JP3314622B2 - Centrifugal load test equipment - Google Patents

Centrifugal load test equipment

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JP3314622B2
JP3314622B2 JP20560996A JP20560996A JP3314622B2 JP 3314622 B2 JP3314622 B2 JP 3314622B2 JP 20560996 A JP20560996 A JP 20560996A JP 20560996 A JP20560996 A JP 20560996A JP 3314622 B2 JP3314622 B2 JP 3314622B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は遠心力載荷試験装置
にかかわり、さらに詳しくは地盤上に建築物を建てた縮
尺モデルにおける地盤の強度を試験するための遠心力載
荷試験装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a centrifugal load test apparatus, and more particularly to a centrifugal load test apparatus for testing the strength of the ground in a reduced scale model having a building built on the ground.

【0002】[0002]

【従来の技術】地盤上に建築物を建てた縮尺モデルにお
ける地盤の強度を試験する際、通常の重力場で試験を行
うと自重による応力を再現することは実際上困難であ
る。遠心力載荷試験装置は、回転腕の先端に供試体であ
る地盤等の縮尺モデルを入れた材料容器を吊り下げ、回
転腕を高速で回転させることにより、供試体に遠心加速
度を与えて縮尺モデルに大きな加速度を加え、1/Nの
縮尺モデルに対してN倍の重力加速度を与えて試験を行
うためのものである。
2. Description of the Related Art When testing the strength of the ground in a reduced scale model in which a building is built on the ground, it is practically difficult to reproduce the stress due to its own weight if the test is performed in a normal gravitational field. The centrifugal force loading test device suspends a material container containing a scale model such as the ground, which is the specimen, at the tip of the rotating arm, and rotates the rotating arm at a high speed to give a centrifugal acceleration to the specimen and reduce the scale model. To apply a large acceleration to the 1 / N scale model to give an N-fold gravitational acceleration to perform a test.

【0003】なお、この種の遠心力載荷試験装置として
関連するものには、実公昭61−46439号、特公平
4−54170号および特開平4−13946号公報等
があげられる。
[0003] The centrifugal force loading test apparatus of this type includes Japanese Utility Model Publication No. 61-46439, Japanese Patent Publication No. 4-54170, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-13946.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来の遠心力載荷試験
装置は、回転腕のピン支点に支持され吊り下げられた揺
動架台に試料容器が載せられ、駆動機によりベベル変速
機および回転軸を介して回転腕を回転させると、ピン支
点を支点として試料容器を搭載した揺動架台が振り上が
り、試料容器に遠心か速度が加わる構造になっている。
In a conventional centrifugal load test apparatus, a sample container is mounted on a swinging gantry supported and suspended at a pin fulcrum of a rotating arm, and a bevel transmission and a rotating shaft are driven by a driving device. When the rotating arm is rotated through the oscillating arm, the rocking gantry on which the sample container is mounted is swung up with the pin fulcrum as a fulcrum, and the sample container has a structure in which centrifugation or speed is applied.

【0005】図3は、試料容器9に作用する遠心加速度
の分布を示すもので、等しい遠心加速度が加わる点は回
転軸を中心とする円弧で表される。従って、試料容器9
の中の試料に試料容器9の底面に限り無く平行に近い状
態で遠心加速度を加えることが理想的であり、そのため
には、回転半径Rを大きくする必要がある。
FIG. 3 shows the distribution of centrifugal acceleration acting on the sample container 9, and points where equal centrifugal acceleration is applied are represented by arcs centered on the rotation axis. Therefore, the sample container 9
Ideally, a centrifugal acceleration is applied to the sample in the sample in a state almost parallel to the bottom surface of the sample container 9, and for that purpose, it is necessary to increase the turning radius R.

【0006】その結果、回転腕の回転半径を大きく長大
化する必要があるが、回転腕の回転半径を大きく長大化
すると空気との摩擦抵抗力も増加して動力損も大きくこ
とに関して配慮されていなかった。
As a result, it is necessary to increase the radius of rotation of the rotating arm. However, if the radius of rotation of the rotating arm is increased, frictional force with air increases and power loss increases. Was.

【0007】また、通常の加振試験では、揺動架台が振
れ上がる方向に加振することが多く、加振にともなって
試料容器にピン支点を中心に回転するピッチング動、試
料容器が変形する振動が発生し、加振方向と直交する加
速度が生じ、実験精度を低下させる問題があった。
In a typical vibration test, the rocking table is often vibrated in a direction of swinging up, and the vibration causes the pitching movement of the sample container to rotate around a pin fulcrum and the sample container to be deformed. Vibration occurs, causing acceleration perpendicular to the direction of excitation, which causes a problem of lowering the experimental accuracy.

【0008】更に、縮尺モデルに対する加振試験では、
数百Hzの加振周波数で加振するために、加振反力を回
転腕及び外側フレ−ムで受ける構造にしても、回転腕及
び外側フレ−ムの固有振動数が加振周波数と一致する
と、回転腕に使用される一般構造用圧延鋼材等の部材で
は減衰比が小さいために大きな振動が発生し、上記と同
様な問題があった。このため、回転腕及び外側フレ−ム
の固有振動数を加振周波数より高くする構造にすること
も考えられるが、回転腕の剛性を高くする必要があるた
めに回転腕を大型化する必要があり、経済性の点で問題
がある。
Further, in a vibration test on a scale model,
In order to excite at the excitation frequency of several hundred Hz, the natural frequency of the rotating arm and the outer frame matches the excitation frequency even if the rotating arm and the outer frame receive the excitation reaction force. Then, a member such as a rolled steel material for a general structure used for the rotating arm has a small damping ratio, so that large vibration is generated, and there is a problem similar to the above. For this reason, it is conceivable to adopt a structure in which the natural frequency of the rotating arm and the outer frame is made higher than the excitation frequency. However, it is necessary to increase the rigidity of the rotating arm, so that it is necessary to increase the size of the rotating arm. Yes, there is a problem in terms of economy.

【0009】本発明の目的は、回転腕の回転につれてつ
れ回る空気と遠心力載荷試験装置を設置するためのピッ
トの壁面との摩擦抵抗力を小さくすることによって動力
損を少なくし、駆動機の必要動力の増大を抑えて回転腕
の長大化を容易にすることができる遠心力載荷試験装置
を提供することにある。
An object of the present invention is to reduce the power loss by reducing the frictional resistance between the air that rotates with the rotation of the rotary arm and the wall surface of the pit for installing the centrifugal force loading test device, thereby reducing the power loss. An object of the present invention is to provide a centrifugal force loading test device capable of easily increasing the length of a rotating arm while suppressing an increase in required power.

【0010】また本発明の目的は、加振によって発生す
るピッチング動実験の精度を低下させる有害な振動を試
料容器に与えない遠心力載荷試験装置を提供することに
ある。
It is another object of the present invention to provide a centrifugal load test apparatus that does not apply harmful vibration to a sample container, which deteriorates the accuracy of a pitching motion experiment generated by vibration.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的は、垂直な回転
軸に水平方向に固定された回転腕と、この回転腕の先端
に回転腕の方向に回動自在に吊り支持され供試体を載荷
するための揺動架台と、前記回転軸を回転駆動する駆動
機とを備える遠心力載荷試験装置において、前記回転腕
の回転数が上昇して揺動架台がせり上がるにともない、
前記回転腕が所定の回転数に到達するまで、前記下部円
板と下部円板とで形成する空間をせり上がり前より狭く
する、ことによって達成される。
An object of the present invention is to load a rotating arm fixed to a vertical rotating shaft in a horizontal direction, and a tip end of the rotating arm to be suspended and supported rotatably in the direction of the rotating arm. In the centrifugal force loading test device including a rocking gantry for performing, and a driving device that rotationally drives the rotating shaft, as the rotation speed of the rotary arm rises and the rocking gantry rises,
Until the rotating arm reaches a predetermined number of rotations, the space formed by the lower disk and the lower disk is raised to be narrower than before.

【0012】更に上記目的は、垂直な回転軸に水平方向
に固定された回転腕と、この回転腕の先端に回転腕の方
向に回動自在に吊り支持され供試体を載荷するための揺
動架台と、前記回転軸を回転駆動する駆動機と、供試体
をいれる試料容器と、この試料容器の底部に取り付けら
れ試料容器に振動を与える振動発生装置とを備える遠心
力載荷試験装置において、前記回転腕を溶接性及び制振
性を有する合金鋼の溶接構造とする、ことによって達成
される。
Further, the object is to provide a rotating arm fixed to a vertical rotating shaft in a horizontal direction, and a swing at the tip of the rotating arm so as to be rotatably supported in the direction of the rotating arm so as to load a specimen. In a centrifugal force loading test device including a gantry, a driving device that rotationally drives the rotating shaft, a sample container for placing a specimen, and a vibration generator attached to the bottom of the sample container and configured to apply vibration to the sample container, This is achieved by making the rotating arm a welded structure of alloy steel having weldability and vibration damping properties.

【0013】上記構成において、試料容器に加わる遠心
加速度が同じ場合、回転腕の長さが大きくなると回転腕
の角回転速度は小さくできるが、他方ピットの半径が大
きくなるためピットと壁面との摩擦抵抗力が増大する
が、回転腕のピットの側面における摩擦抵抗力Dfは、 Df=Cf1・ρ/2・V2・F ここで、V :速度 F :表面積 ρ :流体の密度 Cf1:摩擦抵抗係数 F=L・B ここで、L:流れ方向の長さ(=2πR,R:ピットの
半径) B:ピットの深さ V=ra・ω で表され、Dfはピット側面の表面積に比例する。した
がって、このピットの深さ(垂直方向の長さ)を小さく
することにより、摩擦抵抗力を小さくできる。
In the above configuration, when the centrifugal acceleration applied to the sample container is the same, the angular rotation speed of the rotating arm can be reduced as the length of the rotating arm increases, but the radius of the pit increases, so that the friction between the pit and the wall surface increases. Although the resistance increases, the frictional resistance D f on the side surface of the pit of the rotating arm is as follows: D f = C f1 · ρ / 2 · V 2 · F where V: speed F: surface area ρ: density of fluid C f1 : Friction resistance coefficient F = LB where L: length in flow direction (= 2πR, R: radius of pit) B: depth of pit V = r a · ω, and D f is pit It is proportional to the surface area of the side. Therefore, the friction resistance can be reduced by reducing the depth (length in the vertical direction) of the pit.

【0014】すなわち、回転腕が回転して揺動架台が振
り上った状態において回転腕下方向に形成される広い空
間を狭くすることにより摩擦抵抗力を小さくすることに
よって、駆動機の必要動力の増大を抑える。
That is, by reducing the frictional resistance by narrowing the wide space formed below the rotating arm when the rotating arm rotates and the swinging base swings up, the required power of the driving machine is reduced. Suppress the increase.

【0015】共振現象が発生した場合でも、制振材の持
つ制振作用によって、弾性変形は小さく抑えられる。そ
の結果、試料容器9に加わるピッチング動等実験の精度
を低下させる有害な振動を低減できる。
Even when the resonance phenomenon occurs, the elastic deformation can be kept small by the vibration damping action of the vibration damping material. As a result, it is possible to reduce harmful vibrations such as pitching motion applied to the sample container 9 that lower the accuracy of the experiment.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】図1および図2は遠心力載荷試験
装置の実施例の側面図であって、図1は回転腕が停止の
試験前の状態、図2は回転腕が所定の回転数に到達して
所望の遠心加速度を地盤に付加している状態を示す。
1 and 2 are side views of an embodiment of a centrifugal force loading test apparatus. FIG. 1 shows a state before a test in which a rotating arm is stopped, and FIG. This shows a state in which a desired centrifugal acceleration has been applied to the ground after reaching the number.

【0017】図において、駆動機1は後述するピットの
床面に設置されベベル変速機2に軸3を介して連結され
ている。同様にベベル変速機2はピットの床面に設置さ
れており、回転軸4の一端がこのベベル変速機2にベベ
ル変速機2とともに回転するように強固に連結され、回
転軸4の他端はピットの上部構造物に取り付けられた軸
受5に固定支持されて所定の回転が可能になっている。
6は型材、板材などを溶接加工して造られた回転腕であ
って、前記回転軸4の回転にともなって回転するように
回転軸4に強固に取り付けられ、回転軸4から回転駆動
力が伝達されるようになっている。この回転腕6は柱状
部材6aと柱状部材6aを固定する外側フレ−ム6bで
構成されている。揺動架台7はピン支点8を介して前記
回転腕6の回転にともなって回転腕6に対し矢印方向に
せり上がりもしくは下降ができるように揺動自在に取り
付けられている。この揺動架台7の底部には振動発生装
置7aが取り付けられている。バランスウエイトB.W
は図示左方の揺動架台7に対し前記回転軸4とほぼ当距
離の右方の対称な位置に取り付けられ、回転腕6の回転
時に揺動架台7および後述する試料容器の荷重と等価の
荷重を有し、揺動架台7及び試料容器の荷重とバランス
をとるためのものである。
In FIG. 1, a drive unit 1 is installed on a floor of a pit to be described later, and is connected to a bevel transmission 2 via a shaft 3. Similarly, the bevel transmission 2 is installed on the floor of the pit, and one end of a rotating shaft 4 is firmly connected to the bevel transmission 2 so as to rotate together with the bevel transmission 2, and the other end of the rotating shaft 4 is A predetermined rotation is possible by being fixedly supported by a bearing 5 attached to the upper structure of the pit.
Reference numeral 6 denotes a rotary arm made by welding a mold member, a plate member, and the like, and is firmly attached to the rotary shaft 4 so as to rotate with the rotation of the rotary shaft 4. To be transmitted. The rotating arm 6 is composed of a columnar member 6a and an outer frame 6b for fixing the columnar member 6a. The swing base 7 is attached via a pin fulcrum 8 so as to be able to swing up and down in the direction of the arrow with respect to the rotary arm 6 as the rotary arm 6 rotates. A vibration generator 7a is attached to the bottom of the swing base 7. Balance weight B. W
Is mounted at a right symmetric position substantially equidistant with the rotation shaft 4 with respect to the left swing base 7 in the figure, and is equivalent to a load of the swing base 7 and a sample container described later when the rotating arm 6 rotates. It has a load and balances the load of the swinging pedestal 7 and the sample container.

【0018】9は試料容器であって、試験される供試体
たとえば地盤上に建築物を建てた縮尺モデルを入れる容
器であって、試験中に図示しない水供給装置から水の供
給を受けて地盤の軟弱度を調整できるようになってい
る。10は遠心力載荷試験装置を設置するための地下に
構築されたピットであり、その側面10aは前記回転腕
6の端部に回転時に接触しないように前記回転腕6の端
部と間隙を形成して造られている。10bはピット10
上に取り付けた蓋であり、試験中には危険防止上、蓋を
しておくためのものである。なお、蓋10bはピット1
0と一体構造にし、ピット10への試験者の出入り口は
ピット10の上面もしくは側面に設ける構造であっても
よい。
Reference numeral 9 denotes a sample container, which is a container for storing a test object to be tested, for example, a reduced-scale model in which a building is built on the ground, which receives water from a water supply device (not shown) during the test. You can adjust the degree of softness. Reference numeral 10 denotes a pit constructed underground for installing a centrifugal load testing device, and its side surface 10a forms a gap with the end of the rotary arm 6 so as not to contact the end of the rotary arm 6 during rotation. It is built. 10b is pit 10
A lid attached to the top to prevent danger during the test to keep the lid closed. The lid 10b is in the pit 1
The structure may be integrated with the pit 10, and the entrance and exit of the tester to the pit 10 may be provided on the upper surface or the side surface of the pit 10.

【0019】ピット10には前記回転腕6の上方には回
転腕6の回転中に接触しない程度の間隙を形成して上部
円板11aが設けられている。また回転腕6の下方には
下部円板11bが設けられ、この下部円板11bはサ−
ボジャッキ12の伸縮によって上下移動することができ
るようになっており、回転腕6の回転数が上昇して揺動
架台7が水平にせり上がるにともなって、回転腕6との
間にできる空間を広くもしくは狭く調整するためのもの
である。
In the pit 10, an upper disk 11a is provided above the rotary arm 6 so as to form a gap that does not make contact during rotation of the rotary arm 6. A lower disk 11b is provided below the rotating arm 6, and the lower disk 11b is
It can be moved up and down by the expansion and contraction of the bojack 12, and as the rotation speed of the rotating arm 6 rises and the swinging base 7 rises horizontally, the space created between the rotating arm 6 and the rotating arm 6 is increased. It is for wide or narrow adjustment.

【0020】上記構成において、加振試験の際に弾性変
形する部位として、回転腕6の柱状部材6a、外側フレ
−ム6b、揺動架台7、試料容器9が挙げられるが、こ
れら部材は溶接で製作される。したがって、強度が高い
こと、ガス溶接、ア−ク溶接、電気抵抗溶接等の溶接が
可能であること、すなわち溶接性を有すること、加工性
を有すること、制振性を有すること等の特性をゆうする
合金鋼が好ましく、合金鋼としては例えば、Fe-Ni-Mn合
金で金属相がγ相とα相、及び準安定相の3相組織の合
金が挙げられる。
In the above configuration, the portions that are elastically deformed during the vibration test include the columnar member 6a of the rotating arm 6, the outer frame 6b, the swinging pedestal 7, and the sample container 9, and these members are welded. Produced in Therefore, high strength, welding such as gas welding, arc welding, electric resistance welding, etc. are possible, that is, characteristics such as having weldability, workability, and vibration damping properties are required. Preferred is an alloy steel having a three-phase structure of a γ phase, an α phase, and a metastable phase in a Fe—Ni—Mn alloy, for example.

【0021】また、Mg、Mg−Zr、Mn−Mn等の
制振性の合金鋼を使用してもよい。
Further, a damping alloy steel such as Mg, Mg-Zr, Mn-Mn may be used.

【0022】更に、表層部の結晶粒堺及びその近傍に沿
って存在する物質を溶出し、表層部を多孔質にしたステ
ンレス鋼を使用してもよい。この制振合金はステンレス
鋼を鋭敏化処理した後、酸化剤を含有する高温の酸液中
に所定時間侵漬することによって得られる。
Further, stainless steel having a porous surface layer may be used by eluting a substance existing along the crystal grains of the surface layer and the vicinity thereof. This vibration damping alloy is obtained by sensitizing stainless steel and immersing it in a high-temperature acid solution containing an oxidizing agent for a predetermined time.

【0023】更にまた、制振合金鋼にはSS41の表面
にあらかじめ多数の凹凸部を設け、この素材を展伸もし
くは展延加工を施すことにより、その表層部に適宜形状
の微細な摩擦堺面を生成させた鋼板を使用してもよい。
Furthermore, a large number of irregularities are provided in advance on the surface of SS41 in the damping alloy steel, and this material is stretched or stretched to form a fine friction surface having an appropriately shaped surface layer. May be used.

【0024】次に、上記構成の試験装置の作用について
説明する。
Next, the operation of the test apparatus having the above configuration will be described.

【0025】駆動機1を回転駆動(160回/分程度)
するとこの回転駆動力はベベル軸3及び変速機2を介し
て回転軸4に伝達され、回転軸4の回転にともなって回
転腕6が回転する。揺動架台7上に強固に固定された試
料容器9は、回転腕6が回転して揺動架台7に遠心力が
加わると、ピン支点8を中心として回転腕6の回転数の
上昇に比例して上昇し(水平に振れ上る)、試料容器9
の地盤に円周方向の遠心加速度が加えられる。このと
き、遠心力載荷試験装置を設置してあるピット10の中
の空気は、図4に示すように回転腕6の回転につれてつ
れ回り、ピット10の側面10aと上部円板11aおよ
び下部円板11bとによって回転腕6に対して摩擦抵抗
(=風損抵抗)力として作用する。
The driving machine 1 is rotationally driven (about 160 times / minute).
Then, the rotation driving force is transmitted to the rotation shaft 4 via the bevel shaft 3 and the transmission 2, and the rotation arm 6 rotates with the rotation of the rotation shaft 4. When the rotating arm 6 rotates and a centrifugal force is applied to the oscillating base 7, the sample container 9 firmly fixed on the oscillating base 7 is proportional to an increase in the rotation speed of the rotating arm 6 about the pin fulcrum 8. And rise (sway horizontally), and the sample container 9
A centrifugal acceleration in the circumferential direction is applied to the ground. At this time, the air in the pit 10 in which the centrifugal force loading test device is installed rotates as the rotary arm 6 rotates, as shown in FIG. 4, and the side surface 10a of the pit 10, the upper disk 11a and the lower disk 11a. 11b acts on the rotary arm 6 as a frictional resistance (= windage resistance) force.

【0026】下部円板11bは、上述するように下方か
ら複数のサーボジャッキ12で支えられており、回転腕
6が所定の回転数に到達するまで回転腕6の回転数の上
昇にともない、図示しない制御装置によって回転腕6の
下方空間が狭くなるように、サーボジャッキ12によっ
て徐徐に上昇(せり上がる)するようになっている。こ
の下部円板11bは試験時に試料容器9を取り付ける際
の試験者の重量に耐えるように造られている。また、所
要の試験が終了し回転腕6がその回転数を下げると、こ
れにともなって揺動架台7も下方に徐徐に矢印で示すよ
うに下がり、下部円板11bも揺動架台7と接触しない
ようにサーボジャッキ12によって下方へ下げられる。
The lower disk 11b is supported by a plurality of servo jacks 12 from below as described above, and the lower disk 11b is rotated by the rotation arm 6 until the rotation arm 6 reaches a predetermined rotation number. The servo jack 12 gradually raises (raises) so that the space below the rotary arm 6 is narrowed by a control device that is not provided. The lower disk 11b is made to withstand the weight of the tester when attaching the sample container 9 during the test. When the required number of tests is completed and the rotating arm 6 lowers its rotation speed, the swinging pedestal 7 is gradually lowered downward as shown by the arrow, and the lower disk 11b contacts the swinging pedestal 7 as well. It is lowered downward by the servo jack 12 so as not to do so.

【0027】次に、摩擦抵抗力を小さくし、駆動機1の
必要動力の増大を抑えることができる理由を詳細に説明
する。
Next, the reason why the frictional resistance can be reduced and the increase in the required power of the driving machine 1 can be suppressed will be described in detail.

【0028】試料容器9に加わる遠心加速度αは、回転
腕の長さraと回転数Nとから次のように表わされる。
The centrifugal acceleration α applied to the sample container 9 is expressed as follows from the length r a of the rotating arm and the number of rotations N.

【0029】 α=ra・ω2 ……………………(1) ここで、 ω=N×2π/60 ……………………(2) 回転腕6を回転数Nで回転させるには、駆動機1が風損
抵抗以上の動力を有する必要がある。一般に、回転腕6
は円筒状のピット内に設置されるので、ピット10は回
転腕6に比べてそれ程大きくない。このため、風損抵抗
は、図4に示すように回転腕6の回転につれてつれ回る
空気とピット10の壁面10aとの摩擦抵抗力としてモ
デル化することができる。
Α = r a · ω 2 (1) where: ω = N × 2π / 60 (2) The rotating arm 6 is rotated at a rotation speed N. In order to rotate, the driving machine 1 needs to have power greater than the windage resistance. Generally, the rotating arm 6
Is installed in a cylindrical pit, the pit 10 is not so large as compared with the rotating arm 6. For this reason, the windage resistance can be modeled as a frictional resistance between the air that rotates with the rotation of the rotary arm 6 and the wall surface 10a of the pit 10, as shown in FIG.

【0030】この場合、摩擦抵抗力は、ピット10の側
面10aと上部円板11a部および下部円板11b部と
で発生し、次のように表される。
In this case, the frictional resistance is generated between the side surface 10a of the pit 10, the upper disk 11a and the lower disk 11b, and is expressed as follows.

【0031】(1)側面10aでの摩擦抵抗力:Dff=Cf1・ρ/2・V2・F ……………………(3) ここで、V :速度 F :表面積 ρ :流体の密度 Cf1:摩擦抵抗係数 F=L・B ……………………(4) ここで、L:流れ方向の長さ(=2πR,R:ピット1
0の半径) B:ピット10の深さ V=ra・ω ……………………(5) (2)上部または下部円板11a、11bの片面のうけ
る抵抗トルク:M22=1/2ρω25(0.6Cf2) ……………(6) 従って、駆動機1の必要動力:Pmは、 Pm≫P1+P2 ……………(7) ここで、 P1=R・Df・N・1/974 P2=2・M2・N・1/974 上述するように、試料容器9が長大化すると中の試料に
加わる遠心加速度を試料容器9の底面に平行に近づけ、
限り無く均一化するためには、回転腕6の長さraを大
きくする必要がある。このため、遠心力載荷試験装置を
設置するピット10の半径Rが大きくなり、(3),
(4),(6)および(7)式から、駆動機1の必要動力
mが増大するが、(3)式で示されるピットの側面1
0aでの摩擦抵抗力Dfは、表面積Fに比例しており、
従って、(4)式からピット10の深さBを小さくする
ことにより、摩擦抵抗力Dfを小さくでき、(7)式で
示される駆動機1の必要動力Pmの増大を抑えることが
できる。
[0031] (1) frictional resistance of the sides 10a: D f D f = C f1 · ρ / 2 · V 2 · F ........................ (3) where, V: velocity F: surface area ρ: density of fluid C f1 : coefficient of frictional resistance F = LB · B (4) where L: length in flow direction (= 2πR, R: pit 1)
B: Depth of the pit 10 V = r a · ω (5) (2) Resistance torque applied to one surface of the upper or lower disk 11a, 11b: M 2 M 2 = 1 / 2ρω 2 R 5 (0.6 Cf 2 ) (6) Accordingly, the required power of the driving machine 1: P m is P m ≫P 1 + P 2 ... (7) Here P 1 = R · D f · N · 1/974 P 2 = 2 · M 2 · N · 1/974 As described above, when the sample container 9 becomes longer, the centrifugal acceleration applied to the inner sample is determined by the sample container. 9 close parallel to the bottom,
To infinitely uniform, it is necessary to increase the length r a rotary arm 6. For this reason, the radius R of the pit 10 in which the centrifugal load test device is installed becomes large, and (3),
(4), (6) and (7) from the equation, but requires power P m of the drive machine 1 is increased, (3) side of the pit of Formula 1
The frictional resistance D f at 0a is proportional to the surface area F,
Therefore, by reducing the depth B of the pit 10 from (4), can reduce friction resistance force D f, it is possible to suppress an increase in power required P m of the drive machine 1 represented by the formula (7) .

【0032】なお、遠心加速度αの最大値を200G
(重力加速度)で試験する遠心力載荷試験装置において
は、回転腕6の直径を2〜7mの範囲にすることが装置
製作上の経済性から好ましい。すなわち、直径を2m以
下にすると通常の重力場に非近似の状況での試験となっ
て好ましくなく(図3参照)、7m以上にすると通常の
重力場により近似する状況での試験となるのが、回転腕
6が長大化するので動力損失が増大し、また回転腕6の
構造強度を強固にする必要があるためコストアップにつ
ながり、経済性からみて好ましくない。
The maximum value of the centrifugal acceleration α is 200 G
In a centrifugal load test device for testing with (gravitational acceleration), it is preferable that the diameter of the rotary arm 6 be in the range of 2 to 7 m from the viewpoint of economical device manufacturing. That is, if the diameter is less than 2 m, it is not preferable to perform a test in a situation that is not close to a normal gravitational field (see FIG. 3). If the diameter is 7 m or more, a test is performed in a situation that is close to a normal gravitational field. Since the rotary arm 6 becomes longer, power loss increases, and the structural strength of the rotary arm 6 needs to be strengthened, which leads to an increase in cost, which is not preferable in terms of economy.

【0033】本実施例によれば、回転腕6の回転にとも
ない、回転腕6下方の空間を狭くすることによってピッ
ト側面10aでの空気による摩擦抵抗力Dfを小さくす
ることができ、このため駆動機の必要動力の増大を抑え
ることができるので、回転腕6の長大化を容易にするこ
とができる。
According to this embodiment, with the rotation of the rotating arms 6, it is possible to reduce the air by frictional resistance force D f of the pit side 10a by narrowing the rotary arm 6 below the space, and for this reason Since the increase in the required power of the driving machine can be suppressed, the size of the rotary arm 6 can be easily increased.

【0034】図5は遠心力載荷試験装置の他の実施例
で、回転腕6が所定の回転数に到達した時の状態を示
す。
FIG. 5 shows another embodiment of the centrifugal force loading test apparatus in a state where the rotating arm 6 has reached a predetermined number of revolutions.

【0035】図において、15は床板であって、ピット
10に設置されている駆動機1の上部にあって複数個の
台16に固定して設置されている。17はたとえばゴム
などの弾性体で造られ流体を圧入することによって膨張
する袋であって、前記床板15と上板18との間にあ
り、図示しないポンプ、コンプレッサ−などの流体源に
接続され、この袋17には図示しない排出口も設けられ
ている。前記床板15は試験時に試験者が揺動架台7に
試料容器9を取り付ける際の足場となるので、試験者の
重量に耐えるように強固に造られている次に、上記構成
の遠心力載荷試験装置の作用について説明する。
In the figure, reference numeral 15 denotes a floor plate, which is fixed to a plurality of tables 16 above the driving machine 1 installed in the pit 10. Reference numeral 17 denotes a bag made of an elastic material such as rubber and inflated by pressurizing a fluid, which is located between the floor plate 15 and the upper plate 18 and connected to a fluid source such as a pump and a compressor (not shown). The bag 17 is also provided with a discharge port (not shown). Since the floor plate 15 serves as a scaffold when the tester mounts the sample container 9 on the swinging gantry 7 during the test, the floor plate 15 is made firmly to withstand the weight of the tester. The operation of the device will be described.

【0036】駆動機1を回転駆動するとこの回転駆動力
はベベル変速機2を介して回転軸4に伝達され、回転腕
6が回転する。揺動架台7上に搭載された試料容器9
は、回転腕6が回転して揺動架台7に遠心力が加わる
と、ピン支点8を中心として回転腕6の回転数の上昇に
比例して上昇し、円周方向に加速度が加えられる。この
とき、遠心力載荷試験装置を設置してあるピット10の
中の空気は、図4に示すように回転腕6の回転につれて
つれ回り、ピット10の側面10aと上部円板11a及
び床板15とで摩擦抵抗力として作用することは、図1
及び図2に示す実施例と同様である。
When the driving device 1 is driven to rotate, the rotational driving force is transmitted to the rotating shaft 4 via the bevel transmission 2, and the rotating arm 6 rotates. Sample container 9 mounted on swinging base 7
When the rotating arm 6 rotates and a centrifugal force is applied to the oscillating base 7, the rotating arm 6 increases in proportion to the increase in the rotation speed of the rotating arm 6 around the pin fulcrum 8, and acceleration is applied in the circumferential direction. At this time, the air in the pit 10 in which the centrifugal force loading test device is installed rotates as the rotating arm 6 rotates as shown in FIG. 4, and the side surface 10a of the pit 10, the upper disk 11a and the floor plate 15 Acting as frictional resistance in Fig. 1
2 and the embodiment shown in FIG.

【0037】回転腕6の回転数の上昇に比例して揺動架
台7が上昇すると回転腕6の下方空間も大きくなるの
で、これにともない袋17に流体供給源から流体を供給
して空袋17を膨張させ、床板15を上昇させる。した
がって、回転腕6の下方空間が狭くなり、摩擦抵抗力が
減少する。試験終了後には排出口はから流体を排出す
る。
When the swinging pedestal 7 rises in proportion to the increase in the number of rotations of the rotating arm 6, the space below the rotating arm 6 also increases. 17 is expanded and the floorboard 15 is raised. Therefore, the space below the rotating arm 6 is reduced, and the frictional resistance is reduced. After the test is completed, the outlet discharges the fluid.

【0038】本実施例によれば、袋17に取り付ける下
部円板11bを上昇及び下降させるための機械的制御機
構が簡単になり、制御の信頼性が向上する。
According to this embodiment, the mechanical control mechanism for raising and lowering the lower disk 11b attached to the bag 17 is simplified, and the control reliability is improved.

【0039】また、揺動架台7が搭載された振動発生装
置7aによって加振された場合に、実験精度の低下とな
る共振現象として、揺動架台7、試料容器9及び外側フ
レ−ム6bが弾性変形する振動モ−ドがあり、これら共
振現象が発生した場合でも、制振材の持つ制振作用によ
って、弾性変形は小さく抑えられる。その結果、試料容
器9に加わるピッチング動等実験の精度を低下させる有
害な振動を低減できる。
When a vibration is generated by the vibration generator 7a on which the rocking gantry 7 is mounted, the rocking gantry 7, the sample container 9 and the outer frame 6b are the resonance phenomena that reduce the accuracy of the experiment. There is a vibration mode in which elastic deformation occurs, and even when these resonance phenomena occur, the elastic deformation can be suppressed to a small level by the damping action of the damping material. As a result, it is possible to reduce harmful vibrations such as pitching motion applied to the sample container 9 that lower the accuracy of the experiment.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明によれば、回転腕の回転につれ
て、回転腕が回転している回転腕を囲む空間が狭くな
り、ピット側面と回転腕の回転につれてつれ回る空気と
の間で生ずる摩擦抵抗力を低減することができるので、
駆動機の必要動力の増大を抑え、回転腕を長大化でき
る、という効果がある。
According to the present invention, as the rotating arm rotates, the space surrounding the rotating arm on which the rotating arm is rotating becomes narrower, and the friction generated between the pit side surface and the air that rotates as the rotating arm rotates. Since the resistance can be reduced,
This has the effect of suppressing an increase in the required power of the driving machine and increasing the length of the rotating arm.

【0041】共振現象が発生した場合でも、制振材の持
つ制振作用によって、弾性変形は小さく抑えられる。そ
の結果、試料容器9に加わるピッチング動等実験の精度
を低下させる有害な振動を低減できると、いう効果があ
る。
Even when a resonance phenomenon occurs, the elastic deformation can be suppressed to a small level by the damping action of the damping material. As a result, there is an effect that harmful vibrations, such as a pitching motion, applied to the sample container 9 and lowering the accuracy of the experiment can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の遠心力載荷試験装置の実施例で、回転
腕の静止状態の側面図。
FIG. 1 is a side view of a centrifugal force loading test apparatus according to an embodiment of the present invention in a state where a rotating arm is stationary.

【図2】本発明の遠心力載荷試験装置の実施例で、回転
腕の所定回転数到達時の側面図。
FIG. 2 is a side view of the embodiment of the centrifugal force loading test device according to the present invention when the rotation arm reaches a predetermined rotation speed.

【図3】試料容器に加わる遠心加速度の分布を説明する
図。
FIG. 3 is a diagram illustrating a distribution of centrifugal acceleration applied to a sample container.

【図4】図1及び図2の実施例の回転腕につれ回る空気
の流れの説明図。
FIG. 4 is an explanatory view of the flow of air flowing around the rotating arm in the embodiment of FIGS. 1 and 2;

【図5】本発明の遠心力載荷試験装置の他の実施例で、
回転腕の所定回転数到達時の側面図。
FIG. 5 shows another embodiment of the centrifugal force loading test device of the present invention,
The side view at the time of reaching the predetermined rotation speed of a rotating arm.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…駆動機 2…ベベル変速機 4…回転軸 5…軸受 6…回転腕 6a…柱状部材 6b…外側フレ−ム 7…揺動架台 7a…振動発生装置 8…ピン支点 9…試料容器 10…ピット,10a…ピット側面 11a…上部円板,11b…下部円板 12…サーボジャッキ 15…床板 16…台 17…流体を入れる袋 B.W…バランスウエイト DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Driver 2 ... Bevel transmission 4 ... Rotating shaft 5 ... Bearing 6 ... Rotating arm 6a ... Columnar member 6b ... Outer frame 7 ... Swing base 7a ... Vibration generator 8 ... Pin fulcrum 9 ... Sample container 10 ... Pit, 10a: Pit side surface 11a: Upper disk, 11b: Lower disk 12: Servo jack 15: Floor plate 16: Table 17: Bag for storing fluid W: Balance weight

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01M 19/00 G01M 7/02 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01M 19/00 G01M 7/02

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】垂直な回転軸に水平方向に固定された回転
腕と、この回転腕の先端に回転腕の方向に回動自在に吊
り支持され供試体を載荷する揺動架台と、前記回転軸を
回転駆動する駆動機と、供試体をいれる試料容器と、こ
の試料容器の底部に取り付けられ試料容器に振動を与え
る振動発生装置と、前記回転腕の上方に位置し回転腕が
回転しても接触しない程度の間隙を回転腕との間に形成
した上部円板と、回転腕の下方に位置した下部円板とを
備え、ピット内に配置される遠心力載荷試験装置におい
て、前記回転腕、試料容器及びを揺動架台を溶接性及び
制振性を有する合金の溶接構造とし、回転腕の回転数が
上昇して揺動架台がせり上がるにともない回転腕が所定
の回転数に到達するまで、前記回転腕と下部円板との間
の空間をせり上がり前より狭くする手段をピット内であ
って下部円板の下部に設けたことを特徴とする遠心力載
荷試験装置。
1. A rotation fixed horizontally in a vertical axis of rotation.
The arm and the tip of the rotating arm are rotatably suspended in the direction of the rotating arm.
A rocking platform for supporting the specimen and supporting the specimen,
A rotary drive, a sample container for the specimen,
Vibrates the sample container attached to the bottom of the sample container
A vibration generator and a rotating arm positioned above the rotating arm.
A gap is formed between the rotating arm and the gap that does not make contact even when rotated.
And the lower disk located below the rotating arm
Equipped with a centrifugal force testing device placed in the pit
The rotating arm, the sample container and the swinging base are weldable and
Welding structure of alloy with vibration damping properties, rotating speed of rotating arm
The rotating arm is set as the swing base rises
Between the rotating arm and the lower disk until the number of rotations reaches
In the pit, take measures to make the space
Centrifugal force mounting provided below the lower disk
Load testing equipment.
【請求項2】請求項1に記載の遠心力載荷試験装置にお
いて、合金はFe-Ni-Mn合金で金属相がγ相とα相及び準
安定相の3相組織になっていることを特徴とする遠心力
載荷試験装置。
2. The centrifugal force loading test device according to claim 1,
The alloy is Fe-Ni-Mn alloy, and the metal phase is γ phase, α phase and quasi
Centrifugal force characterized by three-phase structure of stable phase
Loading test equipment.
【請求項3】請求項1に記載の遠心力載荷試験装置にお
いて、合金はMg、Mg−Zr、Mn−Mnのいずれか
であることを特徴とする遠心力載荷試験装置。
3. The centrifugal force loading test device according to claim 1,
And the alloy is any of Mg, Mg-Zr, Mn-Mn
A centrifugal force loading test device, characterized in that:
【請求項4】請求項1記載の遠心力載荷試験装置におい
て、前記狭くする手段は前記下部円板を上昇させる手段
であることを特徴とする遠心力載荷試験装置。
4. The centrifugal force test apparatus according to claim 1, wherein
The narrowing means is means for raising the lower disk
A centrifugal force loading test device, characterized in that:
【請求項5】請求項4記載の遠心力載荷試験装置におい
て、前記下部円板を上昇させる手段はサ−ボジャッキで
あることを特徴とする遠心力載荷試験装置。
5. The centrifugal force test apparatus according to claim 4, wherein
The means for raising the lower disk is a servo jack.
A centrifugal force loading test device, characterized in that:
【請求項6】請求項5記載の遠心力載荷試験装置におい
て、揺動架台を回転腕にそって移動自在にする機構を設
けることを特徴とする遠心力載荷試験装置。
6. The centrifugal force loading test device according to claim 5, wherein
A mechanism to make the swinging base movable along the rotating arm.
A centrifugal force loading test device characterized in that:
【請求項7】請求項1に記載の遠心力載荷試験装置にお
いて、前記下部円板の下方に床板を設置し、下部円板と
この床板との間に流体を入れる袋を介在させ、この袋に
流体供給源を接続し、前記袋は流体供給源から供給され
た流体がこの袋を膨張させることにより下部円板を上昇
させるものであることを特徴とする遠心力載荷試験装
置。
7. The centrifugal force loading test device according to claim 1,
A floor plate is installed below the lower disk, and the lower disk is
Interpose a bag for putting fluid between the floorboard and this bag.
Connect a fluid supply, wherein the bag is supplied from a fluid supply
Fluid lifts the lower disk by inflating this bag
Centrifugal force test equipment characterized in that
Place.
【請求項8】請求項1に記載の遠心力載荷試験装置にお
いて、前記供試体に付加する遠心加速度の最大値を20
0Gとするとき、回転腕の直径を2mから7mの範囲に
することを特徴とする遠心力載荷試験装置。
8. The centrifugal force loading test device according to claim 1,
And the maximum value of the centrifugal acceleration applied to the specimen is 20
When setting to 0G, the diameter of the rotating arm should be in the range of 2m to 7m.
And a centrifugal force loading test device.
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