JP3188838B2 - レインフロー法による疲労解析用データ採取装置 - Google Patents
レインフロー法による疲労解析用データ採取装置Info
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- G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- G07C3/00—Registering or indicating the condition or the working of machines or other apparatus, other than vehicles
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0058—Kind of property studied
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- G01N2203/0073—Fatigue
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料、高分子
材料、セラミックなどの長期にわたる荷重の繰返し変動
負荷によって疲労現象を生ずる材料の繰返しひずみに関
するデータを収集する疲労解析用データ採取装置に関
し、具体的には、疲労現象の解析のために、測定したひ
ずみとその頻度をレインフロー・アルゴリズムによって
データ処理し、記録する技術に関する。
材料、セラミックなどの長期にわたる荷重の繰返し変動
負荷によって疲労現象を生ずる材料の繰返しひずみに関
するデータを収集する疲労解析用データ採取装置に関
し、具体的には、疲労現象の解析のために、測定したひ
ずみとその頻度をレインフロー・アルゴリズムによって
データ処理し、記録する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】航空機、車両、各種機械、プラント、建
築物の金属その他の材料の疲労破壊に際して、構造体の
各部にかかる繰返し荷重による疲労に与える影響の評価
手段として、レインフロー法がある。このレインフロー
法は、複雑に変動する応力あるいはひずみの波形を疲労
現象に対応させて分解処理するアルゴリズムである。
築物の金属その他の材料の疲労破壊に際して、構造体の
各部にかかる繰返し荷重による疲労に与える影響の評価
手段として、レインフロー法がある。このレインフロー
法は、複雑に変動する応力あるいはひずみの波形を疲労
現象に対応させて分解処理するアルゴリズムである。
【０００３】このレインフロー法については、たとえ
ば、遠藤達雄：「Ｒａｉｎｆｌｏｗ法で疲労寿命を現場
測定」，ＮＩＫＫＥＩ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ １９７
９．１０．１５， ｐ．ｐ．７０−７６、 Ｅｎｄｏ
Ｔ． ｅｔ ａｌ．， Ｐｒｏｃ． ｏｆ ｔｈｅ １
９７４ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｍｅｃｈ． Ｂｅ
ｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ｖｏｌ．
１， ｐ．３７１， １９７４等に記載されている。
ば、遠藤達雄：「Ｒａｉｎｆｌｏｗ法で疲労寿命を現場
測定」，ＮＩＫＫＥＩ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ １９７
９．１０．１５， ｐ．ｐ．７０−７６、 Ｅｎｄｏ
Ｔ． ｅｔ ａｌ．， Ｐｒｏｃ． ｏｆ ｔｈｅ １
９７４ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｍｅｃｈ． Ｂｅ
ｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ｖｏｌ．
１， ｐ．３７１， １９７４等に記載されている。
【０００４】このレインフロー法は、ひずみ波形をＡ／
Ｄ変換して、ひずみ波形の山（ピーク）の値Ｐと谷（バ
レイ）の値Ｖの差Ｐ／Ｖを求め、後述するレインフロー
・アルゴリズムに基づいて処理することにより、疲労被
害の算定を行なうものである。
Ｄ変換して、ひずみ波形の山（ピーク）の値Ｐと谷（バ
レイ）の値Ｖの差Ｐ／Ｖを求め、後述するレインフロー
・アルゴリズムに基づいて処理することにより、疲労被
害の算定を行なうものである。
【０００５】特公昭６１−０２８０９０号公報には、こ
のレインフロー法の原理に基づく疲労損傷の監視装置が
開示されている。
のレインフロー法の原理に基づく疲労損傷の監視装置が
開示されている。
【０００６】この監視装置は、サンプリング部、Ａ／Ｄ
変換部、インプットキューなどのデータ収集前処理部
と、波形の分解合成を行うデータ解折部分と、出力レジ
スタからの疲労被害を数値で表示する表示部とから構成
されており、これによって、レインフロー法による疲労
現象の解析を実現したものである。
変換部、インプットキューなどのデータ収集前処理部
と、波形の分解合成を行うデータ解折部分と、出力レジ
スタからの疲労被害を数値で表示する表示部とから構成
されており、これによって、レインフロー法による疲労
現象の解析を実現したものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この公
報で開示された監視装置は、以下の改良すべき点があ
る。
報で開示された監視装置は、以下の改良すべき点があ
る。
【０００８】（１）ひずみ信号のサンプリングから、デ
ータ解析、疲労被害状況の出力まで同一装置で行なって
いるために装置自体が大型となる。このため、装置の取
付け、設置など取り扱いが困難となり、計測対象機の種
類によってはデータの測定が不可能となる。
ータ解析、疲労被害状況の出力まで同一装置で行なって
いるために装置自体が大型となる。このため、装置の取
付け、設置など取り扱いが困難となり、計測対象機の種
類によってはデータの測定が不可能となる。
【０００９】（２）サンプリングしたひずみ信号を全て
メモリに記憶させているためデータ量が膨大となり、長
時間にわたってデータを採取することが困難である。ま
た、サンプリング間隔を変更した場合、同一容量のメモ
リでは、データ採取可能な時間が変化するため、データ
の管理が行いにくいという問題がある。
メモリに記憶させているためデータ量が膨大となり、長
時間にわたってデータを採取することが困難である。ま
た、サンプリング間隔を変更した場合、同一容量のメモ
リでは、データ採取可能な時間が変化するため、データ
の管理が行いにくいという問題がある。
【００１０】（３）監視対象がシャフト、車輪のような
回転体の場合には、検出部を回転させてデータを採取し
なければならないが、装置が大型であるため装置を直接
監視対象に取り付けることはできず、スリップリングあ
るいはＦＭ波による転送を必要とする。このため、ノイ
ズによるデータの信頼性の低下が問題となる。
回転体の場合には、検出部を回転させてデータを採取し
なければならないが、装置が大型であるため装置を直接
監視対象に取り付けることはできず、スリップリングあ
るいはＦＭ波による転送を必要とする。このため、ノイ
ズによるデータの信頼性の低下が問題となる。
【００１１】（４）採取したデータから、レインフロー
処理するためＰ／Ｖ値の抽出さらにはＰ／Ｖ値を階層化
するための複雑な演算式による処理工程を必須とするも
のであり、多大な処理時間が必要となる。
処理するためＰ／Ｖ値の抽出さらにはＰ／Ｖ値を階層化
するための複雑な演算式による処理工程を必須とするも
のであり、多大な処理時間が必要となる。
【００１２】そこで本発明の課題は、上記従来のレイン
フロー法による疲労現象の解祈装置における問題点を解
決することにあり、レインフロー法による材料の疲労現
象の解祈のためにデータ収集と解析をより正確且つより
簡単に実現することにある。
フロー法による疲労現象の解祈装置における問題点を解
決することにあり、レインフロー法による材料の疲労現
象の解祈のためにデータ収集と解析をより正確且つより
簡単に実現することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明のレインフロー法
による疲労解析用データ採取装置は、疲労を解析する対
象物に取り付けられたひずみ検出手段からのひずみ信号
を所定間隔でＡ／Ｄ変換する手段と、Ａ／Ｄ変換された
ひずみ信号のピークを抽出し、そのピーク値を検出する
手段と、Ａ／Ｄ変換されたひずみ信号のバレイを抽出
し、そのバレイ値を検出する手段と、前記ピーク値と前
記バレイ値の差を求める手段と、前記差の大きさに応じ
て、予め設定されている複数の階層のいずれかに発生回
数としてカウントする手段と、少なくとも前記Ａ／Ｄ変
換する手段、ピーク値を検出する手段、バレイ値を検出
する手段、差を求める手段、カウントする手段が含まれ
るデータ採取装置本体に対して着脱自在に設けられたメ
モリカードと、前記階層毎のカウント値を前記メモリカ
ードに書き込む手段とを備えていることを特徴とする。
による疲労解析用データ採取装置は、疲労を解析する対
象物に取り付けられたひずみ検出手段からのひずみ信号
を所定間隔でＡ／Ｄ変換する手段と、Ａ／Ｄ変換された
ひずみ信号のピークを抽出し、そのピーク値を検出する
手段と、Ａ／Ｄ変換されたひずみ信号のバレイを抽出
し、そのバレイ値を検出する手段と、前記ピーク値と前
記バレイ値の差を求める手段と、前記差の大きさに応じ
て、予め設定されている複数の階層のいずれかに発生回
数としてカウントする手段と、少なくとも前記Ａ／Ｄ変
換する手段、ピーク値を検出する手段、バレイ値を検出
する手段、差を求める手段、カウントする手段が含まれ
るデータ採取装置本体に対して着脱自在に設けられたメ
モリカードと、前記階層毎のカウント値を前記メモリカ
ードに書き込む手段とを備えていることを特徴とする。
【００１４】また、本発明のレインフロー法による疲労
解析用データ採取装置は、初期負荷時のＡ／Ｄ変換され
たひずみ信号の値を補正値として記憶する手段と、疲労
解析用データ採取時に、Ａ／Ｄ変換されたひずみ信号を
前記補正値により補正する手段とを更に備えていること
を特徴とする。
解析用データ採取装置は、初期負荷時のＡ／Ｄ変換され
たひずみ信号の値を補正値として記憶する手段と、疲労
解析用データ採取時に、Ａ／Ｄ変換されたひずみ信号を
前記補正値により補正する手段とを更に備えていること
を特徴とする。
【００１５】レインフロー法においては、ひずみ信号の
サンプリング、Ｐ／Ｖ値の抽出、Ｐ／Ｖ値の階層化、疲
労被害の演算等の各種の処理を必要とするが、本発明に
おいては、Ｐ／Ｖ値を階層化した時点でデータ量が大幅
に減少すること、及び、Ｐ／Ｖ値を階層化するまでの処
理は比較的単純なアルゴリズムで実現可能であることに
着目し、ひずみ信号のサンプリングからＰ／Ｖ値の階層
化までの回路を疲労解析用データ採取装置本体内に設
け、Ｐ／Ｖ値を階層化したデータを、データ採取装置本
体に対して着脱自在に設けられたメモリカードに書き込
むようにしている。
サンプリング、Ｐ／Ｖ値の抽出、Ｐ／Ｖ値の階層化、疲
労被害の演算等の各種の処理を必要とするが、本発明に
おいては、Ｐ／Ｖ値を階層化した時点でデータ量が大幅
に減少すること、及び、Ｐ／Ｖ値を階層化するまでの処
理は比較的単純なアルゴリズムで実現可能であることに
着目し、ひずみ信号のサンプリングからＰ／Ｖ値の階層
化までの回路を疲労解析用データ採取装置本体内に設
け、Ｐ／Ｖ値を階層化したデータを、データ採取装置本
体に対して着脱自在に設けられたメモリカードに書き込
むようにしている。
【００１６】これにより、装置が小型化、軽量化され、
取付・持運び等の取り扱いが簡単になり、また、回転体
にも取付られる。また、単位時間当たりの記憶すべきデ
ータの量が減少するので、長時間に渡ってデータの採取
が可能となる。
取付・持運び等の取り扱いが簡単になり、また、回転体
にも取付られる。また、単位時間当たりの記憶すべきデ
ータの量が減少するので、長時間に渡ってデータの採取
が可能となる。
【００１７】また、初期負荷時のＡ／Ｄ変換されたひず
み信号の値を補正値として記憶し、疲労解析用データ採
取時に、Ａ／Ｄ変換されたひずみ信号を前記補正値によ
り補正することにより、零点調整が自動的に行なわれ
る。
み信号の値を補正値として記憶し、疲労解析用データ採
取時に、Ａ／Ｄ変換されたひずみ信号を前記補正値によ
り補正することにより、零点調整が自動的に行なわれ
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の疲労解析用デー
タ採取装置の実施例を前面から見た外観を示す概略斜視
図、図２は、図１の疲労解析用データ採取装置を背面か
ら見た外観を示す概略斜視図である。
タ採取装置の実施例を前面から見た外観を示す概略斜視
図、図２は、図１の疲労解析用データ採取装置を背面か
ら見た外観を示す概略斜視図である。
【００１９】疲労解析用データ採取装置は、疲労解析用
データ採取装置本体１と、この疲労解析用データ採取装
置本体１に対して着脱自在に装着されるＳＲＡＭ（スタ
ティックランダムアクセスメモリ）からなるメモリカー
ド２とから構成されている。図１に示されるように、疲
労解析用データ採取装置本体１の上面には、計測開始を
指示するスタートスイッチ４、計測が開始されたことを
示すスタートランプ３、後述するひずみゲージの零点調
整を行なう零点調整スイッチ６、零点調整が完了したこ
とを示す零点調整ランプ５等が設けられている。また、
疲労解析用データ採取装置本体１の前面には、メモリカ
ード２を挿入するためのカード挿入孔７が設けられてい
る。また、図２に示されるように、疲労解析用データ採
取装置本体１の背面には、電源電圧が供給される電源供
給口８、後述するひずみゲージが接続されるひずみゲー
ジ接続口９ａ，９ｂ，９ｃ等が設けられている。
データ採取装置本体１と、この疲労解析用データ採取装
置本体１に対して着脱自在に装着されるＳＲＡＭ（スタ
ティックランダムアクセスメモリ）からなるメモリカー
ド２とから構成されている。図１に示されるように、疲
労解析用データ採取装置本体１の上面には、計測開始を
指示するスタートスイッチ４、計測が開始されたことを
示すスタートランプ３、後述するひずみゲージの零点調
整を行なう零点調整スイッチ６、零点調整が完了したこ
とを示す零点調整ランプ５等が設けられている。また、
疲労解析用データ採取装置本体１の前面には、メモリカ
ード２を挿入するためのカード挿入孔７が設けられてい
る。また、図２に示されるように、疲労解析用データ採
取装置本体１の背面には、電源電圧が供給される電源供
給口８、後述するひずみゲージが接続されるひずみゲー
ジ接続口９ａ，９ｂ，９ｃ等が設けられている。
【００２０】図３は、図１及び図２に示される疲労解析
用データ採取装置の電気回路を示すブロック図である。
ひずみゲージ接続口９ａ，９ｂ，９ｃには、３線式のひ
ずみゲージ１０が接続されている。このひずみゲージ１
０は、ブリッジ回路１１の一つのアームを構成してい
る。すなわち、ひずみゲージ１０、抵抗器１２、抵抗器
１３、抵抗器１４によりブリッジが構成されており、抵
抗器１２と抵抗器１３の接続点Ｐ１と、ひずみゲージ１
０と抵抗器１４の接続点Ｐ２との間には、定電圧素子１
５により安定化された定電圧、たとえば、２．５Ｖが印
加される。抵抗器１２、１３、１４の抵抗値は、無負荷
時のひずみゲージ１０の抵抗値と略等しく選定されてお
り、無負荷時には、抵抗器１２とひずみゲージ１０の接
続点Ｐ３の電位と、抵抗器１３と抵抗器１４の接続点Ｐ
４の電位は略等しくなる。
用データ採取装置の電気回路を示すブロック図である。
ひずみゲージ接続口９ａ，９ｂ，９ｃには、３線式のひ
ずみゲージ１０が接続されている。このひずみゲージ１
０は、ブリッジ回路１１の一つのアームを構成してい
る。すなわち、ひずみゲージ１０、抵抗器１２、抵抗器
１３、抵抗器１４によりブリッジが構成されており、抵
抗器１２と抵抗器１３の接続点Ｐ１と、ひずみゲージ１
０と抵抗器１４の接続点Ｐ２との間には、定電圧素子１
５により安定化された定電圧、たとえば、２．５Ｖが印
加される。抵抗器１２、１３、１４の抵抗値は、無負荷
時のひずみゲージ１０の抵抗値と略等しく選定されてお
り、無負荷時には、抵抗器１２とひずみゲージ１０の接
続点Ｐ３の電位と、抵抗器１３と抵抗器１４の接続点Ｐ
４の電位は略等しくなる。
【００２１】接続点Ｐ３の出力は差動増幅器１６の正側
入力端子に供給され、接続点Ｐ４の出力は差動増幅器１
６の負側入力端子に供給される。上述したように、ひず
みゲージ１０が無負荷であるときには、差動増幅器１６
の両方の入力端子の電位は略等しいので差動増幅器１６
の出力は零となり、ひずみゲージ１０に圧力が加わる
と、この圧力に応じたレベルの出力が発生する。この差
動増幅器１６の出力が、ひずみの量を表すひずみ信号と
なる。差動増幅器１６の出力は、雑音除去用のローパス
フィルタ１７を介して加算器１８の一方の入力端子に供
給される。また、加算器１８の他方の入力端子には、定
電圧素子１９から定電圧が供給される。この加算器１８
により、零を挟んで正負に変化する入力信号が、一方の
極性の出力信号に変換され、後述するＡ／Ｄ変換器で処
理可能となる。
入力端子に供給され、接続点Ｐ４の出力は差動増幅器１
６の負側入力端子に供給される。上述したように、ひず
みゲージ１０が無負荷であるときには、差動増幅器１６
の両方の入力端子の電位は略等しいので差動増幅器１６
の出力は零となり、ひずみゲージ１０に圧力が加わる
と、この圧力に応じたレベルの出力が発生する。この差
動増幅器１６の出力が、ひずみの量を表すひずみ信号と
なる。差動増幅器１６の出力は、雑音除去用のローパス
フィルタ１７を介して加算器１８の一方の入力端子に供
給される。また、加算器１８の他方の入力端子には、定
電圧素子１９から定電圧が供給される。この加算器１８
により、零を挟んで正負に変化する入力信号が、一方の
極性の出力信号に変換され、後述するＡ／Ｄ変換器で処
理可能となる。
【００２２】加算器１８の出力は、ＣＰＵ（中央処理装
置）２０のアナログポートに入力される。ＣＰＵ２０
は、Ａ／Ｄ変換器を内蔵しており、アナログポートに入
力されたアナログ信号をディジタル信号に変換してＣＰ
Ｕ２０内で処理する。このＣＰＵ２０には、バスを介し
て、プログラム等が書き込まれたＲＯＭ（読み出し専用
メモリ）２１、作業領域等として使用されるＲＡＭ（ラ
ンダムアクセスメモリ）２２が接続されている。また、
ＣＰＵ２０には、図１に示されるスタートスイッチ４、
スタートランプ３、零点調整スイッチ６、零点調整ラン
プ５がバスを介して接続されている。更に、ＣＰＵ２０
に対して、ソケットを介してメモリカード２が着脱可能
に接続されている。
置）２０のアナログポートに入力される。ＣＰＵ２０
は、Ａ／Ｄ変換器を内蔵しており、アナログポートに入
力されたアナログ信号をディジタル信号に変換してＣＰ
Ｕ２０内で処理する。このＣＰＵ２０には、バスを介し
て、プログラム等が書き込まれたＲＯＭ（読み出し専用
メモリ）２１、作業領域等として使用されるＲＡＭ（ラ
ンダムアクセスメモリ）２２が接続されている。また、
ＣＰＵ２０には、図１に示されるスタートスイッチ４、
スタートランプ３、零点調整スイッチ６、零点調整ラン
プ５がバスを介して接続されている。更に、ＣＰＵ２０
に対して、ソケットを介してメモリカード２が着脱可能
に接続されている。
【００２３】上述した疲労解析用データ採取装置本体１
の電源供給口８には、商用電源が利用できる場所ではＡ
Ｃアダプタ（図示せず）が接続され、商用電源が利用で
きない場所ではバッテリ（図示せず）が接続される。な
お。図３においては、定電圧素子１５，１９に対する電
流供給路は図示されていない。
の電源供給口８には、商用電源が利用できる場所ではＡ
Ｃアダプタ（図示せず）が接続され、商用電源が利用で
きない場所ではバッテリ（図示せず）が接続される。な
お。図３においては、定電圧素子１５，１９に対する電
流供給路は図示されていない。
【００２４】次に、上述した疲労解析用データ採取装置
の動作について説明する。
の動作について説明する。
【００２５】先ず、測定対象物にひずみゲージ１０を取
り付け、無負荷状態、或いは、所定の初期圧力が印加さ
れた状態とする。なお、ここでは両方の状態を併せて初
期負荷状態と呼ぶものとする。
り付け、無負荷状態、或いは、所定の初期圧力が印加さ
れた状態とする。なお、ここでは両方の状態を併せて初
期負荷状態と呼ぶものとする。
【００２６】次に、零点調整を行なう。図４は、零点調
整の処理を示すフローチャートである。
整の処理を示すフローチャートである。
【００２７】零点調整スイッチ６が押されると（ステッ
プ１０１）、ＣＰＵ２０は、現在加算器１８からＣＰＵ
２０に供給されているひずみ信号の値、すなわち、初期
負荷状態のひずみ信号の値Ｓ０を測定し（ステップ１０
２）、補正値をＣとしたとき、Ｓ０−Ｃの値が零となる
ように補正値Ｃを決定する。すなわち、Ｃ＝Ｓ０とす
る。そして、このＳ０を補正値ＣとしてＲＡＭ２２に格
納する（ステップ１０３）。これ以後の動作において
は、現在加算器１８からのひずみ信号の値Ｓ１から補正
値Ｃを引いた値（Ｓ１−Ｃ）を、ひずみ信号の値Ｓ２に
基づいて各種の演算を行なう。上述の補正処理により、
ひずみゲージ１０の零点調整をソフトウェアにより自動
的に行なうことができる。零点調整の処理が終了する
と、零点調整ランプ５が点灯し（ステップ１０４）、零
点調整が終了したことを使用者に知らせる。
プ１０１）、ＣＰＵ２０は、現在加算器１８からＣＰＵ
２０に供給されているひずみ信号の値、すなわち、初期
負荷状態のひずみ信号の値Ｓ０を測定し（ステップ１０
２）、補正値をＣとしたとき、Ｓ０−Ｃの値が零となる
ように補正値Ｃを決定する。すなわち、Ｃ＝Ｓ０とす
る。そして、このＳ０を補正値ＣとしてＲＡＭ２２に格
納する（ステップ１０３）。これ以後の動作において
は、現在加算器１８からのひずみ信号の値Ｓ１から補正
値Ｃを引いた値（Ｓ１−Ｃ）を、ひずみ信号の値Ｓ２に
基づいて各種の演算を行なう。上述の補正処理により、
ひずみゲージ１０の零点調整をソフトウェアにより自動
的に行なうことができる。零点調整の処理が終了する
と、零点調整ランプ５が点灯し（ステップ１０４）、零
点調整が終了したことを使用者に知らせる。
【００２８】次に、疲労解析用データの採取を行なう。
図５は、疲労解析用データ採取の処理を示すフローチャ
ートである。また、図６は、Ｐ／Ｖ差算出を説明するた
めの説明図である。
図５は、疲労解析用データ採取の処理を示すフローチャ
ートである。また、図６は、Ｐ／Ｖ差算出を説明するた
めの説明図である。
【００２９】スタートスイッチ４が押されると（ステッ
プ２０１）、スタートランプ３が点灯し（ステップ２０
２）、測定が開始されたことを使用者に知らせる。次い
で、ＣＰＵ２０は、ひずみ信号の値Ｓ２を一定周期でサ
ンプリングしてひずみ信号データを採取する。ＣＰＵ２
０は、ひずみ信号の山すなわちピーク（たとえば、図６
に示すＰ１）を抽出し（ステップ２０３）、そのピーク
値Ｐを記録する。次に、ＣＰＵ２０は、ひずみ信号の谷
すなわちバレイ（たとえば、図６に示すＶ１）を抽出し
（ステップ２０４）、そのバレイ値Ｖを記録する。次
に、ＣＰＵ２０は、ピーク値Ｐとバレイ値Ｖと差の絶対
値（｜Ｐ−Ｖ｜）（以下、Ｐ／Ｖ差と呼ぶ）を算出する
（ステップ２０５）。このＰ／Ｖ差のデータに基づい
て、後述するレインフロー処理を行なう（ステップ２０
６）。次に、次のピーク（たとえば、図６に示すＰ２）
を抽出し（ステップ２０７）、そのピーク値Ｐを記録す
る。次に、Ｐ／Ｖ差を算出し（ステップ２０８）、この
Ｐ／Ｖ差のデータに基づいてレインフロー処理を行なう
（ステップ２０９）。次に、ステップ２０４に戻って次
のバレイ（たとえば、図６に示すＶ２）を抽出しそのバ
レイ値Ｖを記録する。以下、上述の動作を繰り返す。
プ２０１）、スタートランプ３が点灯し（ステップ２０
２）、測定が開始されたことを使用者に知らせる。次い
で、ＣＰＵ２０は、ひずみ信号の値Ｓ２を一定周期でサ
ンプリングしてひずみ信号データを採取する。ＣＰＵ２
０は、ひずみ信号の山すなわちピーク（たとえば、図６
に示すＰ１）を抽出し（ステップ２０３）、そのピーク
値Ｐを記録する。次に、ＣＰＵ２０は、ひずみ信号の谷
すなわちバレイ（たとえば、図６に示すＶ１）を抽出し
（ステップ２０４）、そのバレイ値Ｖを記録する。次
に、ＣＰＵ２０は、ピーク値Ｐとバレイ値Ｖと差の絶対
値（｜Ｐ−Ｖ｜）（以下、Ｐ／Ｖ差と呼ぶ）を算出する
（ステップ２０５）。このＰ／Ｖ差のデータに基づい
て、後述するレインフロー処理を行なう（ステップ２０
６）。次に、次のピーク（たとえば、図６に示すＰ２）
を抽出し（ステップ２０７）、そのピーク値Ｐを記録す
る。次に、Ｐ／Ｖ差を算出し（ステップ２０８）、この
Ｐ／Ｖ差のデータに基づいてレインフロー処理を行なう
（ステップ２０９）。次に、ステップ２０４に戻って次
のバレイ（たとえば、図６に示すＶ２）を抽出しそのバ
レイ値Ｖを記録する。以下、上述の動作を繰り返す。
【００３０】ここで、レインフロー法について簡単に説
明する。図７は、レインフロー法を説明するためのグラ
フである。図７（ａ）は時間とひずみの関係を示し、図
７（ｂ）はひずみと応力のの関係を示す。
明する。図７は、レインフロー法を説明するためのグラ
フである。図７（ａ）は時間とひずみの関係を示し、図
７（ｂ）はひずみと応力のの関係を示す。
【００３１】レインフロー法による波形の分解は、次の
ような手続きによって実行される。まず時間軸を縦にと
り，分解すべきひずみの時間的変化を、図７（ａ）のよ
うな多重になった屋根構造１−２−・・・−９にみたて
る。その各屋根のつけ根の位置から山・谷の番号の順に
雨滴を流すことを想像する。雨滴は、以下の３つの条件
を満たして流れ落ち、停止するものとする。そして、雨
滴が停止するまでに流れた横座標を測って、これに相当
する大きさのひずみ幅を分解して疲労に有効なひずみ振
幅とする。
ような手続きによって実行される。まず時間軸を縦にと
り，分解すべきひずみの時間的変化を、図７（ａ）のよ
うな多重になった屋根構造１−２−・・・−９にみたて
る。その各屋根のつけ根の位置から山・谷の番号の順に
雨滴を流すことを想像する。雨滴は、以下の３つの条件
を満たして流れ落ち、停止するものとする。そして、雨
滴が停止するまでに流れた横座標を測って、これに相当
する大きさのひずみ幅を分解して疲労に有効なひずみ振
幅とする。
【００３２】［条件１］ 雨滴は、屋根のつけ根から番
号の順に流れ始め、停止条件が満たされるまで下の屋根
に流れ落ち続ける。
号の順に流れ始め、停止条件が満たされるまで下の屋根
に流れ落ち続ける。
【００３３】［条件２］（停止条件） 軒先から落下中
の雨滴は、次の２条件の一方を満足したとき落下を停止
する。
の雨滴は、次の２条件の一方を満足したとき落下を停止
する。
【００３４】ａ）右向き流れの場合：右向きに流れる雨
滴の出発点より左側に他の屋根の軒先が現れたとき。
滴の出発点より左側に他の屋根の軒先が現れたとき。
【００３５】ｂ）左向き流れの場合：左向きに流れる雨
滴の出発点より右側に他の屋根の軒先が現れたとき。
滴の出発点より右側に他の屋根の軒先が現れたとき。
【００３６】たとえば、図７（ａ）において、６から右
への流れは７の軒先で落下するが、出発点６より左側に
軒先８が現れるので、流れは軒先７からの落下中に停止
する。
への流れは７の軒先で落下するが、出発点６より左側に
軒先８が現れるので、流れは軒先７からの落下中に停止
する。
【００３７】［条件３］ 屋根の一部をすでに雨滴が流
れていたら、その流れは停止する。たとえば、５を出発
点とする屋根５−６上の流れは４’まできて、そこで停
止する。
れていたら、その流れは停止する。たとえば、５を出発
点とする屋根５−６上の流れは４’まできて、そこで停
止する。
【００３８】このようにして、雨滴の流れのモデルから
波形は分解され、ひずみ振幅が決定されていく。ここ
で、ひずみの時間的変化の情報は、山・谷間の時間的経
過を一切無視して処理される。結局、山・谷の大きさと
それらの出現順序だけを考慮することによって、ひずみ
振幅（Ｐ／Ｖ差）とその頻度が取り出されることにな
る。
波形は分解され、ひずみ振幅が決定されていく。ここ
で、ひずみの時間的変化の情報は、山・谷間の時間的経
過を一切無視して処理される。結局、山・谷の大きさと
それらの出現順序だけを考慮することによって、ひずみ
振幅（Ｐ／Ｖ差）とその頻度が取り出されることにな
る。
【００３９】レインフローアルゴリズムによってひずみ
波形が分解されると、Ｃｏｆｆｉｎ−Ｍａｎｓｏｎの関
係、または、従来のＳ（全歪幅値）／Ｎ（破断に至る回
数）関係などを用いて、それぞれのひずみ振幅の１回当
たりに対応する疲労被害率を計算することができる。そ
して、ひずみ波形が入力されるごとに計算した疲労被害
率を次々と加算することによつて、測定開始時を起点と
した累積疲労被害率が得られる。マイナーの法則によれ
ば、この累積疲労被害率が１００％に達する時点を破壊
が起こる理論時点とすることができる。このため、疲労
寿命の予測が可能となる。
波形が分解されると、Ｃｏｆｆｉｎ−Ｍａｎｓｏｎの関
係、または、従来のＳ（全歪幅値）／Ｎ（破断に至る回
数）関係などを用いて、それぞれのひずみ振幅の１回当
たりに対応する疲労被害率を計算することができる。そ
して、ひずみ波形が入力されるごとに計算した疲労被害
率を次々と加算することによつて、測定開始時を起点と
した累積疲労被害率が得られる。マイナーの法則によれ
ば、この累積疲労被害率が１００％に達する時点を破壊
が起こる理論時点とすることができる。このため、疲労
寿命の予測が可能となる。
【００４０】以上、レインフロー法について簡単に説明
したが、上述したレインフロー法においては、Ｐ／Ｖ差
の大きさに応じた複数の階層が用意されており、Ｐ／Ｖ
差が発生したときに、Ｐ／Ｖ差の大きさに応じて、予め
設定されている複数の階層のいずれかに、発生回数とし
てカウントされる。この階層毎のカウント値は、メモリ
カード２内に書き込まれる。
したが、上述したレインフロー法においては、Ｐ／Ｖ差
の大きさに応じた複数の階層が用意されており、Ｐ／Ｖ
差が発生したときに、Ｐ／Ｖ差の大きさに応じて、予め
設定されている複数の階層のいずれかに、発生回数とし
てカウントされる。この階層毎のカウント値は、メモリ
カード２内に書き込まれる。
【００４１】すなわち、本実施例においては、ひずみゲ
ージ１０から得られたひずみ信号の全部のサンプリング
値を記憶しておく必要はなく、Ｐ／Ｖ差が発生したとき
に階層毎のカウント値をメモリカード２に書き込めばよ
い。したがって、メモリカード２に書き込まれるデータ
の量が大幅に減少する。これにより、同じ容量のメモリ
カード２を考えた場合、長時間間に渡って疲労寿命の測
定に必要なデータを採取することができる。
ージ１０から得られたひずみ信号の全部のサンプリング
値を記憶しておく必要はなく、Ｐ／Ｖ差が発生したとき
に階層毎のカウント値をメモリカード２に書き込めばよ
い。したがって、メモリカード２に書き込まれるデータ
の量が大幅に減少する。これにより、同じ容量のメモリ
カード２を考えた場合、長時間間に渡って疲労寿命の測
定に必要なデータを採取することができる。
【００４２】そして、メモリカード２を定期的に交換
し、疲労解析用データ採取装置から取り外したメモリカ
ード２を、別の箇所に設けられたパソコン等に接続し、
メモリカード２内のデータ、すなわち、階層毎のカウン
ト値に基づいて、疲労被害率を計算することができる。
し、疲労解析用データ採取装置から取り外したメモリカ
ード２を、別の箇所に設けられたパソコン等に接続し、
メモリカード２内のデータ、すなわち、階層毎のカウン
ト値に基づいて、疲労被害率を計算することができる。
【００４３】
【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏する。
【００４４】（１）単位時間当たりの記憶すべきデータ
の量が減少するので、長時間に渡ってデータの採取が可
能となる。
の量が減少するので、長時間に渡ってデータの採取が可
能となる。
【００４５】（２）レインフロー処理におけるＰ／Ｖ値
を階層化するまでの処理を、データ採取装置で行なうよ
うにしたので、演算が簡単化されるとともに回路が簡単
化される。これにより、装置における消費電力が減少
し、市販品の電池を用いて長時間にわたって連続測定が
可能となる。
を階層化するまでの処理を、データ採取装置で行なうよ
うにしたので、演算が簡単化されるとともに回路が簡単
化される。これにより、装置における消費電力が減少
し、市販品の電池を用いて長時間にわたって連続測定が
可能となる。
【００４６】（３）装置全体を小型・軽量とすることが
できるので、回転体や作業中の機械、構造物に取付ける
ことが可能である。
できるので、回転体や作業中の機械、構造物に取付ける
ことが可能である。
【００４７】（４）メモリカードを使用することによ
り、別の箇所に設けられたパソコン等を使用して疲労被
害率を計算することができる。
り、別の箇所に設けられたパソコン等を使用して疲労被
害率を計算することができる。
【００４８】（５）初期負荷時のＡ／Ｄ変換されたひず
み信号の値を補正値として記憶し、疲労解析用データ採
取時に、Ａ／Ｄ変換されたひずみ信号を前記補正値によ
り補正することにより、零点調整が自動的に行なわれ
る。
み信号の値を補正値として記憶し、疲労解析用データ採
取時に、Ａ／Ｄ変換されたひずみ信号を前記補正値によ
り補正することにより、零点調整が自動的に行なわれ
る。
【図１】 本発明の疲労解析用データ採取装置の実施例
を前面から見た外観を示す概略斜視図、
を前面から見た外観を示す概略斜視図、
【図２】 図１の疲労解析用データ採取装置を背面から
見た外観を示す概略斜視図である。
見た外観を示す概略斜視図である。
【図３】 図１及び図２に示される疲労解析用データ採
取装置の電気回路を示すブロック図である。
取装置の電気回路を示すブロック図である。
【図４】 零点調整の処理を示すフローチャートであ
る。
る。
【図５】 疲労解析用データ採取の処理を示すフローチ
ャートである。
ャートである。
【図６】 Ｐ／Ｖ差算出を説明するための説明図であ
る。
る。
【図７】 レインフロー法を説明するためのグラフであ
る。
る。
１…疲労解析用データ採取装置本体、２…メモリカー
ド、３…スタートランプ、４…スタートスイッチ、５…
零点調整ランプ、６…零点調整スイッチ、７…カード挿
入孔、８…電源供給口、９ａ，９ｂ，９ｃ…ひずみゲー
ジ接続口、１０…ひずみゲージ、１１…ブリッジ回路、
１２…抵抗器、１３…抵抗器、１４…抵抗器、１５…定
電圧素子、１６…差動増幅器、１７…ローパスフィル
タ、１８…加算器、１９…定電圧素子、２０…ＣＰＵ
（中央処理装置）、２１…ＲＯＭ、２２…ＲＡＭ、Ｐ１
…接続点、Ｐ２…接続点、Ｐ３…接続点、Ｐ４…接続点
ド、３…スタートランプ、４…スタートスイッチ、５…
零点調整ランプ、６…零点調整スイッチ、７…カード挿
入孔、８…電源供給口、９ａ，９ｂ，９ｃ…ひずみゲー
ジ接続口、１０…ひずみゲージ、１１…ブリッジ回路、
１２…抵抗器、１３…抵抗器、１４…抵抗器、１５…定
電圧素子、１６…差動増幅器、１７…ローパスフィル
タ、１８…加算器、１９…定電圧素子、２０…ＣＰＵ
（中央処理装置）、２１…ＲＯＭ、２２…ＲＡＭ、Ｐ１
…接続点、Ｐ２…接続点、Ｐ３…接続点、Ｐ４…接続点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−143285（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−306061（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−28951（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 7/00 - 7/34 102 G01N 3/00 - 3/62 G01D 9/00 - 9/42 G01D 15/00 - 15/34
Claims (2)
- 【請求項１】 疲労を解析する対象物に取り付けられた
ひずみ検出手段からのひずみ信号を所定間隔でＡ／Ｄ変
換する手段と、 Ａ／Ｄ変換されたひずみ信号のピークを抽出し、そのピ
ーク値を検出する手段と、 Ａ／Ｄ変換されたひずみ信号のバレイを抽出し、そのバ
レイ値を検出する手段と、 前記ピーク値と前記バレイ値の差を求める手段と、 前記差の大きさに応じて、予め設定されている複数の階
層のいずれかに発生回数としてカウントする手段と、前記階層毎のカウント値をメモリカードに書き込む手段
とが含まれる、回転体に取り付けることができるデータ
採取装置本体、およびデータ採取装置本体に対して着脱
自在に設けられた、前記階層毎のカウント値が書き込ま
れるメモリカード を備えていることを特徴とするレイン
フロー法による疲労解析用データ採取装置。 - 【請求項２】 初期負荷時のＡ／Ｄ変換されたひずみ信
号の値を補正値として記憶する手段と、 疲労解析用データ採取時に、Ａ／Ｄ変換されたひずみ信
号を前記補正値により補正する手段とを更に備えている
ことを特徴とする請求項１記載の疲労解析用データ採取
装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07482796A JP3188838B2 (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | レインフロー法による疲労解析用データ採取装置 |
| US08/791,304 US5847668A (en) | 1996-03-28 | 1997-01-30 | Device for sampling data for fatigue analysis by rainflow method |
| EP97101726A EP0856817A1 (en) | 1996-03-28 | 1997-02-04 | Device for sampling data for fatigue analysis by rainflow method |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07482796A JP3188838B2 (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | レインフロー法による疲労解析用データ採取装置 |
| US08/791,304 US5847668A (en) | 1996-03-28 | 1997-01-30 | Device for sampling data for fatigue analysis by rainflow method |
| EP97101726A EP0856817A1 (en) | 1996-03-28 | 1997-02-04 | Device for sampling data for fatigue analysis by rainflow method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09264706A JPH09264706A (ja) | 1997-10-07 |
| JP3188838B2 true JP3188838B2 (ja) | 2001-07-16 |
Family
ID=27238140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07482796A Expired - Lifetime JP3188838B2 (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | レインフロー法による疲労解析用データ採取装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5847668A (ja) |
| EP (1) | EP0856817A1 (ja) |
| JP (1) | JP3188838B2 (ja) |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9822992D0 (en) | 1998-10-22 | 1998-12-16 | British Aerospace | Fatigue monitoring systems and methods |
| US6449565B1 (en) | 1999-04-05 | 2002-09-10 | United Technologies Corporation | Method and apparatus for determining in real-time the fatigue life of a structure |
| FI107193B (fi) * | 1999-06-03 | 2001-06-15 | Rouvari Oy R | Mittausanturi |
| FI20000325A0 (fi) * | 2000-02-15 | 2000-02-15 | Koivisto Marja Liisa | Menetelmä rakenteen rasituksen määrittämiseksi |
| GB2364127B (en) * | 2000-06-29 | 2004-08-25 | Univ London | Method and apparatus for monitoring structural fatigue and use |
| SE517970C2 (sv) * | 2000-07-20 | 2002-08-13 | Volvo Articulated Haulers Ab | Förfarande för att uppskatta en livslängdsreducerande skada på ett i drift belastat objekt,jämte datorprogramprodukt |
| GB2387912A (en) * | 2002-04-26 | 2003-10-29 | Messier Dowty Inc | Monitoring parameters in structural components |
| FI119034B (fi) * | 2004-04-14 | 2008-06-30 | Metso Paper Inc | Menetelmä ja järjestelmä kuormitusmittausten suorittamiseksi ja hyödyntämiseksi paperinvalmistukseen liittyvien koneenosien ja laitteiden kunnossapidossa |
| US7171314B2 (en) * | 2004-09-30 | 2007-01-30 | The Boeing Company | Methods and systems for analyzing structural test data |
| US7467070B2 (en) * | 2004-10-26 | 2008-12-16 | Meyer Eric S | Methods and systems for modeling stress intensity solutions for integrally stiffened panels |
| JP4488957B2 (ja) * | 2005-05-26 | 2010-06-23 | 財団法人鉄道総合技術研究所 | 疲労状態解析装置及び疲労状態解析プログラム |
| CN100561174C (zh) * | 2005-08-30 | 2009-11-18 | 南京航空航天大学 | 结构寿命指针监测系统 |
| US7454297B2 (en) * | 2006-06-22 | 2008-11-18 | The Boeing Company | System and method for determining fatigue life expenditure of a component |
| US7945606B2 (en) * | 2007-04-06 | 2011-05-17 | The Boeing Company | Method and apparatus for evaluating a time varying signal |
| JP4961285B2 (ja) * | 2007-07-13 | 2012-06-27 | 東洋ゴム工業株式会社 | ゴム製品の寿命予測方法 |
| JP4961287B2 (ja) * | 2007-07-13 | 2012-06-27 | 東洋ゴム工業株式会社 | ゴム製品の寿命予測方法 |
| JP4961286B2 (ja) * | 2007-07-13 | 2012-06-27 | 東洋ゴム工業株式会社 | ゴム製品の寿命予測方法 |
| ITBO20070604A1 (it) * | 2007-09-04 | 2009-03-05 | Sol Ge S P A | Apparato per la determinazione della durata di esercizio raggiunta da un'apparecchiatura. |
| FR2952718B1 (fr) * | 2009-11-17 | 2015-10-30 | Snecma | Systeme et procede de mesure de fatigue pour pieces mecaniques d'un aeronef et procede de maintenance de l'aeronef |
| JP5303663B2 (ja) * | 2012-01-30 | 2013-10-02 | 東洋ゴム工業株式会社 | ゴム製品の寿命予測方法 |
| JP5303662B2 (ja) * | 2012-01-30 | 2013-10-02 | 東洋ゴム工業株式会社 | ゴム製品の寿命予測方法 |
| CN102706757B (zh) * | 2012-05-08 | 2014-01-29 | 上海博览达信息科技有限公司 | 多轴疲劳分析方法及其应用 |
| US10198334B2 (en) * | 2013-12-13 | 2019-02-05 | Volvo Truck Corporation | Method for monitoring the operation of a component |
| WO2015132838A1 (ja) * | 2014-03-03 | 2015-09-11 | 株式会社日立製作所 | 機械の材料疲労の表示方法、及びその装置 |
| JP6402551B2 (ja) * | 2014-09-11 | 2018-10-10 | いすゞ自動車株式会社 | ターボチャージャの疲労故障診断方法及びターボチャージャの疲労故障診断装置 |
| JP6439498B2 (ja) * | 2014-10-09 | 2018-12-19 | 日本精工株式会社 | 疲労寿命評価方法、疲労寿命評価システム及び疲労寿命評価プログラム |
| CN104697847A (zh) * | 2015-03-31 | 2015-06-10 | 哈尔滨电机厂有限责任公司 | 一种半导体波纹板检测方法 |
| CN105600682B (zh) * | 2015-12-22 | 2017-10-27 | 江苏省特种设备安全监督检验研究院 | 基于时间数字转换技术的起重机应变监测方法 |
| US10691847B2 (en) * | 2017-01-13 | 2020-06-23 | Sap Se | Real-time damage determination of an asset |
| JP7208622B2 (ja) * | 2019-02-28 | 2023-01-19 | 学校法人 関西大学 | 金属構造物の歪測定装置、及び金属構造物の劣化損傷検知方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4336595A (en) * | 1977-08-22 | 1982-06-22 | Lockheed Corporation | Structural life computer |
| JPS54143285A (en) * | 1978-04-28 | 1979-11-08 | Tatsuo Endou | Device for analyzing and supervising fatigue damage according to principle of rainflow method |
| JPS58193914A (ja) * | 1982-04-09 | 1983-11-11 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 油圧システムの故障予知装置 |
| JPS6128090A (ja) * | 1984-07-10 | 1986-02-07 | 東レ株式会社 | 合成繊維構造物の染色方法 |
| JPH01196518A (ja) * | 1988-01-30 | 1989-08-08 | Dainippon Printing Co Ltd | センサカード |
| JP2526302B2 (ja) * | 1990-05-15 | 1996-08-21 | 矢崎総業株式会社 | デジタル運行記録デ―タの解析装置 |
| US5531122A (en) * | 1994-02-28 | 1996-07-02 | Caterpillar Inc. | Fatigue analysis and warning system |
-
1996
- 1996-03-28 JP JP07482796A patent/JP3188838B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-01-30 US US08/791,304 patent/US5847668A/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-02-04 EP EP97101726A patent/EP0856817A1/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09264706A (ja) | 1997-10-07 |
| EP0856817A1 (en) | 1998-08-05 |
| US5847668A (en) | 1998-12-08 |
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