JP2021110645A - 圧縮試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】供試体の端面の状態あるいは中央部付近の状態にかかわらず、供試体の中央部付近にかかる圧縮応力を簡易かつ高精度に調整する。【解決手段】圧縮試験装置１００は、供試体１７を第１方向に挟み込む一対の圧縮板１０１、１０１と、圧縮板１０１を介して供試体１７に対して第１方向の圧縮荷重を負荷する負荷装置と、供試体１７に取り付けられた複数の歪ゲージ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃと、圧縮板１０１の供試体１７と接触する部分であって、第１方向に個別に移動可能に分割された複数の可動片１１１と、複数の可動片１１１を個別に第１方向に移動させる調整機構１１５とを備える。【選択図】図７

Description

本発明は、圧縮試験装置に関する。

航空機は、胴体と主翼とを備え、主翼が生成する揚力により空中を飛行することができる。航空機の飛行中、主翼には、揚力により上向きの力が働くとともに、胴体との接続部において胴体の自重により下向きの力が働く。そのため、航空機の飛行中、主翼には、胴体から離れるほど上向きに反り返る力が働く。

このとき、主翼の上側の外板は、圧縮荷重を受け、下側の外板は、引張荷重を受ける。一般的に、航空機の外板に用いられる材料の圧縮強度は、引張強度よりも低い傾向にある。そのため、主翼の上側の外板が目標圧縮荷重まで耐荷できるか否かを検査するために強度保証試験が行われる。

強度保証試験において、主翼の上側の外板の供試体に対して、板厚方向と垂直な方向に圧縮荷重を負荷する圧縮試験装置が使用される。この圧縮試験装置により供試体に圧縮荷重を負荷した際に、供試体の端面と圧縮試験装置の接触面との状態によっては、供試体に想定外の面外変形が生じ、端部破壊を起こすおそれがあった。

ここで、特許文献１には、試験物に圧縮荷重を負荷する圧縮試験装置が開示されている。特許文献１には、試験物の端面と圧縮試験装置の接触面との間に隙間（ギャップ）がある場合、隙間を小さくするため、試験物の端面と圧縮試験装置の接触面との間にシムを設置することが開示されている。

また、特許文献１には、試験物の端面と圧縮試験装置の接触面との間に隙間がある場合、隙間を小さくするため、球座式圧縮板を用いることについて開示されている。球座式圧縮板の試験物の端面との接触面は、水平面に対し傾斜可能に構成されている。そのため、球座式圧縮板は、試験物の端面が水平面に対し傾斜していても、試験物の端面との平行度を合わせることができる。これにより、球座式圧縮板は、試験物の端面と圧縮試験装置の接触面との間の隙間を小さくすることができる。

特開２０１３−１４２６９８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のように試験物の端面と圧縮試験装置の接触面との間にシムを設置する場合、試験物の端面と圧縮試験装置の接触面との間の隙間の調整は、シムの板厚に依存し、隙間を最適にすることが困難であった。また、シムを用いた隙間の調整は、試験物に目標圧縮荷重未満となるプレ圧縮荷重を負荷し、歪ゲージにより試験物のひずみを測定し、プレ圧縮荷重を除荷した後、シムの板厚の検討、シムの設置、および、プレ圧縮荷重の負荷を繰り返し行うことで調整される。そのため、シムによる隙間の調整は、多大な時間と労力がかかるという問題があった。

一方、上記特許文献１に記載のように球座式圧縮板を用いる場合、試験物の端面と圧縮試験装置の接触面との間の隙間を簡易に調整して、試験物の端面にかかる圧縮応力を、当該端面の幅方向で均等にすることができる。しかしながら、試験物の荷重方向の中央部付近に撓み、歪み、捻じれ等の局所的な変形がある場合、試験物の端面にかかる圧縮応力が均等であっても、試験物の中央部付近（例えば標定部）にかかる圧縮応力が幅方向で均等にならない場合がある。その場合、球座式圧縮板を使用しても、試験物の中央部付近において圧縮応力を均等に付与することが困難であり、試験物の中央部付近における強度特性を正確に測定できなかった。

そこで、本発明は、供試体の端面の状態あるいは中央部付近の状態にかかわらず、供試体の中央部付近にかかる圧縮応力を簡易かつ高精度に調整することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の圧縮試験装置は、供試体を第１方向に挟み込む一対の圧縮板と、圧縮板を介して供試体に対して第１方向の圧縮荷重を負荷する負荷装置と、供試体に取り付けられた複数の歪ゲージと、一対の圧縮板のうち少なくとも一方における供試体と接触する部分であって、第１方向に個別に移動可能に分割された複数の可動片と、複数の可動片を個別に第１方向に移動させる調整機構とを備える。

調整機構は、供試体に対して圧縮荷重を負荷した状態で、複数の歪ゲージの出力に応じて複数の可動片の第１方向の位置を個別に調整可能であってもよい。

複数の歪ゲージの出力に基づいて、調整機構を制御する制御装置を備えてもよい。

複数の歪ゲージは、供試体の標定部に取り付けられてもよい。

標定部は、供試体に圧縮荷重をかけた場合に、圧縮応力が最も大きくなる部位であってもよい。

供試体は、繊維強化プラスチックからなる航空機の外板部材であってもよい。

本発明によれば、供試体の端面の状態あるいは中央部付近の状態にかかわらず、供試体の中央部付近にかかる圧縮応力を簡易かつ高精度に調整することができる。

本発明の一実施形態に係る航空機の概略斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した主翼を示す概略断面図である。 同実施形態に係る供試体の概略斜視図である。 同実施形態に係る圧縮試験装置の概略構成図である。 同実施形態に係る圧縮板の概略斜視図である。 同実施形態に係る圧縮板の概略断面図である。 同実施形態に係る接触状態調整処理中の圧縮試験装置の概略構成図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

[１．航空機の全体構成]
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る航空機１の全体構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る航空機１の概略斜視図である。

図１に示すように、航空機１は、胴体３と、主翼５と、水平尾翼７と、垂直尾翼９とを備える。以下では、主翼５と、水平尾翼７と、垂直尾翼９を単に翼ともいう。

胴体３は、航空機１の機体の中心構造部材であり、前後方向（ロール軸方向）の長さが左右方向（ピッチ軸方向）および上下方向（ヨー軸方向）の長さよりも長い。胴体３の内部には、搭乗者が搭乗可能な搭乗スペースが形成されるとともに、エンジン等の駆動源、燃料タンク、運転装置、計測器等の各種装置が搭載される。

胴体３の中央部の左右両側に、一対の主翼５、５が設けられる。一対の主翼５、５は、胴体３の中央部から左右方向に張り出すように配置される。主翼５は、航空機１に上向きの揚力を発生させる。

胴体３の後部の左右両側に、一対の水平尾翼７、７が設けられる。一対の水平尾翼７、７は、胴体３の後部から左右方向に張り出すように配置される。水平尾翼７は、航空機１のピッチ軸回りの安定性を保つ機能を有する。

胴体３の後部の上側に、垂直尾翼９が設けられる。垂直尾翼９は、胴体３の後部から上方向に張り出すように配置される。垂直尾翼９は、航空機１のヨー軸回りの安定性を保つ機能を有する。

［２．主翼の内部構成］
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した主翼５を示す概略断面図である。図２に示すように、主翼５は、外板（パネル）１１と、ストリンガ１３と、ボックス構造体１５とを含む。

外板１１の断面形状は、例えば流線形の翼型を有する。外板１１は、外面側が外部空間Ｓ１に露出し、内面側に内部空間Ｓ２を形成する。ストリンガ１３は、例えばＩ字状に形成され、内部空間Ｓ２に収容される。ストリンガ１３の一端は、外板１１に接続され、ストリンガ１３の他端は、ボックス構造体１５に接続される。本実施形態では、ストリンガ１３は、外板１１と一体的に構成される。ただし、ストリンガ１３は、外板１１と別体的に構成され、外板１１に取り付けられてもよい。

ボックス構造体１５は、主翼５の桁（主翼桁）を備える。ボックス構造体１５は、中空矩形状に形成され、内部空間Ｓ２に収容される。ボックス構造体１５は、外板１１から離隔した状態でストリンガ１３に支持される。ボックス構造体１５の内部には、燃料収容空間Ｓ３が形成される。本実施形態では、ボックス構造体１５は、燃料タンクの一部として機能する。また、ボックス構造体１５は、主翼５を補強する補強部材としても機能する。

主翼５は、外板１１と一体的に構成されたストリンガ１３を締結部材（例えば、ボルト）によりボックス構造体１５に締結することで、組み立てられる。

上述したように、航空機１の飛行中、主翼５の上側の外板１１は、圧縮荷重を受け、下側の外板１１は、引張荷重を受ける。一般的に、外板１１に用いられる材料の圧縮強度は、引張強度よりも低い傾向にある。そのため、主翼５の上側の外板１１が目標圧縮荷重まで耐荷できるか否かを検査するために強度保証試験を行う必要がある。

［３．供試体の構成］
強度保証試験において、主翼５の一部が供試体１７として使用される。本実施形態では、例えば、主翼５のうち上側の外板部材の一部が供試体１７として使用される。ただし、これに限定されず、供試体１７は、主翼５のうち下側の外板部材の一部であってもよいし、水平尾翼７または垂直尾翼９など他の翼の外板部材の一部であってもよいし、胴体３の外板部材の一部であってもよい。つまり、供試体１７は、航空機１の外板部材の一部であればよい。

図３は、本実施形態に係る供試体１７の概略斜視図である。図３に示すように、供試体１７は、外板１１と、ストリンガ１３と、一対の補強板１９、１９とを含む。

以下では、外板１１の厚み方向に対して平行な方向を前後方向Ｘ、前後方向Ｘに対して垂直な水平方向を左右方向Ｙ、前後方向Ｘおよび左右方向Ｙに対して垂直な方向を上下方向Ｚとして説明する。前方向＋Ｘ（以下、前側）は、外板１１のうちストリンガ１３が配置される側に向かう方向であり、後方向−Ｘ（以下、後側）は、外板１１のうちストリンガ１３が配置される側とは反対側に向かう方向である。左方向＋Ｙ（以下、左側）、右方向−Ｙ（以下、右側）はそれぞれ、供試体１７を前側から見たときの左側、右側に向かう方向である。上方向＋Ｚ（以下、上側）、下方向−Ｚ（以下、下側）はそれぞれ、供試体１７を前側から見たときの上側、下側に向かう方向である。

図３中、航空機１の外板部材である外板１１およびストリンガ１３は、板厚方向と垂直な長手方向が上下方向Ｚとなるように起立して配置される。外板１１およびストリンガ１３は、例えば、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）により構成される。ただし、外板１１およびストリンガ１３は、ＧＦＲＰ（Glass-Fiber-Reinforced Plastics）またはＡＦＲＰ（Aramid-Fiber-Reinforced Plastics）などの他の繊維強化プラスチックにより構成されてもよい。これにより、外板１１およびストリンガ１３が金属材料で構成される場合よりも、比強度を大きくすることができ、また軽量化が可能となる。

一対の補強板１９、１９は、それぞれ矩形状に形成される。ただし、一対の補強板１９、１９は、多角形状または円形状など、矩形状以外の形状に形成されてもよい。一対の補強板１９、１９は、例えばアルミニウムなどの金属により構成される。ただし、一対の補強板１９、１９は、外板１１およびストリンガ１３と同じ材質により構成されてもよい。

一対の補強板１９、１９は、外板１１およびストリンガ１３の上下方向Ｚの両端に取り付けられる。一対の補強板１９、１９は、強度保証試験において外板１１およびストリンガ１３に圧縮荷重が上下方向Ｚに均等かつ安定的に負荷されるように、外板１１およびストリンガ１３の上下両端部を補強する機能を有する。一対の補強板１９、１９により、左右方向Ｙおよび前後方向Ｘへの外板１１およびストリンガ１３の移動が制限される。

［４．圧縮試験装置の構成］
図４を参照して、本実施形態に係る圧縮試験装置について説明する。図４は、本実施形態に係る圧縮試験装置１００の概略構成図である。図４では、図面を見やすくするため、供試体１７のうちストリンガ１３を不図示としている。

本実施形態に係る強度保証試験では、供試体１７に対して上下方向Ｚに圧縮荷重を負荷する圧縮試験装置１００が使用される。図４に示すように、圧縮試験装置１００は、一対の圧縮板１０１、１０１と、負荷装置１０３と、第１歪ゲージ１０５ａと、第２歪ゲージ１０５ｂと、第３歪ゲージ１０５ｃ（以下、歪ゲージ１０５と総称する場合もある。）と、制御装置１０７とを含む。

一対の圧縮板１０１、１０１は、それぞれ矩形状に形成される。ただし、一対の圧縮板１０１、１０１は、多角形状または円形状など、矩形状以外の形状に形成されてもよい。一対の圧縮板１０１、１０１は、互いに上下方向Ｚに対向して配置され、供試体１７に対して上下方向Ｚの両側に配置される。一対の圧縮板１０１、１０１は、供試体１７の上下方向Ｚにおける端面１７ａ、１７ａとそれぞれ接触可能な接触面１０１ａを有する。上側の圧縮板１０１の下面、および下側の圧縮板１０１の上面が接触面１０１ａとなる。一対の圧縮板１０１、１０１は、供試体１７を第１方向（上下方向Ｚ）に挟み込み、供試体１７を保持する。

負荷装置１０３は、一対の圧縮板１０１、１０１のうち上側の圧縮板１０１に接続される。ただし、負荷装置１０３は、一対の圧縮板１０１、１０１のうち下側の圧縮板１０１に接続されてもよいし、一対の圧縮板１０１、１０１の双方に接続されてもよい。

負荷装置１０３は、圧縮板１０１を介して、供試体１７に対し第１方向に圧縮荷重を負荷する。本実施形態では、圧縮荷重を負荷する第１方向は、上下方向Ｚである。ただし、これに限定されず、圧縮荷重を負荷する第１方向は、左右方向Ｙまたは前後方向Ｘなど、上下方向Ｚとは異なる方向であってもよい。

歪ゲージ１０５は、供試体１７の標定部１０９におけるひずみを検出する。本実施形態では、例えば、３つの歪ゲージ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃが供試体１７に取り付けられているが、歪ゲージの設置数は２つ、または４つ以上であってもよい。歪ゲージ１０５は、供試体１７のうち、例えば上下方向の中央部付近に位置する標定部１０９に取り付けられる。これらの歪ゲージ１０５は、供試体１７の幅方向（左右方向Ｙ）に間隔を空けて配置されている。なお、図４の例では、供試体１７の前面（＋Ｘ方向の側面）側に３つの歪ゲージ１０５が配置されているが、圧縮試験時における供試体１７の曲げの有無を確認するため、後面（−Ｘ方向の側面）側に複数の歪ゲージ１０５が取り付けられてもよい。これらの歪ゲージ１０５により、供試体１７の標定部１０９におけるひずみが測定される。

標定部１０９は、供試体１７のうち強度保証試験の測定対象となる部位に設定される。例えば、標定部１０９は、供試体１７に圧縮荷重をかけた状態をシミュレーションした際の強度解析の結果、圧縮応力が最も大きくなる部位（最酷部）であってもよい。つまり、標定部１０９は、供試体１７のうち最も強度が弱いと予測される部位であり、強度保証試験における破壊対象部位であってもよい。本実施形態では、例えば、供試体１７の上下方向Ｚの中央部付近が、標定部１０９に設定されている。しかし、標定部１０９の設定位置はかかる例に限定されず、供試体１７のうち測定を所望する任意の位置、例えば、供試体１７の端面１７ａと中央部との間の領域を、標定部１０９として設定してもよい。

本実施形態では、標定部１０９の左右方向Ｙの幅は、上下方向Ｚの幅よりも大きく、横長に設定される。ただし、標定部１０９の左右方向Ｙの幅は、上下方向Ｚの幅よりも小さくてもよく、縦長に設定されてもよい。また、標定部１０９のうち最も左側の端部の高さは、標定部１０９のうち最も右側の端部の高さと大凡等しい。ただし、標定部１０９のうち最も左側の端部の高さは、標定部１０９のうち最も右側の端部の高さより高くてもよいし、低くてもよく、左右方向Ｙに対し傾斜して設定されてもよい。

第１歪ゲージ１０５ａは、標定部１０９のうち最も左側に配置される。第３歪ゲージ１０５ｃは、標定部１０９のうち最も右側に配置される。第２歪ゲージ１０５ｂは、第１歪ゲージ１０５ａと第３歪ゲージ１０５ｃの間に配置され、標定部１０９の中央に配置される。

制御装置１０７は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータからなり、圧縮試験装置１００全体を統括制御する。図４中、制御装置１０７に入出力する信号を一点鎖線で示す。制御装置１０７は、負荷装置１０３と電気的に接続され、供試体１７に負荷する圧縮荷重を制御する。また、制御装置１０７は、一対の圧縮板１０１、１０１と電気的に接続され、後述する調整機構１１５を制御する。

制御装置１０７は、第１歪ゲージ１０５ａ、第２歪ゲージ１０５ｂ、および、第３歪ゲージ１０５ｃと電気的に接続される。制御装置１０７は、第１歪ゲージ１０５ａ、第２歪ゲージ１０５ｂ、および、第３歪ゲージ１０５ｃから、標定部１０９の各位置におけるひずみに応じた出力を取得する。制御装置１０７は、取得した出力に基づいて、標定部１０９のうち各歪ゲージ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃが取り付けられた各部位にかかる応力を導出する。制御装置１０７は、導出結果を表示部に表示する。

［５．圧縮板の構成］
つぎに、図５および図６を参照して、圧縮試験装置１００が備える圧縮板１０１の構成について詳細に説明する。図５は、本実施形態に係る圧縮板１０１の概略斜視図である。図６は、本実施形態の圧縮板１０１の概略断面図である。なお、図５および図６では、一対の圧縮板１０１、１０１のうち下側の圧縮板１０１を示し、以下では、当該下側の圧縮板１０１の構成について詳細に説明する。一対の圧縮板１０１、１０１のうち上側の圧縮板１０１は、下側の圧縮板１０１と同じ構成であるため、詳細な説明については省略する。

図５および図６に示すように、圧縮板１０１は、複数の可動片１１１と、収容部１１３と、調整機構１１５とを備える。

複数の可動片１１１は、圧縮板１０１のうち供試体１７と接触する部分を前後方向Ｘおよび左右方向Ｙに格子状に分割して構成される。各可動片１１１は、例えば直方体形状を有するが、かかる例に限定されず、立方体形状、多角柱形状などであってもよい。

複数の可動片１１１の上面は、供試体１７の下面と接触する接触面１１１ａとなる。図５の状態では、各可動片１１１の接触面１１１ａは、圧縮板１０１の上面と面一である。複数の可動片１１１は、上下方向Ｚに個別に移動可能に構成される。つまり、複数の可動片１１１は、負荷装置１０３の荷重方向に個別に移動可能である。この結果、各可動片１１１は、圧縮板１０１の上面（接触面１０１ａ）に対して、突出位置、面一位置、または退避位置に配置される。突出位置は、可動片１１１の接触面１１１ａが圧縮板１０１の上面から上方に突出した状態における可動片１１１の位置である。面一位置は、可動片１１１の接触面１１１ａが圧縮板１０１の上面と面一である状態における可動片１１１の位置である。退避位置は、可動片１１１の接触面１１１ａが圧縮板１０１の上面から下方に退避した状態における可動片１１１の位置である。

収容部１１３は、圧縮板１０１の上面から下面側に窪んで形成される、例えば矩形状の凹部である。収容部１１３には、上記複数の可動片１１１が収容される。例えば、各可動片１１１が突出位置にあるときは、収容部１１３は当該各可動片１１１の下部側の一部を収容する。一方、各可動片１１１が退避位置にあるときは、収容部１１３は可動片１１１の全部を収容する。

調整機構１１５は、上記各可動片１１１を上下方向Ｚに個別に移動させ、各可動片１１１の高さ位置を個別に調整する機能を有する。調整機構１１５は、複数のボールネジ１１７と、複数のモータ１１９とを備える。複数のボールネジ１１７および複数のモータ１１９の設置数は、複数の可動片１１１の設置数に対応している。各ボールネジ１１７は、各可動片１１１と螺合している。各ボールネジ１１７の上端は、各可動片１１１に接続され、各ボールネジ１１７の下端は、各モータ１１９に接続されている。

各モータ１１９は、各ボールネジ１１７に接続される。各モータ１１９は、各ボールネジ１１７のうち各可動片１１１と接続する側と反対側の端部に接続される。各モータ１１９は、各ボールネジ１１７を中心軸回りに回転させる。これにより、各ボールネジ１１７と螺合する各可動片１１１が上下方向Ｚに移動する。各モータ１１９は、制御装置１０７と電気的に接続され、制御装置１０７により各モータシャフトの回転量および回転方向が制御される。

［６．可動片および調整機構の動作］
図６を参照して、本実施形態に係る圧縮試験装置１００の可動片１１１および調整機構１１５の動作について説明する。図６中、制御装置１０７から各モータ１１９に出力される出力信号を一点鎖線で示す。

図６に示すように、複数の可動片１１１は、圧縮板１０１の上面に対して上下方向に個別に移動することができる。例えば、各ボールネジ１１７を時計回りに回転させることで、各可動片１１１は、上側に移動することができる。また、各ボールネジ１１７を反時計回りに回転させることで、各可動片１１１は、下側に移動することができる。

各可動片１１１の上下方向Ｚの移動量は、各ボールネジ１１７の回転量に応じて変化する。各ボールネジ１１７の回転量が大きくなるほど、各可動片１１１の上下方向Ｚの移動量が大きくなる。図６中、最も右側に位置するボールネジ１１７から最も左側に位置するボールネジ１１７に向かって順に時計回り方向の回転量が大きくなっている。そのため、最も右側に位置する可動片１１１から最も左側に位置する可動片１１１に向かって順に上方への移動量が大きくなっている。このように、各モータ１１９により各ボールネジ１１７を、正逆方向に回転させることにより、各可動片１１１を上下方向Ｚに移動させ、各可動片１１１の高さを調整できる。

ところで、強度保証試験において、圧縮試験装置１００により供試体１７に圧縮荷重を負荷した際に、供試体１７の端面１７ａと圧縮板１０１の接触面１０１ａとの接触状態によっては、供試体１７に想定外の面外変形が生じ、端部破壊を起こすおそれがある。

そこで、本実施形態の圧縮試験装置１００は、強度保証試験（本試験）を行う前に、供試体１７に影響がない程度のプレ圧縮荷重を負荷し、標定部１０９に取り付けた複数の歪ゲージ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの出力により面外変形の兆候を確認する。

具体的に、圧縮試験装置１００を用いて強度保証試験を行う前に、プレ圧縮荷重を負荷する予備圧縮作業を行う。この予備圧縮作業では、強度保証試験で負荷する目標圧縮荷重未満となるプレ圧縮荷重を供試体１７に負荷する。このとき、制御装置１０７は、複数の歪ゲージ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの出力を取得し、複数の歪ゲージ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの出力値が大凡一致しているか否か判定する。ここで、制御装置１０７は、複数の歪ゲージ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの出力値が完全に一致していなくても、出力値のずれ量が所定の閾値未満である場合、大凡一致していると判定する。つまり、制御装置１０７は、複数の歪ゲージ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの出力値が所定の範囲内で略均等な値となっているか否か判定する。

制御装置１０７は、複数の歪ゲージ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの出力値の全てが大凡一致している場合、標定部１０９にかかる圧縮応力は幅方向で略均等であり、供試体１７に想定外の面外変形は生じ難く、強度保証試験は実行可能であると判定する。一方、制御装置１０７は、複数の歪ゲージ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃのいずれかの出力値が他の出力値と大凡一致でない場合、標定部１０９にかかる圧縮応力は幅方向の部位に応じてずれており、供試体１７に想定外の面外変形は生じ易く、強度保証試験は実行不可であると判定する。この場合、制御装置１０７は、複数のモータ１１９を制御し、供試体１７の端面１７ａと圧縮板１０１の接触面１０１ａとの接触状態を調整する接触状態調整処理を実行する。

図７は、本実施形態に係る接触状態調整処理中の圧縮試験装置１００の概略構成図である。図７では、供試体１７の各部位にかかる圧縮応力の大きさを実線矢印で示し、各歪ゲージ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃから制御装置１０７に出力される出力信号および制御装置１０７から各モータ１１９に出力される出力信号を一点鎖線で示す。

図７に示すように、制御装置１０７は、供試体１７にプレ圧縮荷重を負荷した状態において、複数の歪ゲージ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃから標定部１０９のひずみに応じた出力を取得する。そして、制御装置１０７は、複数の歪ゲージ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの出力値が相互にほぼ一致するように、調整機構１１５を制御する。換言すれば、制御装置１０７は、標定部１０９のうち各歪ゲージ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃが位置する部位にかかる圧縮応力がほぼ同程度となるように、調整機構１１５を制御する。

具体的に、制御装置１０７は、歪ゲージ１０５の出力に基づいて、各モータ１１９の回転量および回転方向を制御することで、各可動片１１１の上下方向Ｚの位置を個別に制御する。例えば、標定部１０９の第１歪ゲージ１０５ａにかかる圧縮応力が第２歪ゲージ１０５ｂおよび第３歪ゲージ１０５ｃにかかる圧縮応力よりも小さい場合、最も左側のモータ１１９を制御し、最も左側の可動片１１１を上側に移動させる。これにより、最も左側の可動片１１１が供試体１７の端面１７ａを押圧する押圧力が大きくなり、標定部１０９のうち第１歪ゲージ１０５ａの部位にかかる圧縮応力が大きくなる。

また、標定部１０９の第３歪ゲージ１０５ｃにかかる圧縮応力が第２歪ゲージ１０５ｂおよび第１歪ゲージ１０５ａにかかる圧縮応力よりも大きい場合、最も右側のモータ１１９を制御し、最も右側の可動片１１１を下側に移動させる。これにより、最も右側の可動片１１１が供試体１７の端面１７ａを押圧する押圧力が小さくなり、第３歪ゲージ１０５ｃの部位にかかる圧縮応力が小さくなる。

図７では、供試体１７の上側の端面１７ａにかかる圧縮応力が、供試体１７の幅方向（左右方向Ｙ）において略均等であり、下側の端面１７ａにかかる圧縮応力が左側に向かうほど大きくなっている例について示す。また、供試体１７の中央部付近の標定部１０９にかかる圧縮応力が、供試体１７の幅方向（左右方向Ｙ）において略均等である例について示す。

このように、制御装置１０７は、調整機構１１５を制御することで、標定部１０９にかかる圧縮応力が、供試体１７の幅方向で略均等となるように制御できる。

以上のように、本実施形態の圧縮試験装置１００は、複数の可動片１１１と、調整機構１１５とを備える。これにより、供試体１７の端面１７ａと圧縮板１０１の接触面１０１ａとの間にシムを設置することなく、端面１７ａと接触面１０１ａとの間の隙間を埋めて、両者の接触状態を良好に調整することができる。

ここで、従来技術のように、供試体の端面と圧縮板の接触面との間にシムを設置して、端面と接触面との接触状態を調整する場合、その調整量はシムの板厚に依存するため、接触状態を最適にすることが困難であった。また、シムを用いた接触状態の調整は、プレ圧縮荷重の負荷、複数の歪ゲージによるひずみの測定、プレ圧縮荷重の除荷、シムの板厚の検討、シムの設置、および、プレ圧縮荷重の負荷といった作業を繰り返し行う必要があった。そのため、シムによる接触状態の調整は、多大な時間と労力がかかるという問題があった。

これに対し、本実施形態の圧縮試験装置１００によれば、プレ圧縮荷重をかけた状態のまま、調整機構１１５により複数の可動片１１１を個別に移動させ、端面１７ａと接触面１０１ａとの接触状態を簡易かつ迅速に調整することができる。

さらに、各可動片１１１の各辺の長さは、シムの各辺の長さより小さい。例えば、各可動片１１１の各辺の長さは、３ｃｍ未満である。また、各ボールネジ１１７による各可動片１１１の荷重方向への最小移動量は、従来のシムの最小板厚よりも小さい。例えば、各可動片１１１の荷重方向への最小移動量は、０．１ｍｍ未満である。これにより、調整機構１１５による端面１７ａと接触面１０１ａとの接触状態の調整は、シムによる端面１７ａと接触面１０１ａとの接触状態の調整よりも精度よく微調整することができる。

また、プレ圧縮荷重をかけた状態のまま端面１７ａと接触面１０１ａとの接触状態を調整することができるため、シムによる端面１７ａと接触面１０１ａとの接触状態の調整よりも時間と労力を低減することができる。例えば、従来のシムによる接触状態の調整は、プレ圧縮荷重の負荷および除荷を繰り返し行う必要があるのに対し、調整機構１１５による接触状態の調整は、プレ圧縮荷重の負荷および除荷の繰り返しは不要である。本実施形態では、調整機構１１５による接触状態の調整は、１回のプレ圧縮荷重の負荷のみで行うことができ、また、接触状態の調整後、強度保証試験（本試験）を連続して行うことができる。

本実施形態の圧縮試験装置１００によれば、標定部１０９に取り付けられた複数の歪ゲージ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの出力に応じて、複数の可動片１１１の荷重方向の位置を個別に調整可能である。これにより、供試体１７の中央部付近の標定部１０９に撓み、歪み、捻じれ等の局所的な変形がある場合であっても、供試体１７にプレ圧縮荷重を負荷した状態で、供試体１７の標定部１０９に対して圧縮応力を均等に付与することができる。したがって、本実施形態によれば、供試体１７の端面１７ａの状態あるいは標定部１０９の局所的な変形状態にかかわらず、供試体１７の標定部１０９にかかる圧縮応力を簡易かつ高精度に調整することができる。

本実施形態の圧縮試験装置１００によれば、複数のモータ１１９を制御可能な制御装置１０７を備える。これにより、制御装置１０７は、複数の歪ゲージ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの出力に基づいて、複数のモータ１１９を制御することで、標定部１０９にかかる応力が均等となるように自動的に調整できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上記実施形態では、一対の圧縮板１０１、１０１の双方に複数の可動片１１１および調整機構１１５が設けられる例について説明した。しかし、これに限定されず、複数の可動片１１１および調整機構１１５は、一対の圧縮板１０１、１０１のうち一方にのみ設けられてもよい。

上記実施形態では、供試体１７が一対の補強板１９、１９を備える例について説明した。しかし、これに限定されず、供試体１７に一対の補強板１９、１９を設けずに、外板１１およびストリンガ１３のみからなる供試体１７を用いてもよい。

上記実施形態では、調整機構１１５が複数のモータ１１９を備える例について説明した。しかし、これに限定されず、調整機構１１５は、複数のモータ１１９を備えなくてもよい。例えば、作業者は、制御装置１０７の表示部に表示される標定部１０９にかかる応力情報を確認しながら、調整機構１１５のボールネジ１１７を手動で回転操作してもよい。

上記実施形態では、調整機構１１５が複数のボールネジ１１７および複数のモータ１１９を備える例について説明した。しかし、これに限定されず、調整機構１１５は、これらに代えて、各可動片１１１に接続される直動アクチュエータ、油圧シリンダなど、任意の駆動機構で構成されてもよい。

上記実施形態では、歪ゲージ１０５が供試体１７の標定部１０９に取り付けられる例について説明した。しかし、これに限定されず、歪ゲージ１０５は、供試体１７のうち、端面１７ａと標定部１０９との中間部に取り付けられてもよい。

上記実施形態では、供試体１７が繊維強化プラスチックからなる航空機１の外板部材から構成される例について説明した。しかし、これに限定されず、供試体は、航空機１の外板１以外の部材であってもよく、また、繊維強化プラスチックとは異なる材質により構成される部材であってもよい。

本発明は、圧縮試験装置に利用できる。

１１ 外板
１３ ストリンガ
１７ 供試体
１００ 圧縮試験装置
１０１ 圧縮板
１０３ 負荷装置
１０５ａ 第１歪ゲージ
１０５ｂ 第２歪ゲージ
１０５ｃ 第３歪ゲージ
１０７ 制御装置
１０９ 標定部
１１１ 可動片
１１５ 調整機構

Claims (6)

1. 供試体を第１方向に挟み込む一対の圧縮板と、
   前記圧縮板を介して前記供試体に対して前記第１方向の圧縮荷重を負荷する負荷装置と、
   前記供試体に取り付けられた複数の歪ゲージと、
   前記一対の圧縮板のうち少なくとも一方における前記供試体と接触する部分であって、前記第１方向に個別に移動可能に分割された複数の可動片と、
   前記複数の可動片を個別に前記第１方向に移動させる調整機構と、
   を備えた圧縮試験装置。
2. 前記調整機構は、前記供試体に対して前記圧縮荷重を負荷した状態で、前記複数の歪ゲージの出力に応じて前記複数の可動片の前記第１方向の位置を個別に調整可能である、請求項１に記載の圧縮試験装置。
3. 前記複数の歪ゲージの出力に基づいて、前記調整機構を制御する制御装置を備える、請求項１または２に記載の圧縮試験装置。
4. 前記複数の歪ゲージは、前記供試体の標定部に取り付けられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮試験装置。
5. 前記標定部は、前記供試体に前記圧縮荷重をかけた場合に、圧縮応力が最も大きくなる部位である、請求項４に記載の圧縮試験装置。
6. 前記供試体は、繊維強化プラスチックからなる航空機の外板部材である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧縮試験装置。

Images