JP2015138020A - Stain gauge for stress intensity factor measurement and calculation method of stress intensity factor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、応力拡大係数測定用ひずみゲージおよび応力拡大係数算出方法に関し、より詳細には、部材中に発生したき裂（亀裂）の破壊力学パラメータの一つである応力拡大係数を簡易に測定するために煩雑なき裂長さ測定作業が不要となるよう設計した専用のひずみゲージおよびその応力拡大係数測定用ひずみゲージを測定対象とするき裂先端部に添着し、応力拡大係数を簡単に且つ精度よく求め得る応力拡大係数算出方法に関する。 The present invention relates to a strain gauge for stress intensity factor measurement and a stress intensity factor calculation method, and more specifically, easily measures a stress intensity factor which is one of fracture mechanics parameters of a crack (crack) generated in a member. A special strain gauge designed to eliminate the need for complicated crack length measurement work and a strain gauge for measuring the stress intensity factor are attached to the crack tip, and the stress intensity factor is easily and accurately measured. The present invention relates to a stress intensity factor calculation method that can be obtained well.
従来、機器、構造物に存在するき裂（亀裂）に作用する応力拡大係数（「Ｋ値」と呼び、き裂を成長させる原動力となる破壊力学パラメータで、開口モードＫＩとせん断モードＫＩＩ、ＫＩＩＩがある）を求める場合、多くの仮定を用いた計算となり、また、煩雑な計算が必要となる。
このような応力拡大係数測定用ひずみゲージの従来技術として、特開昭６３−２４１０３号公報（以下、「特許文献１」という）に開示された技術がある。
この特許文献１に記載された応力拡大係数計測用ひずみゲージは、図１９に示すように、紙や合成樹脂等の絶縁物で形成された矩形のシート状をなすベース１の中央には、直径がｄの開口２が形成されている。この開口２の中心から半径ｒ１の円周上には、それぞれ半円弧状をなすゲージグリッド３、４が形成され、これらゲージグリッド３、４の両端にはそれぞれリード線５、６が接続している。同様に、開口２の中心から半径ｒ２の円周上には、それぞれ半円弧状をなすゲージグリッド７、８が形成され、これらゲージグリッド７、８の両端にはそれぞれリード線９、１０が接続されている。
ゲージグリッド３、４の測定方向とゲージグリッド７、８の測定方向とが相互に直角をなすように、これらゲージグリッド３、４、７、８のグリッドパターンが設定されている。
Conventionally, stress intensity factor ("K value") acting on cracks (cracks) existing in equipment and structures is a fracture mechanics parameter that serves as a driving force for crack growth. Opening mode K I and shear mode K II , K III ) is calculated using many assumptions, and complicated calculations are required.
As a conventional technique of such a stress intensity factor measuring strain gauge, there is a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-24103 (hereinafter referred to as “
As shown in FIG. 19, the strain gauge for measuring the stress intensity factor described in
The grid patterns of the
このように構成された特許文献１のひずみゲージは、応力拡大係数を算出するために、煩雑な計算をしなければならず、例えば、前もってき裂長さに対応した表（またはグラフ）を作っておき、この表と測定したき裂長さを使い計算しなければならない、という難点がある。
上記表と測定したひずみ値を使わなければ、応力拡大係数は、算出できなかった。
他の先行技術として、多数枚のロゼット型ゲージを、き裂回りに貼り付け、測定したひずみ値から応力拡大係数を算出する方法がある。
しかしながら、この多数枚のロゼット型ゲージを添着する厄介さがあると共に、採取したひずみ値のデータ量が多くなり、その処理に多大の労力を必要とするばかりでなく、小型化を図り難いため、小さな領域における測定が困難である、といった問題があった。
In order to calculate the stress intensity factor, the strain gauge of
Without using the above table and the measured strain values, the stress intensity factor could not be calculated.
As another prior art, there is a method of sticking a large number of rosette gauges around a crack and calculating a stress intensity factor from a measured strain value.
However, since there are bothersomeness to attach a large number of rosette gauges, the amount of strain value data collected increases, and not only does it require a lot of labor to process it, but also it is difficult to reduce the size. There was a problem that measurement in a small area was difficult.
本発明に際しての課題は、応力拡大係数を簡単に算出できるように、ひずみ解析式を組み立てておくことであった。このため、求める応力拡大係数の解析式にうまく合致するように、き裂回りのひずみ採取ゲージパターンの配置・構成を工夫することが課題となり、最終的には、煩雑なき裂長さ測定作業が不要で、ひずみゲージで測定したき裂回りのひずみ値から、現場で電卓程度の計算で簡単に精度よく応力拡大係数を求めることができように構成することが課題となった。
因に、き裂先端部回りのひずみ分布式は、弾性学における極座標ひずみ成分式を用いて導かれる。応力拡大係数は、この分布式の第１項目に現れる係数である。従って、応力拡大係数の精度を上げるには、この極座標ひずみ成分式から応力拡大係数解析式を導く必要があった。この要求と共に、精度のよい応力拡大係数を導くためには、極座標形式の高次項までを用いて応力拡大係数を導くことも要求された。但し、この場合に用いる極座標形式の高次項は、できるだけ少ない項数で精度の良い値を保証できる範囲とすることが必要となる。また、ひずみゲージのゲージパターンは、極座標形式のひずみ成分に基づき作られていることが必要である。
An object of the present invention is to assemble a strain analysis formula so that a stress intensity factor can be easily calculated. For this reason, it is necessary to devise the arrangement and configuration of the strain sampling gauge pattern around the crack so that it fits well with the analytical expression of the required stress intensity factor, and ultimately, no complicated crack length measurement work is required. Thus, it has become a problem to construct the stress intensity factor so that the stress intensity factor can be obtained easily and accurately in the field by a calculator-like calculation from the strain value measured around the crack using a strain gauge.
Incidentally, the strain distribution equation around the crack tip is derived using the polar coordinate component equation in elasticity. The stress intensity factor is a coefficient that appears in the first item of this distribution equation. Accordingly, in order to increase the accuracy of the stress intensity factor, it is necessary to derive a stress intensity factor analytical expression from this polar coordinate strain component expression. In addition to this requirement, in order to derive an accurate stress intensity factor, it was also required to derive the stress intensity factor using up to higher-order terms in the polar coordinate format. However, the high-order term in the polar coordinate format used in this case needs to be within a range in which a highly accurate value can be guaranteed with as few terms as possible. In addition, the gauge pattern of the strain gauge needs to be made based on the strain component in the polar coordinate format.
本発明は、上記、問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、求める応力拡大係数の解析式に適合するよう、き裂回りのひずみを検出し得るパターンが形成された専用の小型の応力拡大係数測定用ひずみゲージを提供することにある。
さらに、本発明の他の目的とするところは、本発明に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いて、煩雑なき裂長さ測定作業が不要で、簡易な測定作業で、き裂回りのひずみ値が得られ、得られたひずみ値から、現場で電卓程度の計算で簡単に且つ精度よく、応力拡大係数を求められる応力拡大係数算出方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the object of the present invention is a dedicated pattern in which a pattern capable of detecting strain around a crack is formed so as to conform to an analytical expression for a desired stress intensity factor. Is to provide a small strain gauge for measuring a stress intensity factor.
Furthermore, another object of the present invention is that the strain gauge for measuring the stress intensity factor according to the present invention does not require a complicated crack length measurement work, and the strain value around the crack is a simple measurement work. It is intended to provide a stress intensity factor calculation method capable of obtaining a stress intensity factor easily and accurately from the obtained strain value by using a calculator on the spot.
請求項１に記載した発明に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージは、上述した目的を達成するために、
軸中心から放射方向に延びる基準軸と、前記軸中心からの半径が異なる第１の円弧部と第２の円弧部と、前記基準軸を対称として所定の角度をもって放射方向に延びる第１および第２の放射軸とを仮想したとき、
前記基準軸と前記第１および第２の放射軸と前記第１の円弧部と前記第２の円弧部とで囲まれる扇形状の第１および第２の領域内に形成され放射方向に受感部を有する第１および第２のゲージグリッド部と、
前記第１のゲージグリッド部の各端に接続された第１の一対の接続端子と、
前記第２のゲージグリッド部の各端に接続された第２の一対の接続端子と、
前記第１および第２のゲージグリッド部と前記第１および第２の接続端子が一体的に添着されてなる絶縁基板とからなる第１および第２のひずみゲージであって、
被測定対象物に生じた亀裂先端部に前記軸中心を合致させると共に前記亀裂部の方向と前記基準軸とを合致させて前記絶縁基板を前記被測定対象物に添着し、前記亀裂回りのひずみを測定し、応力拡大係数を算出し得るように構成したことを特徴としている。
In order to achieve the above-mentioned object, the strain gauge for measuring the stress intensity factor according to the invention described in
A reference axis extending in the radial direction from the axis center; a first arc portion and a second arc portion having different radii from the axis center; and first and second extending in the radial direction at a predetermined angle with the reference axis as symmetrical. When imagining two radial axes,
Sensitive to the radial direction formed in the fan-shaped first and second regions surrounded by the reference axis, the first and second radial axes, the first arc portion, and the second arc portion. First and second gauge grid portions having portions;
A first pair of connection terminals connected to each end of the first gauge grid portion;
A second pair of connection terminals connected to each end of the second gauge grid portion;
1st and 2nd strain gauges comprising the first and second gauge grid portions and an insulating substrate to which the first and second connection terminals are integrally attached,
The center of the axis is matched with the crack tip generated in the object to be measured and the direction of the crack is matched with the reference axis to attach the insulating substrate to the object to be measured, and the strain around the crack And the stress intensity factor can be calculated.
請求項２に記載した発明に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージは、上述した目的を達成するために、
軸中心から放射方向に延びる基準軸と、前記軸中心から半径が異なる第１の円弧部と第２の円弧部と前記第１、第２の円弧部より所定間隔離れて外側に位置し、前記軸中心からの半径が異なる第３の円弧部と第４の円弧部と、前記基準軸を対称として所定の角度をもって放射方向に延びる第１および第２の放射軸とを仮想したとき、
前記基準軸と前記第１および第２の放射軸と、前記第１の円弧部と前記第２の円弧部とで囲まれる扇形状の第１および第２の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第１および第２のゲージグリッド部と、
前記基準軸と前記第１および第２の放射軸と、前記第３の円弧部と前記第４の円弧部とで囲まれる扇形状の第３および第４の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第３および第４のゲージグリッド部と、
前記第１のゲージグリッド部の各端に接続された第１の一対の接続端子と、
前記第２のゲージグリッド部の各端に接続された第２の一対の接続端子と、
前記第３のゲージグリッド部の各端と接続された第３の一対の接続端子と、
前記第４のゲージグリッド部の各端と接続された第４の一対の接続端子と、
前記第１および第２のゲージグリッド部並びに前記第３および第４のゲージグリッド部と、前記第１および第２の接続端子並びに前記第３および第４の接続端子が一体的に添着されてなる絶縁基板とからなるひずみゲージであって、
被測定対象物に生じた亀裂先端部に前記軸中心を合致させると共に前記亀裂部の方向と前記基準軸とを合致させて前記絶縁基板を前記被測定対象物に添着し、前記亀裂回りのひずみを測定し、応力拡大係数を算出し得るように構成したことを特徴としている。
In order to achieve the above-mentioned object, the stress intensity factor measurement strain gauge according to the invention described in
A reference axis extending in a radial direction from the axis center; a first arc part having a radius different from the axis center; a second arc part having a radius different from the axis center; and a position spaced apart from the first and second arc parts by a predetermined distance; When imagining a third arc part and a fourth arc part having different radii from the axis center and the first and second radial axes extending in the radial direction at a predetermined angle with respect to the reference axis,
Radiation directions are formed in the fan-shaped first and second regions surrounded by the reference axis, the first and second radial axes, the first arc portion, and the second arc portion, respectively. First and second gauge grid portions having a sensing portion;
Radiation directions are formed in the sector-shaped third and fourth regions surrounded by the reference axis, the first and second radial axes, the third arc portion, and the fourth arc portion, respectively. Third and fourth gauge grid parts having a sensing part;
A first pair of connection terminals connected to each end of the first gauge grid portion;
A second pair of connection terminals connected to each end of the second gauge grid portion;
A third pair of connection terminals connected to each end of the third gauge grid portion;
A fourth pair of connection terminals connected to each end of the fourth gauge grid portion;
The first and second gauge grid portions, the third and fourth gauge grid portions, the first and second connection terminals, and the third and fourth connection terminals are integrally attached. A strain gauge comprising an insulating substrate,
The center of the axis is matched with the crack tip generated in the object to be measured and the direction of the crack is matched with the reference axis to attach the insulating substrate to the object to be measured, and the strain around the crack And the stress intensity factor can be calculated.
請求項３に記載した発明に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージは、
前記基準軸と前記第１の放射軸および前記基準軸と前記第２の放射軸とがなす角度を、それぞれ９０°となしたことを特徴としている。
請求項４に記載した発明に係る応力拡大係数算出方法は、
前記請求項１の応力拡大係数測定用ひずみゲージの前記第１および第２のひずみゲージを、それぞれ一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗を回路挿入して２つのホイートストンブリッジ回路を形成し、前記２つのホイートストンブリッジ回路の入力端にブリッジ電圧を印加し、それぞれの出力端に生ずる出力電圧をひずみ測定器で測定した前記第１および第２のひずみゲージのひずみ値を、所定の演算式に代入することでせん断モードにおける応力拡大係数を測定し得るように構成したことを特徴としている。
The strain gauge for measuring the stress intensity factor according to the invention described in
The angles formed by the reference axis, the first radial axis, and the reference axis and the second radial axis are 90 °, respectively.
The stress intensity factor calculation method according to the invention described in
The Wheatstone bridge circuit is formed by inserting the first and second strain gauges of the stress intensity factor measuring strain gauge according to claim 1 into a circuit on one side and a fixed resistor on the other three sides. Then, a bridge voltage is applied to the input ends of the two Wheatstone bridge circuits, and the strain values of the first and second strain gauges obtained by measuring the output voltages generated at the respective output ends with a strain measuring instrument are calculated. It is characterized in that the stress intensity factor in the shear mode can be measured by substituting it into the equation.
請求項５に記載した発明に係る応力拡大係数算出方法は、
前記請求項３に記載のひずみゲージを一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗を回路挿入して２つのホイートストンブリッジ回路を形成し、
前記ホイートストンブリッジ回路の各入力端にブリッジ電圧を印加したとき、各出力端から出力される電圧をひずみ測定器で測定したときの前記第１のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ１、前記第２のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ２、せん断モードの材料定数をＪ１、前記第１および第２のゲージグリッドの第１の形状定数をＱ１として、せん断モードの応力拡大係数ＫＩＩが、
下記の条件式（１）：
The stress intensity factor calculation method according to the invention described in
The strain gauge according to
When a bridge voltage is applied to each input terminal of the Wheatstone bridge circuit, a strain measured by the first gauge grid when a voltage output from each output terminal is measured by a strain measuring instrument is represented by ε G1 , The strain intensity measured in the second gauge grid is ε G2 , the shear mode material constant is J 1, and the first shape constant of the first and second gauge grids is Q 1. K II is
Conditional formula (1) below:
但し、前記せん断モードの材料定数Ｊ１は、縦弾性係数をＥ、ポアッソン比をνとして、下記条件式（２）で与えられる定数であり、
However, the material constant J 1 of the shear mode is a constant given by the following conditional expression (2), where E is the longitudinal elastic modulus and ν is the Poisson's ratio.
また、ゲージグリッド部の第１の形状定数Ｑ１は、ゲージグリッド部の形状で決まる定数であり、
前記第１および第２の円弧部の半径をｒ１およびｒ２として、
下記条件式（３）で与えられる定数である。
Further, the first shape constants to Q 1 gauge grid portion is a constant determined by the shape of the gauge grid portion,
The radii of the first and second arc portions are r 1 and r 2 ,
It is a constant given by the following conditional expression (3).
請求項６に記載した発明に係る応力拡大係数算出方法は、
前記請求項３に記載のひずみゲージを一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗を回路挿入して４つのホイートストンブリッジ回路を形成し、
前記ホイートストンブリッジ回路の各入力端にブリッジ電圧を印加したとき、各出力端から出力される電圧をひずみ測定器で測定したときの前記第１のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ１、前記第２のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ２、前記第３のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ３、前記第４のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ４、せん断モードの材料定数をＪ１、前記第１および第２のゲージグリッドの第１の形状定数をＱ１、前記第３および第４のゲージグリッド部の第２の形状定数をＱ２として、せん断モードの応力拡大係数ＫＩＩが、
下記の条件式（４）：
The stress intensity factor calculation method according to the invention described in
The strain gauge according to
When a bridge voltage is applied to each input terminal of the Wheatstone bridge circuit, a strain measured by the first gauge grid when a voltage output from each output terminal is measured by a strain measuring instrument is represented by ε G1 , The strain measured at the second gauge grid is ε G2 , the strain measured at the third gauge grid is ε G3 , the strain measured at the fourth gauge grid is ε G4 , and the shear mode the material constants J 1, above for Q 1 in the first shape constant of the first and second gauge grid, said third and second configuration constants of the fourth gauge grid section as Q 2, stress shear mode intensity factor K II is,
Conditional expression (4) below:
但し、前記せん断モードの材料定数Ｊ１は、縦弾性係数をＥ、ポアッソン比をνとして、下記条件式（２）で与えられる定数であり、
However, the material constant J 1 of the shear mode is a constant given by the following conditional expression (2), where E is the longitudinal elastic modulus and ν is the Poisson's ratio.
また、ゲージグリッド部の第１の形状定数Ｑ１は、ゲージグリッド部の形状で決まる定数であり、
前記第１および第２の円弧部の半径をｒ１およびｒ２として、
下記条件式（３）で与えられる定数であり、
Further, the first shape constants to Q 1 gauge grid portion is a constant determined by the shape of the gauge grid portion,
The radii of the first and second arc portions are r 1 and r 2 ,
It is a constant given by the following conditional expression (3),
請求項７に記載した発明に係る応力拡大係数算出方法は、
前記請求項３に記載のひずみゲージを一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗を回路挿入して４組のホイートストンブリッジを形成し、
各前記ホイートストンブリッジの入力端にブリッジ電圧を印加したとき、出力端から出力される電圧をひずみ測定器で測定したときの前記第１〜前記第４のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ１〜εＧ４、開口モードの材料定数をＦ１、前記ゲージグリッドの第１および第２の形状定数をＱ１およびＱ２として、開口モードの応力拡大係数ＫＩが、
下記の条件式（６）：
The stress intensity factor calculation method according to the invention described in claim 7 is:
A strain gauge according to
When a bridge voltage is applied to the input end of each Wheatstone bridge, the strain measured by the first to fourth gauge grids when the voltage output from the output end is measured with a strain measuring instrument is represented by ε G1 ~ε G4, F 1 the material constant of the opening mode, the first and second shape constant of the gage grid as Q 1 and Q 2, the stress intensity factor K I of the opening mode,
Conditional formula (6) below:
但し、前記開口モードの材料定数Ｆ１は、縦弾性係数をＥ、ポアッソン比をνとして、下記条件式（７）で与えられる定数であり、
However, the material constant F 1 of the opening mode is a constant given by the following conditional expression (7), where E is the longitudinal elastic modulus and ν is the Poisson's ratio.
また、ゲージグリッド部の第１の形状定数Ｑ１は、ゲージグリッド部の形状で決まる定数であり、
前記第１および第２の円弧部の半径をｒ１およびｒ２として、
前記条件式（３）で与えられる定数であり、
前記第３および第４の円弧部の半径をｒ３およびｒ４として、前記条件式（５）で与えられる定数である。
Further, the first shape constants to Q 1 gauge grid portion is a constant determined by the shape of the gauge grid portion,
The radii of the first and second arc portions are r 1 and r 2 ,
A constant given by the conditional expression (3),
The constants are given by the conditional expression (5), where r 3 and r 4 are radii of the third and fourth arc portions.
本発明によれば、求める応力拡大係数の解析式に適合するよう、き裂回りのひずみを検出し得るパターンが形成された専用の小型の応力拡大係数測定用ひずみゲージを提供することができる。
さらに、本発明に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いて、煩雑なき裂長さ測定作業が不要で、簡易な測定作業で、き裂回りのひずみ値が得られ、得られたひずみ値から、現場で電卓程度の計算で、簡単に且つ精度よく応力拡大係数を求められる応力拡大係数算出方法を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a dedicated small-sized strain gauge for measuring a stress intensity factor in which a pattern capable of detecting a strain around a crack is formed so as to conform to an analytical expression for a required stress intensity factor.
Furthermore, using the strain gauge for measuring the stress intensity factor according to the present invention, a complicated crack length measurement operation is unnecessary, and a strain value around the crack can be obtained with a simple measurement operation.From the obtained strain value, It is possible to provide a stress intensity factor calculation method capable of easily and accurately obtaining a stress intensity factor by calculation on the spot with a calculator level.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施の形態は、特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また、実施の形態の中で説明されている各特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention. However, the following embodiments do not limit the invention according to the scope of claims, and each feature described in the embodiments. All of the combinations are not necessarily essential for the solution of the present invention.
〔第１の実施の形態および第２の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態および第２の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドのパターンを示す平面図である。
図２は、本発明に係る第１の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドのパターンの概略を示す平面図である。
図３は、本発明の第１の実施の形態および第２の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドおよび各接続端子のパターンを詳細に示す拡大平面図である。
図４は、本発明に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージの被測定体の貼り付け方を示す説明図である。
図５は、本発明に係る応力拡大係数算出方法を用いて、各ゲージグリッド（ひずみゲージ）毎にひずみ測定を行う場合の回路図を示し、図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４で検出されるひずみをそれぞれ測定する場合の回路図である。
[First and second embodiments]
FIG. 1 is a plan view showing a gauge grid pattern of a strain gauge for stress intensity factor measurement according to the first embodiment and the second embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing an outline of a gauge grid pattern of the stress intensity factor measuring strain gauge according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged plan view showing in detail the pattern of the gauge grid and each connection terminal of the strain gauge for stress intensity factor measurement according to the first embodiment and the second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing how to attach the measurement object of the strain gauge for measuring the stress intensity factor according to the present invention.
FIG. 5 shows a circuit diagram in the case where strain measurement is performed for each gauge grid (strain gauge) using the stress intensity factor calculation method according to the present invention, and FIGS. It is a circuit diagram in the case of measuring each distortion detected by the 1st-4th gauge grid parts G1-G4.
先ず、図２を参照して本発明の第１の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージを詳細に説明する。
本発明の第１の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージは、図２に示すように、
軸中心Ｏから放射方向に延びる基準軸ＯＸと、前記軸中心Ｏからの半径ｒ１およびｒ２が異なる第１の円弧部Ｃ１と第２の円弧部Ｃ２と、前記基準軸ＯＸを対称として所定の角度をもって放射方向に延びる第１および第２の放射軸ＯＲ１およびＯＲ２とを仮想したとき、
前記基準軸ＯＸと前記第１および第２の放射軸ＯＲ１およびＯＲ２と前記第１の円弧部Ｃ１と前記第２の円弧部Ｃ２とで囲まれる扇形状の第１および第２の領域内に形成され放射方向に受感部を有する第１および第２のゲージグリッド部Ｇ１およびＧ２と、を有する。
First, the stress intensity factor measuring strain gauge according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
The strain gauge for stress intensity factor measurement according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG.
Given a reference axis OX extending from the axial center O in the radial direction, the radius r 1 and r 2 are different first arc portion C1 from the shaft center O and the second arc portion C2, the reference axis OX as a symmetrical When assuming the first and second radial axes OR1 and OR2 extending in the radial direction at an angle of
Formed in fan-shaped first and second regions surrounded by the reference axis OX, the first and second radial axes OR1 and OR2, the first arc portion C1, and the second arc portion C2. And first and second gauge grid portions G1 and G2 having a sensing portion in the radial direction.
さらに、図３に示すように、前記第１のゲージグリッド部Ｇ１の各端に接続された第１の一対の接続端子Ｔ１−１、Ｔ１−２と、
前記第２のゲージグリッド部Ｇ２の各端に接続された第２の一対の接続端子Ｔ２−１、Ｔ２−２と、
前記第１および第２のゲージグリッド部Ｇ１およびＧ２と前記第１および第２の接続端子Ｔ１−１、Ｔ１−２およびＴ２−１、Ｔ２−２が一体的に添着されてなる絶縁基板ＢＰとからなる第１および第２のひずみゲージＳ１およびＳ２が完成する。
Furthermore, as shown in FIG. 3, a first pair of connection terminals T1-1, T1-2 connected to each end of the first gauge grid portion G1,
A second pair of connection terminals T2-1, T2-2 connected to each end of the second gauge grid portion G2,
An insulating substrate BP in which the first and second gauge grid portions G1 and G2 and the first and second connection terminals T1-1, T1-2, T2-1, and T2-2 are integrally attached; Thus, first and second strain gauges S1 and S2 are completed.
図２に示すように、被測定対象物に生じた亀裂先端部に前記軸中心Ｏを合致させると共に前記き裂部の方向と前記基準軸ＯＸとを合致させて前記絶縁基板ＢＰを前記被測定対象物に添着し、前記亀裂回りのひずみε１、ε２を測定し、応力拡大係数を算出し得るように構成されている（請求項１に対応する）。
また、本発明に係る第２の実施の形態の応力拡大係数測定用ひずみゲージは、図１および図３に示すように、軸中心Ｏから放射方向に延びる基準軸ＯＸと、前記軸中心Ｏから半径ｒ１およびｒ２が異なる第１の円弧部Ｃ１と第２の円弧部Ｃ２と前記第１、第２の円弧部Ｃ１、Ｃ２より所定間隔離れて外側に位置し、前記軸中心Ｏからの半径ｒ３およびｒ４が異なる第３の円弧部Ｃ３と第４の円弧部Ｃ４と、前記基準軸ＯＸを対称として所定の角度をもって放射方向に延びる第１および第２の放射軸ＯＲ１およびＯＲ２とを仮想したとき、
前記基準軸ＯＸと前記第１および第２の放射軸ＯＲ１およびＯＲ２と、前記第１の円弧部Ｃ１と前記第２の円弧部Ｃ２とで囲まれる扇形状の第１および第２の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第１および第２のゲージグリッド部Ｇ１およびＧ２と、
前記基準軸ＯＸと前記第１および第２の放射軸ＯＲ１およびＯＲ２と、前記第３の円弧部Ｃ３と前記第４の円弧部Ｃ４とで囲まれる扇形状の第３および第４の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第３および第４のゲージグリッド部Ｇ３およびＧ４とが形成されている。
As shown in FIG. 2, the insulating substrate BP is measured by aligning the axis center O with the crack tip generated in the object to be measured and matching the direction of the crack and the reference axis OX. It is configured to attach to an object, measure strains ε 1 and ε 2 around the crack, and calculate a stress intensity factor (corresponding to claim 1).
In addition, the strain gauge for measuring the stress intensity factor according to the second embodiment of the present invention includes a reference axis OX extending in the radial direction from the axis center O and the axis center O, as shown in FIGS. The first arc part C1, the second arc part C2, and the first and second arc parts C1, C2 having different radii r 1 and r 2 are located outside by a predetermined distance from the axis center O A third arc portion C3 and a fourth arc portion C4 having different radii r 3 and r 4, and first and second radial axes OR1 and OR2 extending in a radial direction at a predetermined angle with respect to the reference axis OX. Is virtual,
Within the fan-shaped first and second regions surrounded by the reference axis OX, the first and second radial axes OR1 and OR2, and the first arc portion C1 and the second arc portion C2. First and second gauge grid portions G1 and G2 each formed and having a sensing portion in the radial direction;
In the fan-shaped third and fourth regions surrounded by the reference axis OX, the first and second radial axes OR1 and OR2, the third arc portion C3, and the fourth arc portion C4. Third and fourth gauge grid portions G3 and G4, which are each formed and have a sensitive portion in the radial direction, are formed.
さらに、図３に示すように、上記第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４には、それぞれ接続端子が接続されている。即ち、前記第１のゲージグリッド部Ｇ１の各端に接続された第１の一対の接続端子Ｔ１−１、Ｔ１−２と、
前記第２のゲージグリッド部Ｇ２の各端に接続された第２の一対の接続端子Ｔ２−１、Ｔ２−２と、
前記第３のゲージグリッド部Ｇ３の各端と接続された第３の一対の接続端子Ｔ３−１、Ｔ３−２と、
前記第４のゲージグリッド部Ｇ４の各端と接続された第４の一対の接続端子Ｔ４−１、Ｔ４−２とが、それぞれ接続されている。
そして、前記第１および第２のゲージグリッド部Ｇ１およびＧ２並びに前記第３および第４のゲージグリッド部Ｇ３およびＧ４と、前記第１および第２の接続端子Ｔ１−１、Ｔ１−２およびＴ２−１、Ｔ２−２並びに前記第３および第４の接続端子Ｔ３−１、Ｔ３−２およびＴ４−１、Ｔ４−２が一体的に絶縁基板ＢＰに添着されてひずみゲージが完成する。
Furthermore, as shown in FIG. 3, connection terminals are connected to the first to fourth gauge grid portions G1 to G4, respectively. That is, a first pair of connection terminals T1-1 and T1-2 connected to each end of the first gauge grid portion G1,
A second pair of connection terminals T2-1, T2-2 connected to each end of the second gauge grid portion G2,
A third pair of connection terminals T3-1 and T3-2 connected to respective ends of the third gauge grid portion G3;
A fourth pair of connection terminals T4-1 and T4-2 connected to each end of the fourth gauge grid portion G4 are connected to each other.
The first and second gauge grid portions G1 and G2, the third and fourth gauge grid portions G3 and G4, and the first and second connection terminals T1-1, T1-2, and T2- 1, T2-2 and the third and fourth connection terminals T3-1, T3-2 and T4-1, T4-2 are integrally attached to the insulating substrate BP to complete the strain gauge.
被測定対象物に生じたき裂先端部に前記軸中心Ｏを合致させると共に前記き裂部の方向と前記基準軸ＯＸとを合致させて前記絶縁基板ＢＰを前記被測定対象物に添着し、前記き裂回りのひずみを測定し、応力拡大係数を算出し得るように構成したものである（請求項２に対応する）。
本発明の応力拡大係数測定用ひずみゲージは、その基本構成として、き裂先端部を中心にして９０°に展開した扇型の領域内に、放射方向に展開された受感部を備える例を示している。この構成により、上記中心Ｏから放射方向に生ずるひずみを測定するものであるが、必ずしも９０°に限定されるものではない。
図３は、本発明の第１の実施の形態および第２の実施の形態に係るより具体的な応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドを含む平面図である。応力拡大係数の測定時には、図４に示すように、使用者が、このひずみゲージを、その軸中心Ｏを、き裂先端部に合致させ、かつ基準軸ＯＸがき裂の延長方向となるようにして貼り付ける。
Attaching the insulating substrate BP to the object to be measured by aligning the axis center O with the crack tip generated in the object to be measured and matching the direction of the crack and the reference axis OX, The strain around the crack is measured so that the stress intensity factor can be calculated (corresponding to claim 2).
The strain gauge for measuring the stress intensity factor of the present invention has, as its basic configuration, an example in which a sensitive portion developed in the radial direction is provided in a fan-shaped region developed at 90 ° around the crack tip. Show. With this configuration, strain generated in the radial direction from the center O is measured, but is not necessarily limited to 90 °.
FIG. 3 is a plan view including a gauge grid of a more specific strain gauge for measuring the stress intensity factor according to the first embodiment and the second embodiment of the present invention. When measuring the stress intensity factor, as shown in FIG. 4, the user makes this strain gauge so that its axial center O coincides with the crack tip and the reference axis OX is in the crack extension direction. And paste.
本発明の第１および第２の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドＧ１〜Ｇ４は、図３に詳しく示されているように、上記き裂先端部を中心として放射方向に生ずるひずみを測定するための上記第１の領域内に第１のゲージグリッド部Ｇ１を備え、上記第２の領域内に第２のゲージグリッド部Ｇ２を備え、上記第３の領域内に第３のゲージグリッド部Ｇ３を備え、上記第４の領域内に第４のゲージグリッド部Ｇ４を備える。このゲージグリッド部Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４は、上記のき裂先端部を中心としてそれぞれ放射方向に展開された受感部を備える。図３では、この受感部の構造として放射方向に延び、且つ第１と第２の円弧部Ｃ１とＣ２、第３と第４の円弧部Ｃ３とＣ４の各近傍で順次複数の折り返しを有する線状の受感素子を配置している。本発明の受感部の構造は、上記き裂先端部を中心として放射方向に生ずるひずみを受感できさえすれば良く、従って、図３に示すものとは限らない。第１のゲージグリッド部Ｇ１の上記線状の受感素子の一端は一方の第１の接続端子Ｔ１−１に接続され、他の一端は他方の第１の接続端子Ｔ１−２に接続されている。同様に、第２のゲージグリッド部Ｇ２の線状の受感素子の一端は一方の第２の接続端子Ｔ２−１に、他の一端は他方の第２の接続端子Ｔ２−２に、第３のゲージグリッド部Ｇ３の線状の受感素子の一端は一方の第３の接続端子Ｔ３−１に、他の一端は他方の第３の接続端子Ｔ３−２に、第４のゲージグリッド部Ｇ４の線状の受感素子の一端は一方の第４の接続端子Ｔ４−１に、他の一端は他方の第４の接続端子Ｔ４−２に、それぞれ接続されている。 As shown in detail in FIG. 3, the gauge grids G1 to G4 of the stress intensity factor measuring strain gauges according to the first and second embodiments of the present invention have a radial direction centered on the crack tip. The first gauge grid portion G1 is provided in the first region for measuring the strain occurring in the first region, the second gauge grid portion G2 is provided in the second region, and the second region is provided in the third region. 3 gauge grid portions G3, and a fourth gauge grid portion G4 in the fourth region. This gauge grid part G1, G2, G3, G4 is provided with the perception part expand | deployed by radial direction centering on said crack front-end | tip part, respectively. In FIG. 3, the structure of the sensing part extends in the radial direction and has a plurality of turns in the vicinity of the first and second arc parts C1 and C2, and the third and fourth arc parts C3 and C4. A linear sensing element is arranged. The structure of the sensing part of the present invention is not limited to that shown in FIG. 3 as long as it can sense the strain generated in the radial direction around the crack tip. One end of the linear sensing element of the first gauge grid part G1 is connected to one first connection terminal T1-1, and the other end is connected to the other first connection terminal T1-2. Yes. Similarly, one end of the linear sensing element of the second gauge grid portion G2 is connected to one second connection terminal T2-1, the other end is connected to the other second connection terminal T2-2, and the third One end of the linear sensing element of the gauge grid portion G3 is connected to one third connection terminal T3-1, the other end is connected to the other third connection terminal T3-2, and the fourth gauge grid portion G4. One end of the linear sensing element is connected to one fourth connection terminal T4-1, and the other end is connected to the other fourth connection terminal T4-2.
上記の第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４の構成は、き裂先端前部領域のひずみ全体を網羅することができる。
第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４の各々を形成する抵抗素材には、任意の抵抗素材を充当することができる。例えば、Ｃｕ−Ｎｉ（系）合金、Ｎｉ−Ｃｒ（系）合金、Ｆｅ−Ｃｒ（系）合金などを、用途に合わせて用いることができる。
本発明の第２の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドの配置は、図１に示す本発明の第１の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドの配置に部分的な追加配置を加えたものである。具体的には、本発明の第２の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドの配置は、図２に示す第１の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドの配置に加えて、軸中心Ｏを中心として、それぞれ半径がｒ３とｒ４と異なる第３の円弧部Ｃ３と第４の円弧部Ｃ４と、第１の放射軸ＯＲ１と第２の放射軸ＯＲ２とで囲まれた扇型の領域、即ち、第３のゲージグリッド部Ｇ３と第４のゲージグリッド部Ｇ４を有する。
The configuration of the first to fourth gauge grid portions G1 to G4 can cover the entire strain in the crack tip front region.
Any resistance material can be used for the resistance material forming each of the first to fourth gauge grid portions G1 to G4. For example, a Cu—Ni (base) alloy, a Ni—Cr (base) alloy, a Fe—Cr (base) alloy, or the like can be used according to the application.
The arrangement of the gauge grid of the strain gauge for measuring the stress intensity factor according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the strain gauge for measuring the strain intensity factor according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. This is the addition of a partial additional arrangement. Specifically, the arrangement of the gauge grid of the stress intensity factor measuring strain gauge according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the stress intensity factor measuring strain gauge according to the first embodiment shown in FIG. In addition to the arrangement of the gauge grid, the third arc part C3 and the fourth arc part C4 having radii different from r 3 and r 4 with the axis O as the center, the first radial axis OR1 and the second arc axis It has a fan-shaped region surrounded by the radial axis OR2, that is, a third gauge grid part G3 and a fourth gauge grid part G4.
第１のゲージグリッド部Ｇ１、第２のゲージグリッド部Ｇ２、第３のゲージグリッド部Ｇ３および第４のゲージグリッド部Ｇ４は、上記のき裂先端部を中心としてそれぞれ放射方向に展開された受感部を備える。
図３では、第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４の受感部の構造として軸中心から放射方向に延び、順次、円弧部Ｃ１、Ｃ２およびＣ３、Ｃ４近傍にて複数の折り返し点を有する受感素子を配置しているが、本発明の受感部の構造は、一般に、上記き裂先端部を中心として放射方向に生ずるひずみを受感できさえすれば良く、従って、図３に示すものとは限らない。上記の第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４の構成は、き裂先端前部領域のひずみ全体を網羅することができる。
The first gauge grid part G1, the second gauge grid part G2, the third gauge grid part G3, and the fourth gauge grid part G4 are each received in a radial direction around the crack tip. Provide a sensory part.
In FIG. 3, the first to fourth gauge grid portions G1 to G4 have a sensing portion structure extending in the radial direction from the axial center, and sequentially having a plurality of turning points in the vicinity of the arc portions C1, C2 and C3, C4. However, the structure of the sensing part of the present invention is generally only required to be sensitive to the strain generated in the radial direction around the crack tip. It is not necessarily shown. The configuration of the first to fourth gauge grid portions G1 to G4 can cover the entire strain in the crack tip front region.
〔第３の実施の形態〕
本発明の第３の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドの配置は、上記の基準軸ＯＸと上記の第１の放射軸ＯＲ１とがなす角度を９０°にすると共に、上記の基準軸ＯＸと上記の第２の放射軸ＯＲ２とがなす角度をも９０°にしたものである。
[Third Embodiment]
The arrangement of the gauge grid of the strain gauge for measuring the stress intensity factor according to the third embodiment of the present invention sets the angle formed by the reference axis OX and the first radial axis OR1 to 90 °, The angle formed by the reference axis OX and the second radial axis OR2 is also 90 °.
〔第４の実施の形態〕
図５は、本発明に係る応力拡大係数算出方法を用いて各ゲージグリッドを単位としてひずみ測定を行う場合の回路図を示し、図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第１のゲージグリッド部Ｇ１〜第４のゲージグリッド部Ｇ４で検出されるひずみをそれぞれ測定する場合の回路図を示すものである。
第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれ本発明に係る応力拡大係数算出方法で用いるホイートストンブリッジの一辺に挿入接続される。このホイートストンブリッジの他の三辺には、同一抵抗値の抵抗器Ｒが挿入接続される。より具体的には、図５（ａ）に示す回路では、一方の第１の接続端子Ｔ１−１と他方の第１の接続端子Ｔ１−２との間に接続された第１のゲージグリッド部Ｇ１が上記ホイートストンブリッジの一辺を構成する。同様に、図５（ｂ）に示す回路では、一方の第２の接続端子Ｔ２−１と他方の第２の接続端子Ｔ２−２との間に接続された第２のゲージグリッド部Ｇ２が、図５（ｃ）に示す回路では、一方の第３の接続端子Ｔ３−１と他方の第３の接続端子Ｔ３−２との間に接続された第３のゲージグリッド部Ｇ３が、図５（ｄ）に示す回路では、一方の第４の接続端子Ｔ４−１と他方の第４の接続端子Ｔ４−２との間に接続された第４のゲージグリッド部Ｇ４が、それぞれ上記ホイートストンブリッジの一辺を構成する。
[Fourth Embodiment]
FIG. 5 shows a circuit diagram when the strain measurement is performed in units of each gauge grid using the stress intensity factor calculation method according to the present invention, and FIGS. 5 (a) to 5 (d) show the first gauge. The circuit diagram in the case of measuring each distortion detected by the grid part G1-the 4th gauge grid part G4 is shown.
The first to fourth gauge grid portions G1 to G4 are inserted and connected to one side of the Wheatstone bridge used in the stress intensity factor calculation method according to the present invention. Resistors R having the same resistance value are inserted and connected to the other three sides of the Wheatstone bridge. More specifically, in the circuit shown in FIG. 5A, the first gauge grid portion connected between one first connection terminal T1-1 and the other first connection terminal T1-2. G1 constitutes one side of the Wheatstone bridge. Similarly, in the circuit shown in FIG. 5B, the second gauge grid portion G2 connected between the one second connection terminal T2-1 and the other second connection terminal T2-2, In the circuit shown in FIG. 5C, the third gauge grid part G3 connected between the one third connection terminal T3-1 and the other third connection terminal T3-2 is shown in FIG. In the circuit shown in d), the fourth gauge grid portion G4 connected between one fourth connection terminal T4-1 and the other fourth connection terminal T4-2 is provided on one side of the Wheatstone bridge. Configure.
本発明の第４の実施形態に係るせん断モードの応力拡大係数算出方法は、図５（ａ）及び図５（ｂ）で示す回路のみを用いる。この場合のひずみ測定方法は、まず、図５（ａ）に示す回路において、上記ホイートストンブリッジの入力端にブリッジ電圧ｅｉを印加し、この時の出力電圧値ｅｏＧ１を用いてひずみεＧ１を得る。次に、図５（ｂ）に示す回路において、上記ホイートストンブリッジの入力端にブリッジ電圧ｅｉを印加し、この時の出力電圧値ｅｏＧ２を用いてひずみεＧ２を得る。最後に、このひずみεＧ１、εＧ２を、所定の演算式（本ひずみ測定方法の原理として後述する）に代入することで、せん断モードにおける応力拡大係数を算出する。上記の測定順序は逆にしても良いし、上記の測定を同時に行っても良い。
図５（ａ）および図５（ｂ）で示す２つの回路を用いて、ひずみεＧ１、εＧ２を算出し、せん断モードの材料定数をＪ１とし、ゲージグリッド部Ｇ１、Ｇ２の形状定数をＱ１として、求める応力拡大係数ＫＩＩを、条件式（１）により算出する（請求項５に対応する）。
The shear mode stress intensity factor calculation method according to the fourth embodiment of the present invention uses only the circuits shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). Strain measurement method in this case, first, in the circuit shown in FIG. 5 (a), by applying a bridge voltage e i to the input terminal of the Wheatstone bridge, strain epsilon G1 using the output voltage value e OG1 at this obtain. Then, in the circuit shown in FIG. 5 (b), by applying a bridge voltage e i to the input terminal of the Wheatstone bridge, obtaining a strain epsilon G2 using the output voltage value e OG2 at this time. Finally, the stress intensity factors in the shear mode are calculated by substituting these strains ε G1 and ε G2 into a predetermined arithmetic expression (described later as the principle of the present strain measurement method). The above measurement order may be reversed, or the above measurements may be performed simultaneously.
Using two of the circuit shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), strain epsilon G1, and calculates the epsilon G2, a material constant shear mode and J 1, the shape constant of the gage grid portion G1, G2 as Q1, the stress intensity factor K II seeking is calculated according to the conditional expression (1) (corresponding to claim 5).
また、上記ゲージグリッド部の第１の形状定数Ｑ１は、ゲージグリッド部Ｇ１、Ｇ２の形状で決まる定数であり、具体的には、第１の円弧部Ｃ１の半径をｒ１とし、第２の円弧部Ｃ２の半径をｒ２として、条件式（３）により算出する。 Further, the first shape constant Q 1 of the gauge grid portion is a constant determined by the shapes of the gauge grid portions G 1 and G 2. Specifically, the radius of the first arc portion C 1 is r 1 , the radius of the second arc portion C2 as r 2, is calculated according to the conditional expression (3).
〔第５の実施の形態〕
この第５の実施の形態に係る応力拡大係数算出方法では、ひずみゲージを一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗Ｒを回路挿入して４つのホイートストンブリッジ回路を形成する。
前記ホイートストンブリッジ回路の各入力端にブリッジ電圧ｅｉを印加したとき、各出力端から出力される電圧ｅｏＧ１〜ｅｏＧ４をひずみ測定器で測定したときの前記第１のゲージグリッド部Ｇ１で測定されたひずみをεＧ１、前記第２のゲージグリッド部Ｇ２で測定されたひずみをεＧ２、前記第３のゲージグリッド部Ｇ３で測定されたひずみをεＧ３、前記第４のゲージグリッド部Ｇ４で測定されたひずみをεＧ４とする。せん断モードの材料定数をＪ１、前記第１および第２のゲージグリッド部Ｇ１およびＧ２の第１の形状定数をＱ１、前記第３および第４のゲージグリッド部Ｇ３およびＧ４の第２の形状定数をＱ２として、せん断モードの応力拡大係数ＫＩＩが、
下記の条件式（４）：
[Fifth Embodiment]
In the stress intensity factor calculation method according to the fifth embodiment, a strain gauge is inserted into one side and a fixed resistor R is inserted into the other three sides to form four Wheatstone bridge circuits.
Upon application of a bridge voltage e i to the input terminals of the Wheatstone bridge circuit, measured by the first gauge grid portion G1 as measured by the measuring instrument strain voltage e OG1 to e OG4 outputted from the output terminals been strain epsilon G1, in the second gauge grid portion measured strain in G2 epsilon G2, the third gauge grid unit G3 strain epsilon G3 measured in the fourth gauge grid unit G4 measured strain and epsilon G4. The material constants of the shear mode J 1, second shape of said first and first shape constant of the second gauge grid portions G1 and G2 Q 1, said third and fourth gauge grid unit G3 and G4 Assuming that the constant is Q 2 , the stress intensity factor K II in the shear mode is
Conditional expression (4) below:
但し、前記せん断モードの材料定数Ｊ１は、縦弾性係数をＥ、ポアッソン比をνとして、下記条件式（２）で与えられる定数であり、
However, the material constant J 1 of the shear mode is a constant given by the following conditional expression (2), where E is the longitudinal elastic modulus and ν is the Poisson's ratio.
前記第１および第２の円弧部の半径Ｃ１およびＣ２をｒ１およびｒ２として、
下記条件式（３）で与えられる定数であり、
The radius C1 and C2 of the first and second arcuate portions as r 1 and r 2,
It is a constant given by the following conditional expression (3),
〔第６の実施の形態〕
この実施の形態に係る応力拡大係数算出方法は、上記の第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４を用いて、開口モードにおける応力拡大係数を具体的に求める算出方法である。
本発明の第６の実施の形態に係る応力拡大係数算出方法は、図５（ａ）〜図５（ｄ）で示す４つの回路を用いる。
この場合のひずみ測定方法は、まず、本発明の第４の実施形態に係るせん断モードにおける応力拡大係数算出方法で用いたひずみ測定方法と同様のひずみ測定方法により、図５（ａ）〜図５（ｄ）で示す４つの回路を用いて、第１〜第４のひずみεＧ１〜εＧ４を算出する。開口モードの材料定数をＦ１とし、第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４の第１の形状定数をＱ１および第２の形状定数をＱ２として、求める開口モードの応力拡大係数ＫＩを、条件式（６）により算出する。
[Sixth Embodiment]
The stress intensity factor calculation method according to this embodiment is a calculation method for specifically obtaining the stress intensity factor in the opening mode using the first to fourth gauge grid portions G1 to G4.
The stress intensity factor calculation method according to the sixth embodiment of the present invention uses four circuits shown in FIGS. 5 (a) to 5 (d).
First, the strain measurement method in this case is the same as the strain measurement method used in the stress intensity factor calculation method in the shear mode according to the fourth embodiment of the present invention. First to fourth strains ε G1 to ε G4 are calculated using the four circuits shown in (d). The material constants of the opening mode with the F 1, the first to the first shape constant of the fourth gauge grid portion G1~G4 the Q 1 and second shape constant as Q 2, the stress intensity factor of the opening mode determining K I is calculated by conditional expression (6).
また、上記ゲージグリッド部の第１の形状定数Ｑ１は、第１、第２のゲージグリッド部Ｇ１、Ｇ２の形状で決まる形状定数であり、具体的には、第１の円弧部Ｃ１の半径をｒ１とし、第２の円弧部Ｃ２の半径をｒ２として、前記のとおり条件式（３）により算出する。さらに、上記ゲージグリッド部の第２の形状定数Ｑ２は、第３、第４のゲージグリッド部Ｇ３、Ｇ４の形状で決まる定数であり、具体的には、第３の円弧部Ｃ３の半径をｒ３とし、第４の円弧部Ｃ４の半径をｒ４として、下記条件式（５）により算出する。 Further, the first shape constant Q1 of the gauge grid portion is a shape constant determined by the shapes of the first and second gauge grid portions G1 and G2, and specifically, the radius of the first arc portion C1 is set. Assuming that r 1 is the radius of the second arc portion C 2 and r 2, it is calculated by the conditional expression (3) as described above. Further, the second shape constant Q2 of the gauge grid portion is a constant determined by the shapes of the third and fourth gauge grid portions G3 and G4. Specifically, the radius of the third arc portion C3 is defined as r. 3 and then, the radius of the fourth arcuate section C4 as r 4, is calculated by the following conditional expression (5).
図６は、本発明の第１の実施例に係る開口型モードＩの中央き裂平板試験片Ｐ１を示す平面図である。
き裂の負荷モードとして開口型モードＩタイプの試験片を製作して使用した。
予め、幅αｍｍの模擬き裂を試験片の中央部に形成（中央き裂平板試験片）した試験片を製作した。製作した試験片の各部寸法は板幅（Ｗ）に対してＷ（板幅）：Ｌ（板長さ）：ａ（き裂長さ）：α（き裂幅）＝１：３．７５：０．３：０．００１６７とした。本発明の応力拡大係数測定用ひずみゲージを、き裂先端部に添着し、負荷実験を行いひずみ測定を行った。図７は負荷実験より得られたひずみ値から算出した応力拡大係数ＫＩと理論値の比較結果を示すグラフである。
ここで、開口モードＩにおけるＫＩとは、図６の試験片Ｐ１において、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｄ）の出力ｅｏＧ１、ｅｏＧ２、ｅｏＧ３、ｅｏＧ４を用いて算出した場合（即ち、＋９０°〜−９０°の範囲）である。負荷実験に用いた応力拡大係数測定用ひずみゲージの第１の円弧部Ｃ１の半径ｒ１、第２の円弧部Ｃ２の半径ｒ２、第３の円弧部Ｃ３の半径ｒ３、そして第４の円弧部Ｃ４の半径ｒ４の寸法はＷ：ｒ１：ｒ２：ｒ３：ｒ４＝８０：１：１．６７：２．３３：３とした。
図７にて分かるように、開口モードＩ、負荷状態における中央き裂の応力拡大係数ＫＩは、理論値に対して±１０％以内の値を示し、本発明の応力拡大係数測定用ひずみゲージが良好な精度を有していることが検証できた。
FIG. 6 is a plan view showing the center crack flat plate test piece P1 of the open mode I according to the first embodiment of the present invention.
An open mode I type specimen was manufactured and used as a crack loading mode.
A test piece was prepared in advance, in which a simulated crack having a width of α mm was formed in the center of the test piece (central crack plate test piece). The dimensions of each part of the manufactured specimen are W (plate width): L (plate length): a (crack length): α (crack width) = 1: 3.75: 0 with respect to the plate width (W). .3: 0.00167. The strain gauge for measuring the stress intensity factor of the present invention was attached to the crack tip, and a load experiment was conducted to measure the strain. Figure 7 is a graph showing the comparison results of the stress intensity factor K I and the theoretical value calculated from the strain values obtained from load experiment.
Here, the K I at the opening mode I, the test piece P1 in FIG. 6, FIG. 5 (a), the FIG. 5 (b), the output e OG1, e in FIG. 5 (c), FIG. 5 (d) oG2 , E oG3 , e oG4 (that is, a range of + 90 ° to −90 °). Radius r 1 of the first arc portion C1 of the stress intensity factor measurement strain gages used in the load experiment, the radius r 2 of the second circular arc portion C2, the radius r 3 of the third arcuate section C3, and the fourth The dimension of the radius r 4 of the circular arc part C4 was set to W: r 1 : r 2 : r 3 : r 4 = 80: 1: 1.67: 2.33: 3.
As seen in FIG. 7, the opening mode I, the stress intensity factor K I of the central Crack in load condition indicates a value within 10% ± the theoretical value, the strain for the stress intensity factor measurement of the present invention gauge It was verified that has a good accuracy.
図８は、本発明の第２の実施例に係る混合モードの中央斜き裂平板試験片Ｐ２を示す平面図である。
上記と同様に、混合モードの中央斜き裂平板試験片Ｐ２についても負荷実験を行った。その際、き裂角度は試験片軸方向から４５°とし試験片を製作した。製作した試験片の各部寸法は板幅（Ｗ）に対してＷ（板幅）：Ｌ（板長さ）：ａ（き裂長さ）：α（き裂幅）＝１：３．７５：０．３：０．００１６７とした。本発明の応力拡大係数測定用ひずみゲージを、き裂先端部に添着し、負荷実験を行いひずみ測定を行った。図９は負荷実験より得られたひずみ値から算出した応力拡大係数ＫＩと理論値の比較結果を示すグラフである。図１０は負荷実験より得られたひずみ値から算出した応力拡大係数ＫＩＩと理論値の比較結果を示すグラフである。
ここで、算出した応力拡大係数ＫＩ、ＫＩＩとは、図８の試験片Ｐ２において、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｄ）の出力ｅｏＧ１、ｅｏＧ２、ｅｏＧ３、ｅｏＧ４を用いて算出した場合（即ち、＋９０°〜−９０°の範囲）である。負荷実験に用いた応力拡大係数測定用ひずみゲージの第１の円弧部Ｃ１の半径ｒ１、第２の円弧部Ｃ２の半径ｒ２、第３の円弧部Ｃ３の半径ｒ３、そして第４の円弧部Ｃ４の半径ｒ４の寸法はＷ：ｒ１：ｒ２：ｒ３：ｒ４＝８０：１：１．６７：２．３３：３とした。
図９、１０にて分かるように、混合モードの中央斜き裂平板試験片Ｐ２における応力拡大係数はＫＩ、ＫＩＩともに理論値に対して±１０％以内の値を示し、良好な精度を有していることが検証できた。
FIG. 8 is a plan view showing a mixed mode central oblique crack plate test piece P2 according to the second embodiment of the present invention.
In the same manner as described above, a load test was also conducted on the mixed-mode central oblique crack plate specimen P2. At that time, the crack angle was 45 ° from the direction of the specimen axis, and the specimen was manufactured. The dimensions of each part of the manufactured specimen are W (plate width): L (plate length): a (crack length): α (crack width) = 1: 3.75: 0 with respect to the plate width (W). .3: 0.00167. The strain gauge for measuring the stress intensity factor of the present invention was attached to the crack tip, and a load experiment was conducted to measure the strain. Figure 9 is a graph showing the comparison results of the stress intensity factor K I and the theoretical value calculated from the strain values obtained from load experiment. Figure 10 is a graph showing the comparison results of the stress intensity factor K II and the theoretical value calculated from the strain values obtained from load experiment.
Here, the calculated stress intensity factors K I and K II are the outputs e of FIG. 5A, FIG. 5B, FIG. 5C, and FIG. 5D in the test piece P2 of FIG. This is a case where calculation is performed using oG1 , e oG2 , e oG3 , and e oG4 (that is, a range of + 90 ° to −90 °). Radius r 1 of the first arc portion C1 of the stress intensity factor measurement strain gages used in the load experiment, the radius r 2 of the second circular arc portion C2, the radius r 3 of the third arcuate section C3, and the fourth The dimension of the radius r 4 of the circular arc part C4 was set to W: r 1 : r 2 : r 3 : r 4 = 80: 1: 1.67: 2.33: 3.
As can be seen from FIGS. 9 and 10, the stress intensity factor of the mixed mode central oblique crack plate specimen P2 is within ± 10% of the theoretical value for both K I and K II , and good accuracy is obtained. It was verified that it had.
図１１は、本発明の第３の実施例に係る混合モードの片側縁斜き裂平板試験片Ｐ３を示す平面図である。
上記と同様に、混合モードの片側縁斜き裂平板試験片Ｐ３についても負荷実験を行った。その際、き裂角度は試験片軸方向から４５°とし試験片を製作した。製作した試験片の各部寸法は板幅（Ｗ）に対してＷ（板幅）：Ｌ（板長さ）：ａ（き裂長さ）：α（き裂幅）＝１：３．７５：０．３：０．００１６７とした。本発明の応力拡大係数測定用ひずみゲージを、き裂先端部に添着し、負荷実験を行いひずみ測定を行った。図１２は負荷実験より得られたひずみ値から算出した応力拡大係数ＫＩと理論値の比較結果を示すグラフである。図１３は負荷実験より得られたひずみ値から算出した応力拡大係数ＫＩＩと理論値の比較結果を示すグラフである。
ここで、算出した応力拡大係数ＫＩ、ＫＩＩとは、図１１の試験片Ｐ３において、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｄ）の出力ｅｏＧ１、ｅｏＧ２、ｅｏＧ３、ｅｏＧ４を用いて算出した場合（即ち、＋９０°〜−９０°の範囲）である。負荷実験に用いた応力拡大係数測定用ひずみゲージの第１の円弧部Ｃ１の半径ｒ１、第２の円弧部Ｃ２の半径ｒ２、第３の円弧部Ｃ３の半径ｒ３、そして第４の円弧部Ｃ４の半径ｒ４の寸法はＷ：ｒ１：ｒ２：ｒ３：ｒ４＝８０：１：１．６７：２．３３：３とした。
図１２、１３にて分かるように、混合モードの片側縁斜き裂平板試験片Ｐ３における応力拡大係数はＫＩ、ＫＩＩともに理論値に対して概ね±１０％の値を示した。
FIG. 11 is a plan view showing a mixed-mode one-sided edge cracked flat plate test piece P3 according to the third embodiment of the present invention.
In the same manner as described above, a load test was also performed on the mixed-mode one-sided edge cracked flat plate specimen P3. At that time, the crack angle was 45 ° from the direction of the specimen axis, and the specimen was manufactured. The dimensions of each part of the manufactured specimen are W (plate width): L (plate length): a (crack length): α (crack width) = 1: 3.75: 0 with respect to the plate width (W). .3: 0.00167. The strain gauge for measuring the stress intensity factor of the present invention was attached to the crack tip, and a load experiment was conducted to measure the strain. Figure 12 is a graph showing the comparison results of the stress intensity factor K I and the theoretical value calculated from the strain values obtained from load experiment. Figure 13 is a graph showing the comparison results of the stress intensity factor K II and the theoretical value calculated from the strain values obtained from load experiment.
Here, the calculated stress intensity factors K I and K II are the outputs e of FIGS. 5 (a), 5 (b), 5 (c), and 5 (d) in the test piece P3 of FIG. This is a case where calculation is performed using oG1 , e oG2 , e oG3 , and e oG4 (that is, a range of + 90 ° to −90 °). Radius r 1 of the first arc portion C1 of the stress intensity factor measurement strain gages used in the load experiment, the radius r 2 of the second circular arc portion C2, the radius r 3 of the third arcuate section C3, and the fourth The dimension of the radius r 4 of the circular arc part C4 was set to W: r 1 : r 2 : r 3 : r 4 = 80: 1: 1.67: 2.33: 3.
As can be seen from FIGS. 12 and 13, the stress intensity factor in the mixed-mode one-sided edge cracked flat plate test piece P3 is approximately ± 10% of the theoretical value for both K I and K II .
（ひずみ測定方法の原理）
以下では、上記の各実施の形態に係るホイートストンブリッジ回路を用いたひずみ測定方法の原理を説明する。
図１４は、一般的なホイーストンブリッジ回路を示す回路図である。
一般に、ひずみゲージによるひずみの測定には、図１４に示すようなホイーストンブリッジ回路を使用する。図１４に示すホイーストンブリッジ回路では、ホイーストンブリッジ回路の一辺を占める抵抗の１つを抵抗値Ｒｇのひずみゲージに置き換え、他の三辺を占める３つの抵抗の各々を抵抗値Ｒの固定抵抗とする。
ひずみゲージがひずみεを受けたときの抵抗値変化ΔＲｇとひずみεとの関係は数式（８）で表される。
(Principle of strain measurement method)
Hereinafter, the principle of the strain measurement method using the Wheatstone bridge circuit according to each of the above embodiments will be described.
FIG. 14 is a circuit diagram showing a general Wheatstone bridge circuit.
In general, a Wheatstone bridge circuit as shown in FIG. 14 is used for strain measurement by a strain gauge. In Wheatstone bridge circuit shown in FIG. 14, replacing one of the resistors occupying one side of the Wheatstone bridge circuit in strain gauge resistance R g, fixing each resistance value R of the three resistors occupying the other three sides Let it be resistance.
Relationship between the strain ε resistance change [Delta] R g when the strain gauge strain underwent ε is expressed by Equation (8).
ひずみゲージによる測定では、ホイートストンブリッジ回路に任意の印可電圧ｅｉ（Ｅ）を印加した時に、測定される出力電圧ｅｏと数式（９）とを用いて、該ひずみゲージが受けるひずみεを求める。
但し、図１４と上記数式において、
Ｒｇ：ひずみゲージの抵抗値、
ΔＲｇ：ひずみゲージの抵抗値変化量、
Ｋｓ：ひずみゲージのゲージ率、
ε：ひずみゲージの受けるひずみ、
ｅｉ（Ｅ）：ホイートストンブリッジ回路の印可電圧、ｅｏ：出力電圧、
Ｒ：固定抵抗の抵抗値、とする。
In the measurement with the strain gauge, when an arbitrary applied voltage e i (E) is applied to the Wheatstone bridge circuit, the strain ε subjected to the strain gauge is obtained using the measured output voltage eo and Equation (9). .
However, in FIG. 14 and the above formula,
R g : Strain gauge resistance value,
ΔR g : Strain gauge resistance value change amount,
K s : Strain gauge gauge factor,
ε: Strain strain
e i (E): applied voltage of Wheatstone bridge circuit, e o : output voltage,
R: Resistance value of the fixed resistor.
（応力拡大係数の計算方法）
以下では、上記の各実施形態に係るホイートストンブリッジ回路を用いた応力拡大係数の計算方法を説明する。
ひずみゲージグリッドＧ１〜Ｇ４で測定されたひずみεＧ１〜εＧ４を数式（６）、数式（１）に代入することで２種類の応力拡大係数を求める。
開口モードＩの応力拡大係数をＫＩ
とすると、下記（６）式：
(Stress intensity factor calculation method)
Below, the calculation method of the stress intensity | strength coefficient using the Wheatstone bridge circuit which concerns on each said embodiment is demonstrated.
Two types of stress intensity factors are obtained by substituting strains ε G1 to ε G4 measured by the strain gauge grids G1 to G4 into Equations (6) and (1).
The stress intensity factor of the opening mode I K I
Then, the following formula (6):
以下、測定値は、
εＧ１：第１のゲージグリッド部Ｇ１で測定されたひずみ、
εＧ２：第２のゲージグリッド部Ｇ２で測定されたひずみ、
εＧ３：第３のゲージグリッド部Ｇ３で測定されたひずみ、
εＧ４：第４のゲージグリッド部Ｇ４で測定されたひずみ、
のうち、εＧ１とεＧ２の２つ、または、εＧ１、εＧ２、εＧ３およびεＧ４の４つとする。
また、測定対象の材料で決まる定数には、
Ｆ１：開口モードの材料定数、
Ｊ１：せん断モードの材料定数、
が有る。
Below, the measured value is
ε G1 : strain measured by the first gauge grid part G1,
ε G2 : strain measured by the second gauge grid part G2,
ε G3 : strain measured by the third gauge grid part G3,
ε G4 : strain measured by the fourth gauge grid part G4,
Of these, ε G1 and ε G2 are two, or ε G1 , ε G2, ε G3, and ε G4 .
In addition, constants determined by the material to be measured include
F 1 : Material constant of aperture mode,
J 1 : Material constant of shear mode,
There is.
さらに、ゲージグリッドの形状で決まる定数には、
Ｑ１：ひずみゲージグリッドの形状定数１（式３）、
Ｑ２：ひずみゲージグリッドの形状定数２（式５）、
が有る。
In addition, constants determined by the shape of the gauge grid include
Q 1 : Strain gauge grid shape constant 1 (Formula 3),
Q 2 : Strain gauge grid shape constant 2 (Formula 5),
There is.
上記４つの測定値（εＧ１、εＧ２、εＧ３、εＧ４）と、測定対象の材料やひずみゲージグリッド形状によって予め決まっている上記４つの定数（Ｆ１、Ｊ１、Ｑ１、Ｑ２）を用いることで、２つのモードの応力拡大係数を求めることが可能である。
開口モードの材料定数Ｆ１は、縦弾性係数をＥとし、ポアソン比をνとして、式（７）で算出する。
The four measured values (ε G1 , ε G2 , ε G3 , ε G4 ) and the four constants (F 1 , J 1 , Q 1 , Q 2 ) determined in advance according to the material to be measured and the strain gauge grid shape. ) Can be used to determine the stress intensity factors for the two modes.
The material constant F 1 of the opening mode is calculated by Equation (7), where E is the longitudinal elastic modulus and ν is the Poisson's ratio.
ひずみゲージグリッドの形状定数１（Ｑ１）は、第１のゲージグリッド部Ｇ１と、第２のゲージグリッド部Ｇ２の第１、第２の円弧部Ｃ１、Ｃ２の軸中心Ｏからの半径をそれぞれｒ１、ｒ２とし、第３のゲージグリッド部Ｇ３と第４のゲージグリッド部Ｇ４の第３、第４の円弧部Ｃ３、Ｃ４の軸中心Ｏからの半径をそれぞれｒ３、ｒ４として、数式（３）で算出する。 The shape constant 1 (Q 1 ) of the strain gauge grid is the radius from the axis center O of the first gauge grid portion G1 and the first and second arc portions C1 and C2 of the second gauge grid portion G2, respectively. r 1 and r 2, and the radii from the axial center O of the third and fourth arc portions C3 and C4 of the third gauge grid portion G3 and the fourth gauge grid portion G4 are r 3 and r 4 , respectively. It calculates with Numerical formula (3).
（数式の導出）
図１５は、き裂先端から展開するｘｙ直行座標系を示す説明図である。
本発明のひずみゲージでは、開口モードＩとせん断モードＩＩの２つのモードを考える。
それぞれのモードを受ける材料のき裂先端周辺のひずみ分布式は、図１５に示すように、ｘｙの直行座標系において、一般にき裂先端からの距離ｒの級数展開式として与えられている。応力拡大係数は、ひずみ分布式の係数として現れる。
図１６は、き裂先端から展開するｒθ極座標系を示す説明図である。
本発明のひずみゲージでは、従前のゲージとは異なり、き裂先端を中心とした放射方向のひずみを測定するため、図１６に示すようにひずみ分布式の極座標変換を行う。
図１７は、本発明に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いてひずみ測定を行う場合の説明図である。
極座標変換を行ったひずみ分布の２項目までと、図１７に示す本発明に係るひずみゲージの形状とから、それぞれのモードでゲージグリッドが測定するひずみεG1〜εG4の算式は、開口モードＩでは数式（１０）〜数式（１３）、せん断モードＩＩでは数式（１４）〜（１７）となる。
(Derivation of mathematical formula)
FIG. 15 is an explanatory diagram showing an xy orthogonal coordinate system developed from the crack tip.
In the strain gauge of the present invention, two modes of an opening mode I and a shear mode II are considered.
As shown in FIG. 15, the strain distribution equation around the crack tip of the material subjected to each mode is generally given as a series expansion equation of the distance r from the crack tip in the xy orthogonal coordinate system. The stress intensity factor appears as a coefficient in the strain distribution equation.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing an rθ polar coordinate system developed from the crack tip.
In the strain gauge of the present invention, unlike the conventional gauge, in order to measure the strain in the radial direction around the crack tip, as shown in FIG.
FIG. 17 is an explanatory diagram when strain measurement is performed using the stress intensity factor measurement strain gauge according to the present invention.
From up to two items of the strain distribution subjected to polar coordinate conversion and the shape of the strain gauge according to the present invention shown in FIG. 17, the equations of strains ε G1 to ε G4 measured by the gauge grid in each mode are the opening mode I Then, Equations (10) to (13) are obtained, and Equations (14) to (17) are obtained in the shear mode II.
上式に示すとおり、Ｆ１、Ｊ１は、材料固有の縦弾性係数Ｅとポアソン比νによって決まる値であり、上述のとおり、Ｆ１を開口モードの材料定数、Ｊ１をせん断モードの材料定数と呼称する。
また、Ｑ１とＱ２は、ひずみゲージグリッドの形状によって決まる値であり、上述のとおり、Ｑ１をひずみゲージグリッドの形状定数１、Ｑ２をひずみゲージグリッドの形状定数２と呼称する。
Ｆ２、Ｂ０は、以下の導出で最終的に消去するため、詳細説明は省略する。
（開口モードＩとせん断モードＩＩとの重ね合わせ）
一般に、き裂は、開口モードＩとせん断モードＩＩとが合わさった混合モードとしてのひずみを受けると考えられるため、以下では、ひずみεＧ１〜εＧ４について、開口モードＩとせん断モードＩＩとの重ね合わせを行う場合を説明する。
この場合は、数式（１９）〜（２２）が得られる。
As shown in the above formula, F 1 and J 1 are values determined by the longitudinal elastic modulus E and Poisson's ratio ν inherent to the material. As described above, F 1 is the material constant of the opening mode, and J 1 is the material of the shear mode. Called a constant.
Q 1 and Q 2 are values determined by the shape of the strain gauge grid, and as described above, Q 1 is called the strain gauge grid shape constant 1 and Q 2 is called the strain gauge grid shape constant 2.
Since F 2 and B 0 are finally erased by the following derivation, detailed description is omitted.
(Overlapping of opening mode I and shear mode II)
In general, it is considered that a crack is subjected to strain as a mixed mode in which the opening mode I and the shear mode II are combined. Therefore, in the following description, for the strains ε G1 to ε G4 , the overlap of the opening mode I and the shear mode II is performed. The case where the alignment is performed will be described.
In this case, mathematical formulas (19) to (22) are obtained.
εＧ１＝Ｆ１ＫＩＱ１＋Ｆ２Ｂ０＋Ｊ１ＫＩＩＱ１ （１９）
εＧ２＝Ｆ１ＫＩＱ１＋Ｆ２Ｂ０−Ｊ１ＫＩＩＱ１ （２０）
εＧ３＝Ｆ１ＫＩＱ２＋Ｆ２Ｂ０＋Ｊ１ＫＩＩＱ２ （２１）
εＧ４＝Ｆ１ＫＩＱ２＋Ｆ２Ｂ０−Ｊ１ＫＩＩＱ２ （２２）
開口モードＩの応力拡大係数ＫＩは、数式演算で示すと、数式（１９）＋数式（２０）から、数式（２１）＋数式（２２）を引き算し、その結果をＫＩについて整理することで数式（６）のように得られる。
ε G1 = F 1 K I Q 1 + F 2
ε G2 = F 1 K I Q 1 + F 2 B 0 -J 1 K II Q 1 (20)
ε G3 = F 1 K I Q 2 + F 2
ε G4 = F 1 K I Q 2 + F 2 B 0 -J 1 K II Q 2 (22)
Stress intensity factor K I of opening mode I, when shown in a formula calculation, from the formula (19) + Formula (20), subtracting equation (21) + Formula (22), to organize the results for K I Is obtained as shown in Equation (6).
図１８に示す算出手順において、各処理ブロックでの演算は、付記の図面および数式を参照して行うものとする。
本発明は、上述し且つ図面に示した実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく、種々に変形して実施をすることができる。
例えば、軸中心Ｏから半径ｒ３、ｒ４よりも、さらに外側に半径ｒ５、ｒ６、ｒ７、ｒ８・・・等のように第６ゲージグリッド部、第７ゲージグリッド部をさらに増設するようにしてもよい。
In the calculation procedure shown in FIG. 18, the calculation in each processing block is performed with reference to the accompanying drawings and mathematical expressions.
The present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, a sixth gauge grid portion and a seventh gauge grid portion are further provided on the outer side of the radii r 3 and r 4 from the axial center O, such as radii r 5 , r 6 , r 7 , r 8. You may make it expand.
ＯＲ１ 第１の放射軸
ＯＲ２ 第２の放射軸
ＯＸ 基準軸
Ｏ 軸中心
Ｃ１ 第１の円弧部
Ｃ２ 第２の円弧部
Ｃ３ 第３の円弧部
Ｃ４ 第４の円弧部
Ｇ１〜Ｇ４ 第１〜第４のゲージブリッド部
Ｓ１〜Ｓ４ 第１〜第４のひずみゲージ
ｒ１〜ｒ４ 軸中心Ｏからの半径
Ｔ１−１、Ｔ１−２ 第１の接続端子
Ｔ２−１、Ｔ２−２ 第２の接続端子
Ｔ３−１、Ｔ３−２ 第３の接続端子
Ｔ４−１、Ｔ４−２ 第４の接続端子
Ｒ 固定抵抗
Ｐ１〜Ｐ３ 第１〜第３の試験片
OR1 first radial axis OR2 second radial axis OX reference axis O axis center C1 first circular arc portion C2 second circular arc portion C3 third circular arc portion C4 fourth circular arc portion G1 to G4 first to fourth gauge Brides portion S1~S4 first to fourth strain gauge r 1 ~r radius T1-1 from four axles center O, T1-2 first connection terminal T2-1, T2-2 second connection terminal T3-1, T3-2 Third connection terminal T4-1, T4-2 Fourth connection terminal R Fixed resistance P1-P3 First to third test pieces
Claims (7)
前記基準軸と前記第１および第２の放射軸と前記第１の円弧部と前記第２の円弧部とで囲まれる扇形状の第１および第２の領域内に形成され放射方向に受感部を有する第１および第２のゲージグリッド部と、
前記第１のゲージグリッド部の各端に接続された第１の一対の接続端子と、
前記第２のゲージグリッド部の各端に接続された第２の一対の接続端子と、
前記第１および第２のゲージグリッド部と前記第１および第２の接続端子が一体的に添着されてなる絶縁基板とからなる第１および第２のひずみゲージであって、
被測定対象物に生じた亀裂先端部に前記軸中心を合致させると共に前記亀裂部の方向と前記基準軸とを合致させて前記絶縁基板を前記被測定対象物に添着し、前記亀裂回りのひずみを測定し、応力拡大係数を算出し得るように構成したことを特徴とする応力拡大係数測定用ひずみゲージ。 A reference axis extending in the radial direction from the axis center; a first arc portion and a second arc portion having different radii from the axis center; and first and second extending in the radial direction at a predetermined angle with the reference axis as symmetrical. When imagining two radial axes,
Sensitive to the radial direction formed in the fan-shaped first and second regions surrounded by the reference axis, the first and second radial axes, the first arc portion, and the second arc portion. First and second gauge grid portions having portions;
A first pair of connection terminals connected to each end of the first gauge grid portion;
A second pair of connection terminals connected to each end of the second gauge grid portion;
1st and 2nd strain gauges comprising the first and second gauge grid portions and an insulating substrate to which the first and second connection terminals are integrally attached,
The center of the axis is matched with the crack tip generated in the object to be measured and the direction of the crack is matched with the reference axis to attach the insulating substrate to the object to be measured, and the strain around the crack A strain gauge for measuring the stress intensity factor, characterized in that the stress intensity factor can be calculated.
前記基準軸と前記第１および第２の放射軸と、前記第１の円弧部と前記第２の円弧部とで囲まれる扇形状の第１および第２の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第１および第２のゲージグリッド部と、
前記基準軸と前記第１および第２の放射軸と、前記第３の円弧部と前記第４の円弧部とで囲まれる扇形状の第３および第４の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第３および第４のゲージグリッド部と、
前記第１のゲージグリッド部の各端に接続された第１の一対の接続端子と、
前記第２のゲージグリッド部の各端に接続された第２の一対の接続端子と、
前記第３のゲージグリッド部の各端と接続された第３の一対の接続端子と、
前記第４のゲージグリッド部の各端と接続された第４の一対の接続端子と、
前記第１および第２のゲージグリッド部並びに前記第３および第４のゲージグリッド部と、前記第１および第２の接続端子並びに前記第３および第４の接続端子が一体的に添着されてなる絶縁基板とからなるひずみゲージであって、
被測定対象物に生じた亀裂先端部に前記軸中心を合致させると共に前記亀裂部の方向と前記基準軸とを合致させて前記絶縁基板を前記被測定対象物に添着し、前記亀裂回りのひずみを測定し、応力拡大係数を算出し得るように構成したことを特徴とする応力拡大係数測定用ひずみゲージ。 A reference axis extending in a radial direction from the axis center; a first arc part having a radius different from the axis center; a second arc part having a radius different from the axis center; and a position spaced apart from the first and second arc parts by a predetermined distance; When imagining a third arc part and a fourth arc part having different radii from the axis center and the first and second radial axes extending in the radial direction at a predetermined angle with respect to the reference axis,
Radiation directions are formed in the fan-shaped first and second regions surrounded by the reference axis, the first and second radial axes, the first arc portion, and the second arc portion, respectively. First and second gauge grid portions having a sensing portion;
Radiation directions are formed in the sector-shaped third and fourth regions surrounded by the reference axis, the first and second radial axes, the third arc portion, and the fourth arc portion, respectively. Third and fourth gauge grid parts having a sensing part;
A first pair of connection terminals connected to each end of the first gauge grid portion;
A second pair of connection terminals connected to each end of the second gauge grid portion;
A third pair of connection terminals connected to each end of the third gauge grid portion;
A fourth pair of connection terminals connected to each end of the fourth gauge grid portion;
The first and second gauge grid portions, the third and fourth gauge grid portions, the first and second connection terminals, and the third and fourth connection terminals are integrally attached. A strain gauge comprising an insulating substrate,
The center of the axis is matched with the crack tip generated in the object to be measured and the direction of the crack is matched with the reference axis to attach the insulating substrate to the object to be measured, and the strain around the crack A strain gauge for measuring the stress intensity factor, characterized in that the stress intensity factor can be calculated.
前記ホイートストンブリッジ回路の各入力端にブリッジ電圧を印加したとき、各出力端から出力される電圧をひずみ測定器で測定したときの前記第１のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ１、前記第２のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ２、せん断モードの材料定数をＪ１、前記第１および第２のゲージグリッドの第１の形状定数をＱ１として、せん断モードの応力拡大係数ＫＩＩが、
下記の条件式（１）：
但し、前記せん断モードの材料定数Ｊ１は、縦弾性係数をＥ、ポアッソン比をνとして、下記条件式（２）で与えられる定数であり、
前記第１および第２の円弧部の半径をｒ１およびｒ２として、
下記条件式（３）で与えられる定数である。
When a bridge voltage is applied to each input terminal of the Wheatstone bridge circuit, a strain measured by the first gauge grid when a voltage output from each output terminal is measured by a strain measuring instrument is represented by ε G1 , The strain intensity measured in the second gauge grid is ε G2 , the shear mode material constant is J 1, and the first shape constant of the first and second gauge grids is Q 1. K II
Conditional formula (1) below:
However, the material constant J 1 of the shear mode is a constant given by the following conditional expression (2), where E is the longitudinal elastic modulus and ν is the Poisson's ratio.
The radii of the first and second arc portions are r 1 and r 2 ,
It is a constant given by the following conditional expression (3).
前記ホイートストンブリッジ回路の各入力端にブリッジ電圧を印加したとき、各出力端から出力される電圧をひずみ測定器で測定したときの前記第１のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ１、前記第２のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ２、前記第３のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ３、前記第４のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ４、せん断モードの材料定数をＪ１、前記第１および第２のゲージグリッドの第１の形状定数をＱ１、前記第３および第４のゲージグリッド部の第２の形状定数をＱ２として、せん断モードの応力拡大係数ＫＩＩが、
下記の条件式（４）：
但し、前記せん断モードの材料定数Ｊ１は、縦弾性係数をＥ、ポアッソン比をνとして、下記条件式（２）で与えられる定数であり、
前記第１および第２の円弧部の半径をｒ１およびｒ２として、
下記条件式（３）で与えられる定数であり、
When a bridge voltage is applied to each input terminal of the Wheatstone bridge circuit, a strain measured by the first gauge grid when a voltage output from each output terminal is measured by a strain measuring instrument is represented by ε G1 , The strain measured at the second gauge grid is ε G2 , the strain measured at the third gauge grid is ε G3 , the strain measured at the fourth gauge grid is ε G4 , and the shear mode the material constants J 1, above for Q 1 in the first shape constant of the first and second gauge grid, said third and second configuration constants of the fourth gauge grid section as Q 2, stress shear mode intensity factor K II is,
Conditional expression (4) below:
However, the material constant J 1 of the shear mode is a constant given by the following conditional expression (2), where E is the longitudinal elastic modulus and ν is the Poisson's ratio.
The radii of the first and second arc portions are r 1 and r 2 ,
It is a constant given by the following conditional expression (3),
各前記ホイートストンブリッジの入力端にブリッジ電圧を印加したとき、出力端から出力される電圧をひずみ測定器で測定したときの前記第１〜前記第４のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ１〜εＧ４、開口モードの材料定数をＦ１、前記ゲージグリッドの第１および第２の形状定数をＱ１およびＱ２として、開口モードの応力拡大係数ＫＩが、
下記の条件式（６）：
但し、前記開口モードの材料定数Ｆ１は、縦弾性係数をＥ、ポアッソン比をνとして、下記条件式（７）で与えられる定数であり、
前記第１および第２の円弧部の半径をｒ１およびｒ２として、
前記条件式（３）で与えられる定数であり、
前記第３および第４の円弧部の半径をｒ３およびｒ４として、前記条件式（５）で与えられる定数である。 A strain gauge according to claim 3 is inserted into one side, and a fixed resistor is inserted into the other three sides to form four sets of Wheatstone bridges,
When a bridge voltage is applied to the input end of each Wheatstone bridge, the strain measured by the first to fourth gauge grids when the voltage output from the output end is measured with a strain measuring instrument is represented by ε G1 ~ε G4, F 1 the material constant of the opening mode, the first and second shape constant of the gage grid as Q 1 and Q 2, the stress intensity factor K I of the opening mode,
Conditional formula (6) below:
However, the material constant F 1 of the opening mode is a constant given by the following conditional expression (7), where E is the longitudinal elastic modulus and ν is the Poisson's ratio.
The radii of the first and second arc portions are r 1 and r 2 ,
A constant given by the conditional expression (3),
The constants are given by the conditional expression (5), where r 3 and r 4 are radii of the third and fourth arc portions.
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