JP2014178192A - Plane bending fatigue testing machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、板状試験片に平面曲げモーメントを繰り返し負荷することにより材料の疲労試験を行うための平面曲げ疲労試験機に関する。 The present invention relates to a plane bending fatigue testing machine for performing a fatigue test of a material by repeatedly applying a plane bending moment to a plate-like test piece.
一般にシェンク式平面曲げ疲労試験機と呼ばれ、従来から材料研究者の間で広く利用されている平面曲げ疲労試験機(JIS Z2275準拠)の構成を図1に示す。図1は、本明細書において非特許文献1として参照されているウエブページに記載された動作原理図に基づいて作成されたものである。
Fig. 1 shows the configuration of a plane bending fatigue tester (based on JIS Z2275), which is generally called a Schenck type plane bending fatigue tester and has been widely used by material researchers. FIG. 1 is created based on the principle of operation described on the web page referred to as Non-Patent
図1に示すように、平面曲げ疲労試験機は、機台1の側面に取り付けられた電動モータ2を有しており、この電動モータ2の回転軸2aには、偏芯量を手動調節可能な偏芯カム(偏芯装置)3が取り付けられている。偏芯カム3にはコネクティングロッド4の第1端が枢着されている。コネクティングロッド4の第2端は駆動アーム5の先端に枢着されている。駆動アーム5の基端は、機台1の上面に堅固に固定された図示しない軸受け台に取り付けられた図示しないベアリング(軸受け)により回転可能に支持された揺動軸6に揺動可能に枢着されている。駆動アーム5の中間部分に、試験片TPの第1端を固定するための第1保持部5Aが設けられている。
As shown in FIG. 1, the plane bending fatigue testing machine has an electric motor 2 attached to the side surface of the
機台1の上面には、支持ばね板7の下端部が固定されている。支持ばね板7は鉛直方向に延びており、支持ばね板7の中心線は揺動軸6の中心軸線を通過する。支持ばね板7が試験片TPに作用する垂直方向の荷重を支えることにより、ロードセル10に曲げモーメントが負荷されずに荷重のみが作用するようになっている。支持ばね板7の上端部が計測スイングアーム8の基端に取り付けられている。計測スイングアーム8の先端は、トーションバー9を介してロードセル10に取り付けられている。計測スイングアーム8の中間部分に、試験片TPの第1端を固定するための第2保持部8Aが設けられている。第2保持部8Aは、第1保持部5Aと比較すれば無視できる程度の変位しかしない実質的に固定された部材とみなしてもよい。試験片TPが図1に示す中立位置(負荷を受けていない位置)にあるときには、揺動軸6の中心軸線が試験片TPの中心点Cを通過する。従って、第1保持部5Aは、側面視で、中立位置にある試験片TPの中心点Cを中心として揺動する部材であるといえる。なお、試験片TPの中心点Cとは、周知の形状の平面曲げ試験片(図2、図3も参照)におけるくびれ部(試験部)の長さ方向中央すなわち最小断面位置における、試験片厚さ方向及び幅方向に関する中心点を意味する。
The lower end portion of the
偏芯カム3の偏芯量(すなわち電動モータ2の回転軸2aとコネクティングロッド4の第1端の枢軸との距離)を変化させることにより、駆動アーム5の揺動角度範囲が変化し、これにより試験片TPに負荷される曲げモーメントを変更することができる。実際に発生している曲げモーメントはロードセル10の検出値に基づいて算出することができる。また、機台1の側面に沿って電動モータ2を上下方向に移動させて任意の位置で固定することが可能となっており、これによって試験片TPに負荷される平均曲げモーメントを変化させることができる。
By changing the eccentric amount of the eccentric cam 3 (that is, the distance between the rotating
この平面曲げ疲労試験機において、偏芯カム3の偏芯量の調節は、以下のようにして行われる。まず、試験機を停止状態として、試験片TPを第1及び第2保持部5A、8Aにしっかりとねじで固定する。偏芯カム3を固定しているねじを緩めて、所望の曲げモーメントが得られそうな位置にコネクティングロッド4の第1端の枢軸が位置するように偏芯カム3の位置を調整し、再度ねじを締めて偏芯カム3を固定する。この状態で、手動で強制的に偏芯カム3を概ね1回転させ、ロードセル10により検出される検出値を確認する。この検出値が所望の値となるまで、偏芯カム3の位置の微調整を繰り返し行う。この作業は熟練を要し、非常に面倒である。さらに旧式の試験機においては、計測スイングアーム8が、ロードセル10の代わりにばねを介して機台1の上面に支持されているものがある。この形式の装置では、計測スイングアーム8の変位量をダイヤルゲージにより測定し、ロードセル10による荷重検出の代わりとしている。この場合には、一連の調整作業がさらに面倒なものとなる。なお、以下、本明細書において、図1に示す構成を有する平面曲げ疲労試験機を「従来試験機」とも呼ぶこととする。
In this plane bending fatigue testing machine, the eccentric amount of the
試験片TP自体が受ける疲労被害により曲げ剛性が変化する場合、発生する曲げモーメントも変化する可能性がある。この場合には、試験途中で試験機の運転を停止して偏心力ム3の偏心量を再調整することを行わないのであるなら、全疲労寿命に渡っての「曲げモーメント一定試験」はできないということになる。もっとも、試験部(くびれ部)に応力集中部がない平滑試験片の場合には、疲労寿命の大半で曲げ剛性は無視できる程度にしか変化しないので、疲労寿命評価への影響は無視できるものとみなして試験を行っている場合も多い。しかし、厳密なことを言えば、疲労亀裂が発生し進展する過程では曲げ剛性が大きく変化し、従って曲げモーメントは大きく変化してしまうので、全疲労寿命に渡って荷重一定制御試験を行っていることにはならない。
When the bending stiffness changes due to fatigue damage to the test piece TP itself, the generated bending moment may also change. In this case, if the operation of the testing machine is stopped during the test and the eccentric amount of the
また、試験部に応力集中部がある切欠試験片の場合、応力集中部に疲労寿命の初期から亀裂等の疲労被害が生じてそれが進展してゆくので、試験片の曲げ剛性は変化する。このため、偏心力ム3の偏心量を一定のまま試験を継続したのでは、試験片に与えられる曲げモーメントが変化し(一般に減少する)、正しい疲労寿命の評価はできない。
Further, in the case of a notch specimen having a stress concentration portion in the test portion, fatigue damage such as a crack occurs in the stress concentration portion from the beginning of the fatigue life and progresses, so the bending rigidity of the test piece changes. For this reason, if the test is continued with the eccentricity of the
本発明の一つの目的は、試験片に対して従来試験機と同様の負荷を与えることを可能としつつ、試験条件(例えば試験片の変位量、試験片に負荷される荷重等)の調整を、容易に、かつ試験機を停止することなく行うことができる平面曲げ疲労試験機を提供することにある。 One object of the present invention is to adjust the test conditions (for example, the amount of displacement of the test piece, the load applied to the test piece, etc.) while allowing the test piece to be given the same load as a conventional testing machine. An object of the present invention is to provide a plane bending fatigue testing machine that can be easily performed without stopping the testing machine.
本発明は、板状試験片に平面曲げモーメントを繰り返し負荷することにより疲労試験を行うための平面曲げ疲労試験機において、前記板状試験片の一端を保持する第1保持部と、前記板状試験片の他端を保持する第2保持部と、前記板状試験片に曲げモーメントを与えるために前記第1保持部を変位させるための駆動力を発生させる回転サーボモータと、交互に正転および逆転する回転揺動運動を前記回転サーボモータが行うように、前記回転サーボモータを制御するモータコントローラと、前記回転サーボモータが発生した回転揺動運動を前記第1保持部に伝達して、中立位置にある前記板状試験片の中心を中心とした揺動運動を前記第1保持部に行わせる伝動部材と、を備えた平面曲げ疲労試験機を提供する。 The present invention provides a plane bending fatigue testing machine for performing a fatigue test by repeatedly applying a plane bending moment to a plate-like test piece, a first holding portion for holding one end of the plate-like test piece, and the plate-like test piece A second holding part that holds the other end of the test piece, a rotary servo motor that generates a driving force for displacing the first holding part to give a bending moment to the plate-like test piece, and a forward rotation alternately. And a motor controller for controlling the rotary servo motor so that the rotary servo motor performs a reverse rotational swing motion, and the rotational swing motion generated by the rotary servo motor is transmitted to the first holding unit, There is provided a plane bending fatigue testing machine comprising: a transmission member that causes the first holding portion to perform a swinging motion around the center of the plate-shaped test piece in a neutral position.
本発明によれば、試験片に対して従来試験機と同様の負荷を与えることを可能としつつ、試験条件(例えば試験片の変位量、試験片に負荷される荷重等)の調整を容易に行うことができる。さらに、試験機を停止することなく、試験条件の変更を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to easily apply a load similar to that of a conventional testing machine to a test piece, and easily adjust test conditions (for example, a displacement amount of the test piece, a load applied to the test piece). It can be carried out. Furthermore, the test conditions can be changed without stopping the testing machine.
次に、添付図面を参照して発明の実施形態について説明する。 Next, embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図2は、本発明の第1実施形態に係る平面曲げ試験機の構成を示した概略側面図である。図2において、図1に示した部材と同一の部材には同一符号が付されており、これらの部材の重複説明は省略する。 FIG. 2 is a schematic side view showing the configuration of the plane bending tester according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same members as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and a duplicate description of these members is omitted.
図2に示す第1実施形態では、電動モータとして、正逆回転可能であってかつ回転軸(駆動軸)を任意の回転位相(回転揺動角)に制御することができるサーボモータ20が用いられる。サーボモータ20の動作は、後に詳述するコントローラ100により制御される。サーボモータ20の回転軸には、当該回転軸と同心の円盤部材50が取り付けられており、この円盤部材50Bの中心から、すなわちサーボモータ20の回転軸から半径方向に所定距離だけ離れた位置に、試験片TPの第1端を固定するための第1保持部50Aが設けられている。側面視で、サーボモータ20の回転軸の回転軸線Oは、円盤部材50の中心、及び試験片TPの中心Cと一致している。
In the first embodiment shown in FIG. 2, a
上記の構成から明らかなように、図2に示す実施形態の第1保持部50Aを、(試験片TPに対する相対位置として)図1の従来試験機の第1保持部5Aの揺動軸線と全く同じ位置にある揺動軸線周りに揺動させることができる。そして、試験片TPの第2端の保持に関与する試験機の構造(支持ばね板7、計測スイングアーム8、第2保持部8A、トーションバー9、ロードセル10等)は、従来試験機と全く同一である。すなわち、試験片TPへの負荷形態を、従来試験機と全く同じにすることが構造上可能である。
As is clear from the above configuration, the
図3は、図2に示す第1実施形態の変形例を示す斜視図である。図3では、図面の煩雑化の防止のため、計測スイングアーム8の一部および支持ばね板7の表示が省略されている。この変形例においても、試験片TPの第2端の保持に関与する試験機の構造(支持ばね板7、計測スイングアーム8、第2保持部8A、トーションバー9、ロードセル10等)は、従来試験機と全く同一である。図3に示す変形例においては、機台1上に、ボールベアリング等の軸受け52を保持する軸受け台51が堅固に固定されている。軸受け52は、U字型の駆動アーム50Bの両端部の揺動軸53を支持している。従って、駆動アーム50Bは揺動軸53の中心軸線周りに揺動可能である。サーボモータ20に近い側にある揺動軸53は、サーボモータ20の回転軸21に相対回転不能に直接結合されている。そして第1保持部50A’が、揺動軸53から半径方向に所定距離だけ離れた位置において、駆動アーム50Bに取り付けられている。従って、この変形例においても、サーボモータ20の回転軸21を回転揺動させることにより、(試験片TPに対する相対位置として)図1の従来試験機の第1保持部5Aの揺動軸線と全く同じ位置にある揺動軸線周りに第1保持部50A’を揺動させることができる。図3に示す変形例において、上記の点以外は、図2に示す実施形態と同じである。
FIG. 3 is a perspective view showing a modification of the first embodiment shown in FIG. In FIG. 3, a part of the
なお、図3に示す変形例では、サーボモータ20の回転軸21が駆動アーム50Bの揺動軸53に直結されていたが、これには限定されない。例えば、サーボモータ20の回転軸(駆動軸)21と別の回転軸(従動軸)を設け、両回転軸を伝動機構、例えばタイミングベルト、歯車等により駆動力伝達可能に接続してもよい。この場合は、上記別の回転軸(従動軸)が、駆動アーム50Bの揺動軸53と同軸に配置され、駆動アーム50Bの揺動軸53と直結される。
In the modification shown in FIG. 3, the rotating
図4は、本発明の第2実施形態に係る平面曲げ試験機の構成を示した概略斜視図である。図4においても、図面の煩雑化の防止のため、計測スイングアーム8の一部および支持ばね板7の表示が省略されている。図4に示す実施形態は、電動モータとして、正逆回転可能であってかつ回転軸(駆動軸)を任意の回転位相(回転揺動角)に制御することができるサーボモータ20が用いられている点、偏芯カム3の偏芯量の調整機構が省略されている点、電動モータ(この場合サーボモータ20)の上下方向の位置調整機能が省略されている点を除いて、図1に示す従来試験機と同じである。但し、偏芯カム3の偏芯量の調整機構、電動モータの上下方向の位置調整機能については、試験機により実現しうる曲げモーメント範囲の拡大、並びに、大振幅時及び小振幅時の制御分解能等を考慮して、省略せずに残しても構わない。なお、図4に示す軸受け台51及び軸受け52は、図1において図示省略した軸受け台及びベアリング(軸受け)に相当する、揺動軸53は図1の揺動軸6に相当する。
FIG. 4 is a schematic perspective view showing the configuration of a plane bending tester according to the second embodiment of the present invention. Also in FIG. 4, part of the
図4に示す第2実施形態においても、試験片TPへの負荷態様を従来試験機と全く同じにすることができる。図4に示す第2実施形態には、従来試験機を僅かな改良で本発明に係る試験機に改変できるという利点がある。すなわち、従来試験機のモータをサーボモータに変更し、サーボモータを制御する適当なコントローラを設けるだけで本発明に係る試験機に改変することができる。一方、図2及び図3に示す実施形態では、試験機の駆動機構の構成が簡単になること、並びに、試験片の第1端を支持する第1支持部50Aとモータの回転軸との間に介在するリンクが少なくなるため、第1支持部50Aの動作の制御性が向上することが期待できる。
Also in the second embodiment shown in FIG. 4, the load mode on the test piece TP can be made exactly the same as that of the conventional test machine. The second embodiment shown in FIG. 4 has an advantage that the conventional testing machine can be modified to the testing machine according to the present invention with a slight improvement. That is, the test machine according to the present invention can be modified by simply changing the motor of the conventional test machine to a servo motor and providing an appropriate controller for controlling the servo motor. On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 2 and FIG. 3, the configuration of the driving mechanism of the test machine is simplified, and between the
次に、コントローラ100について説明する。コントローラ100は以下のような基本的な制御を行うことができる。
Next, the
[荷重一定制御(クローズドループフィードバック制御)]
荷重一定制御試験を行う場合は、試験機オペレータがコントローラ100の図示しないユーザインターフェースを用いて、荷重波形を指定(入力)し、さらに荷重ピーク値(山側ピーク値及び谷側ピーク値)を指定(入力)する。なお、ここで指定される「荷重」とは、ロードセル10により検出される荷重そのものであってもよく、ロードセル10により検出される荷重から計算することができる試験片TPに発生している曲げ応力、曲げモーメント等であってもよい。試験中には、ロードセル10にてリアルタイムで試験片TPに負荷される荷重が検出され、コントローラ100に送られる。コントローラ100は、ロードセル10の検出値と目標値(荷重波形により定義される各時点における目標荷重)との差分に応じて、検出値が目標値に一致するように、サーボモータの回転揺動運動を制御する。なお、従来試験機の荷重波形は正弦波であるため、従来試験機と荷重条件をそろえるためには、荷重波形として正弦波を選択するのがよい。なお、上記のように試験片TPへの負荷をロードセル10により検出することに代えて、試験片TPに貼り付けた歪みゲージにより検出してもよい。
[Constant load control (closed loop feedback control)]
When performing a constant load control test, the tester operator designates (inputs) a load waveform using a user interface (not shown) of the
[変位一定制御(クローズドループフィードバック制御)]
この場合、例えば、サーボモータ20の回転軸(21)の回転揺動角度を測定することができるロータリーエンコーダ(図示せず)の検出値に基づいて、コントローラ100がサーボモータ20の回転揺動動作を制御する。試験機オペレータがコントローラ100の図示しないユーザインターフェースを用いて、変位量波形を指定(入力)し、さらに変位量ピーク値(山側ピーク値及び谷側ピーク値)を指定(入力)する。なお、ここで言う「変位量」とは、サーボモータ20の回転軸の回転揺動角度でもよく、回転揺動角度の関数として表現することができる適当なパラメータ、例えば回転揺動角度に対応する試験片TPの第1端または第1保持部5Aの変位量であってもよい。試験中には、ロータリーエンコーダによりリアルタイムでサーボモータ20の回転軸の回転揺動角度が検出され、コントローラ100に送られる。コントローラ100は、ロータリーエンコーダの検出値と目標値(変位量波形により定義される各時点における目標変位量)との差分に応じて、検出値が目標値に一致するように、サーボモータの回転揺動運動を制御する。なお、従来試験機の変位量波形も正弦波であるため、従来試験機と荷重条件をそろえるためには、変位量波形として正弦波を選択するのがよい。この変位一定制御を行う場合には、ロータリーエンコーダの検出値を用いることに代えて、試験片TPの第1端若しくは第1保持部5Aの変位量を直接測定することができる変位計(図示せず)の検出値を用いることもできる。
[Constant displacement control (closed loop feedback control)]
In this case, for example, based on a detected value of a rotary encoder (not shown) that can measure the rotational swing angle of the rotary shaft (21) of the
[オープンループ制御]
上記のようなクローズドループ制御を行うことに代えて、目標とする荷重ピーク値または変位量ピーク値をリミット値として反転動作を行い、サーボモータ20の運転速度は一定とするオープンループ制御を行うこともできる。この場合、例えば、試験機オペレータがコントローラ100に目標とする変位量のピーク値(リミット値)を入力する。コントローラ100は、サーボモータ20を回転速度一定の速度制御モードで制御し、サーボモータ20の回転軸の回転揺動角度を測定するロータリーエンコーダ(図示せず)の検出値がリミット値に到達したときに、サーボモータ20の回転揺動方向を反転させる。リミット値として、例えば、ロードセル10により検出される荷重を用いることもできる。
[Open loop control]
Instead of performing closed loop control as described above, reverse loop operation is performed using the target load peak value or displacement peak value as a limit value, and open loop control is performed in which the operating speed of the
上記実施形態によれば、以下の有利な効果を得ることができる。 According to the above embodiment, the following advantageous effects can be obtained.
(1)従来試験機(前述したように、図1に示した形式の平面曲げ疲労試験機を意味する。以下に同じ。)と同様の負荷を試験片に与えることを可能としつつ、制御態様(荷重制御、変位量制御、クローズドループ制御、オープンループ制御)に関わらず、試験条件(例えば試験片の変位量、試験片に負荷される荷重等)の調整に必要な労力を従来試験機と比較して大幅に低減することができる。また、試験機を停止することなく、試験条件の変更を行うことができる。上記実施形態に係る平面曲げ疲労試験機では、試験片TPへの負荷形態を従来試験機と全く同じにすることが構造上可能である。このため、試験機の構成を変更したことに伴い、従来機で採取した過去のデータとのマッチングが取れなくなることはない。 (1) Control mode while allowing the same load to be applied to the test piece as in the conventional testing machine (which means the plane bending fatigue testing machine of the type shown in FIG. 1 as described above, the same applies hereinafter). Regardless of (load control, displacement control, closed loop control, open loop control), the labor required for adjusting test conditions (for example, the displacement of the test piece, the load applied to the test piece, etc.) Compared with this, it can be greatly reduced. In addition, the test conditions can be changed without stopping the testing machine. In the plane bending fatigue testing machine according to the above embodiment, it is structurally possible to make the load form on the test piece TP exactly the same as the conventional testing machine. For this reason, with the change of the configuration of the testing machine, matching with past data collected by the conventional machine is not lost.
(2)荷重または変位量のピーク値(山側ピーク値及び谷側ピーク値)を個別に設定することができるので、平均荷重(目標曲げモーメント)を調整するために従来試験機に設けられていた電動モータの位置調整機構を省略することが可能となる。もちろん、負荷条件調整の柔軟性を確保するため、電動モータの位置調整機構を残しても構わない。 (2) Since the peak value (peak side peak value and valley side peak value) of the load or displacement can be individually set, it has been provided in the conventional testing machine to adjust the average load (target bending moment). The position adjustment mechanism of the electric motor can be omitted. Of course, in order to ensure the flexibility of load condition adjustment, the position adjustment mechanism of the electric motor may be left.
(3)従来試験機では不可能であった、荷重一定制御試験を行うことができる。従来試験機では、変位一定制御試験のみが可能であった。変位量一定試験を行った場合、平滑な試験片であっても疲労亀裂発生前において試験片の疲労被害による曲げ剛性の変化(材料の硬化・軟化現象)により曲げモーメントは若干ではあるが変化する(図5(a)を参照)。また、切り欠き試験片を用いた場合等、疲労亀裂が疲労寿命の早期に発生し、疲労寿命の大半が疲労亀裂の進展に費やされる場合には、試験期間中に曲げ剛性が大きく変化し、従って曲げモーメントは大きく変化してしまう(図5(b)を参照)。これでは、疲労特性試験を計測するのに用いられている荷重一定制御試験ということはできず、さらに厳密にいうなら変位一定制御試験ということもできない。しかしながら、上記実施形態によれば、試験片の曲げ剛性の変化に関係なく、任意の目標波形に応じたクローズドループ荷重制御試験を行うことができる。また、より正確な変位制御試験を実施することもできる。 (3) A constant load control test, which was impossible with a conventional testing machine, can be performed. With conventional testing machines, only a constant displacement control test was possible. When a constant displacement test is performed, the bending moment slightly changes due to changes in bending rigidity (hardening / softening phenomenon of the material) due to fatigue damage of the specimen before fatigue cracking, even with a smooth specimen. (See FIG. 5 (a)). Also, when fatigue cracks occur early in the fatigue life, such as when using notched specimens, and the majority of the fatigue life is spent on the development of fatigue cracks, the bending stiffness changes greatly during the test period, Therefore, the bending moment changes greatly (see FIG. 5B). This cannot be a constant load control test used to measure a fatigue characteristic test, and more strictly speaking cannot be a constant displacement control test. However, according to the above embodiment, a closed loop load control test corresponding to an arbitrary target waveform can be performed regardless of the change in the bending rigidity of the test piece. A more accurate displacement control test can also be performed.
(4)試験機の運転中に荷重を自在に変更することができるため、応力拡大係数漸減試験を全自動で行うことが可能となる。応力拡大係数漸減試験は公知の試験であるが、これについて簡単に説明しておく。−亀裂が進展する応力拡大係数K1(荷重(負荷応力σ1))で疲労試験を行った後、亀裂長さa1を計測し、亀裂が進展していた場合には、亀裂長さa1を考慮してK1よりも応力拡大係数を減少(通常、10%減少)させた応力拡大係数K2となるように目標の荷重(負荷応力σ2))を設定して、疲労試験を続行する。最終的に、亀裂がほぼ進展しないとき(通常、da/dn<10−10m/サイクルをもって亀裂が進展しないとみなす。)の応力拡大係数を下限界応力拡大係数と決定する。− この応力拡大係数漸減試験を行う際に、試験片の亀裂長さ計測装置(例えば近接端子直流電位差法による計測装置)を用いて亀裂の進展をリアルタイムでモニタする。亀裂長さ計測装置の計測結果に基づいて、減少させた負荷応力を演算プログラムによって自動的に決定し、この決定された負荷応力が実現されるように、サーボモータ20の動作を制御する。この操作を亀裂がほぼ進展しないようになるまで、負荷応力を自動的に減少させてゆく。これにより、応力拡大係数漸減試験を全自動で行うことができる。この応力拡大係数漸減試験を従来試験機で行うには多大な労力が必要であったが、本実施形態によれば、労力を劇的に低減することができる。
(4) Since the load can be freely changed during operation of the testing machine, the stress intensity factor gradual reduction test can be performed fully automatically. The stress intensity factor gradual decrease test is a known test, which will be briefly described. -After conducting a fatigue test with a stress intensity factor K 1 (load (load stress σ 1 )) at which the crack progresses, the crack length a 1 is measured, and if the crack has progressed, the crack length a 1 reduces the stress intensity factor than K 1 in consideration of the (usually 10% reduction) is allowed stress intensity factor K 2 become as shown in target load (load stress sigma 2)) by setting the fatigue test continue. Finally, the stress intensity factor when the crack does not substantially progress (usually, it is considered that the crack does not progress with da / dn <10 −10 m / cycle) is determined as the lower limit stress intensity factor. -When performing this stress intensity factor gradual reduction test, the crack growth is monitored in real time using a crack length measuring device of the test piece (for example, a measuring device by the proximity terminal DC potential difference method). Based on the measurement result of the crack length measuring device, the reduced load stress is automatically determined by the calculation program, and the operation of the
次に、荷重制御を可能とした平面曲げ疲労試験機の利点について、疲労亀裂進展特性を計測する亀裂進展試験を例にとって具体的に説明する。 Next, the advantages of the plane bending fatigue testing machine that enables load control will be specifically described taking a crack growth test for measuring fatigue crack growth characteristics as an example.
試験片としてオーステナイト系ステンレス鋼SUS316Lのキャビテーションピーニングの有(CP)、無(NP)を用意し、図2に示す第1実施形態に係る平面曲げ疲労試験機を用いて、荷重制御により疲労亀裂進展特性を調査した。疲労亀裂の長さは、近接端子直流電位差法により測定した。荷重制御による荷重振幅一定疲労試験の結果は、図6のグラフにおいて、白抜き菱形でプロットされたNPの亀裂進展速度曲線と、黒塗り菱形でプロットされたCPの亀裂進展速度曲線により示される。なお、図6のグラフにおいて、縦軸は「亀裂進展速度da/dN(m/サイクル)」、横軸は「応力拡大係数ΔK(MPam1/2)」である。この結果は、パリス則に適合した正しい特性を示しているものと判断できる。 Austenitic stainless steel SUS316L with or without cavitation peening (CP) or non-NP (NP) is prepared, and fatigue crack propagation is controlled by load control using the plane bending fatigue testing machine according to the first embodiment shown in FIG. The characteristics were investigated. The length of the fatigue crack was measured by the proximity terminal DC potential difference method. The result of the fatigue test with constant load amplitude by load control is shown by the crack growth rate curve of NP plotted with white diamonds and the crack growth rate curve of CP plotted with black diamonds in the graph of FIG. In the graph of FIG. 6, the vertical axis represents “crack growth rate da / dN (m / cycle)” and the horizontal axis represents “stress intensity factor ΔK (MPam 1/2 )”. This result can be judged to indicate a correct characteristic that conforms to the Paris law.
比較例として、変位制御による疲労試験を行った。ここでは、図2に示す第1実施形態に係る平面曲げ疲労試験機を用いて変位制御により疲労亀裂進展特性を調査した。すなわち、この比較例は、図1に示す従来の平面曲げ疲労試験機において、試験初期の荷重を偏芯カム3の偏芯量の調整により行った後に一度も偏芯カム3の偏芯量を調整することなく疲労試験を最後まで継続した場合に相当する。図6のグラフにおいて白抜き丸でプロットされたNPの亀裂進展速度曲線には、楕円で囲まれたように、亀裂進展速度が一定となる領域がある。これは、変位制御の場合、亀裂進展に伴い応力が減少してしまうことが原因である。すなわち、この結果は、疲労亀裂進展特性として適正ではない。
As a comparative example, a fatigue test by displacement control was performed. Here, fatigue crack propagation characteristics were investigated by displacement control using the plane bending fatigue testing machine according to the first embodiment shown in FIG. That is, in this comparative example, in the conventional plane bending fatigue tester shown in FIG. 1, the eccentric amount of the
上記のことからわかるように、本実施形態に係る平面曲げ疲労試験機は、従来試験機と同様の態様で試験片に荷重を負荷することを可能としつつ、亀裂の進展過程が疲労寿命の多くを占める疲労評価試験、並びに亀裂の進展特性を計測する疲労亀裂進展試験において、適正なデータを得ることができるという有利な効果を奏するものである。 As can be seen from the above, the plane bending fatigue testing machine according to the present embodiment allows a load to be applied to the test piece in the same manner as the conventional testing machine, while the crack propagation process has much fatigue life. In the fatigue evaluation test that occupies and the fatigue crack growth test for measuring the crack growth characteristics, there is an advantageous effect that appropriate data can be obtained.
なお、周知の通り、従来試験機においては、第1保持部及び第2保持部に捻り試験用のアタッチメントを装着することにより、平面曲げ疲労試験機にて丸棒状試験片の捩り試験を行うこともできたが、本実施形態に係る平面曲げ疲労試験機においても同様の使用が可能なことは言うまでもない。 As is well known, in a conventional testing machine, a torsion test of a round bar test piece is performed with a plane bending fatigue tester by attaching an attachment for a torsion test to the first holding part and the second holding part. However, it goes without saying that the same use is possible also in the plane bending fatigue testing machine according to the present embodiment.
2 サーボモータ
5A、50A、50A’ 第1保持部
8A 第2保持部
100 モータコントローラ
3、4、5;50;50B 伝動部材
10 センサ
2
Claims (6)
前記板状試験片の一端を保持する第1保持部と、
前記板状試験片の他端を保持する第2保持部と、
前記板状試験片に曲げモーメントを与えるために前記第1保持部を変位させるための駆動力を発生させる回転サーボモータと、
交互に正転および逆転する回転揺動運動を前記回転サーボモータが行うように、前記回転サーボモータを制御するモータコントローラと、
前記回転サーボモータが発生した回転揺動運動を前記第1保持部に伝達して、中立位置にある前記板状試験片の中心を中心とした揺動運動を前記第1保持部に行わせる伝動部材と、
を備えた平面曲げ疲労試験機。 In a plane bending fatigue testing machine for performing fatigue tests by repeatedly applying a plane bending moment to a plate-shaped specimen,
A first holding part for holding one end of the plate-shaped test piece;
A second holding part for holding the other end of the plate-shaped test piece;
A rotary servo motor that generates a driving force for displacing the first holding portion in order to give a bending moment to the plate-shaped test piece;
A motor controller that controls the rotary servo motor so that the rotary servo motor performs a rotational swing motion that alternately forwards and reverses alternately;
Transmission that causes the first holding portion to perform the swinging motion about the center of the plate-like test piece in the neutral position by transmitting the rotational swinging motion generated by the rotary servo motor to the first holding portion. Members,
A plane bending fatigue testing machine equipped with
前記センサの検出値に基づいて、前記パラメータの実際値が目標値となるように前記回転サーボモータの回転揺動運動を制御するモータコントローラと、
をさらに備えた請求項1記載の平面曲げ疲労試験機。 A sensor that detects an actual value of a parameter that changes in accordance with a displacement amount of the first holding portion or a change in a bending moment generated in the test piece;
A motor controller for controlling the rotational swing motion of the rotary servomotor based on the detection value of the sensor so that the actual value of the parameter becomes a target value;
The plane bending fatigue testing machine according to claim 1, further comprising:
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