JP3225625B2 - 背面ひずみ計測装置 - Google Patents
背面ひずみ計測装置Info
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- JP3225625B2 JP3225625B2 JP25515192A JP25515192A JP3225625B2 JP 3225625 B2 JP3225625 B2 JP 3225625B2 JP 25515192 A JP25515192 A JP 25515192A JP 25515192 A JP25515192 A JP 25515192A JP 3225625 B2 JP3225625 B2 JP 3225625B2
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- strain
- piezoelectric substrate
- crack
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、背面ひずみ法（Ｂack
Ｆace Ｓtrain）により微小なき裂開口変位や疲労き裂
進展試験時の微小なき裂進展速度を計測するための背面
ひずみ計測装置に関する。
Ｆace Ｓtrain）により微小なき裂開口変位や疲労き裂
進展試験時の微小なき裂進展速度を計測するための背面
ひずみ計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】き裂を有する部材の強度評価を対象とす
る破壊力学では、き裂開口変位やき裂進展速度の計測は
極めて重要であり、その計測手法として背面ひずみ法が
多用されている。
る破壊力学では、き裂開口変位やき裂進展速度の計測は
極めて重要であり、その計測手法として背面ひずみ法が
多用されている。
【０００３】背面ひずみ法では、開口部に挟むクリップ
ゲージによる計測に代えて、図３に示すようにＣＴ（コ
ンパクトテンション）試験片１の背面中央部に抵抗線ひ
ずみゲージ２を接着し、ＣＴ試験片１に荷重Ｐを加えた
ときのき裂開口変位やき裂進展速度を背面圧縮ひずみの
増加としてゲージ２の検出値から求める。
ゲージによる計測に代えて、図３に示すようにＣＴ（コ
ンパクトテンション）試験片１の背面中央部に抵抗線ひ
ずみゲージ２を接着し、ＣＴ試験片１に荷重Ｐを加えた
ときのき裂開口変位やき裂進展速度を背面圧縮ひずみの
増加としてゲージ２の検出値から求める。
【０００４】この測定方法は、コンプライアンス法によ
るき裂長さの測定による。き裂を有する試験片１のコン
プライアンスλは次式で定義される。
るき裂長さの測定による。き裂を有する試験片１のコン
プライアンスλは次式で定義される。
【０００５】
【数１】
【０００６】但し、ａはき裂長さ、Ｗは試験片幅、Ｐは
荷重、Ｖは荷重点変位。
荷重、Ｖは荷重点変位。
【０００７】上述の（１）式の関係において、荷重点変
位Ｖが背面ひずみεbとの間に次の直線関係
位Ｖが背面ひずみεbとの間に次の直線関係
【０００８】
【数２】Ｖ＝εbＷ …………（２） が成立する範囲では（１）式は
【０００９】
【数３】
【００１０】但し、Ｂは試験片厚さ、Ｅは縦弾性係数、
νはポアソン比。
νはポアソン比。
【００１１】の関係にある。
【００１２】この（４）式の関係から、（εb／Ｐ）Ｂ
ＷＥ′をａ／Ｗに対してプロットすれば、背面ひずみε
bからき裂長さａ／Ｗを読み取るための校正曲線（図４
に示す）が得られる。この曲線から、背面ひずみεbの
計測によりき裂開口変位やき裂進展速度が求められる。
ＷＥ′をａ／Ｗに対してプロットすれば、背面ひずみε
bからき裂長さａ／Ｗを読み取るための校正曲線（図４
に示す）が得られる。この曲線から、背面ひずみεbの
計測によりき裂開口変位やき裂進展速度が求められる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】従来の銅箔等を用いた
抵抗線ひずみゲージ２による背面ひずみ法によるき裂計
測では、検出可能な最小のき裂長さ増分△ａは約０．０
５ｍｍ程度であり、高い測定精度が得られない。
抵抗線ひずみゲージ２による背面ひずみ法によるき裂計
測では、検出可能な最小のき裂長さ増分△ａは約０．０
５ｍｍ程度であり、高い測定精度が得られない。
【００１４】このため、繰返し荷重下での疲労き裂低速
進展域（特に下限界△Ｋｔｈ近傍）での進展速度の計測
が極めて困難となる。
進展域（特に下限界△Ｋｔｈ近傍）での進展速度の計測
が極めて困難となる。
【００１５】また、セラミックスやガラスのように、金
属材料に較べて極めて変形能の小さい材料では破断に至
るまでのき裂開口量も小さいため、従来の背面ひずみ法
による計測では破壊じん性値の測定精度も極めて悪いも
のであった。さらに、金属材料といえども静的引張負荷
に伴う初期き裂開口量（き裂の開き始め）の計測は困難
であった。
属材料に較べて極めて変形能の小さい材料では破断に至
るまでのき裂開口量も小さいため、従来の背面ひずみ法
による計測では破壊じん性値の測定精度も極めて悪いも
のであった。さらに、金属材料といえども静的引張負荷
に伴う初期き裂開口量（き裂の開き始め）の計測は困難
であった。
【００１６】また、従来の計測ではき裂開口量やき裂進
展速度の計測時に温度変化があると、この温度変化に起
因する測定値のシフト量（変動）も大きい。
展速度の計測時に温度変化があると、この温度変化に起
因する測定値のシフト量（変動）も大きい。
【００１７】本発明の目的は、背面ひずみ法によるき裂
開口変位やき裂進展速度の測定精度を高める計測装置を
提供することにある。
開口変位やき裂進展速度の測定精度を高める計測装置を
提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決を図るため、コンパクトテンション試験片の背面中央
部に１つのひずみゲージを貼付け、該試験片に荷重を加
えたときのき裂開口変位やき裂進展速度を該ひずみゲー
ジで計測する背面ひずみ計測装置において、前記ひずみ
ゲージは圧電基板上に共振子形又はトランスバーサル形
の電極を形成した弾性表面波素子とし、前記試験片のひ
ずみによる前記電極間の距離の変化量を共振周波数又は
弾性表面波の伝搬量の変化としてひずみを計測すること
を特徴とする。また、前記圧電基板は室温付近に周波数
温度特性の変曲点を持つ水晶圧電基板としたことを特徴
とする。
決を図るため、コンパクトテンション試験片の背面中央
部に１つのひずみゲージを貼付け、該試験片に荷重を加
えたときのき裂開口変位やき裂進展速度を該ひずみゲー
ジで計測する背面ひずみ計測装置において、前記ひずみ
ゲージは圧電基板上に共振子形又はトランスバーサル形
の電極を形成した弾性表面波素子とし、前記試験片のひ
ずみによる前記電極間の距離の変化量を共振周波数又は
弾性表面波の伝搬量の変化としてひずみを計測すること
を特徴とする。また、前記圧電基板は室温付近に周波数
温度特性の変曲点を持つ水晶圧電基板としたことを特徴
とする。
【００１９】
【作用】背面ひずみゲートとして弾性表面波素子を使用
し、試験片のひずみを電極間の距離の変化量として得、
この変化量を共振周波数又は伝搬量の変化として測定す
ることでき裂開口変位やき裂進展速度の計測を得る。
し、試験片のひずみを電極間の距離の変化量として得、
この変化量を共振周波数又は伝搬量の変化として測定す
ることでき裂開口変位やき裂進展速度の計測を得る。
【００２０】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示す背面ひずみ計
測装置を示す。試験片１の背面には弾性表面波共振子３
が瞬間接着剤で貼付けられ、この弾性表面波共振子３が
背面ひずみゲージにされる。
測装置を示す。試験片１の背面には弾性表面波共振子３
が瞬間接着剤で貼付けられ、この弾性表面波共振子３が
背面ひずみゲージにされる。
【００２１】共振子３は、同図（ｂ）に拡大図を示すよ
うに、圧電基板３Ａの表面にインターディジタル型トラ
ンスジューサ３Ｂとその両側に反射器３Ｃ，３Ｄがパタ
ーン電極膜として分離形成される。
うに、圧電基板３Ａの表面にインターディジタル型トラ
ンスジューサ３Ｂとその両側に反射器３Ｃ，３Ｄがパタ
ーン電極膜として分離形成される。
【００２２】トランスジューサ３Ｂは、電気と弾性表面
波の相互のエネルギー変換を行い、この弾性表面波は圧
電基板３Ａ上を両側に伝搬して反射器３Ｃ，３Ｄに至
り、反射器３Ｃ，３Ｄで反射されてトランスジューサ３
Ｂに戻ることで共振した電気出力として取出される。
波の相互のエネルギー変換を行い、この弾性表面波は圧
電基板３Ａ上を両側に伝搬して反射器３Ｃ，３Ｄに至
り、反射器３Ｃ，３Ｄで反射されてトランスジューサ３
Ｂに戻ることで共振した電気出力として取出される。
【００２３】また、弾性表面波の周波数はトランスジュ
ーサ３Ｂを構成する一対のすだれ状電極が交さするピッ
チで決まり、反射器３Ｃ，３Ｄのピッチも該周波数に合
わせて形成される。
ーサ３Ｂを構成する一対のすだれ状電極が交さするピッ
チで決まり、反射器３Ｃ，３Ｄのピッチも該周波数に合
わせて形成される。
【００２４】上述のように、弾性表面波共振子３は試験
片１の背面中央に貼付けられ、試験片１のき裂開口変位
やき裂進展速度を共振周波数の変化量（シフト量）とし
て検出する。
片１の背面中央に貼付けられ、試験片１のき裂開口変位
やき裂進展速度を共振周波数の変化量（シフト量）とし
て検出する。
【００２５】即ち、試験片１のき裂開口変位等の進展に
よる圧電基板３Ａの曲げ変形を得、この変形によりトラ
ンスジューサ３Ｂのすだれ状電極間の距離の縮み（ピッ
チの減少）に伴う共振周波数の変化量として検出する。
よる圧電基板３Ａの曲げ変形を得、この変形によりトラ
ンスジューサ３Ｂのすだれ状電極間の距離の縮み（ピッ
チの減少）に伴う共振周波数の変化量として検出する。
【００２６】この弾性表面波共振子３を用いた背面ひず
み計測では、従来の抵抗線ひずみゲージによる計測に比
べて数倍の測定精度を得ることができる。これに伴い、
繰返し荷重下での疲労き裂低速進展域での進展速度や静
的引張負荷に伴う初期き裂開口量の測定精度も大幅に向
上する。また、セラミックスのような低じん性材料の破
壊じん性値の測定精度も向上する。
み計測では、従来の抵抗線ひずみゲージによる計測に比
べて数倍の測定精度を得ることができる。これに伴い、
繰返し荷重下での疲労き裂低速進展域での進展速度や静
的引張負荷に伴う初期き裂開口量の測定精度も大幅に向
上する。また、セラミックスのような低じん性材料の破
壊じん性値の測定精度も向上する。
【００２７】なお、圧電基板３Ａとしては、室温付近に
周波数温度特性の変曲点を持つ水晶圧電基板（例えばＳ
Ｔカット板）を用いることにより、室温での測定中に温
度変化のある場合でも温度変化に起因する測定値の変化
量は従来のひずみゲージ計測に比べて低減できる。この
ときの水晶基板の厚さは０．１ｍｍ以上のものにされ
る。
周波数温度特性の変曲点を持つ水晶圧電基板（例えばＳ
Ｔカット板）を用いることにより、室温での測定中に温
度変化のある場合でも温度変化に起因する測定値の変化
量は従来のひずみゲージ計測に比べて低減できる。この
ときの水晶基板の厚さは０．１ｍｍ以上のものにされ
る。
【００２８】また、弾性表面波共振子３の構成は、１ポ
ート型のトランスジューサ３Ｂを持つものに限定される
ものでなく、図２にパターンを示すように２つのトラン
スジューサ３Ｂ1，３Ｂ2と反射器３Ｃ，３Ｄを持つ２ポ
ート型のものにして同等の作用効果を得ることができ
る。
ート型のトランスジューサ３Ｂを持つものに限定される
ものでなく、図２にパターンを示すように２つのトラン
スジューサ３Ｂ1，３Ｂ2と反射器３Ｃ，３Ｄを持つ２ポ
ート型のものにして同等の作用効果を得ることができ
る。
【００２９】さらに、共振子３に代えて、トランスバー
サル形の弾性表面波素子を使用して同等の計測ができ
る。
サル形の弾性表面波素子を使用して同等の計測ができ
る。
【００３０】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、背面ひ
ずみ法によるき裂開口変位やき裂進展速度の計測におい
て、試験片の背面に弾性表面波素子を貼付け、ひずみを
素子の共振周波数又は伝搬量の変化量として計測するよ
うにしたため、従来の抵抗線ひずみゲージによる計測に
比べて数倍の高い測定精度を得ることができる。
ずみ法によるき裂開口変位やき裂進展速度の計測におい
て、試験片の背面に弾性表面波素子を貼付け、ひずみを
素子の共振周波数又は伝搬量の変化量として計測するよ
うにしたため、従来の抵抗線ひずみゲージによる計測に
比べて数倍の高い測定精度を得ることができる。
【００３１】また、弾性表面波素子の圧電基板に水晶圧
電基板を用いることができ、室温付近に周波数温度特性
の変曲点を持つものを使用して温度変動に伴う測定値の
変動を少なくすることができる。
電基板を用いることができ、室温付近に周波数温度特性
の変曲点を持つものを使用して温度変動に伴う測定値の
変動を少なくすることができる。
【図１】本発明の一実施例を示す背面ひずみ計測装置。
【図２】他の共振子パターン。
【図３】従来の背面ひずみ計測装置。
【図４】背面ひずみの校正曲線。
１…コンパクトテンション試験片 ３…弾性表面波共振子 ３Ａ…圧電基板 ３Ｂ，３Ｂ1，３Ｂ2…インターディジタル型トランスジ
ューサ ３Ｃ，３Ｄ…反射器
ューサ ３Ｃ，３Ｄ…反射器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 3/00 - 3/62 G01L 1/00
Claims (2)
- 【請求項１】 コンパクトテンション試験片の背面中央
部に１つのひずみゲージを貼付け、該試験片に荷重を加
えたときのき裂開口変位やき裂進展速度を該ひずみゲー
ジで計測する背面ひずみ計測装置において、 前記ひずみゲージは圧電基板上に共振子形又はトランス
バーサル形の電極を形成した弾性表面波素子とし、前記
試験片のひずみによる前記電極間の距離の変化量を共振
周波数又は弾性表面波の伝搬量の変化としてひずみを計
測することを特徴とする背面ひずみ計測装置。 - 【請求項２】 前記圧電基板は室温付近に周波数温度特
性の変曲点を持つ水晶圧電基板としたことを特徴とする
請求項１に記載の背面ひずみ計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25515192A JP3225625B2 (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | 背面ひずみ計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25515192A JP3225625B2 (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | 背面ひずみ計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06109610A JPH06109610A (ja) | 1994-04-22 |
| JP3225625B2 true JP3225625B2 (ja) | 2001-11-05 |
Family
ID=17274787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25515192A Expired - Fee Related JP3225625B2 (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | 背面ひずみ計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3225625B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6431000B1 (en) * | 2000-05-23 | 2002-08-13 | General Electric Company | Method and apparatus for high cycle fatigue life test |
-
1992
- 1992-09-25 JP JP25515192A patent/JP3225625B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06109610A (ja) | 1994-04-22 |
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