JP2020073863A - Crack tip end position detecting method - Google Patents
Crack tip end position detecting method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020073863A JP2020073863A JP2017045037A JP2017045037A JP2020073863A JP 2020073863 A JP2020073863 A JP 2020073863A JP 2017045037 A JP2017045037 A JP 2017045037A JP 2017045037 A JP2017045037 A JP 2017045037A JP 2020073863 A JP2020073863 A JP 2020073863A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crack
- sample
- stress
- tip position
- luminescent material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
- G01N19/04—Measuring adhesive force between materials, e.g. of sealing tape, of coating
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
本技術は、き裂先端位置検出方法に関する。詳しくは、負荷を加えることにより試料に生じたき裂が進展する際の先端位置を検出する方法および当該方法が適用された装置に関する。 The present technology relates to a crack tip position detection method. More specifically, the present invention relates to a method for detecting a tip position when a crack generated in a sample propagates by applying a load, and an apparatus to which the method is applied.
従来、CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)等からなる試料片を貼り合わせて形成された試料における接着強度を計測する方法として双片持ち梁(DCB:Double Cantilever Beam)試験による破壊靱性試験が行われている。このDCB試験は、ASTM D5528−13、ISO15024、ISO25217およびJIS K 7086等により規定された試験方法であり、試料に層間剥離を生じさせて強度を測定する試験方法である。これらの規格において、層間剥離のモード毎に試験方法が決められている。例えば、開口形(モードI)の試験モードでは、試料を2つの試料片に断裂させる方向に引っ張る荷重(負荷)をその試料の端部に加え、試料にき裂を生じさせる。このき裂が上述の負荷に応じて進展した際の長さに基づいて接着強度が算出される。 Conventionally, a fracture toughness test by a double cantilever beam (DCB) test has been performed as a method for measuring the adhesive strength of a sample formed by laminating sample pieces made of CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics) or the like. There is. This DCB test is a test method defined by ASTM D5528-13, ISO15024, ISO25217, JIS K 7086 and the like, and is a test method in which delamination is caused in a sample to measure strength. In these standards, a test method is determined for each delamination mode. For example, in the open type (mode I) test mode, a load that pulls the sample in the direction of rupturing the sample into two sample pieces is applied to the end portion of the sample, and the sample is cracked. The adhesive strength is calculated based on the length when the crack propagates according to the above-mentioned load.
このき裂長さを取得するため、進展するき裂の先端位置を検出する必要がある。このき裂の先端位置を検出する方法として、例えば、試料の表面色と背景色等とを色対比させることによりき裂の成長を検出するシステムが使用されている(例えば、特許文献1参照。)。当該システムにおいては、試料の表面の色と背景や試料内部の色とを対比させることによりき裂の形状を検出し、き裂の先端位置を検出する。 In order to acquire this crack length, it is necessary to detect the tip position of the growing crack. As a method for detecting the tip position of the crack, for example, a system for detecting the growth of the crack by comparing the surface color of the sample with the background color is used (for example, see Patent Document 1). ). In this system, the shape of the crack is detected by comparing the color of the surface of the sample with the color of the background or the inside of the sample, and the tip position of the crack is detected.
上述の従来技術は、試料を撮影して画像を生成し、生成した画像の画素毎に色相や明度、彩度等を対比させて画像における試料表面とは異なる領域を取得することによりき裂の形状を検出する。しかし、上述の従来技術では、画素毎に色相等を対比させるため、先端位置の検出の処理が複雑になるという問題がある。 In the above-mentioned conventional technique, a sample is photographed to generate an image, and hue, brightness, saturation, etc. are compared for each pixel of the generated image, and a region different from the sample surface in the image is acquired to detect cracks. Detect the shape. However, in the above-mentioned conventional technique, since the hue and the like are compared for each pixel, there is a problem that the process of detecting the tip position becomes complicated.
本技術は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、負荷を加えることにより試料に生じたき裂が進展する際の先端位置の検出を簡略化することを目的としている。 The present technology has been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is to simplify detection of a tip position when a crack generated in a sample propagates by applying a load.
本技術の第1の態様は、応力に応じて発光する応力発光体が塗布された試料に負荷を加えることにより上記試料に形成されたき裂が進展する際の、当該進展するき裂の先端位置を上記塗布された応力発光体の発光に基づいて検出する先端位置検出手順を具備するき裂先端位置検出方法および検出装置である。き裂の先端の領域は、破壊が進行している部分であり、応力が集中する部分である。この応力が集中する領域を応力発光体の発光により検出する。この応力発光体の発光は自発光であるため、試料表面とは異なる色相となる。そのため、試験中の試料における応力発光体の発光位置を容易に認識することができる。き裂の先端位置の検出の簡略化が期待される。 A first aspect of the present technology is, when a crack formed in the sample is developed by applying a load to a sample coated with a stress-stimulated luminescent material that emits light according to stress, the tip position of the developing crack. Is a crack tip position detection method and a detection device that include a tip position detection procedure for detecting the above based on the light emission of the applied stress-stimulated luminescent material. The region at the tip of the crack is the part where the fracture is progressing and the stress is concentrated. The area where the stress is concentrated is detected by the light emission of the stress-stimulated luminescent material. Since the luminescence of the stress-stimulated luminescent material is self-luminous, it has a different hue from the sample surface. Therefore, the light emitting position of the stress-stimulated luminescent material in the sample under test can be easily recognized. It is expected that the detection of the crack tip position will be simplified.
また、本技術の第1の態様において、上記試料におけるき裂が進展する面に上記応力発光体が塗布されてもよい。当該態様においては、表面をき裂が進展する面の応力発光体の発光を検出することができる。試料の表面に生じたき裂の先端位置の検出が期待される。 Further, in the first aspect of the present technology, the stress-stimulated luminescent material may be applied to the surface of the sample on which the crack propagates. In this aspect, it is possible to detect the light emission of the stress-stimulated luminescent material on the surface where the crack propagates on the surface. It is expected to detect the tip position of the crack generated on the surface of the sample.
また、本技術の第1の態様において、上記先端位置検出手順は、上記塗布された応力発光体における上記発光を生じた領域の中心を上記先端位置として検出してもよい。当該態様においては、応力発光体の発光領域が比較的広い領域であっても、当該発光領域の中心をき裂の先端位置として検出することができる。 Further, in the first aspect of the present technology, the tip position detection procedure may detect the center of the region in the applied stress-stimulated luminescent body in which the light emission has occurred as the tip position. In this aspect, even if the light emitting area of the stress-stimulated luminescent material is a relatively wide area, the center of the light emitting area can be detected as the tip position of the crack.
また、本技術の第1の態様において、上記試料におけるき裂が進展する面と直交するとともに上記き裂の進展する方向と平行な面に上記応力発光体が塗布されてもよい。当該態様においては、内部をき裂が進展する面の応力発光体の発光を検出することができる。試料の内部に生じたき裂の先端位置の検出が期待される。 Further, in the first aspect of the present technology, the stress-stimulated luminescent material may be applied to a surface of the sample that is orthogonal to the surface in which the crack propagates and is parallel to the direction in which the crack propagates. In this aspect, it is possible to detect the light emission of the stress-stimulated luminescent material on the surface where the crack propagates inside. It is expected to detect the tip position of the crack generated inside the sample.
また、本技術の第1の態様において、上記先端位置検出手順は、上記塗布された応力発光体における上記発光を生じた線状の領域の中心を結ぶ線を上記先端位置として検出してもよい。当該態様においては、試料内部に生じたき裂の先端の形状の検出が期待される。 Further, in the first aspect of the present technology, the tip position detection procedure may detect a line connecting the centers of the linear regions in the applied stress-stimulated luminescent material in which the light emission has occurred as the tip position. .. In this aspect, it is expected to detect the shape of the tip of the crack generated inside the sample.
また、本技術の第2の態様は、応力に応じて発光する応力発光体が塗布された試料に負荷を加えることにより上記試料に形成されたき裂が進展する際の、当該進展するき裂の先端位置を上記塗布された応力発光体の発光に基づいて検出する先端位置検出手順と、上記試料に上記負荷を加える前の上記き裂と上記検出された先端位置とに基づいて上記き裂の進展長さを検出するき裂進展長さ検出手順とを具備するき裂長さ検出方法である。試料表面とは異なる色相である応力発光体の発光によりき裂の先端位置を検出するため、き裂長さの検出の簡略化が期待される。 Further, a second aspect of the present technology is that when a crack formed on the sample is developed by applying a load to a sample coated with a stress-stimulated luminescent material that emits light in response to stress, The tip position detection procedure for detecting the tip position based on the light emission of the applied stress-stimulated luminescent material, and the crack before the load is applied to the sample and the crack based on the detected tip position. A crack length detection method comprising a crack growth length detection procedure for detecting a growth length. Since the tip position of the crack is detected by the light emission of the stress-stimulated luminescent material having a different hue from the sample surface, simplification of the crack length detection is expected.
また、本技術の第3の態様は、応力に応じて発光する応力発光体が塗布された試料に負荷を加えることにより上記試料に形成されたき裂が進展する際の、当該進展するき裂の先端位置を上記塗布された応力発光体の発光に基づいて検出する先端位置検出手順と、上記試料に上記負荷を加える前の上記き裂と上記検出された先端位置とに基づいて上記き裂の進展長さを検出するき裂進展長さ検出手順と、上記検出されたき裂進展長さに基づいて上記試料の強度を計測する計測手順とを具備する試料強度計測方法である。試料表面とは異なる色相である応力発光体の発光によりき裂の先端位置を検出するため、強度の計測の簡略化が期待される。 In addition, a third aspect of the present technology is that when a crack formed on the sample is developed by applying a load to a sample coated with a stress-stimulated luminescent material that emits light in response to stress, The tip position detection procedure for detecting the tip position based on the light emission of the applied stress-stimulated luminescent material, and the crack before the load is applied to the sample and the crack based on the detected tip position. A sample strength measuring method comprising: a crack growth length detecting procedure for detecting a growth length; and a measuring procedure for measuring the strength of the sample based on the detected crack growth length. Since the tip position of the crack is detected by the light emission of the stress-stimulated luminescent material having a hue different from that of the sample surface, simplification of strength measurement is expected.
本技術に係るき裂先端位置検出方法は、負荷を加えることにより試料に生じたき裂が進展する際の先端位置の検出を簡略化するという優れた効果を奏する。 The crack tip position detection method according to the present technology has an excellent effect of simplifying the detection of the tip position when a crack generated in a sample propagates by applying a load.
次に、図面を参照して、本技術を実施するための形態(以下、実施の形態と称する)を説明する。以下の図面において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は、模式的なものであり、各部の寸法の比率等は現実のものとは必ずしも一致しない。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれることは勿論である。 Next, a mode for carrying out the present technology (hereinafter, referred to as an embodiment) will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or similar parts are designated by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and the dimensional ratios of the respective parts and the like do not always match the actual ones. Moreover, it is needless to say that the drawings may include portions having different dimensional relationships and ratios.
<1.第1の実施の形態>
[試料強度計測装置の構成]
図1は、本技術の実施の形態に係る試料強度計測装置の構成例を示す図である。同図の試料強度計測装置1は、試験装置2と、カメラ3と、計測部4とを備える。
<1. First Embodiment>
[Structure of sample strength measuring device]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a sample strength measuring device according to an embodiment of the present technology. The sample
試験装置2は、試料10の引張試験を行うものである。この試験装置2は、試料10に引張荷重を負荷として加えることにより試験を行う。同図の試験装置2は、試料10に対して上下方向の引張荷重を加える。また、試験装置2は、荷重を加えながら、当該荷重による負荷と試料10の変位とを測定し、計測部4に対して出力する。ここで、負荷には、引張荷重により試料10に加えられる力が該当する。同図の試験装置2は、ロードセル21と、アクチュエータ22と、試験治具23および24とを備える。
The
試験治具23および24は、試料10を保持するものである。試験治具23は試料10を上方から保持し、試験治具24は試料10を下方から保持する。これら試験治具23および24は、後述する試料10の荷重負荷用ブロック16および17に形成された貫通孔にピン(不図示)を通し、このピンを同図のコの字形状の保持部に固定することにより、荷重負荷用ブロック16および17とそれぞれ連結される。荷重負荷用ブロック16および17は試料10に接着されているため、試験治具23および24により試料10を保持することができる。ピンを介して試験治具23および24と荷重負荷用ブロック16および17とをそれぞれ連結することにより、試験中に試料10にたわみを生じた場合であっても、試料10に対する荷重の方向(上下方向)を保つことができる。
The test jigs 23 and 24 hold the
アクチュエータ22は、試験治具24を介して試料10に下方向の引張荷重を加えるものである。例えば、アクチュエータ22は、所定の引張速度(変位速度)に基づいて引張荷重を加えることができる。このアクチュエータ22には、油圧により駆動されるアクチュエータを使用することができる。なお、試料10の変位は、アクチュエータ22に配置されたひずみゲージ(不図示)により測定され、計測部4に対して出力される。
The
ロードセル21は、試験治具23を介して試料10に加えられた荷重(負荷)を測定するものである。測定された負荷は、計測部4に対して出力される。
The
カメラ3は、試料10を撮影するものである。このカメラ3は、試料10および試料10に塗布された応力発光体の発光を撮影して画像を生成し、計測部4に対して出力する。
The camera 3 photographs the
計測部4は、試料10の接着強度を計測するものである。この計測部4は、カメラ3から出力された画像から試料10のき裂先端位置を検出することにより、き裂長さを検出する。また、計測部4は、試験装置2から出力された負荷および変位とき裂長さとに基づいて接着強度を計測し、出力する。同図に表したように、計測部4は、信号線8および9により試験装置2およびカメラ3にそれぞれ接続される。計測部4は、例えば、画像処理を行うコンピュータにより構成することができる。
The measuring unit 4 measures the adhesive strength of the
なお、試料強度計測装置1の構成は、この例に限定されない。例えば、2つのカメラを試料10の両側に配置して、撮影を行う構成にすることができる。この場合には、図5において後述するように、試料10の両側におけるき裂の先端位置を検出することができる。また、カメラを試料10の上方もしくは下方または両方に配置して、撮影を行うこともできる。この場合には、図7において後述するように、試料10の上面や下面における応力発光体の発光を検出することができる。
The configuration of the sample
[計測部の構成]
図2は、本技術の実施の形態に係る計測部の構成例を示す図である。同図の計測部4は、制御部41と、強度計測部42と、き裂先端位置検出部43と、き裂進展長さ検出部44とを備える。
[Measurement section configuration]
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the measurement unit according to the embodiment of the present technology. The measurement unit 4 in the figure includes a
制御部41は、試験装置2を制御するものである。この制御部41は、試験装置2に対して引張荷重の開始および停止の制御を行うことができる。また、制御部41は、計測部4の全体を制御する。
The
き裂先端位置検出部43は、カメラ3が生成した画像に基づいて試料10におけるき裂の先端位置を検出するものである。このき裂先端位置検出部43は、画像処理を行うことにより、先端位置を検出する。き裂先端位置検出部43における先端位置の検出の詳細については後述する。なお、き裂先端位置検出部43は、特許請求の範囲に記載のき裂先端位置検出装置の一例である。
The crack tip
き裂進展長さ検出部44は、き裂先端位置検出部43が検出した先端位置に基づいてき裂が進展した長さを検出するものである。き裂進展長さ検出部44におけるき裂進展長さの検出の詳細については後述する。
The crack growth
強度計測部42は、試験装置2から出力された変位および負荷とき裂進展長さ検出部44から出力されたき裂進展長さとに基づいて試料の強度を計測するものである。この強度には、試料の接着強度のほかに、例えば、基材上に形成された他の部材の剥離強度や単一の部材により構成された試料の破壊強度等が該当する。同図においては、試料10の接着強度が計測される。計測された強度は、試料強度計測装置1の計測強度として出力される。強度計測部42における強度の計測の詳細については後述する。
The
[試料の構成]
図3は、本技術の実施の形態に係る試料の構成例を示す図である。同図におけるaは、試料10の構成を表したものである。試料10は、2つの試料片11および12が接着剤13により貼り合わされて構成された試料である。試料片11および12には、例えば、CFRPにより構成された試料片を使用することができる。この接着剤による接着強度が試料強度計測装置1の計測対象となる。また、同図における試料10の左端部には、初期き裂14が形成されている。この初期き裂14は、試料10において接着剤13による接着が行われていない領域である。この初期き裂14は、試料片11および12を接着する際に、フィルム等を挟持させることにより形成することができる。この初期き裂14が形成された試料片11および12には、それぞれ荷重負荷用ブロック16および17がそれぞれ接着される。この荷重負荷用ブロック16および17には、前述の貫通孔18および19がそれぞれ形成されている。
[Sample composition]
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a sample according to the embodiment of the present technology. In the figure, a represents the configuration of the
同図におけるbは、試料10に引張荷重が負荷として加えられた場合を表したものである。同図の矢印は、荷重負荷用ブロック16および17に加えられる引張荷重を表したものである。同図におけるbは、引張荷重により試料10の接着部が破壊してき裂15を生じた例を表したものである。き裂15は、初期き裂14の端部より進展して形成されたき裂である。
B in the figure shows the case where a tensile load is applied to the
[接着強度の計測]
図4は、本技術の実施の形態に係る強度の計測の一例を示す図である。図3におけるbにおいて説明した試料10を例に挙げて、接着強度の計測の原理を説明する。同図において、Pは引張荷重(負荷)を表す。また、δは、試料10のき裂開口部における変位を表す。また、aは、き裂長さを表す。同図の試料10の接着強度Gは、例えば、次式により算出することができる。
G=3×P×δ/(2×b×a)
ここで、bは、試料片11および12の幅を表す。図2において説明した強度計測部42は、試験装置2から出力された変位δおよび負荷Pとき裂進展長さ検出部44から出力されたき裂長さaとを取得し、上記の式に基づいて強度を算出する。これにより、接着強度の計測が行われる。
[Measurement of adhesive strength]
FIG. 4 is a diagram showing an example of intensity measurement according to the embodiment of the present technology. The principle of measuring the adhesive strength will be described by taking the
G = 3 × P × δ / (2 × b × a)
Here, b represents the width of the
このように、き裂長さを検出することにより、接着強度を算出することができる。き裂長さを検出するためには、試料10におけるき裂の先端位置を検出する必要がある。図1において説明した試料強度計測装置1では、試料10に応力発光体を塗布し、この塗布された応力発光体の発光に基づいてき裂の先端位置を検出する。ここで、応力発光体とは、応力に応じて発光するものである。この、応力発光体として、例えば、機械的な外力により生じる変形によって発光する応力発光材料を樹脂等の塗料基材に分散させて塗料状にしたものを使用することができる。塗料状にすることにより、試料10への塗布を容易に行うことができる。
In this way, the adhesive strength can be calculated by detecting the crack length. In order to detect the crack length, it is necessary to detect the tip position of the crack in the
応力発光材料には、既知又は未知の材料を採用することができる。既知の応力発光材料としては、例えば、スピネル構造、コランダム構造、βアルミナ構造、ウルツ鉱型構造、または閃亜鉛鉱型構造ならびにこれらが共存する構造等を有する酸化物、硫化物、セレン化物またはテルル化物を主成分として構成されるもの等を挙げることができる。例えば、上記構造を有するケイ酸塩や欠陥制御型アルミン酸塩が該当する。 A known or unknown material can be adopted as the stress-stimulated luminescent material. Known stress-stimulated luminescent materials include, for example, oxides, sulfides, selenides, and tellurium having spinel structure, corundum structure, β-alumina structure, wurtzite structure, or sphalerite structure, and structures in which these coexist. And the like. For example, a silicate having the above structure or a defect control type aluminate is applicable.
また、応力発光材料について、より具体的な代表例を挙げるならば、ユーロピウム(Eu)イオンを含むアルミン酸ストロンチウム(以下SrAl2O4:Euのように記載する。)、LiSrPO4:Eu2+、LiBaPO4:Eu2+、xSrO・yAl2O3・zMO:Eu2+を挙げることもできる。ここで、Mは二価金属を表し、x、yおよびzはそれぞれ正の整数を表す。なお、Mは二価金属であれば限定されるものではないが、Mg、CaまたはBaが好ましい。 In addition, regarding the stress-stimulated luminescent material, if more specific representative examples are given, strontium aluminate containing europium (Eu) ions (hereinafter referred to as SrAl 2 O 4 : Eu), LiSrPO 4 : Eu 2+ , Other examples include LiBaPO 4 : Eu 2+ and xSrO.yAl 2 O 3 .zMO: Eu 2+ . Here, M represents a divalent metal, and x, y, and z each represent a positive integer. Note that M is not limited as long as it is a divalent metal, but Mg, Ca, or Ba is preferable.
また、他の例として以下の物質を挙げることができる。発光色とともに記載する。xSrO・yAl2O3・zSiO2(発光色:緑〜赤)、BaTiO3−CaTiO3:Pr(発光色:赤)、ZnS:M(Mは二価金属であれば限定されるものではないが、Mn、GaおよびCu等が望ましい。)(発光色:赤〜黄色)、Sr2SiO4:EuDy(発光色:黄)、SrAl2O4:Eu(発光色:緑)、CaAl2Si2O8:Eu(発光色:青)、Ca2Al2SiO7:Ce(発光色:青)、Ca2MgSi2O7:Ce(発光色:青)、SrAl2O4:Ce(発光色:青)、CaYAl3O7:Eu(発光色:青)、SrAl2O4:HoCe(発光色:紫外)、一般式Sr{1−(2x+3y+3z)/2}Al2O4:xEu2+,yCr3+,zNd3+により表される物質(ただし、x、yおよびzは、0.25〜10mol%、好ましくは0.5〜2.0mol%である。)(発光色:近赤外)。 Moreover, the following substances can be mentioned as another example. Described together with the emission color. xSrO · yAl 2 O 3 · zSiO 2 ( emission color: green-red), BaTiO 3 -CaTiO 3: Pr ( emission color: red), ZnS: M (M is not intended to be limited as long as it is a divalent metal but, Mn, Ga and Cu and the like are desirable) (emission color:. red-yellow), Sr 2 SiO 4: EuDy ( emission color: yellow), SrAl 2 O 4: Eu ( emission color: green), CaAl 2 Si 2 O 8 : Eu (emission color: blue), Ca 2 Al 2 SiO 7 : Ce (emission color: blue), Ca 2 MgSi 2 O 7 : Ce (emission color: blue), SrAl 2 O 4 : Ce (emission). blue), CaYAl 3 O 7: Eu ( emission color: blue), SrAl 2 O 4: HoCe ( emission color: UV), the general formula Sr {1- (2x + 3y + 3z) / 2} Al 2 O 4: xEu 2+ , yCr 3+, to zNd 3+ Represented by materials (although, x, y and z are, 0.25~10mol%, preferably 0.5 to 2.0 mol%.) (Emission color: near infrared).
[先端位置の検出]
図5は、本技術の第1の実施の形態に係る先端位置の検出の一例を示す図である。同図は、応力発光体によるき裂の先端位置の検出を表したものである。同図におけるaは、試験前の試料10を表したものである。この試料10の側面には、応力発光体61が塗布されている。なお、同図における紙面の反対側の試料10の側面にも応力発光体を塗布することができる。当該側面は、き裂の発生および進展を外部から観察することができる面である。すなわち、試料10におけるき裂が進展する面に応力発光体61が塗布される。
[Detection of tip position]
FIG. 5 is a diagram showing an example of detection of a tip position according to the first embodiment of the present technology. The figure shows the detection of the tip position of the crack by the stress-stimulated luminescent material. In the figure, a represents the
同図におけるbは、き裂15が進展した場合の試料10を表したものである。また、同図におけるbは、き裂15の先端の領域を拡大したものであり、き裂15の先端をき裂先端71により表したものである。き裂15の進展に伴って応力発光体61が発光する。同図におけるbに表した発光領域72は、応力発光体61の発光領域を表したものである。き裂の先端は、応力が集中して試料10における接着部の破壊が進行している部分である。この応力の集中により、き裂先端71の周囲の応力発光体61が強く発光し、発光領域72を生じる。なお、試料10のき裂先端71の近傍の領域には、比較的小さな応力が掛かる。このため、この近傍領域に塗布された応力発光体61においても弱い発光(不図示)を生じる。き裂の先端を検出する際には、このき裂先端近傍の発光領域を除外する必要がある。例えば、カメラ3により生成された画像の領域毎の輝度を所定の閾値と比較することにより、弱い応力に基づく応力発光体61の発光を除去し、同図に表した発光領域72を検出することができる。
B in the same figure shows the
応力発光体の発光は、励起された発光中心による自発光であり、肉眼による観察や画像処理による検出を容易に行うことができる。試料10や背景と色相が異なるためである。具体的には、試験開始前後における試料10の画像において輝度の差分を算出することにより、応力発光体61の発光画像を生成することができる。この処理は、き裂先端位置検出部43により行われる。また、応力発光体の発光は試料10等と色相が異なるため、発光領域の検出精度を向上させることができる。また、上述のSrAl2O4:Euを有する応力発光体は応力による発光の応答速度が速いため、この応力発光体を適用することにより、進展するき裂の先端位置の検出精度をさらに向上させることができる。このように、き裂先端位置検出部43は、負荷を加えられた試料10に形成されたき裂15が進展する際の、その進展するき裂15の先端位置を試料10に塗布された応力発光体61の発光である発光領域71に基づいて検出する。
The luminescence of the stress-stimulated luminescent material is self-luminous due to the excited luminescence center, and can be easily observed by the naked eye or detected by image processing. This is because the hue is different from that of the
試料10のき裂の進展の検出を併用して計測を行う場合には、照明等の環境光とは異なる色相の発光色の応力発光体を選択することにより、き裂先端位置の検出を簡略化し、明所下におけるき裂先端位置の検出精度を向上させることができる。例えば、蛍光灯による室内照明下において計測を行う場合には、蛍光灯による照明色(可視光、主に400〜700nm)とは異なる色相の発光色となる応力発光材料を有する応力発光体を選択する。具体的には、前述の一般式Sr{1−(2x+3y+3z)/2}Al2O4:xEu2+,yCr3+,zNd3+により表される応力発光材料は、近赤外光(主に700〜1200nm)の発光を含むため、蛍光灯による照明色とは異なる色相の応力発光材料として選択することができる。また、例えば、緑色の発光色を示すSrAl2O4:Euは、照明色が青色、黄色、橙色または赤色の場合に、環境光とは異なる色相の応力発光材料として選択することができる。
When the measurement of crack growth of the
なお、応力に対して応力発光体61の発光輝度が飽和する場合には、発光領域72が比較的広い領域を占めることとなる。この場合には、発光領域72の中心をき裂の先端位置にすることにより、応力発光体の輝度の飽和の影響を軽減することができる。
When the emission brightness of the stress-stimulated
前述のように応力発光体61を試料10の2つの側面に塗布した場合には、それぞれの側面において発光領域72に基づく先端位置を検出し、これらの先端位置の試料10の端部からの平均を算出することにより、き裂の先端位置を検出することができる。
When the stress-stimulated
き裂15の進展長さは、負荷を加える前および後の試料10のき裂の先端位置の差分に基づいて検出することができる。具体的には、負荷を加える前の試料10のき裂の先端位置を初期位置として記録し、き裂先端位置検出部43により検出されたき裂の先端位置との差分を算出することにより進展長さを検出することができる。この処理は、図2において説明したき裂進展長さ検出部44により行われる。また、図3において説明した初期き裂14を有する試料10に対して試験を行う場合には、この初期き裂14の先端位置を初期位置として進展長さを算出することができる。また、同一の試料10に対し、負荷を加えてき裂を進展させた後に負荷を解放する処理を複数サイクル実行して接着強度を計測する際には、前回のサイクルにおけるき裂の先端位置を初期位置として進展長さを算出することがてきる。
The propagation length of the
応力発光体61は、試料10の接着強度の計測に影響を及ぼさない状態に塗布する必要がある。具体的には、塗布された応力発光体61の強度が接着剤13の接着強度と比較して十分小さくなる厚みに塗布する必要がある。また、試料10の接着剤13の領域やその近傍に塗布することにより、先端位置の検出精度を向上させることができる。また、き裂の先端位置を識別可能とするため、応力発光体61における応力発光材料の比率を調整する必要がある。また、試験開始前に、応力発光体61を光励起する必要がある。
The stress-stimulated
[接着強度の計測]
図6は、本技術の実施の形態に係る接着強度の計測処理の一例を示す図である。まず、強度計測部42は、き裂先端位置を記録する(ステップS101)。これは、初期状態におけるき裂の先端位置を把握するために行う処理である。例えば、試料10の初期き裂14の先端位置を記録することにより行うことができる。次に、試験装置2における引張荷重を開始する(ステップS102)。これは、制御部41が試験装置2を制御することにより行うことができる。この際、アクチュエータ22の変位速度を、例えば、1mm/分の速度に制御することができる。次に、強度計測部42は、負荷および変位を検出する(ステップS103)。これは、試験装置2から出力される負荷および変位を取得することにより行うことができる。
[Measurement of adhesive strength]
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an adhesive strength measurement process according to the embodiment of the present technology. First, the
次に、き裂先端位置検出部43がき裂先端位置を検出する(ステップS104)。これは、き裂先端位置検出部43が、カメラ3により生成された画像の応力発光体の発光を検出することにより行う。カメラ3による画像の生成は、例えば、10fpsのフレームレートにより行うことができる。次に、き裂進展長さ検出部44がき裂の長さを検出する(ステップS105)。これは、ステップS101において記録したき裂先端位置とステップS104により検出された先端位置との差分を算出することにより行うことができる。次に、制御部41は、所定のき裂長さに達したか否かを判断する(ステップS106)。この所定のき裂長さとして、例えば、5mmの値を採用することができる。この結果、所定のき裂長さに達していない場合には(ステップS106:No)、再度ステップS103からの処理が実行される。
Next, the crack tip
一方、所定のき裂長さに達した場合には(ステップS106:Yes)、試験装置2における引張荷重を停止する(ステップS107)。これは、ステップS102と同様に、制御部41が試験装置2を制御し、引張荷重を解放することにより行うことができる。この際、アクチュエータ22の変位速度をステップS102と同じ速度に制御することができる。最後に、強度計測部42が接着強度を計測する(ステップS108)。これは、強度計測部42がき裂長さ等に基づいて接着強度を算出することにより行うことができる。
On the other hand, when the predetermined crack length is reached (step S106: Yes), the tensile load in the
なお、本技術の第1の実施の形態の試料強度計測装置1の構成は、この例に限定されない。他の試験、例えば、端面切欠き曲げ(ENF:End Notches Flexure)試験等における接着強度の検出に適用することもできる。また、CFRP以外の材料により構成された試料の試験に適用することも可能である。例えば、各種高分子材料により構成された試料やアルミニウム(Al)、鉄(Fe)およびチタン(Ti)ならびにこれらの合金等により構成された試料の試験に適用することもできる。
The configuration of the sample
以上説明したように、本技術の第1の実施の形態のき裂の先端位置検出方法は、試料10や背景と色相が異なる応力発光体の発光に基づいて先端位置を検出することにより、き裂先端位置の検出を簡略化することができる。また、き裂先端位置の検出精度を向上させることも可能である。
As described above, the crack tip position detection method according to the first embodiment of the present technology detects the tip position based on the light emission of the stress-stimulated luminescent material having a hue different from that of the
<2.第2の実施の形態>
上述の第1の実施の形態の先端位置検出方法は、試料10におけるき裂が進展する面に応力発光体を塗布していた。これに対し、本技術の第2の実施の形態の先端位置検出方法は、試料10におけるき裂が進展する面とは異なる面に応力発光体を塗布する点で、第1の実施の形態と異なる。
<2. Second Embodiment>
In the tip position detecting method of the first embodiment described above, the stress-stimulated luminescent material is applied to the surface of the
[先端位置の検出]
図7は、本技術の第2の実施の形態に係る先端位置の検出の一例を示す図である。同図は、試料10におけるき裂15が進展する面とは異なる面である試料10の上面または下面に応力発光体62が塗布される例を表したものである。具体的には、き裂15が進展する面である側面と直交するとともにき裂15の進展する方向と平行な面に応力発光体62が塗布される。同図におけるaは、き裂が進展した際の応力発光体の発光を表した図である。同図におけるaでは、応力発光体62が線状に発光する。この発光領域73は、き裂先端71を含む試料10の内部におけるき裂15の先端位置を試料10の上面に投影したものとなる。
[Detection of tip position]
FIG. 7 is a diagram showing an example of detection of the tip position according to the second embodiment of the present technology. The figure shows an example in which the stress-stimulated
前述のように、試料10のき裂先端71の領域に応力が集中する結果、き裂が進展する。一方、き裂の先端は、試料片11および12が接着されている領域と剥離した領域との境界に該当する。試料片11および12は、き裂の先端位置を始点として屈曲することとなる。このため、試料片11および12の表面においても応力の集中を生じる。この応力の集中は、試料10の内部におけるき裂の先端に応じた線形状となる。同図におけるaに表したように、試料片11または12の表面、すなわち、試料10の上面または下面に応力発光体62を塗布することにより、線形状の応力の集中を発光領域73として検出することができる。具体的には、この発光領域73の中心を結ぶ線をき裂15の先端位置にすることができる。
As described above, the stress is concentrated in the region of the
また、試料10の上面または下面に応力発光体62を塗布してき裂の先端位置を検出することにより、試料10の内部のき裂の進展の様子を把握することができる。これにより、例えば、接着剤13の接着強度や試料10の剛性等が均一であるか否かを判断する際に、き裂の進展の検出結果を使用することができる。同図におけるbは、試料10の上面図であり、発光領域73の他の例を表したものである。なお、応力発光体62の記載は省略している。このように発光領域73が曲線状になる場合には、試料10の内部のき裂の進展が均一でないと判断することができる。
Further, by applying the stress-stimulated
同図におけるbにおいては、例えば、発光領域73の端点である点74および76の試料10の左端からの距離の平均の位置をき裂の先端位置にすることができる。また、例えば、き裂が最も進展した位置に対応する点75をき裂の先端位置にすることもできる。また、例えば、発光領域73により表される曲線を構成する要素の平均位置を算出してき裂の先端位置とすることも可能である。
In b in the figure, for example, the average position of the distances of the
これ以外の試料強度計測装置1の構成は本技術の第1の実施の形態において説明した試料強度計測装置1と同様であるため、説明を省略する。
The configuration of the sample
以上説明したように、本技術の第2の実施の形態のき裂の先端位置検出方法では、試料10におけるき裂15が進展する面と直交するとともにき裂15の進展する方向と平行な面に塗布された応力発光体の発光に基づいて先端位置を検出する。これにより、試料10の内部におけるき裂の先端位置を検出することができる。
As described above, in the crack tip position detection method according to the second embodiment of the present technology, the surface of the
最後に、上述した各実施の形態の説明は本技術の一例であり、本技術は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本技術に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。 Finally, the above description of each embodiment is an example of the present technology, and the present technology is not limited to the above embodiment. Therefore, it is needless to say that various modifications other than the above-described embodiments can be made according to the design and the like as long as they do not deviate from the technical idea of the present technology.
また、上述の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、CD(CompactDisc)、DVD(DigitalVersatileDisc)およびメモリカード等を用いることができる。 Further, the processing procedure described in the above-described embodiment may be regarded as a method having these series of procedures, or as a program for causing a computer to execute the series of procedures or a recording medium storing the program. You can catch it. As this recording medium, for example, a CD (CompactDisc), a DVD (Digital VersatileDisc), a memory card, or the like can be used.
1 試料強度計測装置
2 試験装置
3 カメラ
4 計測部
10 試料
11、12 試料片
13 接着剤
14 初期き裂
15 き裂
16、17 荷重負荷用ブロック
21 ロードセル
22 アクチュエータ
23、24 試験治具
41 制御部
42 強度計測部
43 き裂先端位置検出部
44 き裂進展長さ検出部
61、62 応力発光体
71 き裂先端
72、73 発光領域
1 Sample
Claims (8)
前記試料に前記負荷を加える前の前記き裂と前記検出された先端位置とに基づいて前記き裂の進展長さを検出するき裂進展長さ検出手順と
を具備するき裂長さ検出方法。 When a crack formed in the sample by applying a load to the sample to which the stress-stimulated luminescent material that emits light in accordance with stress is propagated, the tip position of the crack that develops is the coated stress-stimulated luminescent material. A tip position detection procedure for detecting based on light emission,
A crack length detection method comprising: a crack growth length detection procedure for detecting a crack growth length based on the crack before applying the load to the sample and the detected tip position.
前記試料に前記負荷を加える前の前記き裂と前記検出された先端位置とに基づいて前記き裂の進展長さを検出するき裂進展長さ検出手順と、
前記検出されたき裂進展長さに基づいて前記試料の強度を計測する計測手順と
を具備する試料強度計測方法。 When a crack formed in the sample by applying a load to the sample to which the stress-stimulated luminescent material that emits light in accordance with stress is propagated, the tip position of the crack that develops is the coated stress-stimulated luminescent material. A tip position detection procedure for detecting based on light emission,
A crack growth length detection procedure for detecting the crack growth length based on the crack and the detected tip position before applying the load to the sample,
A sample strength measuring method, comprising: a measuring procedure for measuring the strength of the sample based on the detected crack growth length.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017045037A JP2020073863A (en) | 2017-03-09 | 2017-03-09 | Crack tip end position detecting method |
PCT/JP2018/008915 WO2018164212A1 (en) | 2017-03-09 | 2018-03-08 | Crack tip end position detecting method, and adhesive peeling position detecting method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017045037A JP2020073863A (en) | 2017-03-09 | 2017-03-09 | Crack tip end position detecting method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020073863A true JP2020073863A (en) | 2020-05-14 |
Family
ID=63448596
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017045037A Pending JP2020073863A (en) | 2017-03-09 | 2017-03-09 | Crack tip end position detecting method |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020073863A (en) |
WO (1) | WO2018164212A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022003848A1 (en) * | 2020-07-01 | 2022-01-06 | 株式会社島津製作所 | Inspection method, inspection system, and stress luminescence measurement device |
JP7415833B2 (en) | 2020-07-27 | 2024-01-17 | Agc株式会社 | Split adhesive strength tester |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019130689A1 (en) * | 2017-12-26 | 2019-07-04 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Fracture-visualization sensor and fracture-visualization system using same |
WO2020017199A1 (en) * | 2018-07-19 | 2020-01-23 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Joining state detection film, joining state detection device, and joining state detection method |
JP7099634B2 (en) * | 2019-06-25 | 2022-07-12 | 株式会社島津製作所 | Stress luminescence measuring device, stress luminescence measuring method and stress luminescence measuring system |
JP7279880B2 (en) * | 2019-11-14 | 2023-05-23 | 学校法人早稲田大学 | Fracture toughness tester and fracture toughness test method |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5739308A (en) * | 1980-08-22 | 1982-03-04 | Akashi Seisakusho Co Ltd | Automatic measuring device for crack length |
JP4306554B2 (en) * | 2004-07-26 | 2009-08-05 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Measuring method of stress distribution inside adhesive layer |
JP5007978B2 (en) * | 2007-09-21 | 2012-08-22 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Method and system for detecting structural defects |
JP5234546B2 (en) * | 2009-02-20 | 2013-07-10 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Stress light emission analysis apparatus, stress light emission analysis method, stress light emission analysis program, and recording medium |
JP2015075477A (en) * | 2013-10-11 | 2015-04-20 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Stress luminescence evaluation system and stress luminescence evaluation method |
-
2017
- 2017-03-09 JP JP2017045037A patent/JP2020073863A/en active Pending
-
2018
- 2018-03-08 WO PCT/JP2018/008915 patent/WO2018164212A1/en active Application Filing
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022003848A1 (en) * | 2020-07-01 | 2022-01-06 | 株式会社島津製作所 | Inspection method, inspection system, and stress luminescence measurement device |
JP7415833B2 (en) | 2020-07-27 | 2024-01-17 | Agc株式会社 | Split adhesive strength tester |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2018164212A1 (en) | 2018-09-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2020073863A (en) | Crack tip end position detecting method | |
JP5007978B2 (en) | Method and system for detecting structural defects | |
Xu et al. | Dynamic visualization of stress distribution by mechanoluminescence image | |
KR102380592B1 (en) | Systems and methods for detecting crack growth | |
JP3709430B2 (en) | Method of measuring stress or stress distribution using stress luminescent material | |
WO2019184040A1 (en) | Method for detecting mechanical response of mechanical parts by utilizing organic mechanoluminescent material | |
JP2016180637A (en) | Defect inspection device and method | |
US8056422B2 (en) | Method and member for measuring stress distribution of natural bone, synthetic bone, or member attached to them | |
US20090286076A1 (en) | Material to be measured for stress analysis, coating liquid for forming coating film layer on the material to be measured, and stress-induced luminescent structure | |
JP2015075477A (en) | Stress luminescence evaluation system and stress luminescence evaluation method | |
JP2020034468A (en) | Device and method for measuring stress luminescence | |
Aizawa et al. | Long afterglow phosphorescent sensor materials for fiber-optic thermometer | |
JP2020016624A (en) | Film, device, and method for visualizing adhesion strength | |
Aizawa et al. | Fibre-optic thermometer using sensor materials with long fluorescence lifetime | |
JP2019158437A (en) | Residual stress calculation method, residual stress calculation device, and residual stress calculation program | |
JP6031821B2 (en) | Displacement measuring method and material testing machine | |
US11360009B2 (en) | Fracture-visualization sensor and fracture-visualization system using same | |
JP4306554B2 (en) | Measuring method of stress distribution inside adhesive layer | |
JP6870849B2 (en) | Structure repair method and repair evaluation device | |
JP6819970B2 (en) | A method for producing a stress-luminescent material, a paint containing the same stress-luminescent material, a stress-stimulated luminescent material, and a stress-emitting material | |
WO2020017199A1 (en) | Joining state detection film, joining state detection device, and joining state detection method | |
JP2021162525A (en) | Stress luminescence measurement method and stress luminescence measurement device | |
Rahimi | Distributed stress sensing and non-destructive tests using mechanoluminescence materials | |
CN107835937B (en) | Method for determining lesion progressivity and system for determining lesion progressivity | |
KR20190010951A (en) | Evaluation method for delamination degree and interfacial strength of composite-material |