JP2887977B2 - 破壊靱性試験方法及び破壊靱性試験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、中空円筒状の試料の
破壊靱性を測定する破壊靱性試験方法及びかかる破壊靱
性試験方法に用いられる破壊靱性試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】脆性亀裂の進展に対する試
料の抵抗力、すなわち破壊靱性を測定する試験方法とし
ては、ディープノッチ試験、エッソ試験、二重引張試
験、シャルピー試験等、各種の試験法が研究・開発さ
れ、用いられているが、中空円柱状の試料の破壊靱性を
測定する破壊靱性試験方法としては、満足すべきものが
得られておらず、特に、温度・圧力制御、応力・歪制御
を正確に行えるものは得られていない。本発明は、この
ような要求を満たすことのできる破壊靱性試験方法及び
かかる破壊靱性試験方法に用いられる破壊靱性試験装置
に関する。

【０００３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る破壊靱性試
験方法は、中空円筒状の試料の中空部に軸線方向の切込
みを形成した後、該試料の前記中空部に液体を満たし、
該試料の外周側面を内側に圧縮しつつ、前記液体を圧縮
して前記試料を前記中空部から外側に加圧し、破壊せし
めるものである。また、前記試料の破壊中において、該
試料を加熱するようにしてもよい。

【０００４】また、本発明に係る破壊靱性試験装置は、
中空円柱状の試料の破壊靱性値を測定する破壊靱性試験
装置であって、先端部がともに円柱状に形成され、互い
の先端面が対向して配置されるとともに、これら先端面
の外形はともに前記試料の各端面と同一形状をなし、か
つ、少なくとも一方には、前記先端面から基端側にかけ
て導液路が形成された一対の加圧盤と、前記一対の加圧
盤を前記互いの先端面間の距離が接近する方向に押圧す
る押圧手段と、前記導液路から前記先端面側に向けて液
体を供給する液体供給手段と、前記一対の加圧盤の前記
２つの先端面間に前記試料を配置した状態において前記
一対の加圧盤の２つの先端部の側面及び前記試料の側面
を気密的に覆う、可撓性を有するスリーブと、前記スリ
ーブの外周面を覆って設けられ、内部への圧油の供給に
より前記スリーブの外周面を内側に圧縮する圧油室とを
具備したものである。

【０００５】なお、上記構成に加え、前記試料を加熱す
るヒータを具備する構成としてもよい。

【０００６】

【作用】上記構成に係る破壊靱性試験装置においては、
スリーブ内に、試料と、この試料の両端面に当接させて
両加圧盤の先端部を嵌挿し、この状態において液体供給
手段から水などの液体を試料の中空部に充填する。そし
て、圧油室の内部に圧油を供給してスリーブを介して試
料の外周面を内側に圧縮しつつ、押圧手段により両加圧
盤を互いに接近させ、試料の中空部に満たされた液体を
圧縮し、これにより試料を内側から外側に向けて加圧
し、試料が破壊するまでこの状態を続ける。ヒータを設
けた場合には、試料の破壊中において、試料を所定の温
度に加熱するようにする。

【０００７】

【実施例】以下、図１乃至図３を参照して本発明の実施
例を説明する。本実施例における試料２は、図２に示す
ように中空円柱状に形成されており、中空部２ａの周縁
に、軸線方向に沿ってノッチ（初期亀裂）２ｂが形成さ
れている。

【０００８】この試料２は、本実施例に係る破壊靱性試
験装置においては、図１に示すように、該試料２より外
径の大きい内径を有し耐熱合金からなる筒状の三軸セル
４内に垂直に配置されている。この三軸セル４内の試料
２の上下には、試料２と同径の中空円板状のラバーシー
ト（又はテフロンシール）６、８（図３参照）を介し
て、先端部が円柱状に形成され且つその先端面の外形が
試料２の端面と同一形状（大きさも同一）に形成された
上部加圧盤１０、下部加圧盤１２が、互いの先端面を対
向させて配置されている。

【０００９】試料２の側面（外周面）には、該試料２の
側面、ラバーシート６、８の側面及び上部加圧盤１０、
下部加圧盤１２の先端部側面を覆う可撓性を有するゴム
スリーブ１４が設けられ、このゴムスリーブ１４の外周
面は、三軸セル４の内径部に配設された圧油室１６内に
露出している。圧油室１６は、内部への圧油の供給によ
り、ゴムスリーブ１４の外周面を内側に圧縮できるよう
になっている。また、ゴムスリーブ１４の上端側及び下
端側の外周部には、バンド１８、２０、２２、２４が締
結され、圧油室１６内に供給された圧油がゴムスリーブ
１４内に侵入しないようなっている。

【００１０】上部加圧盤１０に接続するピストン１１の
端部はロードセル２６に連結されており、上部加圧盤１
０に加わった軸線方向の加重が測定できるようになって
いる。一方、下部加圧盤１２の基端部はサーボバルブ２
８によって駆動される油圧シリンダ（押圧手段に相当）
３０のラム３２に連結され、該ラム３２の駆動によって
上部加圧盤１０と下部加圧盤１２の先端面間の距離を接
近できるようになっている。

【００１１】上部加圧盤１０、下部加圧盤１２の中心部
には、軸線方向に沿ってこれら上部加圧盤１０、下部加
圧盤１２の基端側から先端面に通じる導水路（同液路に
相当）３４、３６がそれぞれ形成されている。これら導
水路３４、３６は、それぞれ図示しない通水装置（液体
供給手段に相当）に接続されるとともに、中間部にバル
ブ３８、４０が設けられて水の供給を制御できるように
なっている。また、下部加圧盤１２の外周側部分には、
下部加圧盤１２の基端側から圧油室１６に通じる油路４
２が形成され、油路４２の一端に接続された給油装置４
４によって圧油室１６の内部に圧油を供給できるように
なっている。なお、油路４２の一部は三軸セル４の外周
部に設けられた油圧計４３に導かれ、これにより、圧油
室１６内の圧力が測定できるようになっている。

【００１２】ピストン１１と三軸セル４との間には、Ｏ
リング４６及びキャップ４８が設けられており、また下
部加圧盤１２と三軸セル４との間にもＯリング５０が設
けられていて、これらによって三軸セル４内の空間の液
密性が高められている。

【００１３】三軸セル４の外周面には、試料２を取り囲
むようにヒータ５２、５２が配置され、これらヒータ５
２、５２の上下には、三軸セル４の両端部の加熱を防ぐ
冷却水が循環する水冷ジャケット５４、５４が設けられ
ている。

【００１４】以下、上記構成に係る破壊靱性試験装置を
用いて、高温高圧下での破壊靱性試験を行う場合の例を
説明する。

【００１５】試料２を三軸セル４内に上記のように組み
入れた状態において、油圧シリンダ３０を駆動してラム
３２を上昇させ、試料２の軸線方向に小さな軸加重（約
５ｋｇｆ／ｃｍ²）を作用させた後、給油装置４４によ
って圧油室１６の内部に圧油を満たしてゆく。この圧油
室１６内への圧油の供給により、試料２の外周面には、
該試料２を径方向中心側に圧縮する封圧が作用する。

【００１６】封圧が所定の値（例えば地圧相当の圧力）
まで増加した状態において、封圧の上昇を止め、バルブ
３８、４０を開いて導水路３４、３６から圧力水を導
き、試料２の中空部２ａ及びラバーシート６、８の中空
部に水を満たした後、バルブ３８を閉じる。

【００１７】しかる後、ヒータ５２を稼動させて試料２
を所定の温度まで加熱し、この温度を維持する。

【００１８】かかる状態において、再び油圧シリンダ３
０を駆動し、試料２の中空部２ａ及びラバーシート６、
８の中空部に封入された水を上部加圧盤１０、下部加圧
盤１２の先端部で軸線方向に圧縮し、試料２に、該試料
２の中空部２ａを押し広げる圧力（以下、「内圧」とい
う。）を作用させる。

【００１９】そして、内圧を徐々に増加させ、試料２が
ノッチ２ｂから破断（破壊）するまでこの内圧の増加を
続ける。このとき、油圧計４３により封圧を、圧力計
（センサー）５１により内圧を、それぞれ測定し、試料
２が破断するまでの封圧及び内圧を記録しておき、内圧
と封圧の差を有効圧力（有効差圧）として試料の破壊靱
性値を測定する。

【００２０】上記の如き破壊靱性試験装置、破壊靱性試
験方法によれば、高温・高圧環境下における試料２の破
壊靱性試験を比較的容易に、且つ、精度よく行うことが
できる。例えば試料２として岩石を図２に示す形状に加
工して用いれば、地中の高温、高圧下での岩石の破壊靱
性値を測定することができる。また、上記破壊靱性試験
装置を用いることにより、岩石の破壊靱性値、地熱環境
下の水圧破砕性の評価、高温高圧下での岩盤の掘削性の
評価、高温高圧下でのコンクリート、セラミックスなど
の材料の強度靱性評価等を行うことができる。

【００２１】なお、上記の実施例において、高温下での
影響を考慮しない場合には、ヒータ５２、５２を設けな
い構成としてもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る破壊
靱性試験方法及び破壊靱性試験装置によれば、高温・高
圧環境下における岩石等の破壊靱性試験を比較的容易
に、且つ、精度よく行うことができる。また、本発明に
係る破壊靱性試験装置を用いることにより、岩石の破壊
靱性値、地熱環境下の水圧破砕性の評価、高温高圧下で
の岩盤の掘削性の評価、高温高圧下でのコンクリート、
セラミックスなどの材料のの強度靱性評価等を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る破壊靱性試験装置の断
面図である。

【図２】図１の破壊靱性試験装置に係る試料の形状を示
す斜視図である。

【図３】図１のラバーシート６、８の形状を示す斜視図
である。

【符号の説明】

２ 試料 １０ 上部加圧盤 １１ ピストン １２ 下部加圧盤 １４ スリーブ １６ 圧油室 ３０ 押圧手段 ５１ 圧力計（センサー） ５２ ヒータ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空円筒状の試料の中空部に軸線方向の切
   込みを形成した後、該試料の前記中空部に液体を満た
   し、該試料の外周面を内側に圧縮しつつ、前記液体を圧
   縮して前記試料を前記中空部から外側に加圧し、破壊せ
   しめることを特徴とする破壊靱性試験方法。
2. 【請求項２】前記試料の破壊中において、該試料を加熱
   することを特徴とする請求２記載の破壊靱性試験方法。
3. 【請求項３】中空円柱状の試料の破壊靱性値を測定する
   破壊靱性試験装置であって、 先端部がともに円柱状に形成され、互いの先端面が対向
   して配置されるとともに、これら先端面の外形はともに
   前記試料の各端面と同一形状をなし、かつ、少なくとも
   一方には、前記先端面から基端側にかけて導液路が形成
   された一対の加圧盤と、 前記一対の加圧盤を前記互いの先端面間の距離が接近す
   る方向に押圧する押圧手段と、 前記導液路から前記先端面側に向けて液体を供給する液
   体供給手段と、 前記一対の加圧盤の前記２つの先端面間に前記試料を配
   置した状態において前記一対の加圧盤の２つの先端部の
   側面及び前記試料の側面を気密的に覆う、可撓性を有す
   るスリーブと、 前記スリーブの外周面を覆って設けられ、内部への圧油
   の供給により前記スリーブの外周面を内側に圧縮する圧
   油室とを具備したことを特徴とする破壊靱性試験装置。
4. 【請求項４】前記試料を加熱するヒータを具備した請求
   項３記載の破壊靱性試験装置。