JP3206381B2 - 一様伸びおよび局部伸びの自動検出方法 - Google Patents

一様伸びおよび局部伸びの自動検出方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、引張試験における
一様伸びおよび局部伸びの自動検出方法の技術分野に属
する。
【0002】
【従来の技術】一様伸びは、JIS G 0202 1
173に「引張試験において試験片平行部が略一様に変
形する永久伸びの限界値。通常最大荷重に対する永久伸
びとして求められる。」と定義され、局部伸びは、JI
S G 0202 1174に「引張試験において一様
伸びに達したのち試験片の一部が局部的な断面収縮によ
って破断に到るまでの永久伸び。破断伸びから一様伸び
を差し引いた値である。」と定義されている。
【0003】また、日本海事協会船級規則によると、
「本会の承認を得て、規定された試験片以外の任意の試
験片を採用することができる。この場合の伸びについて
は、次式によって補正しなければならない。」と規定さ
れている。次式(オリバー式)とは、 ε=aE((S0.5 )/L)n =K((S0.5 )/L)n −−−(1) ただし、E:規定された比例寸法試験片を用いた場合の
相当伸び ε:任意の試験片を用いた場合の全伸び S:任意の試験片の断面積 L:任意の試験片の標点間距離 a,n:材料によって異なる数で表1による。
【0004】
【表1】
【0005】ただし、材料1は、引張強さの規格最低値
が600N/mm2 以下の炭素鋼および低合金鋼で熱間
圧延のままのもの、または焼き鈍し、焼ならし後焼きも
どしを施したものとする。
【0006】材料2は炭素鋼および低合金鋼で焼入れ焼
きもどしを施したものとする。材料1および材料2に該
当しない材料に関するa、nの値は日本海事協会が適当
と認めるところによる。
【0007】また、aとnは相関関係があり、nが決定
するとaが定まるものである。さらに、管状試験片等の
場合は、その断面形状によってaとnは変化するもので
ある。
【0008】ここで、(1)式を対数式に改めると、 logε=logK+nlog((S0.5 )/L) =logK+nlog((W0.5 )/L)+nlog(t0.5 ) −−−(2) ただし、断面積S=W×t(Wは試験片の板幅、tは試
験片の板厚を意味する)である。
【0009】また、logK+nlog((W0.5 )/
L)の項は、一様伸び、nlog(t0.5 )の項は、局
部伸びであることが、「日本鉄鋼協会協同研究会品質管
理部械試験小委員会一様伸びWG」による冊子「一様伸
びWG活動報告書」により報告されている。
【0010】そこで、logεp =logK+nlog
((W0.5 )/L)とおくと、(2の式より、 logεp =logε−nlog(t0.5 ) よって、εp =εt-0.5n −−−(3) となる。
【0011】また、JIS G 0202 1135号
の定義により、 全伸び(ε)=一様伸び(εp )+局部伸び(εe ) −−−(4) と定義されているので、 局部伸び(εe )=全伸び(ε)−εt-0.5n −−−(5) で表される。
【0012】従来の技術の一例として、特公平5−68
647号公報には、つぎの技術が公開されている。
【0013】「正式の標点間距離より大きい標点間距離
(GL’)について試験片が破断されるまでの伸び長さ
(ΔL’)を検出する。そして、検出した伸び長さ(Δ
L’)を試験片の最大荷重付近までの伸び長さ(ΔL
1’)と試験片の最大荷重点付近から試験片の破断点ま
での伸び長さ(ΔL2’)に分割し、次式によって正式
の標点間距離(GL)に対する伸び長さ(ΔL)を演算
するようにしたことを特徴とするものである。図5は、
伸び計によって検出された伸び長さと荷重検出器によっ
て検出された荷重の関係を示す荷重伸び線図である。演
算装置は、伸び計によって検出された伸び長さ(Δ
L’)を試験片の最大荷重点(A)付近までの伸び長さ
(ΔL1’)と試験片の最大荷重点(A)付近から試験
片の破断点(B)までの伸び長さ(ΔL2’)に分割す
る。そして、次式によって正式の標点間距離(GL)に
対する伸び長さ(ΔL)を演算する。 ΔL=((ΔL1’×GL)/GL’)×α+ΔL2’
×β ここで、(α)、(β)は試験片の形状、材質によって
決定される補正係数である。
【0014】この式において、試験片の最大荷重点
(A)付近までは試験片の全長にわたって均一に伸びが
生じ、その伸び長さ(ΔL1’)は均一伸び(一様伸
び)と呼ばれ、標点間距離(GL’)に比例することが
知られている。したがって、この領域の正式の標点間距
離(GL)に対する伸び長さは、((ΔL1’×GL)
/GL’)×αであるということができる。これに対
し、最大荷重点(A)付近から試験片の破断点(B)ま
では試験片が破断される部分の収縮によって伸びが生
じ、その伸び長さ(ΔL2’)は局部収縮(局部伸び)
と呼ばれ、標点間距離(GL’)に関係なく一定である
ことが知られている。」
【0015】これとは別の方法として、数多くの標点を
打刻し、引張試験を行い、各標点区間の伸び長さを測定
し、その結果から試験片長手方向に対する伸び分布を求
め、これから正式の標点間距離の一様伸びを求める方法
が以前から用いられている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】前記の方法は、最大荷
重の判別は、荷重−伸び曲線の最大荷重付近を捉えて判
断する方法である。しかし、最大荷重点は、極大値で一
定の幅を持つことがあり、この場合、荷重最大点の判断
が困難で一様伸びの誤差が大きくなる不具合がある。
【0017】また、多数の標点を打刻する方法は、伸び
の測定が人手であり、また値を求めるのに手間を要する
ことから多量のデータを得るのは困難であった。
【0018】本発明が解決しようとする課題は、以上の
問題点を解決するものである。
【0019】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は、 1)引張試験において、一様伸びを下記の式により求め
る一様伸び自動検出方法である。
【0020】 一様伸び(εp )=100AB(X0/2)B-1 ただし、X0は試験片の標点間距離 AとBは引張試験で求めることができる、材料と引張試
験片形状によって定まる数。
【0021】2)引張試験において、局部伸びを下記の
式により求める局部伸び自動検出方法である。
【0022】局部伸び(εe )=100A(1−B)
(X0/2)B-1 ただし、X0は試験片の標点間距離 AとBは引張試験で求めることができる、材料と引張試
験片形状によって定まる数。
【0023】3)引張試験において、一様伸びを下記の
式により求める一様伸び自動検出方法である。
【0024】一様伸び(εp )=εt-0.5(1-B) ただし、εは試験片の全伸び tは前記試験片の断面積の開平値 Bは引張試験で求めることができる、材料と引張試験片
形状によって定まる数。
【0025】4)引張試験において、局部伸びを下記の
式により求める局部伸び自動検出方法である。
【0026】 局部伸び(εe )=全伸び(ε)−εt-0.5(1-B) ただし、εは試験片の全伸び tは前記試験片の断面積の開平値 Bは引張試験で求めることができる、材料と引張試験片
形状によって定まる数。
【0027】以下に、上記手段の作用を説明する。以下
の作用およびつぎの発明の実施の形態で言う「伸び長
さ」とは、引張試験において、ある荷重を加えたとき、
その荷重を加えた状態における標点間の長さと元の標点
間距離との差を言う。また、「全伸び」とは、前記「伸
び長さ」を元の標点間距離で除し、100倍した値(す
なわち%値)を言う。
【0028】一様伸びの本来値は、無限大標点間距離に
おいて与えられるものであるが、一般に測定される方法
は特定の標点区間によって求められるので、任意の標点
区間を想定している。
【0029】試験片の、ある標点間距離における伸び長
さは、特願平6−11002号に本発明者等が著したよ
うに、次の(6)式で求められることが検証されてい
る。
【0030】 Y=AXB −−−(6) X:破断点を原点とした、試験片軸方向の座標 Y:原点に対する位置Xの引張試験による変位量 A:材料と形状によって定まる正の数 B:材料と形状によって定まる正の数 AとBは、引張試験を行なって求めた複数のXとYの関
係値を与えることにより、連立方程式を解いたり、回帰
分析により求める。
【0031】標点間距離をX0とすると、全伸びεは、
破断点に対してほぼ対称と考えて良いため、X0=2X
の関係と(6)式より ε=100(2Y/X0)=100(2Y/2X)=100(Y/X) =100(AXB /X) =100AXB-1 =100A(X0/2)B-1 −−−(7) となる。
【0032】発明者は、実験の結果、(6)式を微分し
た値を100倍した値(100AB(X0/2)B-1
が一様伸びと誤差が少ないことを見出した。
【0033】また、JIS G 0202 1135の
定義より(7)式の全伸びから一様伸びを差し引いた値
が局部伸びである。
【0034】すなわち、 一様伸び(εp )=100AB(X0/2)B-1 −−−(8) 局部伸び(εe )=100A(X0/2)B-1 −(一様伸び) =100A(1−B)(X0/2)B-1 −−−(9) ただし、Xは試験片の標点間距離の1/2 AとBは引張試験で求めることができる、材料と引張試
験片形状によって定まる数。である。
【0035】また、さらに、実験により、(3)式およ
び(5)式のnと(7)式の(B−1)が、次式の関係
があることを見出した。
【0036】n≒−(B−1) この結果、一様伸び、局部伸びは次式で表すことができ
る。
【0037】 一様伸び(εp )=εt-0.5(1-B) −−−(10) 局部伸び(εe )=全伸び(ε)−εt-0.5(1-B) −−−(11) ただし、(10)式と(11)式の場合、tは試験片の
断面積の開平値である。
【0038】これらの結果を次の発明の実施の形態で示
すことにする。
【0039】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を説明する。
【0040】本発明の(10)式と(11)式では、板
厚と板幅によって、一様伸びと局部伸びを求めることを
基本としているが、各種形状の材料を正方柱換算してい
る。下記にその換算式を表す。 (1)材料が管状の場合 板厚=板幅=(π(2Rt−t2 ))0.5 ただし、Rは管の外半径、tは管の肉厚を意味する。 (2)材料が丸棒の場合 板厚=板幅=(πr2 0.5 ただし、rは丸棒の半径を意味する。 (3)材料が板状の場合も、板厚と板幅の積から正方柱
換算をする。実験の結果、正方柱換算した方が演算精度
が良いことがわかったからである。
【0041】板厚=板幅=試験片の(板厚×板幅)0.5 以上のようにして、引張試験を行い、全伸びと、(6)
式より、数A、Bを求めた。
【0042】これらの値を(7)式に充当し、全伸びを
求めた。ここで、(8)式と(9)式は、微分値による
一様伸びと局部伸びと称することにする。また、(1
0)式と(11)式は、開平値による一様伸びと局部伸
びと称することにする。
【0043】ここで、(8)式と(10)式より本発明
の一様伸びを各種試験片34本により求めた。これらを
表2に示す。表2において、記号×は管状、記号□は板
状、記号○および●は丸棒試験片を意味する。また、G
Lは標点間距離を意味する。なお、NO1〜NO12ま
では、シームレス管、NO13〜NO16は溶接管であ
る。なお、NO13〜NO16は軟鋼である。NO17
〜NO26は鋼板、NO27〜NO34は丸棒試験片で
ある。これらの各種試験片の諸元は表に示してある通り
である。また、一様伸びの実測値は、NO1〜NO16
までは自動引張試験機により自動測定、自動計算によっ
て求めた。NO17〜NO34までの実測値は、多点法
による結果から手動測定で求めた。
【0044】
【表2】
【0045】これらの結果を図1と図2に示す。図1
は、実測値と微分値との一様伸びの対比図である。図2
は実測値と開平値との一様伸びの対比図である。
【0046】さらに、局部伸びは、(4)式を基本とし
実測値をもとめ、さらに微分値の伸びは(9)式、開平
値は(11)式により求めた。その結果を表3に示す。
表3において、試験片はすべて表2のものと同一であ
る。したがって、記号×は管状、記号□は板状、記号○
および●は丸棒試験片を意味する。また、GLは標点間
距離を意味する。なお、NO1〜NO12までは、シー
ムレス管、NO13〜NO16は溶接管である。なお、
NO13〜NO16は軟鋼である。NO17〜NO26
は鋼板、NO27〜NO34は丸棒試験片である。これ
らの各種試験片の諸元は表に示してある通りである。
【0047】
【表3】
【0048】これらの結果を図3と図4に示す。図3
は、実測値と微分値との局部伸びの対比図である。図4
は実測値と開平値による局部伸びの対比図である。
【0049】以上のように、全伸びが計算により求まる
と、一様伸びと局部伸びが計算により高精度で求めるこ
とができようになった。そのため、自動で一様伸びと局
部伸びを求めることができるので、工業試験に大きな発
展をもたらすものである。
【0050】
【発明の効果】本発明は、全伸びが計算により求まる
と、自動で一様伸びと局部伸びを求めることができるの
で、工業試験に大きな発展をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】実測値と微分値との一様伸びの対比図である。
【図2】実測値と開平値との一様伸びの対比図である。
【図3】実測値と微分値との局部伸びの対比図である。
【図4】実測値と開平値との局部伸びの対比図である。
【図5】伸び計によって検出された伸び長さと荷重検出
器によって検出された荷重の関係を示す荷重伸び線図で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村山 章 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 田中 恵 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−170835(JP,A) 特開 昭60−238740(JP,A) 特開 平7−218407(JP,A) 特公 平5−68647(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 3/00 - 3/08 JICSTファイル(JOIS)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 引張試験において、一様伸びを下記の式
    により求めることを特徴とする一様伸び自動検出方法。 一様伸び(εp )=100AB(X0/2)B-1 ただし、X0は試験片の標点間距離 AとBは引張試験で求めることができる、材料と引張試
    験片形状によって定まる数。
  2. 【請求項2】 引張試験において、局部伸びを下記の式
    により求めることを特徴とする局部伸び自動検出方法。 局部伸び(εe )=100A(1−B)(X0/2)
    B-1 ただし、X0は試験片の標点間距離 AとBは引張試験で求めることができる、材料と引張試
    験片形状によって定まる数。
  3. 【請求項3】 引張試験において、一様伸びを下記の式
    により求めることを特徴とする一様伸び自動検出方法。 一様伸び(εp )=εt-0.5(1-B) ただし、εは試験片の全伸び tは前記試験片の断面積の開平値 Bは引張試験で求めることができる、材料と引張試験片
    形状によって定まる数。
  4. 【請求項4】 引張試験において、局部伸びを下記の式
    により求めることを特徴とする局部伸び自動検出方法。 局部伸び(εe )=全伸び(ε)−εt-0.5(1-B) ただし、εは試験片の全伸び tは前記試験片の断面積の開平値 Bは引張試験で求めることができる、材料と引張試験片
    形状によって定まる数。
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US8602757B2 (en) 2009-06-25 2013-12-10 Albert W. Patterson Rotary device

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