JP2018036191A - Fatigue testing device and fatigue testing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fatigue testing device capable of measuring axial force fatigue characteristics by suppressing application of torsional stress to a test piece.SOLUTION: A fatigue testing device 1, which measures fatigue characteristics of a test piece S, comprises: a cylinder 11 including a piston rod 112 that moves along the axial direction thereof; a chuck 12 that is fixed to an end of the piston rod 112 and grips the test piece S; a guide shaft 211 that extends parallel to the axial direction of the piston rod 112; a bearing 212 that slides with the guide shaft 211; and a connection member 22 that is fixed to at least one of the piston rod 112 and the chuck 12, and to the bearing 212.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、疲労試験装置及び疲労試験方法に関し、より詳しくは、特に薄板試験片の軸力疲労特性を測定することができる疲労試験装置及び疲労試験方法に関する。   The present invention relates to a fatigue test apparatus and a fatigue test method, and more particularly to a fatigue test apparatus and a fatigue test method capable of measuring axial force fatigue characteristics of a thin plate specimen.

構造部材として使用される鋼材料に必要とされる特性として、疲労強度がある。構造材料の中でも、特に自動車足回り部材で使用されるホイールは、薄板鋼板から制作され、タイヤの回転時に両振り繰返し負荷を受ける。このため、ホイールに用いられる薄板鋼板には完全両振りの軸力疲労特性が要求される。しかし、薄板鋼板の軸力疲労試験は試験片のねじりや座屈の影響を受けるため、正しい試験を行うことが難しく、曲げ試験しかできない。   Fatigue strength is a characteristic required for steel materials used as structural members. Among structural materials, especially wheels used for automobile underbody members are manufactured from thin steel plates and are subjected to repeated swinging loads when the tire rotates. For this reason, the thin steel plate used for the wheel is required to have a complete double swing axial force fatigue characteristic. However, since the axial force fatigue test of a thin steel plate is affected by the torsion and buckling of the test piece, it is difficult to perform a correct test and only a bending test can be performed.

特開昭62−28637号公報には、供試材に曲げやねじりを加えず、かつ供試材を小径の素材から得られるようにした供試材つかみ具が開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 62-28637 discloses a specimen gripping tool in which the specimen is not bent or twisted and the specimen is obtained from a material having a small diameter.

特開2012−149943号公報には、一対のつかみ具によって把持された試験片に対して、引張・圧縮試験及びねじり試験を行う材料試験機が記載されている。この材料試験機は、一対の油圧シリンダが接続されたクロスヘッドを備えている。クロスヘッドには、軸心調整装置やロードセルを介して、試験片の上端を保持する上つかみ具が配置されている。同公報には、一対の油圧シリンダを伸縮させてクロスヘッドを昇降させることにより、試験片に引張・圧縮負荷を加えることが記載されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-149943 describes a material testing machine that performs a tensile / compression test and a torsion test on a test piece held by a pair of grips. This material testing machine includes a crosshead to which a pair of hydraulic cylinders are connected. An upper grip for holding the upper end of the test piece is disposed on the cross head via an axis adjusting device or a load cell. The publication describes that a tensile / compressive load is applied to a test piece by moving a pair of hydraulic cylinders up and down to raise and lower a crosshead.

特開昭60−228051号公報には、一対の爪の拡縮動に伴ってワークを脱着するつかみ装置が記載されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-228051 describes a gripping device that attaches and detaches a workpiece as a pair of claws expand and contract.

特開昭62−28637号公報JP-A-62-28637 特開2012−149943号公報JP 2012-149943 A 特開昭60−228051号公報Japanese Patent Laid-Open No. 60-228051

G. Sine, "Behavior of Metals Under Complex static and Alternating Stresses", in Metal Fatigue, G. Sine and J. L. Waisman (Eds.), McGraw-Hill, New York, 1959, pp.145-169G. Sine, "Behavior of Metals Under Complex static and Alternating Stresses", in Metal Fatigue, G. Sine and J. L. Waisman (Eds.), McGraw-Hill, New York, 1959, pp.145-169

一般的な軸力疲労試験装置は、試験片の両端部を把持し、一方の端部を油圧シリンダで上下運動させて、軸方向に繰返し負荷を加える。油圧シリンダは、摩擦抵抗を生じないように、シリンダチューブに対してピストンロッドが軸方向のまわりに回転するように設計されている。ピストンロッドが回転すると、試験片にねじり応力が加わる。   A typical axial fatigue testing apparatus grips both ends of a test piece, moves one end up and down with a hydraulic cylinder, and repeatedly applies a load in the axial direction. The hydraulic cylinder is designed so that the piston rod rotates about the axial direction with respect to the cylinder tube so as not to cause frictional resistance. When the piston rod rotates, a torsional stress is applied to the test piece.

曲げ疲労試験において、静的なねじり応力が降伏応力以上になると疲労強度が低下することが知られている(G. Sine, "Behavior of Metals Under Complex static and Alternating Stresses", in Metal Fatigue, G. Sine and J. L. Waisman (Eds.), McGraw-Hill, New York, 1959, pp.145-169)。軸力疲労試験においても、試験片に加わる静的なねじり応力を降伏応力よりも小さくする必要がある。   In bending fatigue tests, it is known that fatigue strength decreases when the static torsional stress exceeds the yield stress (G. Sine, "Behavior of Metals Under Complex static and Alternating Stresses", in Metal Fatigue, G. Sine and JL Waisman (Eds.), McGraw-Hill, New York, 1959, pp.145-169). Even in the axial fatigue test, it is necessary to make the static torsional stress applied to the specimen smaller than the yield stress.

丸棒や厚板の試験片を用いた測定では、試験片に十分なねじり剛性があるため、ねじり応力による影響は比較的小さい。しかし、薄板試験片を用いた測定では、板厚の減少に伴うねじり剛性の低下が顕著になる。   In the measurement using a round bar or a thick specimen, the influence of the torsional stress is relatively small because the specimen has sufficient torsional rigidity. However, in the measurement using a thin plate test piece, the decrease in torsional rigidity accompanying a decrease in the plate thickness becomes significant.

具体的には、板中央部に発生する最大せん断応力τmaxは、下記の式で表される。 Specifically, the maximum shear stress τ max generated in the center portion of the plate is expressed by the following formula.

Figure 2018036191
Figure 2018036191

ここで、Mは負荷トルク、bは板幅、hは板厚である。ξは寸法によって変化する係数で、b/hが1〜∞のときに0.208〜0.333の値をとる。このとき、ねじり剛性はξbhで表されhに比例するため、板厚が減少すると剛性が低下する。剛性が低下すると、最大せん断応力が高くなり、試験片がねじり変形によって降伏しやすくなる。 Here, M t is the load torque, b is the plate width, and h is the plate thickness. ξ is a coefficient that varies depending on dimensions, and takes a value of 0.208 to 0.333 when b / h is 1 to ∞. At this time, the torsional rigidity is expressed by ξbh 2 and is proportional to h 2 , so that the rigidity decreases as the plate thickness decreases. When the rigidity is lowered, the maximum shear stress is increased, and the test piece is easily yielded by torsional deformation.

特開昭62−28637号公報は供試材つかみ具(チャック)に関するものであり、シリンダ(ピストンロッド)の回転に起因するねじりを防ぐことはできない。   Japanese Patent Laid-Open No. 62-28637 relates to a specimen gripper (chuck) and cannot prevent torsion caused by rotation of a cylinder (piston rod).

特開2012−149943号公報は、引張・圧縮試験に関するものである。同公報には、一対の油圧シリンダを伸縮させてクロスヘッドを昇降させることで、試験片に引張・圧縮応力を加えると記載されている。しかし、疲労試験では均等な応力を加えることが要求されるため、一対の油圧シリンダを用いるこの方法は、疲労試験には適さない。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-149943 relates to a tensile / compression test. The publication describes that a tensile and compressive stress is applied to a test piece by moving a pair of hydraulic cylinders up and down to raise and lower a crosshead. However, since a uniform stress is required in the fatigue test, this method using a pair of hydraulic cylinders is not suitable for the fatigue test.

本発明の目的は、試験片にねじり応力が加わるのを抑制して、軸力疲労特性を測定することができる疲労試験装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a fatigue test apparatus capable of measuring axial force fatigue characteristics while suppressing torsional stress from being applied to a test piece.

本発明の一実施形態による疲労試験装置は、試験片の疲労特性を測定する疲労試験装置であって、軸方向に沿って移動するピストンロッドを含むシリンダと、前記ピストンロッドの端部に固定され、前記試験片を把持するチャックと、前記ピストンロッドの軸方向と平行に延びるガイド軸と、前記ガイド軸と摺動する軸受けと、前記ピストンロッド及び前記チャックの少なくとも一方、並びに前記軸受けに固定された連結部材とを備える。   A fatigue test apparatus according to an embodiment of the present invention is a fatigue test apparatus for measuring the fatigue characteristics of a test piece, and is fixed to an end of the piston rod and a cylinder including a piston rod that moves along an axial direction. A chuck for gripping the test piece, a guide shaft extending in parallel with the axial direction of the piston rod, a bearing sliding with the guide shaft, at least one of the piston rod and the chuck, and fixed to the bearing. A connecting member.

本発明によれば、試験片にねじり応力が加わるのを抑制して、軸力疲労特性を測定することができる。   According to the present invention, it is possible to measure axial force fatigue characteristics while suppressing torsional stress from being applied to the test piece.

図1は、本発明の第1の実施形態による疲労試験装置の構成を示す正面図である。FIG. 1 is a front view showing a configuration of a fatigue test apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図2は、図1の疲労試験装置の構成から、回転抑制治具を抜き出して示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a rotation suppression jig extracted from the configuration of the fatigue test apparatus of FIG. 図3は、図1の疲労試験装置のピストンロッド、チャック、連結部材、及び軸受けが移動した状態を示す正面図である。FIG. 3 is a front view showing a state in which the piston rod, chuck, connecting member, and bearing of the fatigue test apparatus of FIG. 1 have moved. 図4は、本発明の第2の実施形態による疲労試験装置の構成を示す正面図である。FIG. 4 is a front view showing the configuration of the fatigue test apparatus according to the second embodiment of the present invention. 図5は、面外変形防止治具の構成を示す分解斜視図である。FIG. 5 is an exploded perspective view showing the configuration of the out-of-plane deformation preventing jig. 図6は、実施例で作製した試験片の寸法を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the dimensions of the test pieces produced in the examples. 図7は、実施例の疲労試験によって得られたS−N線図である。FIG. 7 is a SN diagram obtained by the fatigue test of the example.

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態による疲労試験装置1の構成を示す正面図である。疲労試験装置1は、シリンダ11、チャック12及び13、ロードセル14、クロスヘッド15、一対の支柱16、並びに回転抑制治具20を備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a front view showing a configuration of a fatigue test apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention. The fatigue test apparatus 1 includes a cylinder 11, chucks 12 and 13, a load cell 14, a crosshead 15, a pair of struts 16, and a rotation suppression jig 20.

シリンダ11は、シリンダチューブ111及びピストンロッド112を備えている。シリンダ11は、シリンダチューブ111に供給される作動流体によって、ピストンロッド112を軸方向に移動させることができる。シリンダ11は、例えば油圧シリンダである。ピストンロッド112の移動方向は通常、鉛直方向である。   The cylinder 11 includes a cylinder tube 111 and a piston rod 112. The cylinder 11 can move the piston rod 112 in the axial direction by the working fluid supplied to the cylinder tube 111. The cylinder 11 is, for example, a hydraulic cylinder. The moving direction of the piston rod 112 is usually the vertical direction.

チャック12及び13は、試験片Sを把持する。チャック12は、ピストンロッド112に固定されている。ピストンロッド112が移動すると、これに伴ってチャック12も移動する。一方、チャック13は、ロードセル14を介してクロスヘッド15に固定されている。この構成によれば、ピストンロッド112を移動させることで、試験片Sに引張応力又は圧縮応力を加えることができる。また、ロードセル14によって、試験片Sに加わる荷重を測定することができる。   The chucks 12 and 13 hold the test piece S. The chuck 12 is fixed to the piston rod 112. When the piston rod 112 moves, the chuck 12 moves accordingly. On the other hand, the chuck 13 is fixed to the cross head 15 via the load cell 14. According to this configuration, the tensile stress or the compressive stress can be applied to the test piece S by moving the piston rod 112. Further, the load applied to the test piece S can be measured by the load cell 14.

チャック12及び13には、任意の機構を用いることができる。軸力疲労試験では、試験片Sの軸方向とピストンロッド112の軸方向とを平行にすることが好ましい。試験片Sが薄板試験片である場合、試験片Sの厚さ方向とピストンロッド112の軸方向とを垂直にすることが好ましい。チャック12及び13は、そのような軸心の調整機構を備えていることが好ましい。チャック12及び13は、例えばコレットチャックであり、より好ましくは油圧式のコレットチャックである。   Any mechanism can be used for the chucks 12 and 13. In the axial force fatigue test, the axial direction of the test piece S and the axial direction of the piston rod 112 are preferably made parallel. When the test piece S is a thin plate test piece, the thickness direction of the test piece S and the axial direction of the piston rod 112 are preferably perpendicular. The chucks 12 and 13 preferably have such an axis adjustment mechanism. The chucks 12 and 13 are, for example, collet chucks, and more preferably hydraulic collet chucks.

クロスヘッド15は、一対の支柱16に固定されている。クロスヘッド15の位置を変えることで、チャック12とチャック13との距離を調整することができる。この構成によれば、大きさの異なる試験片を測定することができる。   The cross head 15 is fixed to a pair of support columns 16. By changing the position of the cross head 15, the distance between the chuck 12 and the chuck 13 can be adjusted. According to this configuration, test pieces having different sizes can be measured.

回転抑制治具20は、チャック12がピストンロッド112の軸方向のまわりに回転するのを抑制する。図2は、疲労試験装置1の構成から、回転抑制治具20を抜き出して示す斜視図である。回転抑制治具20は、スライドレール21、連結部材22、及び固定部材23を備えている。   The rotation suppression jig 20 suppresses the chuck 12 from rotating around the axial direction of the piston rod 112. FIG. 2 is a perspective view showing the rotation suppression jig 20 extracted from the configuration of the fatigue test apparatus 1. The rotation suppression jig 20 includes a slide rail 21, a connecting member 22, and a fixing member 23.

スライドレール21は、ガイド軸211及び軸受け212を備えている。ガイド軸211は、シリンダ11(図1)のピストンロッド112の軸方向と平行に配置されている。軸受け212は、ガイド軸211と摺動し、ガイド軸211に沿って移動する。軸受け212は、例えばボールベアリングである。   The slide rail 21 includes a guide shaft 211 and a bearing 212. The guide shaft 211 is disposed parallel to the axial direction of the piston rod 112 of the cylinder 11 (FIG. 1). The bearing 212 slides with the guide shaft 211 and moves along the guide shaft 211. The bearing 212 is a ball bearing, for example.

連結部材22は、チャック12(図1)及び軸受け212に固定されている。   The connecting member 22 is fixed to the chuck 12 (FIG. 1) and the bearing 212.

連結部材22は、より具体的には、第1部材221、第2部材222、及び第3部材223を備えている。第2部材222及び第3部材223は、チャック12(図1)を両側から挟むことができるように形成されている。第2部材222及び第3部材223には、両部材を貫通するネジ穴が設けられている。このネジ穴にネジ225を通すことで、第2部材222と第3部材223とが締結されるとともに、両部材が第1部材221に固定される。   More specifically, the connecting member 22 includes a first member 221, a second member 222, and a third member 223. The second member 222 and the third member 223 are formed so that the chuck 12 (FIG. 1) can be sandwiched from both sides. The second member 222 and the third member 223 are provided with screw holes that penetrate both members. By passing the screw 225 through the screw hole, the second member 222 and the third member 223 are fastened, and both members are fixed to the first member 221.

連結部材22は、第2部材222と第3部材223との隙間の内側でチャック12(図1)が動いたり、滑ったりしないように、チャック12を強固に固定できることが好ましい。そのため例えば、第2部材222及び/又は第3部材223の内周面にキー溝22aを設けて、チャック12との間にキーを配置し、チャック12が連結部材22に対して相対的に回転しないようにしてもよい。   It is preferable that the coupling member 22 can firmly fix the chuck 12 so that the chuck 12 (FIG. 1) does not move or slide inside the gap between the second member 222 and the third member 223. Therefore, for example, a key groove 22a is provided on the inner peripheral surface of the second member 222 and / or the third member 223, and a key is disposed between the chuck 12 and the chuck 12 rotates relative to the connecting member 22. You may make it not.

連結部材22の他方の端部は、軸受け212に固定されている。この構成によって、連結部材22は、ガイド軸211に沿って軸受け212と一体的に移動する。上述のとおり、連結部材22はチャック12(図1)とも固定されており、チャック12はピストンロッド112(図1)とも固定されている。そのため、軸受け212、連結部材22、チャック12、及びピストンロッド112は、すべて連動して一体的に移動する。   The other end of the connecting member 22 is fixed to the bearing 212. With this configuration, the connecting member 22 moves integrally with the bearing 212 along the guide shaft 211. As described above, the connecting member 22 is also fixed to the chuck 12 (FIG. 1), and the chuck 12 is also fixed to the piston rod 112 (FIG. 1). Therefore, the bearing 212, the connecting member 22, the chuck 12, and the piston rod 112 all move together in an integrated manner.

固定部材23は、スライドレール21を支柱16(図1)に固定する。固定部材23の一方の端部は、スライドレール21のガイド軸211に固定されている。固定部材23の他方の端部は、支柱16に固定できるように構成されている。具体的には、固定部材23は、第1部材231及び第2部材232を備え、第1部材231及び第2部材232が支柱16を挟むことができるように形成されている。第1部材231と第2部材232とは、ネジ235によって締結され、支柱16に固定される。   The fixing member 23 fixes the slide rail 21 to the support 16 (FIG. 1). One end of the fixing member 23 is fixed to the guide shaft 211 of the slide rail 21. The other end of the fixing member 23 is configured to be fixed to the column 16. Specifically, the fixing member 23 includes a first member 231 and a second member 232, and is formed so that the first member 231 and the second member 232 can sandwich the support column 16. The first member 231 and the second member 232 are fastened by screws 235 and fixed to the column 16.

[疲労試験方法及び疲労試験装置1の効果]
図1を参照して、疲労試験装置1を用いた疲労試験方法を説明する。チャック12及び13によって試験片Sを把持した状態で、シリンダ11のピストンロッド112を所定の振幅及び振動数で往復運動させる。これによって、試験片Sに繰返し負荷が加えられる。疲労試験装置1によれば、所定のサイクル数で試験片Sが破断するかどうかを確認したり、試験片Sが破断するまでのサイクル数を測定したりすることができる。
[Effects of fatigue test method and fatigue test apparatus 1]
A fatigue test method using the fatigue test apparatus 1 will be described with reference to FIG. While the test piece S is gripped by the chucks 12 and 13, the piston rod 112 of the cylinder 11 is reciprocated at a predetermined amplitude and frequency. As a result, a load is repeatedly applied to the test piece S. According to the fatigue test apparatus 1, it is possible to confirm whether or not the test piece S is broken at a predetermined number of cycles, or to measure the number of cycles until the test piece S is broken.

疲労試験装置1は、回転抑制治具20を備えている。回転抑制治具20は、チャック12が回転するのを抑制する。この構成によれば、試験片Sにねじり応力が加わるのを抑制して、軸力疲労特性を測定することができる。   The fatigue test apparatus 1 includes a rotation suppression jig 20. The rotation restraining jig 20 restrains the chuck 12 from rotating. According to this configuration, it is possible to measure axial force fatigue characteristics while suppressing torsional stress from being applied to the test piece S.

回転抑制治具20によってチャック12の回転が抑制される理由は、以下のとおりである。まず、ピストンロッド112が軸方向のまわりに回転しようすると、ピストンロッド112の端部に固定されたチャック12、及びチャック12に固定された連結部材22も、ピストンロッド112の軸方向のまわりに回転しようとする。   The reason why the rotation of the chuck 12 is suppressed by the rotation suppression jig 20 is as follows. First, when the piston rod 112 tries to rotate about the axial direction, the chuck 12 fixed to the end of the piston rod 112 and the connecting member 22 fixed to the chuck 12 also rotate about the axial direction of the piston rod 112. try to.

ピストンロッド112の軸方向は、ガイド軸211の軸方向と平行である。そのため、ピストンロッド112が軸方向のまわりに回転しようとすることで軸受け212に加わる力は、常にガイド軸211の軸方向と垂直である。軸受け212は、ガイド軸211の軸方向と垂直な方向には移動することができない。そのため、連結部材22は回転することができず、連結部材22に固定されたチャック12も回転することができない。これによって、チャック12の回転を抑制することができる。   The axial direction of the piston rod 112 is parallel to the axial direction of the guide shaft 211. Therefore, the force applied to the bearing 212 when the piston rod 112 tries to rotate around the axial direction is always perpendicular to the axial direction of the guide shaft 211. The bearing 212 cannot move in a direction perpendicular to the axial direction of the guide shaft 211. Therefore, the connecting member 22 cannot rotate, and the chuck 12 fixed to the connecting member 22 cannot rotate. Thereby, rotation of the chuck 12 can be suppressed.

一方、ピストンロッド112が軸方向に沿って移動する際には、図3に示すように、ピストンロッド112、チャック12、連結部材22、及び軸受け212が、すべて連動して一体的に移動する。そのため、ピストンロッド112の軸方向のストロークを確保したまま、チャック12の回転だけを抑制することができる。   On the other hand, when the piston rod 112 moves along the axial direction, as shown in FIG. 3, the piston rod 112, the chuck 12, the connecting member 22, and the bearing 212 all move together in an integrated manner. Therefore, only the rotation of the chuck 12 can be suppressed while the axial stroke of the piston rod 112 is secured.

なお、ピストンロッド112が回転しようとすることで軸受け212に加わる力は、ピストンロッド112とガイド軸211との距離に比例して小さくなる。そのため、軸受け212からガイド軸211に加わるラジアル荷重を小さくすることができる。この構成によれば、軸受け212がガイド軸211に沿って移動する際、ラジアル荷重によってガイド軸211と軸受け212との間の摩擦抵抗が増加するのを抑制することができる。   Note that the force applied to the bearing 212 due to the rotation of the piston rod 112 decreases in proportion to the distance between the piston rod 112 and the guide shaft 211. Therefore, the radial load applied from the bearing 212 to the guide shaft 211 can be reduced. According to this configuration, when the bearing 212 moves along the guide shaft 211, it is possible to suppress an increase in the frictional resistance between the guide shaft 211 and the bearing 212 due to the radial load.

以上、疲労試験装置1の構成、疲労試験装置1を用いた疲労試験方法、及び疲労試験装置1の効果について説明した。本実施形態によれば、試験片Sにねじり応力が加わるのを抑制して、軸力疲労特性を測定することができる。前述のとおり、試験片の厚さが薄くなるほどねじり剛性が低下し、ねじり応力の影響が大きくなる。そのため、本実施形態による疲労試験方法は、薄板試験片の疲労試験に好適に用いることができる。特に、試験片が厚さ3mm以下の板状試験片であって、厚さに対する幅の比率が3以上である場合に好適に用いることができる。   In the above, the structure of the fatigue test apparatus 1, the fatigue test method using the fatigue test apparatus 1, and the effect of the fatigue test apparatus 1 were demonstrated. According to the present embodiment, it is possible to measure axial force fatigue characteristics while suppressing torsional stress from being applied to the test piece S. As described above, the torsional rigidity decreases as the thickness of the test piece decreases, and the influence of torsional stress increases. Therefore, the fatigue test method according to the present embodiment can be suitably used for the fatigue test of a thin plate test piece. In particular, it can be suitably used when the test piece is a plate-like test piece having a thickness of 3 mm or less and the ratio of the width to the thickness is 3 or more.

上記の実施形態では、連結部材22がチャック12に固定されている場合を説明した。しかし、連結部材22は、ピストンロッド112に固定されていてもよい。チャック12はピストンロッド112に固定されているため、ピストンロッド112の回転を抑制することで、チャック12の回転も抑制することができる。また、連結部材22は、ピストンロッド112及びチャック12の両方に固定されていてもよい。   In the above embodiment, the case where the connecting member 22 is fixed to the chuck 12 has been described. However, the connecting member 22 may be fixed to the piston rod 112. Since the chuck 12 is fixed to the piston rod 112, the rotation of the chuck 12 can be suppressed by suppressing the rotation of the piston rod 112. Further, the connecting member 22 may be fixed to both the piston rod 112 and the chuck 12.

上記の実施形態では、連結部材22が第1部材221、第2部材222、及び第3部材223を備え、第2部材222と第3部材223とがネジ225で締結されることによって、チャック12に固定される構成を説明した。しかし、チャック12及びピストンロッド112の少なくとも一方と、連結部材22とを固定する方法は、これに限定されない。例えば、チャック12及びピストンロッド112の少なくとも一方と連結部材22とは、バネで固定してもよい。また、連結部材22は、単一の部品から構成されていてもよい。   In the above embodiment, the connecting member 22 includes the first member 221, the second member 222, and the third member 223, and the second member 222 and the third member 223 are fastened with the screw 225, thereby the chuck 12. The configuration fixed to the above has been described. However, the method of fixing at least one of the chuck 12 and the piston rod 112 and the connecting member 22 is not limited to this. For example, at least one of the chuck 12 and the piston rod 112 and the connecting member 22 may be fixed by a spring. Moreover, the connection member 22 may be comprised from the single component.

上記の実施形態では、連結部材22を板状に図示した。しかし、連結部材22の形状は任意である。連結部材22は、チャック12及びピストンロッド112の少なくとも一方、並びに軸受け212に固定されていればよい。   In the above embodiment, the connecting member 22 is illustrated in a plate shape. However, the shape of the connecting member 22 is arbitrary. The connecting member 22 only needs to be fixed to at least one of the chuck 12 and the piston rod 112 and the bearing 212.

上記の実施形態では、スライドレール21が固定部材23によって支柱16に固定されている構成を説明した。この構成によれば、回転抑制治具20の着脱を容易にできる。しかし、スライドレール21を固定するための構成は限定されない。例えば、スライドレール21をネジなどで直接、疲労試験装置1に固定してもよい。   In the above embodiment, the configuration in which the slide rail 21 is fixed to the support column 16 by the fixing member 23 has been described. According to this configuration, the rotation suppressing jig 20 can be easily attached and detached. However, the configuration for fixing the slide rail 21 is not limited. For example, the slide rail 21 may be directly fixed to the fatigue test apparatus 1 with a screw or the like.

[第2の実施形態]
図4は、本発明の第2の実施形態による疲労試験装置2の構成を示す正面図である。疲労試験装置2は、疲労試験装置1(図1)の構成に加えて、面外変形防止治具30をさらに備えている。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a front view showing the configuration of the fatigue test apparatus 2 according to the second embodiment of the present invention. The fatigue test apparatus 2 further includes an out-of-plane deformation preventing jig 30 in addition to the configuration of the fatigue test apparatus 1 (FIG. 1).

図5は、面外変形防止治具30の構成を示す分解斜視図である。面外変形防止治具30は、試験片Sを挟む一対の板状スペーサ31と、一対の板状スペーサ31によって挟まれた試験片Sを挟む一対の板状部材32とを備えている。面外変形防止治具30は、ボルト35及びナット36によって締結される。   FIG. 5 is an exploded perspective view showing the configuration of the out-of-plane deformation preventing jig 30. The out-of-plane deformation preventing jig 30 includes a pair of plate-like spacers 31 that sandwich the test piece S and a pair of plate-like members 32 that sandwich the test piece S sandwiched between the pair of plate-like spacers 31. The out-of-plane deformation preventing jig 30 is fastened by a bolt 35 and a nut 36.

板状スペーサ31は、固体潤滑材で形成されている。板状スペーサ31は例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)や黒鉛である。   The plate spacer 31 is formed of a solid lubricant. The plate-like spacer 31 is, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) or graphite.

板状部材32の材質は特に限定されないが、試験片Sに加わる面圧を均一にするため、板状部材32は、板状スペーサ31よりも剛性の高い部材であることが好ましい。また、平面度が低いとたわむ可能性があるため、板状部材32は、平面度の高い部材であることが好ましい。板状部材32は例えば、アルミニウムやステンレスである。   The material of the plate-like member 32 is not particularly limited, but the plate-like member 32 is preferably a member having higher rigidity than the plate-like spacer 31 in order to make the surface pressure applied to the test piece S uniform. Moreover, since there exists a possibility that it may bend when flatness is low, it is preferable that the plate-shaped member 32 is a member with high flatness. The plate-like member 32 is, for example, aluminum or stainless steel.

一対の板状部材32が一対の板状スペーサ31によって挟まれた試験片Sを挟む面圧(以下「締結面圧」という。)は、好ましくは10〜25MPaである。締結面圧が高すぎると、板状スペーサ31が摩耗したり破損したりする場合がある。また、締結面圧が低すぎると、試験片Sの面外変形を防止することができない場合がある。締結面圧の上限は、より好ましくは20MPaである。   The surface pressure (hereinafter referred to as “fastening surface pressure”) between which the pair of plate-like members 32 sandwich the test piece S sandwiched between the pair of plate-like spacers 31 is preferably 10 to 25 MPa. If the fastening surface pressure is too high, the plate spacer 31 may be worn or damaged. In addition, if the fastening surface pressure is too low, out-of-plane deformation of the test piece S may not be prevented. The upper limit of the fastening surface pressure is more preferably 20 MPa.

[疲労試験方法及び疲労試験装置2の効果]
疲労試験装置2を用いた疲労試験方法は、疲労試験装置1の場合と同じである。
[Effects of fatigue test method and fatigue test apparatus 2]
The fatigue test method using the fatigue test apparatus 2 is the same as that of the fatigue test apparatus 1.

疲労試験装置2は、面外変形防止治具30を備えている。面外変形防止治具30は、試験片Sが座屈するのを防止する。試験片が座屈すると、試験片Sは曲げ変形してしまうため、軸力疲労特性を正しく測定することができない。本実施形態によれば、試験片Sの座屈を防止することができる。   The fatigue test apparatus 2 includes an out-of-plane deformation preventing jig 30. The out-of-plane deformation preventing jig 30 prevents the test piece S from buckling. When the specimen is buckled, the specimen S is bent and deformed, so that the axial force fatigue characteristics cannot be measured correctly. According to this embodiment, the buckling of the test piece S can be prevented.

疲労試験の際、試験片Sが伸縮し、試験片Sと面外変形防止治具30とが摺動する。このとき、面外変形防止治具30に潤滑性がないと、摩擦によって試験片Sに傷が生じる場合がある。試験片に傷が生じると、その傷を起点に破壊が進行し、軸力疲労特性を正しく測定できない。一方、液状の潤滑材を塗布して試験片Sと面外変形防止治具30との潤滑性を確保しようとすると、潤滑材がチャック12に流れ込んで試験片Sがチャック12から抜けてしまう可能性がある。本実施形態によれば、固体潤滑材で形成された板状スペーサ31を用いることで、試験片Sと面外変形防止治具30との潤滑性を確保することができる。   During the fatigue test, the test piece S expands and contracts, and the test piece S and the out-of-plane deformation preventing jig 30 slide. At this time, if the out-of-plane deformation preventing jig 30 has no lubricity, the test piece S may be damaged by friction. When a scratch occurs on the test piece, the breakage proceeds from the scratch, and the axial force fatigue characteristics cannot be measured correctly. On the other hand, if it is attempted to secure the lubricity between the test piece S and the out-of-plane deformation preventing jig 30 by applying a liquid lubricant, the lubricant may flow into the chuck 12 and the test piece S may come off the chuck 12. There is sex. According to this embodiment, the lubricity between the test piece S and the out-of-plane deformation preventing jig 30 can be ensured by using the plate-like spacer 31 formed of a solid lubricant.

以上、疲労試験装置2の構成及び効果を説明した。試験片Sが薄板で、かつ、疲労試験が引張−圧縮の疲労試験である場合、試験片Sは特に座屈しやすい。そのため、疲労試験装置2を用いた疲労試験方法は、試験片Sが薄板で、かつ、疲労試験が引張−圧縮の疲労試験である場合に、特に好適に用いることができる。本実施形態によれば、試験片が厚さ3mm以下の薄板試験片であって、かつ厚さに対する幅の比率が3以上であっても、引張−圧縮の疲労試験を実施することができる。   The configuration and effects of the fatigue test apparatus 2 have been described above. When the test piece S is a thin plate and the fatigue test is a tension-compression fatigue test, the test piece S is particularly easily buckled. Therefore, the fatigue test method using the fatigue test apparatus 2 can be particularly preferably used when the test piece S is a thin plate and the fatigue test is a tension-compression fatigue test. According to the present embodiment, even if the test piece is a thin plate test piece having a thickness of 3 mm or less and the ratio of the width to the thickness is 3 or more, the tension-compression fatigue test can be performed.

上記の実施形態では、面外変形防止治具30がボルト35及びナット36によって締結されている場合を説明した。しかし、面外変形防止治具30を締結する手段は任意である。面外変形防止治具30は、例えばバネによって締結される構成としてもよい。   In the above embodiment, the case where the out-of-plane deformation preventing jig 30 is fastened by the bolt 35 and the nut 36 has been described. However, the means for fastening the out-of-plane deformation preventing jig 30 is arbitrary. The out-of-plane deformation preventing jig 30 may be configured to be fastened by a spring, for example.

上記の実施形態では、試験片Sの一部が露出するように、板状スペーサ31及び板状部材32に切り欠きが設けられているように図示した。これは、疲労試験の際、試験片Sに伸び計を接触させるためのものである。しかし、板状スペーサ31及び板状部材32の形状は任意であり、これに限定されない。   In the above embodiment, the plate-like spacer 31 and the plate-like member 32 are illustrated as being notched so that a part of the test piece S is exposed. This is for bringing the extensometer into contact with the test piece S during the fatigue test. However, the shape of the plate-like spacer 31 and the plate-like member 32 is arbitrary and is not limited to this.

以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。なお、この実施例は本発明を限定するものではない。   Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated more concretely. In addition, this Example does not limit this invention.

表1に示す化学組成を有する供試材から、厚さ1.2mmの薄板試験片を作製した。この供試材は、DP鋼、3%Si鋼、及び低合金マルテンサイト鋼で、引張強度はそれぞれ570〜700MPa、400MPa、及び1700〜1900MPaである。薄板試験片の形状を図6に示す。図中の寸法の単位はmmである。   A thin plate test piece having a thickness of 1.2 mm was prepared from the test material having the chemical composition shown in Table 1. The test materials are DP steel, 3% Si steel, and low alloy martensitic steel, and have tensile strengths of 570 to 700 MPa, 400 MPa, and 1700 to 1900 MPa, respectively. The shape of the thin plate test piece is shown in FIG. The unit of the dimension in the figure is mm.

Figure 2018036191
Figure 2018036191

作製した試験片を、上述した第2の実施形態に準じた方法によって疲労試験を実施した。試験条件は、引張−圧縮の完全両振り、軸力荷重制御で応力比R=−1、周波数10kHz、正弦波波形とした。なお、面外変形防止治具30の板状スペーサ31として、厚さ約1mmのPTFEのシートを使用した。また、締結面圧は15MPとした。   The prepared test piece was subjected to a fatigue test by the method according to the second embodiment described above. The test conditions were as follows: full swing of tension and compression, axial force load control, stress ratio R = -1, frequency 10 kHz, and sine wave waveform. In addition, as the plate-like spacer 31 of the out-of-plane deformation preventing jig 30, a PTFE sheet having a thickness of about 1 mm was used. The fastening surface pressure was 15 MP.

その結果、応力振幅500MPaでも試験片が座屈することなく測定をすることができた。この試験により得られた、DP鋼のS−N線図を図7に示す。比較のため、同じ強度の鋼材から平行部の寸法が幅20mm×厚さ5mmの板状試験片を作製して測定した結果を合わせて示す。図7において、中実のマークは厚さ1.2mmの試験片を本実施形態によって測定したデータであり、白抜きのマークは厚さ5mmの試験片によるデータである。図7に示すように、本実施形態によれば、薄板試験片であっても、厚さ5mmの試験片の場合と同様の測定結果を得られることを確認した。また、破断面形態からも、座屈やフィレッティング疲労することなく疲労破壊していることを確認した。   As a result, measurement was possible without buckling of the test piece even at a stress amplitude of 500 MPa. An SN diagram of DP steel obtained by this test is shown in FIG. For comparison, the results of measuring and measuring a plate-shaped test piece having a width of 20 mm and a thickness of 5 mm from a steel material having the same strength are also shown. In FIG. 7, solid marks are data obtained by measuring a test piece having a thickness of 1.2 mm according to the present embodiment, and white marks are data obtained by using a test piece having a thickness of 5 mm. As shown in FIG. 7, according to the present embodiment, it was confirmed that the same measurement result as in the case of a test piece having a thickness of 5 mm could be obtained even with a thin plate test piece. Moreover, it was confirmed from the fractured surface form that the material was fatigued without buckling or filleting fatigue.

[実施例2]
次に、供試材、試験片の寸法、及び面外変形防止治具の締結面圧を変えて、疲労試験を実施した。試験条件及び試験結果を表2に示す。表2に記載していない条件は実施例1の場合と同じである。
[Example 2]
Next, a fatigue test was performed by changing the specimen, the size of the test piece, and the fastening surface pressure of the out-of-plane deformation prevention jig. Test conditions and test results are shown in Table 2. Conditions not listed in Table 2 are the same as in Example 1.

Figure 2018036191
Figure 2018036191

表2に示すように、締結面圧が10MPa以上であれば、試験片の座屈を安定して防止できることがわかった。   As shown in Table 2, it was found that when the fastening surface pressure is 10 MPa or more, buckling of the test piece can be stably prevented.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。   While the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately modifying the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.

1,2 疲労試験装置
11 シリンダ
111 シリンダチューブ
112 ピストンロッド
12,13 チャック
14 ロードセル
15 クロスヘッド
16 支柱
20 回転抑制治具
21 スライドレール
211 ガイド軸
212 軸受け
22 連結部材
23 固定部材
30 面外変形防止治具
31 板状スペーサ
32 板状部材
S 試験片
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Fatigue test apparatus 11 Cylinder 111 Cylinder tube 112 Piston rod 12, 13 Chuck 14 Load cell 15 Cross head 16 Strut 20 Rotation suppression jig 21 Slide rail 211 Guide shaft 212 Bearing 22 Connecting member 23 Fixing member 30 Out-of-plane deformation prevention treatment Tool 31 Plate spacer 32 Plate member S Test piece

Claims (5)

試験片の疲労特性を測定する疲労試験装置であって、
軸方向に沿って移動するピストンロッドを含むシリンダと、
前記ピストンロッドの端部に固定され、前記試験片を把持するチャックと、
前記ピストンロッドの軸方向と平行に延びるガイド軸と、
前記ガイド軸と摺動する軸受けと、
前記ピストンロッド及び前記チャックの少なくとも一方、並びに前記軸受けに固定された連結部材とを備える、疲労試験装置。
A fatigue test apparatus for measuring the fatigue characteristics of a test piece,
A cylinder including a piston rod that moves along an axial direction;
A chuck fixed to an end of the piston rod and gripping the test piece;
A guide shaft extending parallel to the axial direction of the piston rod;
A bearing sliding with the guide shaft;
A fatigue test apparatus comprising: at least one of the piston rod and the chuck, and a connecting member fixed to the bearing.
請求項1に記載の疲労試験装置であって、
固体潤滑材から形成され、前記試験片を挟む一対の板状スペーサと、
前記一対の板状スペーサによって挟まれた前記試験片を挟む一対の板状部材とをさらに備える、疲労試験装置。
The fatigue test apparatus according to claim 1,
A pair of plate-like spacers formed from a solid lubricant and sandwiching the test piece;
A fatigue test apparatus further comprising: a pair of plate-like members that sandwich the test piece sandwiched between the pair of plate-like spacers.
請求項2に記載の疲労試験装置であって、
前記一対の板状部材が前記一対の板状スペーサによって挟まれた前記試験片を挟む面圧が10〜25MPaである、疲労試験装置。
The fatigue test apparatus according to claim 2,
A fatigue test apparatus in which a surface pressure between the pair of plate-like members sandwiching the test piece sandwiched between the pair of plate-like spacers is 10 to 25 MPa.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の疲労試験装置を用いて前記試験片の疲労特性を測定する、疲労試験方法。   The fatigue test method of measuring the fatigue characteristic of the said test piece using the fatigue test apparatus as described in any one of Claims 1-3. 請求項4に記載の疲労試験方法であって、
前記試験片は、厚さが3mm以下の板状試験片であって、厚さに対する幅の比率が3以上である、疲労試験方法。
The fatigue test method according to claim 4,
The fatigue test method, wherein the test piece is a plate-like test piece having a thickness of 3 mm or less, and a ratio of a width to a thickness is 3 or more.
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