furthermore, it is preferable that the linear expansion coefficient of the test object is larger than the linear expansion coefficient of the fixing jig.
When the linear expansion coefficient of the test object is larger than the linear expansion coefficient of the fixing jig, the test object expands more thermally than the fixing jig at high temperatures. The gap between the grip portion and the grip portion can be narrowed. Therefore, slipping at the grip portion can be suppressed, and the measurement accuracy of the fatigue test can be improved.
また、前記スペーサは、平板形状であることが好ましい。
スペーサを平板形状にすることによって、スペーサが、固定治具の凹部と試験対象物の端面と面で接触し広範囲にわたって間隙を埋めることができるので、つかみ部における滑りを確実に抑制し、疲労試験の測定精度をより向上させることができる。
Moreover, it is preferable that the said spacer is flat plate shape.
By making the spacer into a flat plate shape, the spacer can contact the concave part of the fixture and the end face of the test object and fill the gap over a wide range. The measurement accuracy can be further improved.
本発明によれば、高温下で疲労試験を行う場合において、つかみ部に発生する滑りを抑制し、疲労試験の測定精度を向上させることが可能な疲労試験装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when performing a fatigue test under high temperature, the fatigue test apparatus which can suppress the slip which generate | occur | produces in a grip part and can improve the measurement precision of a fatigue test can be provided.
以下に、本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。
まず、本実施形態に係る疲労試験装置１に用いられる試験片１００（試験対象物）の形状について説明する。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係る試験片１００は、板状型試験片であり、くびれ部１１０と、つかみ部１２０と、を有している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, the shape of the test piece 100 (test object) used in the
くびれ部１１０の中央には平行部１１１が形成されており、疲労試験を行うとこの平行部１１１において最も大きな応力が負荷され、平行部１１１において優先的に疲労破壊が生じるようになっている。このようなくびれ部１１０は例えば、機械加工によって形成すれば良い。
A
つかみ部１２０は、試験片１００の一方側（図１において左側）に形成された第一つかみ部１２１と、試験片１００の他方側（図１において右側）に形成された第二つかみ部１２２とから構成されている。このつかみ部１２０（第一つかみ部１２１及び第二つかみ部１２２）には、後述する固定治具３０の凹部３５に試験片１００を嵌合させるためのフランジ部１２３と、固定孔１２４とが形成されている。
The
次に、本発明の実施形態に係る疲労試験装置１について説明する。
本実施形態に係る疲労試験装置１は、図２及び図３に示すように、ロードフレーム１０と、このロードフレーム１０の中央から下方に向けて延在するベース部２０と、ベース部２０の下方に配置され試験片１００を固定するための固定治具３０と、試験片１００に対して荷重を負荷する荷重負荷手段４０と、試験片１００の伸びを測定する伸び計５０と、この伸び計５０に接続された伝達棒６０と、これらの部材を覆うように配置された圧力容器７０と、を備えている。
なお、図２及び図３においては、圧力容器７０の外方については図示が省略されている。
Next, the
As shown in FIGS. 2 and 3, the
2 and 3, illustration of the outside of the
ロードフレーム１０は、天板１１と、この天板１１から下方に延在する４本の支柱１２とを備えている。そして、この天板１１の中央部から下方に向けてベース部２０が延在している。
The
固定治具３０は、試験片１００を疲労試験装置１に固定するための治具であり、試験片１００のフランジ部と嵌合させるための凹部３５が形成されている。本実施形態においては、固定治具３０は、試験片１００の上側に配置された第一固定治具３１と、試験片１００の下側に配置された第二固定治具３２とから構成されている。
The fixing
第一固定治具３１は、試験片１００の第一つかみ部１２１（図２において上側の試験片１００端部）を固定しており、第二固定治具３２は、試験片１００の第二つかみ部１２２（図２において下側の試験片１００端部）を固定している。そして、第二固定治具３２は、駆動部と接続されている。
ここで、試験片１００の線膨張係数（熱膨張係数）は、上記の固定治具３０の線膨張係数（熱膨張係数）よりも大きいことが好ましい。
The
Here, the linear expansion coefficient (thermal expansion coefficient) of the
荷重負荷手段４０は、駆動部４１と、図示しないアクチュエータとを備えている。この荷重負荷手段４０は、アクチュエータが動作することによって、駆動部４１が上下方向に移動可能とされており、疲労試験の際には、試験片１００に引張及び圧縮の荷重を繰り返し負荷可能となっている。
The load loading means 40 includes a
伸び計５０は、疲労試験の際に試験片１００の伸びを測定するためのものである。この伸び計５０は、接触式の伸び計であり、伸び計５０の先端側には、一対のナイフエッジ５１（圧接子）が設けられ、試験片１００の平行部１１１に当接されている。伸び計５０は、その先端側（図３において右側）が伸び計５０を支持する支持治具５２ａ、５２ｂに支持され、基端側（図３において左側）が支持治具５２ｃによって支持されている。伸び計５０は、連結部５０ａにおいて図示しない板バネが介在されている。
The
支持治具５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、ロードフレーム１０の支柱１２に固定されており、弾性体５３（ばね）を介して伸び計５０を支持するようになっている。そして、伸び計５０は、接続部材５４と弾性体５３を介して、試験片１００の伸びを伝達棒６０に伝達する伝達治具５５に接続され、さらに伝達治具５５が伝達棒６０に接続されている。
The support jigs 52a, 52b, and 52c are fixed to the
伝達棒６０は２本あり、上下方向に延在している。この伝達棒６０の基端側（図２及び図３において上側）には、伝達治具５５が接続されている。そして、伝達棒６０の先端側（図２、３において下側）には、コイル５６が設けられている。このコイル５６は、図示しない伸び計出力検知器に接続されている。
There are two
圧力容器７０は、疲労試験を高温下で行うために設けられた容器である。本実施形態においては、圧力容器７０の内部には水が封入可能とされており、圧力容器７０内は、高温・高圧水中環境を維持できるようになっている。ここで高温とは、常温よりも高い温度であって、例えば１００℃〜３７３℃の範囲である。
The
このような構成の疲労試験装置１においては、疲労試験を行う場合、上下方向に引張・圧縮荷重が負荷されて上下方向に試験片１００が伸縮すると、伸び計５０のナイフエッジ５１、５１間の距離が変動する。このナイフエッジ５１、５１間の距離に応じて、伸び計５０の連結部５０ａに設けられている板バネを介して、伝達棒６０に上下方向の力が伝達されてコイル５６に起電力が発生する。そして、２つのコイル５６、５６に発生する起電力の差から、伸び計出力検知器によって試験片１００の伸びが計測されるようになっている。
In the
次に、本実施形態に係る疲労試験装置１における試験片１００のつかみ部１２０について説明する。
図４及び図５に示すように、試験片１００は、第一つかみ部１２１（上側）が第一固定治具３１に固定されており、第二つかみ部１２２（下側）が第二固定治具３２に固定されている。第一固定治具３１及び第二固定治具３２には、試験片１００を固定するための第一凹部３６及び第二凹部３７が形成されており、この凹部３５の内方において、試験片１００の位置決めと固定の機能を兼ねた位置決め治具８１を介してネジ８２で固定されている。本実施形態においては、第一つかみ部１２１及び第二つかみ部１２２はそれぞれ６本のネジ８２で固定されている。
Next, the
As shown in FIGS. 4 and 5, the
そして、つかみ部１２０と固定治具３０の凹部３５との間には、スペーサ９０が配置されている。より具体的には、本実施形態においては、第一つかみ部１２１と第一固定治具３１の第一凹部３６との間には第一スペーサ９１が配置されている。また、第二つかみ部１２２と第二固定治具３２の第二凹部３７との間にも同様に、第二スペーサ９２が配置されている。
A
本実施形態においては、これらの第一スペーサ９１及び第二スペーサ９２は、平板形状とされている。
ここで、スペーサ９０の線膨張係数（熱膨張係数）は、固定治具３０の線膨張係数（熱膨張係数）よりも大きいことが好ましい。
In the present embodiment, the
Here, the linear expansion coefficient (thermal expansion coefficient) of the
本発明の一実施形態に係る疲労試験装置１によれば、試験片１００のつかみ部１２０（第一つかみ部１２１及び第二つかみ部１２２）と固定治具３０（第一固定治具３１及び第二固定治具３２）の凹部３５（第一凹部３６及び第二凹部３７）との間にスペーサ９０（第一スペーサ９１及び第二スペーサ９２）を介在させており、高温水中環境で疲労試験を行う場合に、スペーサ９０が熱膨張し試験片１００と固定治具３０との間の間隙を埋めるので、疲労試験の際に固定部に発生し易い滑りを抑制することができる。したがって、疲労試験の精度をより向上させることができ、精度の良い疲労試験データを取得可能となる。
According to the
さらに、好ましくはスペーサ９０の線膨張係数（熱膨張係数）は、固定治具３０の線膨張係数（熱膨張係数）より大きい構成とされており、高温下において固定治具３０の凹部３５と試験片１００のつかみ部１２０との間の間隙を確実に埋めることができるので、つかみ部１２０における滑りを抑制し、疲労試験の測定精度をより向上させることができる。
Further, preferably, the linear expansion coefficient (thermal expansion coefficient) of the
また、好ましくは試験片１００（試験対象物）の線膨張係数（熱膨張係数）は、固定治具３０の線膨張係数よりも大きい構成とされており、高温下において固定治具３０よりも試験対象物の方がより熱膨張するので、固定治具３０の凹部３５と試験片１００のつかみ部１２０との間の間隙を狭くすることができる。したがって、つかみ部１２０における滑りを抑制し、疲労試験の測定精度を向上させることができる。
The linear expansion coefficient (thermal expansion coefficient) of the test piece 100 (test object) is preferably larger than the linear expansion coefficient of the fixing
また、本実施形態においては、スペーサ９０は平板形状とされており、スペーサ９０が治具の凹部３５と試験片１００（試験対象物）の端面と面で接触し広範囲にわたって間隙を埋めることができるので、つかみ部１２０における滑りを確実に抑制し、疲労試験の測定精度をより向上させることができる。
Further, in the present embodiment, the
以上、本発明の一実施形態である疲労試験装置について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Although the fatigue test apparatus according to an embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this and can be appropriately changed without departing from the technical idea of the present invention.
なお、上記の実施形態においては、試験片が平板型試験片の場合について説明したが、丸棒型試験片に対して、本実施形態に係る疲労試験装置を用いて疲労試験を行っても良い。 In the above embodiment, the case where the test piece is a flat plate type test piece has been described. However, a fatigue test may be performed on the round bar type test piece using the fatigue test apparatus according to this embodiment. .
また、上記の実施形態においては、圧力容器の内部において高温・高圧水中環境で疲労試験を行う場合について説明したが、高温の大気環境下で疲労試験を行っても良い。 In the above embodiment, the case where the fatigue test is performed in a high temperature / high pressure underwater environment inside the pressure vessel has been described. However, the fatigue test may be performed in a high temperature atmospheric environment.
また、上記の実施形態においては、伸び計は接触式の伸び計である場合について説明したが、接触式以外の方式の伸び計を用いても良い。 In the above embodiment, the extensometer is a contact type extensometer, but an extensometer of a system other than the contact type may be used.
また、上記の実施形態においては、スペーサが平板形状の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図６に示すように、外形が円弧状のスペーサ１９０であっても良い。すなわち、高温下において試験片のつかみ部と固定治具の凹部との両方に少なくとも１箇所以上当接する構成であれば良く、このような構成の場合には、疲労試験時に生じる滑りを抑制することが可能である。
また、図７に示すように、フランジ部１２３の下側と固定治具３０との間にスペーサ２９０を介在させても良い。
Further, in the above embodiment, the case where the spacer has a flat plate shape has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, as shown in FIG. . In other words, it is sufficient if the gripping portion of the test piece and the concave portion of the fixing jig are in contact with each other at least one place at a high temperature. In such a configuration, the slip generated during the fatigue test is suppressed. Is possible.
As shown in FIG. 7, a
次に、本実施形態の疲労装置試験に係る実施例について説明する。
本実施例においては、上述の構成の疲労試験装置を用いて疲労試験を実施した。試験片、固定治具、スペーサの材質を以下のように設定した。
Next, examples according to the fatigue device test of the present embodiment will be described.
In this example, a fatigue test was performed using the fatigue test apparatus having the above-described configuration. The materials of the test piece, fixing jig, and spacer were set as follows.
疲労試験に用いられる試験片の材質は、ＳＵＳ３１６とした。なお、試験片の試験荷重方向における長さを４３ｍｍに設定した。
疲労試験装置の固定治具（第一固定治具及び第二固定治具）の材質は、ＳＵＳ４１０とした。
スペーサ（第一スペーサ、第二スペーサ）の材質は、ＳＵＳ３０４とし、厚さを０．１５ｍｍに設定した。
The material of the test piece used for the fatigue test was SUS316. The length of the test piece in the test load direction was set to 43 mm.
The material of the fixing jigs (first fixing jig and second fixing jig) of the fatigue test apparatus was SUS410.
The material of the spacers (first spacer, second spacer) was SUS304, and the thickness was set to 0.15 mm.
疲労試験は、高温高圧水中環境で行い、圧力容器内の高温水の温度を３２５℃に設定した。
なお、ＳＵＳ３１６の線膨張係数は約１７．５×１０−６ｍｍ／ｍｍ℃、ＳＵＳ４１０の線膨張係数は約１１．５×１０−６ｍｍ／ｍｍ℃、ＳＵＳ３０４の線膨張係数は１８．４×１０−６ｍｍ／ｍｍ℃である。
The fatigue test was performed in a high-temperature and high-pressure underwater environment, and the temperature of the high-temperature water in the pressure vessel was set to 325 ° C.
The linear expansion coefficient of SUS316 is about 17.5 × 10 −6 mm / mm ° C., the linear expansion coefficient of SUS410 is about 11.5 × 10 −6 mm / mm ° C., and the linear expansion coefficient of SUS304 is 18.4 ×. 10 −6 mm / mm ° C.
本実施例においては、試験片の第一つかみ部と第一固定治具の第一凹部との間の間隙、及び試験片の第二つかみ部と第二固定治具の第二凹部との間の間隙が０．２ｍｍである。これらの間隙に厚さ０．１５ｍｍの第一スペーサ及び第二スペーサを挿入する。この場合、固定治具と試験片のつかみ部との間隙が０．０５ｍｍとなる。なお、この間隙は、各部材の寸法公差の関係上、０にすることは困難である。 In this embodiment, the gap between the first grip portion of the test piece and the first concave portion of the first fixing jig, and the gap between the second grip portion of the test piece and the second concave portion of the second fixing jig. The gap is 0.2 mm. A first spacer and a second spacer having a thickness of 0.15 mm are inserted into these gaps. In this case, the gap between the fixing jig and the grip portion of the test piece is 0.05 mm. Note that it is difficult to make this gap zero because of the dimensional tolerance of each member.
次に、２０℃（室温）から３２５℃に圧力容器内の水を昇温した場合、温度差ΔＴは、ΔＴ＝３２５（℃）−２０（℃）＝３０５（℃）
となる。このとき、試験片のつかみ部、固定治具、スペーサの荷重負荷方向の膨張長さΔＬは、
ΔＬ＝（２０℃における長さ）×ΔＴ×（線膨張係数）
で求められる。
Next, when water in the pressure vessel is heated from 20 ° C. (room temperature) to 325 ° C., the temperature difference ΔT is ΔT = 325 (° C.) − 20 (° C.) = 305 (° C.)
It becomes. At this time, the gripping part of the test piece, the fixing jig, the expansion length ΔL in the load direction of the spacer is
ΔL = (length at 20 ° C.) × ΔT × (linear expansion coefficient)
Is required.
したがって、第一スペーサ及び第二スペーサのそれぞれの３２５℃における厚さ方向の膨張長さΔＬ１は、
ΔＬ１＝０．１５（ｍｍ）×３０５（℃）×１８．４×１０−６（ｍｍ／ｍｍ℃）＝０．０００８４（ｍｍ）
となる。
Therefore, each of the first spacer and the second spacer has an expansion length ΔL1 in the thickness direction at 325 ° C.
ΔL1 = 0.15 (mm) × 305 (° C.) × 18.4 × 10 −6 (mm / mm ° C.) = 0.00084 (mm)
It becomes.
第一つかみ部及び第二つかみ部のそれぞれの膨張長さΔＬ２も同様に、昇温することによって膨張し、ΔＬ２は、
ΔＬ２＝Ｌ０×ΔＴ×（線膨張係数）＝４３（ｍｍ）×３０５（℃）×１７．５×１０−６（ｍｍ／ｍｍ℃）＝０．２３（ｍｍ）
となる。ここで、Ｌ０は、試験片のつかみ部の長さ（４３ｍｍ）である。
また、第一固定治具及び第二固定治具のそれぞれの膨張長さΔＬ３も同様に、昇温することによって膨張し、ΔＬ３は、
ΔＬ３＝４３（ｍｍ）×３０５（℃）×１１．５×１０−６（ｍｍ／ｍｍ℃）＝０．１５（ｍｍ）
となる。なお、ここでは、第一固定治具及び第二固定治具の２０℃における長さを４３ｍｍとして計算している。
Similarly, the expansion length ΔL2 of each of the first grip portion and the second grip portion is expanded by raising the temperature, and ΔL2 is
ΔL2 = L0 × ΔT × (linear expansion coefficient) = 43 (mm) × 305 (° C.) × 17.5 × 10 −6 (mm / mm ° C.) = 0.23 (mm)
It becomes. Here, L0 is the length (43 mm) of the grip portion of the test piece.
Similarly, the expansion length ΔL3 of each of the first fixing jig and the second fixing jig expands by raising the temperature, and ΔL3 is:
ΔL3 = 43 (mm) × 305 (° C.) × 11.5 × 10 −6 (mm / mm ° C.) = 0.15 (mm)
It becomes. Here, the length of the first fixing jig and the second fixing jig at 20 ° C. is calculated as 43 mm.
上記より、昇温前の第一つかみ部と第一固定治具の第一凹部、及び第二つかみ部と第二固定治具の第二凹部との間隙はそれぞれ膨張によって広くなり、その間隙の荷重負荷方向の長さは、０．０５ｍｍ＋０．１５ｍｍ＝０．２０ｍｍとなる。
また、第一スペーサと第一つかみ部、及び第二スペーサと第二つかみ部の膨張の長さは、０．０００８４ｍｍ＋０．２３ｍｍ＝０．２３０８４ｍｍとなる。
したがって、スペーサを固定治具と試験片との間に介在させることによって、昇温後に固定治具と試験片との間の間隙を埋めることができ、疲労試験中のつかみ部における滑りの発生を抑制可能となる。
From the above, the gap between the first grip part before the temperature rise and the first concave part of the first fixing jig, and the gap between the second grip part and the second concave part of the second fixing jig are widened by expansion, respectively. The length in the load loading direction is 0.05 mm + 0.15 mm = 0.20 mm.
Further, the length of expansion of the first spacer and the first grip portion, and the second spacer and the second grip portion are 0.00084 mm + 0.23 mm = 0.23084 mm.
Therefore, by interposing the spacer between the fixing jig and the test piece, the gap between the fixing jig and the test piece can be filled after the temperature rises, and slippage occurs at the gripping part during the fatigue test. It becomes possible to suppress.
次に、スペーサを介在させた場合と、介在させていない場合の２条件で疲労試験を行った際の荷重−変位曲線を示す。
なお、この疲労試験においては、試験片の弾性限界を超え、試験片が塑性変形するまで荷重を負荷し、引張と圧縮の荷重を負荷している。すなわち、図８の荷重−変位曲線は、低サイクル疲労試験で引張・圧縮荷重を負荷した際の荷重−変位曲線の１サイクルを示している。また、図８（ｂ）においては、理解しやすいように試験片のつかみ部において滑りが発生した段階までを図示しており、荷重−変位曲線の１サイクル全てを示しているわけではない。
Next, a load-displacement curve when a fatigue test is performed under two conditions of the case where a spacer is interposed and the case where a spacer is not interposed is shown.
In this fatigue test, a load is applied until the elastic limit of the test piece is exceeded and the test piece is plastically deformed, and tensile and compression loads are applied. That is, the load-displacement curve in FIG. 8 shows one cycle of the load-displacement curve when a tensile / compressive load is applied in the low cycle fatigue test. Further, in FIG. 8B, for the sake of easy understanding, the steps up to the stage where the slip occurs at the grip portion of the test piece are shown, and not all the cycles of the load-displacement curve are shown.
疲労試験の結果、図８（ａ）に示すように、スペーサを介在させた場合は、試験片のつかみ部において滑りが生じることがなく良好な荷重−変位曲線が得られ、疲労試験を高精度で行うことが可能である。 As a result of the fatigue test, as shown in FIG. 8 (a), when a spacer is interposed, a good load-displacement curve is obtained without slipping at the grip portion of the test piece, and the fatigue test is performed with high accuracy. Can be done.
一方、スペーサが配置されていない場合は、図８（ｂ）に示すように、引張荷重を負荷した後に、圧縮荷重を負荷していく際に、圧縮の荷重が大きくなると、つかみ部において滑りが生じて、圧縮荷重が減る現象が生じている（図８（ｂ）において矢印で示す箇所参照）。そして、この滑りが生じた後には、その後、図８（ｂ）に示すように、圧縮荷重を大きくしていっても荷重が増加していかない。 On the other hand, when the spacer is not arranged, as shown in FIG. 8 (b), when the compressive load is increased after applying the tensile load after the tensile load is applied, the grip portion is slipped. The phenomenon which the compressive load reduces has arisen (refer the location shown with the arrow in FIG.8 (b)). Then, after this slip occurs, as shown in FIG. 8B, the load does not increase even if the compression load is increased.
この結果より、スペーサを介在させることで、疲労試験の際に試験片のつかみ部において生じる滑りを抑制し、疲労試験を高精度で実施できることが確認された。 From this result, it was confirmed that by interposing a spacer, slip generated at the grip portion of the test piece during the fatigue test can be suppressed and the fatigue test can be performed with high accuracy.
１ 疲労試験装置
３０ 固定治具
３１ 第一固定治具
３２ 第二固定治具
３５ 凹部
３６ 第一凹部
３７ 第二凹部
４０ 荷重負荷手段
９０、１９０、２９０ スペーサ
９１ 第一スペーサ
９２ 第二スペーサ
１００ 試験片（試験対象物）
１２１ 第一つかみ部
１２２ 第二つかみ部
DESCRIPTION OF
121
Claims (5)
前記試験対象物の第一つかみ部及び第二つかみ部のうち少なくともいずれか一方と嵌合する凹部を有する固定治具と、
前記凹部と前記試験対象物との間に形成された間隙に設けられ、前記高温下において該間隙を埋めるように熱膨張するスペーサと、を備えることを特徴とする疲労試験装置。 A fatigue testing device having a load loading means for applying a tensile / compressive load to a test object at a high temperature,
A fixing jig having a recess that fits with at least one of the first grip portion and the second grip portion of the test object;
A fatigue test apparatus comprising: a spacer provided in a gap formed between the recess and the test object and thermally expanding so as to fill the gap at the high temperature.
前記試験対象物の第一つかみ部が嵌合する第一凹部を有する第一固定治具と、
前記試験対象物の第二つかみ部が嵌合する第二凹部を有する第二固定治具と、を有し、
前記スペーサは、
前記第一凹部と前記第一つかみ部との間に形成された間隙に設けられ、前記高温下において該間隙を埋めるように熱膨張する第一スペーサと、
前記第二凹部と前記第二つかみ部との間に形成された間隙に設けられ、前記高温下において該間隙を埋めるように熱膨張する第二スペーサと、を有することを特徴とする請求項１に記載の疲労試験装置。 The fixing jig is
A first fixing jig having a first recess into which a first gripping part of the test object is fitted;
A second fixture having a second recess into which the second grip portion of the test object is fitted,
The spacer is
A first spacer that is provided in a gap formed between the first recess and the first gripping part and thermally expands so as to fill the gap under the high temperature;
2. A second spacer provided in a gap formed between the second concave portion and the second grip portion and thermally expanded so as to fill the gap under the high temperature. The fatigue test apparatus described in 1.
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