JP3378995B2 - テスト装置の改良 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、テスト装置の改良に関する。一層詳しく
は、本発明は、被試験構造物のより良好な安全性能のた
めのファクタを最適化する試みにおいて異なったクラッ
シュ・シナリオをシミュレーションできるようにした装
置に関する。

一般に、自動車、道路安全バリア、大型飛行機、スペ
ース・カプセルまたはスペース・シャトル、高速鉄道車
体あるいはクラッシュ用組み合わせ構造（たとえば、２
つの車両あるいは車両とバリヤの組み合わせ）のような
大規模構造物の安全性をテストするためには、通常の処
理では、特別に構成した壁またはバリアまたは他の車両
の正面に被試験構造物を案内するようになっている。測
定値は、被試験構造物上に配置されたトランスジューサ
またはゲージから取り出すようになっている。確かに、
飛行機の場合、このようなテストは非常に複雑となり、
高価であり、失敗のリスクが高くなる傾向がある。

本発明の目的は、特に大型構造物のクラッシュ・テス
トに伴う前記あるいは他の問題を軽減することにある。

本発明の一態様によれば、被試験車両または大型構造
物に圧縮波または圧縮パルスを発生させることができる
圧縮波またはパルス発生装置であって、使用時に被試験
車両または大型構造物の一端に隣接して保持されたイン
パクタ・バーまたはインパクタ部材を包含し、このイン
パクタ・バー／部材をそれがアクチュエータ手段によっ
て前記車両または大型構造物から離れる方向にプリロー
ドされたときにその方向における動きに抵抗するように
支持し、この構成で、使用時に、たとえば、インパクタ
・バー／部材内の爆発ボルトをトリガすることによって
プリロード力を急激に消滅させ、インパクタ・バー／部
材を車両または大型構造物との衝撃またはエネルギ伝達
状態に解放し、それによって、車両または大型構造物を
通じて圧縮波またはパルスを伝達することができるよう
にした圧縮波またはパルス発生装置を得ることができ
る。

通常、本装置は、クラッシュ・シミュレーション状態
の下にストレス波を受ける構造物または車両に沿って伝
播される機械的エネルギを測定するように配置したエネ
ルギ流トランスジューサを包含することになる。

好ましくは、トランスジューサはバーまたは細長い部
材の形をしており、使用時に、構造物の選定部位（重要
部位）のところでのストレス値を測定するように配置し
てある。好ましくは、各バーはそれの測定する構造部分
と同じ機械的なインピーダンスを有するか、あるいは、
トランスジューサ・バーの長さが測定時間の終了前に波
反射を妨げるような長さ（すなわち、トランスジューサ
・バーを連結した構造物の部位から遠い方のバー端部で
の波反射を防ぐ長さ）となっているか、あるいは、これ
ら両方の状態となっている。

通常、本装置は、被試験車両または構造物に対して或
る角度もしくはそれを横断する方向に配置したトランス
ジューサ・バーに加えて、前記被試験車両または構造物
の長手方向に配置したトランスジューサ・バーを包含す
ることになる。

アクチュエータ手段は、好ましくは、液圧アクチュエ
ータが空気圧アクチュエータである。

通常、前記装置は、周知の圧縮パルスを発生させるよ
うに配置することになる。

本装置の一実施例においては、インパクタ・バー／部
材はほぼ円筒形であり、より小さい直径部分の直径に沿
って（通常は被試験構造物よりはアクチュエータ手段に
接近して）設置した爆発ボルトを備えている。インパク
タ・バー／部材は被試験構造物の輪郭に一致するように
形成してもよい。そして、前記バー／部材は、ブロッキ
ング・システムまたは固定支持体によって構造物に隣接
して保持される。インパクタ・バー／部材の大きい方の
直径部分は、インパクタ・バー／部材が被試験構造物か
ら離れる方向にプリロード状態となっているときに、ブ
ロッキング・システムまたは固定支持体に係合する。

本発明のさらに別の態様によれば、被試験車両または
大型構造物に圧縮波またはパルスを発生させることがで
きる圧縮波またはパルス発生装置であって、前記車両ま
たは大型構造物との組み合わせにおいて、（好ましく
は、車両／大型構造物の長手方向および横断方向の両方
向に配置した）トランスジューサ・バーまたは部材を備
え、これらトランスジューサ・バーまたは部材が構造物
の選定部位あるいは重要部位からの波伝播データを収集
するように配置してある圧縮波またはパルス発生装置を
得ることができる。

この圧縮波またはパルス発生装置のさらなる有利な特
徴は、以下の説明および図面から明らかとなろう。

本発明による圧縮波またはパルス発生装置の２つの実
施例を、以下に、添付のかなり単純化した概略図面を参
照しながら説明する。図面において： 第１図は、バス車両構造物に圧縮波を発生させるのに
利用される圧縮波発生装置の第１実施例の図を示す。

第２図は、飛行機に圧縮波を発生させるのに利用され
る圧縮波発生装置の第２実施例を示す。

第１図を参照して、圧縮波またはパルス発生装置１
は、インパクタ・バーまたは部材２を包含する。このイ
ンパクタ・バーまたは部材２は、バス車両Ｂ（被試験構
造物である）の正面に合わせて適切に弯曲させたかある
いは形成した右端面2aを有する。インパクタ・バーまた
は部材２は、液圧アクチュエータ３によって、矢印Ａと
逆の方向にプリロードすることができる。インパクタ・
バーまたは部材２が前記逆方向にプリロードされたと
き、ブロッキングまたは支持システム４が、図面から明
らかな方法によって、第１図の左へのインパクタ・バー
の動きを阻止する（ブロッキング・システム４の直前
で、インパクタ・バーまたは部材２の右端部に向かって
設置した大径フランジ５の背面5bとの係合による）。イ
ンパクタ・バーまたは部材２は、ほぼ円筒形であり、爆
発ボルト６を横断方向に（すなわち直径方向に）設置し
た縮径部分2cを包含する。したがって、インパクタ・バ
ー２をアキュムレータ３によってプリロードしたときに
爆発ボルト６が爆発した場合、縮径部分６は粉々にな
り、インパクタ・バーの端部2aが急激に推進され、バス
車両構造物３への衝撃またはエネルギ伝達を行い、それ
によって、明らかに、構造物３を通じて圧縮波またはパ
ルスを伝達する。したがって、インパクタ・バーまたは
部材２は、弾性エネルギ・アキュムレータ兼クラッシュ
波伝達機として作用する。

機械的エネルギは、構造物Ｂに沿って伝播し、圧縮ス
トレス波がクラッシュ状態をシミューレションする。構
造物３は、均質ではなくて、異なった幾何学配置および
異なった材料の構成要素からなる。その結果、機械的エ
ネルギは、最も容易な簡単なルートまたは最も抵抗の小
さいルートを採ることによって構造物内部でストレス波
を伝播する。大量の波に相当するこのエネルギの流れは
数値シミュレーションで評価することができるが、この
ような理論的な結果を確認する実験結果は存在しない。
第１図に関して説明したような装置を使用することによ
って、このような実験結果を得て、理論と比較すること
ができる。

このような実験結果を得るためには、トランスジュー
サ・バーを、被試験構造物Ｂの適切な部位（重要部位）
に設置する。トランスジューサ８は構造物Ｂの横断方向
に配置し、トランスジューサ９は構造物の長手方向に配
置する。トランスジューサ・バー８、９は、構造物Ｂの
特定の重要部位を通過する局所的エネルギの流れを局部
的に精密に排出させ、集めるように歪み計（図示せず）
を備える。構造物Ｂはデータを集める必要のある断面の
横方向に切断することができる。各トランスジューサ・
バーはそれがテストする構造物の一部として同じ機械的
なインピーダンスを有するように配置する。トランスジ
ューサ・バー８、９の長さが十分な長さであって、測定
時間の終了前にバーの反対端で圧縮波が反射するのを防
ぐようになっていなければならない。トランスジューサ
・バーの一方８は車両の座席Ｓ（白抜き部分）に連結す
る。この座席Ｓは構造物の他の要素（ホイール、モー
タ、他の座席その他）なしに前記トランスジューサを通
してテストすることができる。

第１図は、矢印Ａの方向に生じる圧縮波伝播をグラフ
ィックで示しており、その内容は自明である。

第１図に示すような装置を使用することによって、バ
スＢの構造物をテストする際にかなりの利点がある。す
なわち、バスそのものをテスト前に移動させる必要がな
く、種々のセンサで実現される測定が容易となる。さら
に、既知のエネルギ・コンテンツをバス車両の前端に導
入してもよい。それによると、構造物の横断面でのエネ
ルギ流をエネルギ流トランスジューサ８、９によって測
定することが可能になる。

ここで、大規模な構造物を、現実の事故をシミュレー
ションすることよりも低いコストで精密にテストし、ク
ラッシュ・シナリオを得ることができることは有利であ
る。第１図に示す装置は、構造物に非常に大きい変形を
与えることができる（たとえば、或る一定のひずみ率で
５メーター）。

エネルギ流トランスジューサ８および９は、圧縮波ま
たはパルスが変わったり、ひずんだりすることなく測定
しつつある構造物の特定の部位に到達した圧縮波または
パルスの部分を収集する能力（弾性状態を残しながらの
能力）により、構造物の任意の選定断面における荷重、
変位、速度および加速度をほぼ同時に直接的に測定でき
る既存のトランスジューサであってもよい。このような
能力は、大型構造物の局所的動作についてのより大きな
洞察への道を開く。したがって、エネルギ流トランスジ
ューサは、衝撃荷重を受けた構造物の任意の部位で精密
な実験的なストレス・ひずみ分析を可能とする。

第２図は、第１図に示す装置１と非常に似ている圧縮
波発生装置の第１実施例101を示しているが、次の点で
は異なる。すなわち、インパクタ・バーまたは部材102
の前端102aは飛行機Ｆの胴体f1の前端に合わせた形状と
なっている。トランスジューサ・バー10、11は、図から
明らかなように、胴体の軸線と平行に、そして、それに
対して横方向に配置してあり、構造物の重要部位からの
測定値を採用できるようになっている。圧縮波は、第１
図での発生状態に類似した方法で矢印A1の方向に発生さ
せられ、したがって、同様のグラフィック結果が圧縮波
伝播について示される。

この圧縮波またはパルス発生装置１、101をトランス
ジューサ８、９、10、11の適切な配列と連動して使用す
ることによって、理論的な結果に匹敵し得る、あるいは
理論結果を確認できる実験結果を得ることができる。こ
こで、バスまたは飛行機のような大規模な構造物の一部
を修正する前にこのような結果を得る必要があることは
了解されたい。従来は、構造物を通るエネルギの流れの
適切な測定値を得ることができる手段が全くなかったの
である。したがって、有利には、大規模な被試験構造物
に一体化された特殊なトランスジューサ配列との組み合
わせで、圧縮波またはパルス発生装置1,101は、被試験
構造物の安全性能最適化用の精密なトランスジューサと
考えることができる。本テスト方法では、クラッシュ・
テストをシミュレーションすることができる周知の圧縮
パルスの導入によって大規模な構造物における弾性、可
塑性ストレス波伝播測定を行うことができる。

全体的に、本発明は以下の方法で有利であると考えら
れる。

（１） 大型構造物の異なった部位における入力エネル
ギ、その分布およびその流れを波伝播物理学の基本に関
して測定することができる大型機械構造物の精密な衝撃
テスト装置の概念を提供すること。

（２） システムを通じて生じる慣性運動がなく、累積
弾性粒子変位を持って非常に良く定義されたパラメータ
（圧力、持続時間、変位）のダイナミック圧縮パルスと
して多量の位置エネルギを蓄積し、転送する方法。

（３） テストしている構造部材と同じ機械的なインピ
ーダンスを有するエネルギ流トランスジューサ設けるこ
と。したがって、これらのトランスジューサが波伝播の
存在時に構造物の任意設定部位の機械特性を精密に測定
することができる。

（４） エネルギ流トランスジューサが荷重、変位、速
度および加速度直接的同時測定を行えるという独特な特
性を有する方法。これらのエネルギ流トランスジューサ
は、適用した構造部材に到達したパルスを変えることな
くパルスを収集できる。これは、トランスジューサが弾
性のままに留まり、オリジナルのパルスの端部反射重畳
を避けるに充分な長さを有するからである。

エネルギ・アキュムレータ２、102の形は必要とする
特定の波形に従って変更することができる。波の持続時
間は、エネルギ・アキュムレータの長さの関数であり、
振幅はエネルギ・アキュムレータに沿った音響インピー
ダンスの変更によって変更することができる。爆発ボル
ト６はエネルギ・アキュムレータの弱化部分である。こ
の部分が壊れると、エネルギが解放される。エネルギを
解放する大抵の便利な方法はボルト内部に非常に短い時
間でボルトを破裂させる爆発物を挿入することである。
このようにして、短い立ち上がり時間を有するストレス
波を得ることができる。

ここで、本発明の範囲が有る特定の用語選択によって
過度に制限されることはなく、特殊な用語を任意の均等
な用語あるいは包括的な用語に交換することができるこ
とは了解されたい。さらに、ここで、圧縮波またはパル
ス発生装置あるいはトランスジューサ配列に関する個々
の特徴、方法または機能が個別に特許可能な進歩性を持
っているかも知れないことは了解されたい。単数は複数
を含み得るし、その逆もあり得る。加えて、任意の変数
またはパラメータについてここで説明したいかなる範囲
も、範囲あるいは準範囲の中、あるいはその終端にある
変数またはパラメータの範囲または任意特定の値内で任
意の誘導可能な純範囲の開示も含むと考えるべきであ
る。代案として、圧縮波以外の波または信号を被試験構
造物に導くことが可能である。

本発明によれば、さらに、被試験車両または大型構造
物に圧縮波またはパルスを発生させ、この車両または構
造物における圧縮波またはパルスを評価する方法であっ
て、前記被試験車両または構造物に隣接して保持された
インパクタ・バーまたは部材を前記車両または構造物か
ら離れる方向にプリロードする段階と、たとえば、イン
パクタ・バー／部材内の爆発ボルトをトリガすることに
よってプリロード力を急激に消滅させ、それによって、
インパクタ・バー／部材を車両または大型構造物に対す
る衝撃またはエネルギ伝達状態に解放し、車両または大
型構造物を通して圧縮波またはパルスを伝達させる段階
とを包含し、さらに、構造物の選選定部位または重要部
位から延びている（好ましくは、車両または構造物の長
手方向、横断方向の両方向に延びている）トランスジュ
ーサ・バーまたは部材によってこれら選定部位あるいは
重要部位からデータを集め、集めた前記データを分析す
ることからなる方法を得ることができる。

好ましくは、この方法は、試験領域の重要部位あるい
は選定部位から遠い方のトランスジューサ・バーの対応
端で波反射が生じる前にトランスジューサ・バーまたは
部材から測定データを集める。好ましくは、前記方法
は、前記トランスジューサ・バー／部材によって測定し
ようとしている構造物の部分と同じ機械的なインピーダ
ンスを有するトランスジューサ・バーまたは部材を使用
する。

試験片の１つの境界面でストレス値を測定するのに弾
性バーを使用することはHopkinsonバー理論として良く
知られている。このHopkinsonバー理論は、試験片とバ
ーとの間の機械的なインピーダンスの差に基づいてい
る。すなわち、構造物におけるストレス値もまた測定す
ることができ、こうして得た結果はクラッシュ・テスト
に対する構造物全体の機械的な応答に対応し得る。

しかしながら、バーの機械的なインピーダンスが構造
物の機械的なインピーダンスより大きい場合（Hopkinso
nバー技術の場合）、ストレス波はバーに沿って伝播す
る透過波と、構造物で伝播する反射波とに分割される。
本発明の実施例の場合、機械的なインピーダンスの差が
存在することはなく、それによって、境界面での反射を
防ぐことができる。したがって、伝播するすべてのエネ
ルギが、トランスジューサ・バーに沿って捕らえられ、
流される。それによって、トランスジューサ・バー上で
測定されたストレス波値が境界面に到達し、構造物の残
りの部分に沿って伝播し続けるエネルギに相当すること
が確実となる。

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被試験車両または大型構造物（Ｂ）に圧縮
   波または圧縮パルスを発生させることができる圧縮波ま
   たはパルス発生装置（１）であって、使用時に被試験車
   両または大型構造物の一端に隣接して保持されたインパ
   クタ・バーまたはインパクタ部材（２）を包含し、この
   インパクタ・バー／部材が前記車両または大型構造物
   （Ｂ）から離れる方向に移動するのを妨げるように支持
   されている圧縮波またはパルス発生装置において、イン
   パクタ・バー／部材（２）がアクチュエータ手段（３）
   によって前記方向にプリロードされ、使用時に、インパ
   クタ・バー／部材（２）内の爆発ボルト（６）をトリガ
   することによってプリロード力を急激に消滅させ、イン
   パクタ・バー／部材（２）を車両または大型構造物
   （Ｂ）との衝撃またはエネルギ伝達状態に解放し、それ
   によって、車両または大型構造物（２）を通じて圧縮波
   またはパルスを伝達することができるようにしたことを
   特徴とする圧縮波またはパルス発生装置。
2. 【請求項２】請求の範囲第１項記載の装置において、ク
   ラッシュ・シミュレーション状態の下にストレス波を受
   けた構造物または車両（Ｒ）に沿って伝播する機械的エ
   ネルギを測定する配置したエネルギ流トランスジューサ
   （８、９）を有することを特徴とする装置。
3. 【請求項３】請求の範囲第２項記載の装置において、ト
   ランスジューサ（８、９）が、使用時に、構造物（Ｂ）
   の選定部位（重要部位）でストレス値を測定するように
   配置したバーまたは細長い部材の形をしていることを特
   徴とする装置。
4. 【請求項４】請求の範囲第３項記載の装置において、各
   バー（８、９）がそれの測定している構造物（Ｂ）の部
   分と同じ機械的なインピーダンスを有することを特徴と
   する装置。
5. 【請求項５】請求の範囲第３項または第４項記載の装置
   において、各トランスジューサ・バー（８、９）の長さ
   が、測定時間終了の前に波反射（トランスジューサ・バ
   ー（８、９）を連結した構造物の部位から遠い方のバー
   端部での波反射）を防ぐような長さとなっていることを
   特徴とする装置。
6. 【請求項６】請求の範囲第３〜５項のいずれか１つに記
   載の装置において、使用時に、被試験車両または構造物
   （Ｂ）に或る角度であるいはその横断方向に配置したト
   ランスジューサ・バーに加えて、被試験車両または構造
   物（Ｂ）の長手方向にトランスジューサ・バー（８、
   ９）を配置することを特徴とする装置。
7. 【請求項７】請求の範囲第１〜６項のいずれか１つに記
   載の装置において、アクチュエータ手段（３）が液圧ア
   クチュエータあるいは空気圧アクチュエータであること
   を特徴とする装置。
8. 【請求項８】請求の範囲第１〜７項のいずれか１つに記
   載の装置において、インパクタ・バー／部材（２）がほ
   ぼ円筒形であり、小さい方の直径部分の直径方向に位置
   した爆発ボルト（６）を備えていることを特徴とする装
   置。
9. 【請求項９】請求の範囲第１〜８項のいずれか１つに記
   載の装置において、インパクタ・バー／部材（２）が被
   試験構造物（Ｂ）の輪郭に一致するような形状となって
   おり、また、前記インパクタ・バー／部材がブロッキン
   グ・システムまたは固定支持体（４）によって被試験構
   造物に隣接して保持され、インパクタ・バー／部材
   （２）が被試験構造物から離れる方向（Ｂ）でプリロー
   ド状態にあるときにインパクタ・バー／部材（２）の大
   きい方の直径部分またはフランジ（５）がブロッキング
   ・システム（４）または固定支持体に係合することを特
   徴とする装置。
10. 【請求項１０】被試験車両または大型構造物（Ｂ）にお
    いて圧縮波またはパルスを発生させ、前記車両または構
    造物（Ｂ）におけるその圧縮波またはパルスを評価する
    方法であって、前記被試験車両または構造物に隣接して
    保持されたインパクタ・バーを、前記車両または構造物
    （Ｂ）から離れる方向にプリロードする段階と、インパ
    クタ・バー／部材（２）内の爆発ボルト（Ｂ）をトリガ
    することによってこのプリロード力を急激に消滅させ、
    それによって、インパクタ・バー／部材を車両または大
    型構造物（Ｂ）との衝撃またはエネルギ伝達状態に解放
    し、車両または大型構造物を通じて圧縮波またはパルス
    を伝達させる段階と、構造物の選定部位または重要部位
    から延びているトランスジューサ・バーまたは部材によ
    って構造物の選定部位または重要部位からデータを収集
    する段階と、前記データを分析する段階とを包含するこ
    とを特徴とする方法。
11. 【請求項１１】請求の範囲第10項記載の方法において、
    トランスジューサ・バーまたは部材（８、９）が、車両
    または構造物（Ｂ）の長手方向およびそれに対して或る
    角度またはその横断方向の両方に延びていることを特徴
    とする方法。
12. 【請求項１２】請求の範囲第10項または請求の範囲第14
    項に記載の方法において、試験領域の重要部位または選
    定部位から遠い方のトランスジューサ・バーまたは部材
    （８、９）の対応端部で波反射が生じる前に、トランス
    ジューサ・バーまたは部材（８、９）から測定データを
    収集する段階を包含することを特徴とする方法。
13. 【請求項１３】請求の範囲第10〜12項までのいずれか１
    つに記載の方法において、トランスジューサ・バーまた
    は部材（８、９）が、それが測定しようとしている構造
    物（Ｂ）の部分と同じ機械的なインピーダンスを有する
    ことを特徴とする方法。