JP2578994B2 - 熱間変位―荷重測定システム - Google Patents
熱間変位―荷重測定システムInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は耐火物の試験に係わり、特に熱間における試
験測定を精度よく行うことができる熱間変位−荷重測定
システムに関するものである。
験測定を精度よく行うことができる熱間変位−荷重測定
システムに関するものである。
従来、耐火物等の熱間における試験は、加熱炉内に設
置した受け台にサンプルをセットし、ヒータで加熱炉を
所定温度に加熱して荷重装置によりサンプルに荷重を加
え、そのときの荷重をロードセル等のセンサで検出する
とともに、試験機のクロスヘッドの変位、または押棒を
サンプルに当てたときの押棒の変位を差動トランス等で
検出して変位測定することにより行われていた。
置した受け台にサンプルをセットし、ヒータで加熱炉を
所定温度に加熱して荷重装置によりサンプルに荷重を加
え、そのときの荷重をロードセル等のセンサで検出する
とともに、試験機のクロスヘッドの変位、または押棒を
サンプルに当てたときの押棒の変位を差動トランス等で
検出して変位測定することにより行われていた。
しかしながら、従来の試験方法では、測定される変位
にサンプル変位と治具の変位が含まれてしまうこと、ま
たサンプルのセットの仕方が起因する変位が含まれてし
まうため誤差が大きいという問題があった。
にサンプル変位と治具の変位が含まれてしまうこと、ま
たサンプルのセットの仕方が起因する変位が含まれてし
まうため誤差が大きいという問題があった。
本発明は上記課題を解決するためのもので、耐火物の
熱間（室温〜1500℃）での測定を高精度で行うことがで
きる熱間変位−荷重測定システムを提供することを目的
とする。
熱間（室温〜1500℃）での測定を高精度で行うことがで
きる熱間変位−荷重測定システムを提供することを目的
とする。
そのために本発明は、サンプル支持面を凹曲面状とし
た荷重受け台にセットされ、加圧手段により荷重が印加
されるサンプルを加熱炉中にセットし、熱間におけるサ
ンプルへの荷重及び変位を検出し、検出結果を記録する
とともに検出信号をA/D変換して演算処理手段に取り込
んでデータ処理し、熱間における変位−荷重を測定する
システムであって、加熱炉の後壁及び前扉にスリット状
のレーザ光透過部を設けた耐熱ガラスからなる窓を設け
て該窓を通してレーザ光線を照射して受光し、荷重受け
台のサンプルを固定する上側治具の最下端の変位を検出
して破壊エネルギーを、サンプルの下端中央部の変位を
検出して静弾性率の測定をそれぞれ行うようにしたこ
と、 荷重受け台にセットされ、加圧手段により荷重が印加
されるサンプルを加熱炉中にセットし、熱間におけるサ
ンプルへの荷重及び変位を検出し、検出結果を記録する
とともに検出信号をA/D変換して演算処理手段に取り込
んでデータ処理し、熱間における変位−荷重を測定する
システムであって、加熱炉の後壁及び前扉に十字スリッ
ト状のレーザ光透過部を設けた耐熱ガラスからなる窓を
設け、ポアソン比の測定には、レーザ装置を縦方向及び
横方向の前記窓の光透過部に対応してそれぞれ設け、両
方向同時に該窓を通してレーザ光線を照射して受光する
ことにより変位検出を行うようにしたことを特徴とす
る。
た荷重受け台にセットされ、加圧手段により荷重が印加
されるサンプルを加熱炉中にセットし、熱間におけるサ
ンプルへの荷重及び変位を検出し、検出結果を記録する
とともに検出信号をA/D変換して演算処理手段に取り込
んでデータ処理し、熱間における変位−荷重を測定する
システムであって、加熱炉の後壁及び前扉にスリット状
のレーザ光透過部を設けた耐熱ガラスからなる窓を設け
て該窓を通してレーザ光線を照射して受光し、荷重受け
台のサンプルを固定する上側治具の最下端の変位を検出
して破壊エネルギーを、サンプルの下端中央部の変位を
検出して静弾性率の測定をそれぞれ行うようにしたこ
と、 荷重受け台にセットされ、加圧手段により荷重が印加
されるサンプルを加熱炉中にセットし、熱間におけるサ
ンプルへの荷重及び変位を検出し、検出結果を記録する
とともに検出信号をA/D変換して演算処理手段に取り込
んでデータ処理し、熱間における変位−荷重を測定する
システムであって、加熱炉の後壁及び前扉に十字スリッ
ト状のレーザ光透過部を設けた耐熱ガラスからなる窓を
設け、ポアソン比の測定には、レーザ装置を縦方向及び
横方向の前記窓の光透過部に対応してそれぞれ設け、両
方向同時に該窓を通してレーザ光線を照射して受光する
ことにより変位検出を行うようにしたことを特徴とす
る。
本発明は、外部が冷却された炉体に耐熱ガラスからな
る窓を設け、窓を通してレーザ光線を照射し、サンプル
に荷重を加えていったときに生ずるサンプルの変位をレ
ーザ光線で読み取ることにより、1500℃の熱間において
高精度に変位測定することができるとともに、荷重デー
タと変位データとを測定しながら、データ処理して変位
−荷重の関係を求め、静弾性率、破壊エネルギ等を求め
ることが可能である。
る窓を設け、窓を通してレーザ光線を照射し、サンプル
に荷重を加えていったときに生ずるサンプルの変位をレ
ーザ光線で読み取ることにより、1500℃の熱間において
高精度に変位測定することができるとともに、荷重デー
タと変位データとを測定しながら、データ処理して変位
−荷重の関係を求め、静弾性率、破壊エネルギ等を求め
ることが可能である。
以下、本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明の変位−荷重測定システムの全体構成
を示す図、第２図は荷重系の構成を示す図、第３図はシ
ェブロンノット試験片を示す図である。図中、１はロー
ドセル、２はレーザ変位計、３はレコーダ、４、５はA/
D変換器、６は演算処理装置、７はメモリ、８は表示装
置、９はプリンタ、11は電気炉、12はSiCヒータ、13は
熱電対、14は温度コントローラ、15はサンプル、16は上
側治具、17は下側治具、18は荷重コントローラ、19は荷
重装置、20は真空ポンプ、21はガスソース、22はレーザ
発信器、23はレーザ受光器、24は耐火壁、25、26は窓、
27,28はハーフミラーである。
を示す図、第２図は荷重系の構成を示す図、第３図はシ
ェブロンノット試験片を示す図である。図中、１はロー
ドセル、２はレーザ変位計、３はレコーダ、４、５はA/
D変換器、６は演算処理装置、７はメモリ、８は表示装
置、９はプリンタ、11は電気炉、12はSiCヒータ、13は
熱電対、14は温度コントローラ、15はサンプル、16は上
側治具、17は下側治具、18は荷重コントローラ、19は荷
重装置、20は真空ポンプ、21はガスソース、22はレーザ
発信器、23はレーザ受光器、24は耐火壁、25、26は窓、
27,28はハーフミラーである。
本発明においては、第３図に示すように試験片を低荷
重で安定的に破壊させるためにノッチ15aを切り込んだ
シェブロンノッチ試験片（サンプル）15を使用する。シ
ェブロンノッチ試験片の作成で重要な点は、 任意のノッチ角度θの試験片が作成できること。
重で安定的に破壊させるためにノッチ15aを切り込んだ
シェブロンノッチ試験片（サンプル）15を使用する。シ
ェブロンノッチ試験片の作成で重要な点は、 任意のノッチ角度θの試験片が作成できること。
任意のノッチ幅で作成できること。
２度切りによってノッチの位置がずれないこと。
であり、そのために予め試験片の長手方向の４面に平面
研削を施し、ノッチ角度θを任意に選択できる２次元デ
バイスを使用することが重要である。
研削を施し、ノッチ角度θを任意に選択できる２次元デ
バイスを使用することが重要である。
作成した試験片をサンプルとして第２図（ａ）に示す
電気炉11にセットする。電気炉内はサンプル近傍の温度
を熱電対13で検出し、検出結果が入力される温度コント
ローラ14で温度制御され、外部は冷却水により水冷され
ている。電気炉11の炉内雰囲気は真空ポンプ20で脱気
後、ガスソース21よりアルゴンガスで置換する。これ
は、熱間において炉内空気または電極等からの発生ガス
の揺らぎに起因して、レーザー光線が散乱され、揮発分
を含む試料を測定に供した場合、レーザー光線の測定精
度は更に悪くなり、場合によっては測定不能のケースも
あるのでこれを防止するためである。サンプル15はSiC
からなる上側治具16と下側治具17とにより４点式（２点
荷重）で上側から荷重をかけるようになっている。もち
ろん、３点式（１点荷重）で荷重をかけるようにしても
よい。上側治具16は荷重系とは切り離されており、治具
が試験片の上に乗った状態になっている。荷重系は荷重
コントローラ18によりコントロールされる油圧回路から
なる荷重装置19で押棒を加圧するように構成されてい
る。このときの荷重はロードセル１により検出される。
また、荷重を印加していったときのサンプルの変位は、
第２図（ｂ）に示すように電気炉の耐火壁の一部に設け
た耐熱ガラスからなる窓を通してレーザ発信器22からの
レーザ光をサンプル15に対して照射してレーザ受信器23
で受光する。この照射は図示しないポリゴンミラーとレ
ンズを用い等速平行走査ビームにより行い、サンプルで
影になって受光できない時間を計測部内でクロックパル
スを数えて寸法に変換する。耐熱ガラスにはレーザ光を
吸収しないようなスリット状の透光部を設けてレーザ光
を走査するか、十字状にスリット透光部を設け、２つの
レーザ発信器を設けて縦と横方向に走査することによ
り、縦方向と横方向の変位を測定しポアソン比を求めた
り、また縦方向または横方向のうち片方のみを測定する
ことも可能である。なお、透光部をスリット状とするの
は、炉内を加熱した時に発生する炉内からの輻射光及び
輻射熱がレーザ装置に入り、レーザ光以外の光及び熱歪
みによる測定誤差を防止するためである。
電気炉11にセットする。電気炉内はサンプル近傍の温度
を熱電対13で検出し、検出結果が入力される温度コント
ローラ14で温度制御され、外部は冷却水により水冷され
ている。電気炉11の炉内雰囲気は真空ポンプ20で脱気
後、ガスソース21よりアルゴンガスで置換する。これ
は、熱間において炉内空気または電極等からの発生ガス
の揺らぎに起因して、レーザー光線が散乱され、揮発分
を含む試料を測定に供した場合、レーザー光線の測定精
度は更に悪くなり、場合によっては測定不能のケースも
あるのでこれを防止するためである。サンプル15はSiC
からなる上側治具16と下側治具17とにより４点式（２点
荷重）で上側から荷重をかけるようになっている。もち
ろん、３点式（１点荷重）で荷重をかけるようにしても
よい。上側治具16は荷重系とは切り離されており、治具
が試験片の上に乗った状態になっている。荷重系は荷重
コントローラ18によりコントロールされる油圧回路から
なる荷重装置19で押棒を加圧するように構成されてい
る。このときの荷重はロードセル１により検出される。
また、荷重を印加していったときのサンプルの変位は、
第２図（ｂ）に示すように電気炉の耐火壁の一部に設け
た耐熱ガラスからなる窓を通してレーザ発信器22からの
レーザ光をサンプル15に対して照射してレーザ受信器23
で受光する。この照射は図示しないポリゴンミラーとレ
ンズを用い等速平行走査ビームにより行い、サンプルで
影になって受光できない時間を計測部内でクロックパル
スを数えて寸法に変換する。耐熱ガラスにはレーザ光を
吸収しないようなスリット状の透光部を設けてレーザ光
を走査するか、十字状にスリット透光部を設け、２つの
レーザ発信器を設けて縦と横方向に走査することによ
り、縦方向と横方向の変位を測定しポアソン比を求めた
り、また縦方向または横方向のうち片方のみを測定する
ことも可能である。なお、透光部をスリット状とするの
は、炉内を加熱した時に発生する炉内からの輻射光及び
輻射熱がレーザ装置に入り、レーザ光以外の光及び熱歪
みによる測定誤差を防止するためである。
ポアソン比を測定する場合の構成例について、第２図
（ｃ）により説明すると、レーザ発振器22、レーザ発信
器23に対して、レーザ発振器22′、レーザ受信器23′を
直交関係に配置し、耐火壁24の対向する壁の一部に十字
状のスリット透光部25、26を形成する。レーザ発振器22
のレーザ発光部22aからスリット22bを通して出射した横
方向変位を測定するためのレーザ光は、ハーフミラー27
を通って直進し、十字状スリット透光部25の横方向スリ
ット部を通して試料に照射され、その透過光Ｌは十字状
スリット透光部26の横方向スリット部、ハーフミラー28
を直進してレーザ受信器23のスリット23bを通してレー
ザ受光部23aで受光される。この透過光Ｌにより横方向
変位が測定される。
（ｃ）により説明すると、レーザ発振器22、レーザ発信
器23に対して、レーザ発振器22′、レーザ受信器23′を
直交関係に配置し、耐火壁24の対向する壁の一部に十字
状のスリット透光部25、26を形成する。レーザ発振器22
のレーザ発光部22aからスリット22bを通して出射した横
方向変位を測定するためのレーザ光は、ハーフミラー27
を通って直進し、十字状スリット透光部25の横方向スリ
ット部を通して試料に照射され、その透過光Ｌは十字状
スリット透光部26の横方向スリット部、ハーフミラー28
を直進してレーザ受信器23のスリット23bを通してレー
ザ受光部23aで受光される。この透過光Ｌにより横方向
変位が測定される。
一方、レーザ発振器22′のレーザ発光部22′ａからス
リット22′ｂを通して出射した縦方向変位を測定するた
めのレーザ光は、ハーフミラー27で直角に曲げられ、十
字状スリット透光部25の縦方向スリット部を通して試料
に照射され、その透過光Ｌ′は十字状スリット透光部26
の縦方向スリット部を通り、ハーフミラー28で直角に曲
げられてレーザ受信器23′のスリット23′ｂを通してレ
ーザ受光部23′ａで受光される。この透過光Ｌ′により
縦方向変位が測定される。
リット22′ｂを通して出射した縦方向変位を測定するた
めのレーザ光は、ハーフミラー27で直角に曲げられ、十
字状スリット透光部25の縦方向スリット部を通して試料
に照射され、その透過光Ｌ′は十字状スリット透光部26
の縦方向スリット部を通り、ハーフミラー28で直角に曲
げられてレーザ受信器23′のスリット23′ｂを通してレ
ーザ受光部23′ａで受光される。この透過光Ｌ′により
縦方向変位が測定される。
このように、横方向変位、縦方向変位が同時に測定さ
れるので、演算によりポアソン比を瞬時に求めることが
できる。なお、荷重系がサンプルに与えるエネルギー
は、正味亀裂の進展に使われるように測定された値が破
壊エネルギーと定義されているので、破壊エネルギーの
測定の際の変位の測定では、荷重系に蓄えられたエネル
ギーが正味、試験片の破壊に費やされることが必要であ
る。したがって、荷重の印加によって治具に亀裂、微亀
裂が生じて荷重系のエネルギーの一部が治具に費やされ
ることを避ける必要があり、特に、治具構造が応力集中
を生むものであってはならず、そのため本発明では、荷
重受け台のサンプル支持面は、凹面形状とする。また、
第３図に示すように、試験片の下側にノッチを入れてお
り、そのため、試験片の下端中央部の変位をレーザ光を
使用して測定することができず、そこで上側治具の最下
端変位、すなわち荷重点の変位を測定する。この方法に
より、炉内加熱とともに生じる治具の膨張量と荷重印加
による治具の変位量を測定値から取り除くことができ
る。
れるので、演算によりポアソン比を瞬時に求めることが
できる。なお、荷重系がサンプルに与えるエネルギー
は、正味亀裂の進展に使われるように測定された値が破
壊エネルギーと定義されているので、破壊エネルギーの
測定の際の変位の測定では、荷重系に蓄えられたエネル
ギーが正味、試験片の破壊に費やされることが必要であ
る。したがって、荷重の印加によって治具に亀裂、微亀
裂が生じて荷重系のエネルギーの一部が治具に費やされ
ることを避ける必要があり、特に、治具構造が応力集中
を生むものであってはならず、そのため本発明では、荷
重受け台のサンプル支持面は、凹面形状とする。また、
第３図に示すように、試験片の下側にノッチを入れてお
り、そのため、試験片の下端中央部の変位をレーザ光を
使用して測定することができず、そこで上側治具の最下
端変位、すなわち荷重点の変位を測定する。この方法に
より、炉内加熱とともに生じる治具の膨張量と荷重印加
による治具の変位量を測定値から取り除くことができ
る。
また、静弾性の測定では、破壊エネルギーの測定と同
様に治具から生じる誤差を取り除くために、サンプルの
下端中央部の変位を測定する。
様に治具から生じる誤差を取り除くために、サンプルの
下端中央部の変位を測定する。
第１図に示すように、ロードセル１で検出したサンプ
ルに対する荷重と、レーザ変位計２で検出した変位信号
はレコーダ３で記録される。同時にA/D変換器４、５で
デジタル信号に変換しコンピュータからなる演算処理装
置６に取り込んでデータ処理し、必要に応じて表示装置
８で表示するとともに、プリンタ９でプリントアウトす
る。
ルに対する荷重と、レーザ変位計２で検出した変位信号
はレコーダ３で記録される。同時にA/D変換器４、５で
デジタル信号に変換しコンピュータからなる演算処理装
置６に取り込んでデータ処理し、必要に応じて表示装置
８で表示するとともに、プリンタ９でプリントアウトす
る。
演算処理装置においては、取り込んだデータを適当な
周期でサンプリングし、表示装置で８により表示する。
サンプリング周期は１〜60秒の間で選択できるようにな
っている。
周期でサンプリングし、表示装置で８により表示する。
サンプリング周期は１〜60秒の間で選択できるようにな
っている。
そして、レコーダーの各チャンネルに対応した電圧単
位（mv,V）等を入力し、各チャンネルの最大電圧を入力
して、例えば第４図に示すように横軸を時間軸（秒単
位）、縦軸は変位と荷重各々の最大値を100として表示
する。図の曲線30は荷重を、曲線31は変位をそれぞれ表
わしている。
位（mv,V）等を入力し、各チャンネルの最大電圧を入力
して、例えば第４図に示すように横軸を時間軸（秒単
位）、縦軸は変位と荷重各々の最大値を100として表示
する。図の曲線30は荷重を、曲線31は変位をそれぞれ表
わしている。
ところで、変位の測定は試料の変位に追随してレーザ
ー光線で行っているので、試料の破断直後に測定される
変位は急増して測定される。この測定値はエラーなので
取り除く必要がある。そのため、本システムで使用する
レコーダ３には、測定終了位置の決定と、ゼロサプレッ
ション機能、すなわち測定データ値がスケールオーバー
しても、零点に戻って継続して記録をする機能が設けて
ある。測定終了位置の決定は変位が急上昇する直前を選
ぶことにより行われ、同時刻が荷重の測定終了位置とな
る。ところで、演算処理装置６に転送されてくるデータ
は、スケールオーバーとしての零点を基準にした値とし
てしか送られてこないので、実際の継続したデータに焼
き直して補正する必要がある。例えば、第４図において
は図のＡ部分がこの補正を行うべき箇所であり、補正の
結果第５図のような連続したグラフとなる。このとき、
スケールが変更されるので、それにともなって第５図に
示すように変位曲線のレベルは変化し、Ａ部分も連続し
た曲線として表示される。なお、図の縦軸の目盛りは正
規化されているので第４図と第５図とで数値は同じであ
るがその値は異なっている。
ー光線で行っているので、試料の破断直後に測定される
変位は急増して測定される。この測定値はエラーなので
取り除く必要がある。そのため、本システムで使用する
レコーダ３には、測定終了位置の決定と、ゼロサプレッ
ション機能、すなわち測定データ値がスケールオーバー
しても、零点に戻って継続して記録をする機能が設けて
ある。測定終了位置の決定は変位が急上昇する直前を選
ぶことにより行われ、同時刻が荷重の測定終了位置とな
る。ところで、演算処理装置６に転送されてくるデータ
は、スケールオーバーとしての零点を基準にした値とし
てしか送られてこないので、実際の継続したデータに焼
き直して補正する必要がある。例えば、第４図において
は図のＡ部分がこの補正を行うべき箇所であり、補正の
結果第５図のような連続したグラフとなる。このとき、
スケールが変更されるので、それにともなって第５図に
示すように変位曲線のレベルは変化し、Ａ部分も連続し
た曲線として表示される。なお、図の縦軸の目盛りは正
規化されているので第４図と第５図とで数値は同じであ
るがその値は異なっている。
次に、測定開始位置を決定する。この決定は変位曲線
及び荷重曲線がほぼフラットになっているところを基準
にしてそれぞれの曲線が立ち上がり始めたところを選ぶ
ことにより行われる。次に、データ群をいくつかのグル
ープに分けて、各グループごとに最小二乗近似によって
直線を引き、各グループごとにつくった直線同士のギャ
ップを補正しスムーズにする。第６図は補正処理を行っ
ているときの表示画面を示している。
及び荷重曲線がほぼフラットになっているところを基準
にしてそれぞれの曲線が立ち上がり始めたところを選ぶ
ことにより行われる。次に、データ群をいくつかのグル
ープに分けて、各グループごとに最小二乗近似によって
直線を引き、各グループごとにつくった直線同士のギャ
ップを補正しスムーズにする。第６図は補正処理を行っ
ているときの表示画面を示している。
次に横軸を変位、縦軸を荷重にとって変位−荷重の関
係を求めると第７図のような結果が得られる。図中、横
軸は変位（単位はmm）、縦軸は荷重（単位はkgf）であ
る。
係を求めると第７図のような結果が得られる。図中、横
軸は変位（単位はmm）、縦軸は荷重（単位はkgf）であ
る。
横軸と変位−荷重曲線で囲まれる部分の面積を台形近
似で計算すると仕事量Ｗ（単位はerg）が得られ、この
値も表示する。なお、変位−荷重曲線の算出では、例え
ば時間に対する変位及び荷重の直線を500個の点に区切
って変位に対する荷重に変換するようにする。このとき
破壊エネルギーγeffは、 ギーγeff＝W/（2A） ……（１） として求められる。ここで、Ｗは仕事量、Ａは試料の破
断投影面積である。
似で計算すると仕事量Ｗ（単位はerg）が得られ、この
値も表示する。なお、変位−荷重曲線の算出では、例え
ば時間に対する変位及び荷重の直線を500個の点に区切
って変位に対する荷重に変換するようにする。このとき
破壊エネルギーγeffは、 ギーγeff＝W/（2A） ……（１） として求められる。ここで、Ｗは仕事量、Ａは試料の破
断投影面積である。
第８図は変位−荷重曲線と静弾性率の値を表示した図
である。
である。
静弾性率Ｅの計算は次式により求めることができる。
ここで、Ｃ＝（１−ｓ）/2、l:long span、s:short s
pan、b:試験片の幅、h:試験片の厚み、Ｐ1,P2：求める
静弾性率区間の初期荷重と最終荷重、ｙ1,y2：求める静
弾性率区間の初期変位と最終変位である。このグラフは
静弾性率区間の初期位置、最終位置を決定し、求めた静
弾性率区間を最小２乗近似によって直線表示し、順次別
の静弾性率区間を決定する方法で求める。
pan、b:試験片の幅、h:試験片の厚み、Ｐ1,P2：求める
静弾性率区間の初期荷重と最終荷重、ｙ1,y2：求める静
弾性率区間の初期変位と最終変位である。このグラフは
静弾性率区間の初期位置、最終位置を決定し、求めた静
弾性率区間を最小２乗近似によって直線表示し、順次別
の静弾性率区間を決定する方法で求める。
こうして求めた破壊エネルギーや静弾性率の値等を使
って本発明のシステムにおいては、各種の解析ができ
る。
って本発明のシステムにおいては、各種の解析ができ
る。
例えば、激しい急熱、急冷に対する材料の破壊抵抗性
を表す熱衝撃破壊抵抗係数Ｒ、熱応力によって発生した
亀裂に対する損傷抵抗性を表す熱衝撃損傷抵抗係数Ｒ
′（cm）、大きい亀裂を持つ材料のクラック安定性を
表すクラック安定係数Ｒst（ｍ1/2・Ｋ）、臨界応力拡
大係数ＫIC（MN・ｍ-3/21）が、Ｓを強度、νをポアソ
ン比、Ｅを静弾性率、αを熱膨張係数、Ｐmaxを破壊エ
ネルギー測定時の最大荷重、Ｗを試験片の幅、Ｈを試験
片の厚みとしたとき以下のように求められる。
を表す熱衝撃破壊抵抗係数Ｒ、熱応力によって発生した
亀裂に対する損傷抵抗性を表す熱衝撃損傷抵抗係数Ｒ
′（cm）、大きい亀裂を持つ材料のクラック安定性を
表すクラック安定係数Ｒst（ｍ1/2・Ｋ）、臨界応力拡
大係数ＫIC（MN・ｍ-3/21）が、Ｓを強度、νをポアソ
ン比、Ｅを静弾性率、αを熱膨張係数、Ｐmaxを破壊エ
ネルギー測定時の最大荷重、Ｗを試験片の幅、Ｈを試験
片の厚みとしたとき以下のように求められる。
Ｒ＝Ｓ（１−ν）／（Ｅα） ……（３） Ｒ′＝γeffE/（Ｓ2（１−ν）） ……（４） Ｒst＝（γeff（１−ν2）／（Ｅα2））1/2……（５） ＫIC＝Ｙ* min・Ｐmax／（WH1/2） ……（６） ただし、Ｙ* minは、Bluhm、Munzによって検討されたS
liceモデルから求めた値である。
liceモデルから求めた値である。
第９図は横軸にa/H（試料の厚みに対する切り込んだ
ノッチの先端までの距離の比率）、縦軸にＹ*（Ｖ形ノ
ッチの形状に関する量）をとったグラフである。
ノッチの先端までの距離の比率）、縦軸にＹ*（Ｖ形ノ
ッチの形状に関する量）をとったグラフである。
横軸右方向にいくにつれてノッチの先端までの距離が
大きくなるので、破断が生じることを意味し、Ｙ* minは
最大荷重のときのＹ*であり、Ｙ* minを越えるとＹ*がど
んどん変化して破断に至ることになる。したがって、Ｙ
* minのa/Hが大きいほど壊れにくい試料ということにな
り、このＹ* minとＰ* maxが分かると（６）式からＫICが
求められ、ＫICにより材料の破断のし易さの評価を行う
ことができる。
大きくなるので、破断が生じることを意味し、Ｙ* minは
最大荷重のときのＹ*であり、Ｙ* minを越えるとＹ*がど
んどん変化して破断に至ることになる。したがって、Ｙ
* minのa/Hが大きいほど壊れにくい試料ということにな
り、このＹ* minとＰ* maxが分かると（６）式からＫICが
求められ、ＫICにより材料の破断のし易さの評価を行う
ことができる。
弾性率Ｅは、静弾性率と動弾性率とが考えられるが耐
火物の熱間における応力を問題にする場合は、静弾性率
で考えるのが妥当である。しかも、耐火物の場合、ほと
んどが引張応力によって破壊が生じていることを考えれ
ば、引張応力下での静弾性率を選ぶのがもっとも理想的
である。熱間での引張応力試験は、現在のところ技術的
に困難な点が多いので、本システムでは、曲げ試験時の
静弾性率の測定方法を開発した。
火物の熱間における応力を問題にする場合は、静弾性率
で考えるのが妥当である。しかも、耐火物の場合、ほと
んどが引張応力によって破壊が生じていることを考えれ
ば、引張応力下での静弾性率を選ぶのがもっとも理想的
である。熱間での引張応力試験は、現在のところ技術的
に困難な点が多いので、本システムでは、曲げ試験時の
静弾性率の測定方法を開発した。
ポアソン比νは、もっとも測定のむずかしい量であ
り、室温での圧縮応力下での測定結果を代用しているの
が現状であるが、本システムによりポアソン比を容易に
求めることができる。
り、室温での圧縮応力下での測定結果を代用しているの
が現状であるが、本システムによりポアソン比を容易に
求めることができる。
強度Ｓは、耐火物においては、引張強度と考えてよ
い。しかし、熱間での単純引張試験は難しいので、例え
ばカツレツ試験で代用することができ、本システムでは
荷重受け台を凹曲面状にすることにより求めることが可
能である。
い。しかし、熱間での単純引張試験は難しいので、例え
ばカツレツ試験で代用することができ、本システムでは
荷重受け台を凹曲面状にすることにより求めることが可
能である。
熱膨張係数αは、従来の方法でも測定できるが、試料
の測定装置での平行度や試料のセッティングの仕方など
で精度が落ちることがあるが、本システムにより高精度
に測定することができる。
の測定装置での平行度や試料のセッティングの仕方など
で精度が落ちることがあるが、本システムにより高精度
に測定することができる。
破壊エネルギーγは、ノッチ幅に依存してその値が大
きく異なる可能性があり、一般に、ノッチ先端の曲率半
径が零に近ければ近いほど、実際に耐火物の中に生じる
クラックに近いノッチを表すと考えられる。クラックと
見なせるノッチ先端の曲率半径の限界は、今後検討して
行かなければならない問題がある。
きく異なる可能性があり、一般に、ノッチ先端の曲率半
径が零に近ければ近いほど、実際に耐火物の中に生じる
クラックに近いノッチを表すと考えられる。クラックと
見なせるノッチ先端の曲率半径の限界は、今後検討して
行かなければならない問題がある。
以上の熱間でのＲ、Ｒ′、Ｒst値の信頼性は、本発
明のシステムにより熱間での変位測定が精度良く行うこ
とができるようになり、静弾性率や破壊エネルギーが精
度良く求めることができるようになったため非常に向上
した。耐火物の場合、試料のばらつきからくる測定値の
誤差は大きく（１〜２割は普通）、そのばらつきを更に
増幅する測定データでない限り、そのデータの信頼性は
高いと見なせる。本システムによって測定できる熱間で
の値は、その意味で充分精度の高いものになった。
明のシステムにより熱間での変位測定が精度良く行うこ
とができるようになり、静弾性率や破壊エネルギーが精
度良く求めることができるようになったため非常に向上
した。耐火物の場合、試料のばらつきからくる測定値の
誤差は大きく（１〜２割は普通）、そのばらつきを更に
増幅する測定データでない限り、そのデータの信頼性は
高いと見なせる。本システムによって測定できる熱間で
の値は、その意味で充分精度の高いものになった。
以上のように本発明によれば、変位検出に精度の高い
受発振装置を用いてレーザ光線を使用することにより、
測定される変位にサンプル変位や治具の変位やサンプル
のセットの仕方に起因する変位が含まれないようにする
ことができ、また、炉内雰囲気を不活性ガスで置換する
ことにより炉内空気や電極などからの発生ガスによる揺
らぎの発生を防止し、その結果耐火物の熱間（室温〜15
00℃）での測定を高精度で行うことができるとともに、
荷重データと変位データとを測定しながら、データ処理
して変位−荷重の関係を求め、静弾性率、破壊エネルギ
等を瞬時に求めることが可能である。
受発振装置を用いてレーザ光線を使用することにより、
測定される変位にサンプル変位や治具の変位やサンプル
のセットの仕方に起因する変位が含まれないようにする
ことができ、また、炉内雰囲気を不活性ガスで置換する
ことにより炉内空気や電極などからの発生ガスによる揺
らぎの発生を防止し、その結果耐火物の熱間（室温〜15
00℃）での測定を高精度で行うことができるとともに、
荷重データと変位データとを測定しながら、データ処理
して変位−荷重の関係を求め、静弾性率、破壊エネルギ
等を瞬時に求めることが可能である。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の変位−荷重測定システムの全体構成を
示す図、第２図は荷重系の構成を示す図、第３図はシェ
ブロンノッチ試験片を示す図、第４図はレコーダに記録
される荷重と変位曲線を示す図、第５図、第６図補正し
た荷重と変位曲線を示す図、第７図は変位−荷重曲線
と、曲線とＸ軸とから囲まれた面積を計算して破断に要
した仕事量をＷとして表示した図、第８図は変位−荷重
曲線と静弾性率値を示す図、第９図はa/HとＹ*の関係を
示す図である。 １……ロードセル、２……レーザ変位計、３……レコー
ダ、４、５……A/D変換器、６……演算処理装置、７…
…メモリ、８……表示装置、９……プリンタ、11……電
気炉、12……SiCヒータ、13……熱電対、14……温度コ
ントローラ、15……サンプル、16……上側治具、17……
下側治具、18……荷重コントローラ、19……荷重装置、
20……真空ポンプ、21……ガスソース、22……レーザ発
信器、23……レーザ受光器、24……耐火壁、25、26……
窓。
示す図、第２図は荷重系の構成を示す図、第３図はシェ
ブロンノッチ試験片を示す図、第４図はレコーダに記録
される荷重と変位曲線を示す図、第５図、第６図補正し
た荷重と変位曲線を示す図、第７図は変位−荷重曲線
と、曲線とＸ軸とから囲まれた面積を計算して破断に要
した仕事量をＷとして表示した図、第８図は変位−荷重
曲線と静弾性率値を示す図、第９図はa/HとＹ*の関係を
示す図である。 １……ロードセル、２……レーザ変位計、３……レコー
ダ、４、５……A/D変換器、６……演算処理装置、７…
…メモリ、８……表示装置、９……プリンタ、11……電
気炉、12……SiCヒータ、13……熱電対、14……温度コ
ントローラ、15……サンプル、16……上側治具、17……
下側治具、18……荷重コントローラ、19……荷重装置、
20……真空ポンプ、21……ガスソース、22……レーザ発
信器、23……レーザ受光器、24……耐火壁、25、26……
窓。
Claims (4)
- 【請求項１】サンプル支持面を凹曲面状とした荷重受け
台にセットされ、加圧手段により荷重が印加されるサン
プルを加熱炉中にセットし、熱間におけるサンプルへの
荷重及び変位を検出し、検出結果を記録するとともに検
出信号をA/D変換して演算処理手段に取り込んでデータ
処理し、熱間における変位−荷重を測定するシステムで
あって、 加熱炉の後壁及び前扉にスリット状のレーザ光透過部を
設けた耐熱ガラスからなる窓を設けて該窓を通してレー
ザ光線を照射して受光し、荷重受け台のサンプルを固定
する上側治具の最下端の変位を検出して破壊エネルギー
を、サンプルの下端中央部の変位を検出して静弾性率の
測定をそれぞれ行うようにしたことを特徴とする熱間変
位−荷重測定システム。 - 【請求項２】荷重受け台にセットされ、加圧手段により
荷重が印加されるサンプルを加熱炉中にセットし、熱間
におけるサンプルへの荷重及び変位を検出し、検出結果
を記録するとともに検出信号をA/D変換して演算処理手
段に取り込んでデータ処理し、熱間における変位−荷重
を測定するシステムであって、 加熱炉の後壁及び前扉に十字スリット状のレーザ光透過
部を設けた耐熱ガラスからなる窓を設け、ポアソン比の
測定には、レーザ装置を縦方向及び横方向の前記窓の光
透過部に対応してそれぞれ設け、両方向同時に該窓を通
してレーザ光線を照射して受光することにより変位検出
を行うようにしたことを特徴とする熱間変位−荷重測定
システム。 - 【請求項３】加熱炉には、測定時に脱気後不活性ガスを
充満させることを特徴とする請求項１または２記載の熱
間変位−荷重測定システム。 - 【請求項４】演算処理手段は、ゼロサプレッション処理
手段、最小二乗処理手段、静弾性率及び破壊エネルギ算
出手段を有することを特徴とする請求項１または２記載
の熱間変位−荷重測定システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1283551A JP2578994B2 (ja) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | 熱間変位―荷重測定システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1283551A JP2578994B2 (ja) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | 熱間変位―荷重測定システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03144343A JPH03144343A (ja) | 1991-06-19 |
| JP2578994B2 true JP2578994B2 (ja) | 1997-02-05 |
Family
ID=17666990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1283551A Expired - Lifetime JP2578994B2 (ja) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | 熱間変位―荷重測定システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2578994B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103728184A (zh) * | 2012-10-16 | 2014-04-16 | 中国石油化工股份有限公司 | 模拟储层环境的应力应变测试系统及其测试方法 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3518657B2 (ja) * | 1997-10-31 | 2004-04-12 | セントラル硝子株式会社 | 板状ガラスの応力拡大係数の測定方法およびその装置 |
| JPH11218480A (ja) * | 1998-01-30 | 1999-08-10 | Sintokogio Ltd | セラミックス焼結体の熱衝撃試験法およびその装置 |
| KR100482742B1 (ko) * | 2001-05-10 | 2005-04-15 | 권동일 | 미세소자의 열변형 측정을 위한 진공열챔버 및 전기저항식장치 |
| JP4859224B2 (ja) * | 2006-10-30 | 2012-01-25 | 黒崎播磨株式会社 | 圧縮試験方法及び圧縮試験機、並びにプログラム |
| KR100916332B1 (ko) * | 2007-11-29 | 2009-09-11 | 한국원자력연구원 | 헬륨 분위기용 일정-하중 크리프 시험 장치 |
| KR100989639B1 (ko) * | 2010-04-30 | 2010-10-26 | (주)대양이티에스 | 회전형 진공 근적외선 경화장치 |
| CN111272574B (zh) * | 2020-02-14 | 2021-12-14 | 北京科技大学 | 一种原位测试耐火材料在应力作用下反应行为的装置及方法 |
| WO2022183544A1 (zh) * | 2021-03-04 | 2022-09-09 | 武汉科技大学 | 一种外加磁场的材料高温性能可视化检测设备及检测方法 |
| DE102021118888B4 (de) | 2021-07-21 | 2023-04-13 | Hochschule Koblenz, Körperschaft des öffentlichen Rechts | Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung der Temperaturwechselbeständigkeit eines Prüfkörpers |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61155722A (ja) * | 1984-12-28 | 1986-07-15 | Saginomiya Seisakusho Inc | セラミツクス材料の破壊試験方法 |
| JP2612261B2 (ja) * | 1986-09-27 | 1997-05-21 | 株式会社島津製作所 | 材料試験機 |
| JPH0641900B2 (ja) * | 1987-12-22 | 1994-06-01 | 工業技術院長 | セラミックス等の熱間弾性率測定装置 |
| JPH01167634A (ja) * | 1987-12-24 | 1989-07-03 | Saginomiya Seisakusho Inc | クリープ試験方法 |
-
1989
- 1989-10-31 JP JP1283551A patent/JP2578994B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103728184A (zh) * | 2012-10-16 | 2014-04-16 | 中国石油化工股份有限公司 | 模拟储层环境的应力应变测试系统及其测试方法 |
| CN103728184B (zh) * | 2012-10-16 | 2015-12-16 | 中国石油化工股份有限公司 | 模拟储层环境的应力应变测试系统及其测试方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03144343A (ja) | 1991-06-19 |
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Legal Events
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