JP2021110645A - 圧縮試験装置 - Google Patents

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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。
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