JP3784073B2 - サンドイッチ構造体のコア部における剪断を測定するための装置 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、サンドイッチ構造体のコア部における剪断作用(shearing action)を測定するための請求項１の前段に記載する装置に関する。これは例えば均一もしくは多孔質の材料や複合材料などからなるシートやシェルから構成されたものである。このサンドイッチ構造体は、例えば船体に使用されるものであり、２枚の硬い外層と、バルサウッドまたは発泡プラスチックから通常は構成される少なくとも１枚の中間層であるコア部とから成っている。この測定装置は、船体のコア材料における剪断作用を静的測定および動的測定して、テストしながら大きさを確認したり操作中の負荷をモニターしたりできるものである。またこの測定装置は、コアがハニカム層から成る飛行機や自動車のパネルのような構造部分の実験室的試験負荷の測定にも使用できる。もちろんこの構造体はパネル状である必要はない。それらはフレームや強化部分などの任意形状の構造部分であってもよい。
背景技術
サンドイッチ構造体の船体のコア材料における剪断作用を測定するために、従来技術の場合、テスト対象物のコア材料から成り、コア層の厚さに等しい長さを有するΦ＝３５ｍｍの円筒形プラグが使用されている。このプラグの場合、プラグの軸方向に対して４５の角度に傾けてホイル型の歪みゲージが固定される。このプラグは、外層の１つとコア層とを通る垂直にあけられた孔に配置される。それらは（このプラグは）この孔の中に接着剤によって取り付けられ、実際には最大歪みが発生する方向に歪みゲージが配置されるように並べられる。コア材料に剪断負荷を加えた場合にこの方向に垂直な平面が発生するが、前記平面はコア層である中間層に対して４５の角度に傾いており、例えば矩形状のサンドイッチパネルの場合、パネル端部から任意の距離に配置されたリングに沿っている。過大な剪断歪みに起因してこのコア材料が破壊する場合、この破壊は通常このような平面で起こる。
そのようなプラグの使用には欠点がある。再使用されないプラグの製造および設置は、コストと時間がかかり、熟練したスタッフが必要となる。これを設置するために外層に設けられる比較的大きな孔によって許容できない船体の強度減少を引き起こさないようにするために、例えばプラグを覆う層と同一特性のカバーを作製するなどによってこの層の強度について設計し直さなければならない。このプラグが信頼性のある配列の歪みゲージと取り付けられるように、最大剪断応力を有する平面の方向を予め確認することは困難である。このような使用は高コストの較正を必要とし、しかも精度が低い。あるコア材料、例えばハニカムの場合それは全く使用できない。
発明の説明
技術的課題
本発明の課題は、上述の欠点がなく、サンドイッチ構造体のコア部分における剪断作用を測定できる装置を提供することである。その装置は大規模な準備を行うことなく使用できるものである。それは、この装置をテスト対象物に取り付ける配列に依存することなく信頼性のある測定ができるものである。
解決手段
上記の課題は、添付する請求項に記載される特徴を備えた装置によって達成される。本発明によると、この装置は、サンドイッチ構造体の表面の開口を通ってコア部のキャビティ内に挿入されて、このキャビティを規定する壁表面の少なくとも一部に支えられるようになった感知手段を有している。さらにこの装置は、感知手段と対象物の参照平面との間の角度やこの角度の変化を測定するための機器を有している。測定操作によってキャビティ近傍の材料内部の剪断負荷を測定することができる。
図１は縦断面が示されたサンドイッチパネル１のコア層を示している。このパネルは同じ材料で同じ厚さものが互いに取り付けられた多数の部分層２から構成されているとみなされるものである。このパネルの全ての部分層を通って、円柱形の孔３が縦方向に、好ましくはパネル平面に垂直に穿孔されている。感知手段４はこの孔に挿入される。この手段は、穿孔と同一直径を有するとともにパネルの上面５の上方に延びる長さを有する円柱形のロッドとして設計されている。
例えば、層と平行な力６であってパネルの長さ方向に沿って図の左側に向かう力６の影響をパネルの最下層が受ける一方で最上層はその位置に留まることによる剪断作用がこの材料に働く場合、各層の中心平面は隣接する上の層に対して左側に同じ距離だけ移動する。各部分層の孔は、部分層とともに移動するため、このロッドは部分層の動きに従って角度７が変わるが、理想的にはこの角度は剪断作用の剪断角度に等しく、しかも剪断負荷に比例する。参照平面として使用される最上部分層であるパネルの上端部の上面５に、ロッドの角度変化を測定するための機器８が、その対称平面が縦断面と共通平面内に存在するように、取り付けられる。この機器は機械的、光学的もしくは電気的原理で作動することができる。後者の場合、トランスデューサからロッド４までの距離を２個の異なるレベルで非接触測定できる従来型の２個の電動トランスデューサ９を有してもよい。このようなトランスデューサを使用してトランスデューサ間の直角距離を知る測定を行う場合、角度７とこの角度からの剪断負荷が計算できる。少なくとももう１個の測定機器１０が使用される場合、パネルの長さ方向と異なる方向に配置されると、任意方向の角度変化を測定することに加えて、２個の測定機器の信号間の関係からこの方向を計算できる。
他の形状の試験対象物の場合、他の参照平面を使用してもよい。これは対象物の外表面に位置している必要はない。例えば、材料内部に位置する三点を通っていてもよく、この場合、そこでの剪断作用が測定できる。感知手段の形状並びにキャビテイの形状は上記実施例の形状に限定されない。この手段を例えば測定機器に接続された装置に搭載した場合、この手段は一か所でキャビティの境界面と接触している必要がある。そして、この接触は、感知手段にスプリングアッセンブリによって維持されてもよい。このような弾力は失われた動きを集めてより正確に測定するのに適している。
利点
本発明によると、安価で容易に適用できる装置が提供され、この装置は大規模な準備を行うことなくサンドイッチ構造体のコア部分における剪断作用の正確な値と剪断作用の方向とを測定する。ロッドや装置用の小さなネジのための孔は、種々の付属品等を固定するケーブルリード挿入ネジのための船体に垂直に設けられた孔よりもずっと小さい。それ故、従来技術の測定と比較して、この測定は試験対象物に与えるダメージがずっと小さい。測定機器を試験対象物にシールしないことによって、それは点検やチェックのために容易にアクセスできる。これは、プラグの測定精度が減少する長期間測定において重要である。さらに、これは再使用可能な装置になるため、測定コストを減少できる。
図面の説明
好ましい実施例は図２にさらに詳細に記載されている。
図１はコア材料から成るシート状パネルと装置の概略図である。
図２はサンドイッチ構造体のプラスチック船体のコア部における剪断作用を測定するための本発明の好ましい実施例の立面図である。
好ましい実施例の説明
好ましい実施例においては、本発明の簡略化された装置が使用される。この装置は、サンドイッチ構造体の船体などの剛直な外層を有する対象物のためだけに使用できる。外層の一方に搭載される感知手段であるロッドを置くことによって、上記外層に取り付けられる両方の測定器は、それぞれ１個のトランスデューサを備えている。結果として、トランスデューサとこれに関連する電気的アッセンブリのコストは、上記実施例のコストの約半分になる。
図２において船体の底の一部を１１で示す。この部分は、剛直な強化プラスチックから成る内側外層１２、発泡プラスチックから成るコア層１３、および前記内側外層と同種の外側外層１４から構成されるサンドイッチ構造体である。３〜４ｍｍの直径を有する円筒形ガイド孔が内側外層とコア層とを通って穿孔されている。このようにして得られた内側外層およびコア層のスルーホールは、１５および１６で示している。
測定機器１７は、主要な部分としては、ロッド１８を有する感知手段と、ロッド、ベース１９、および１個または図に示すような２個の測定指示手段２０、２１から成る位置決め装置２２とから構成される。ロッド１８は、ガイド孔の直径に対応する直径と、ガイド孔１５、１６中を外側外層１４まで挿入できるとともに測定機器の機能に関する要求によって決定される長さだけ内側外層から突出し得る長さとを有する円筒形金属製ロッドである。例えば、「ハニカム」が中間材料として使用される場合、ロッドの下端部は例えば弾性接着剤を使用して膨張プラグ(expanding plug)に固定される。この膨張プラグは、孔の底まで挿入されるか、または他方の外層を通って穿孔された孔付近にあるものである。
測定指示手段はそれぞれ非接触距離トランスデューサ２３からなる（更なるトランスデューサは図面では省略されている）。位置決め装置は立方体の装置２２であり、ロッドの突出部に取り付けられて、距離トランスデューサの機能を改善するようになっている。それは、ロッドが挿入される円筒形の孔と、ロッドにそれを取り付けるためのクランプネジ２４とを有している。
ベース１９は、上端部に測定指示手段が取り付けられる安定な金属製固定プレート２５と、厚い金属製シートから成るベースディスク２６とから構成される。このベースディスクには、中央孔２７と、金属製シートにプレスされてベースディスクと同心の円に沿って等距離に配置された３つの支持部２８とが形成されている。固定プレートはベースディスクの孔２７を通る孔２９を有しており、それを通ってロッドが自由に延びて動くことができる。ベースディスクは、孔が形成された支持部に円錐形の貫通した固定ねじ３個を使用して、船体の内側外層に取り付けられている。このネジ３０の１つだけが図に示されている。固定プレートは３つの調整ネジを使用してベースディスクの上部に横方向に調整できるように固定される。この調整ねじはベースプレートにネジ係合されるものであり、その１つだけを３１として示す。
測定指示手段２０および２１からのワイヤが電気的アッセンブリ３２に配置される。この電気的アッセンブリは測定を制御し、入力信号を角度の大きさに変換し、そしてこの大きさを表すようになっている。
装置の使用
内側外層およびコア層を通る孔をあけた後、外層の孔１５の端部には、孔がこの孔に挿入されたロッドのための回転ベアリングとして機能するように、削り目(burred)が設けられている。ベースディスク２６は、ロッドと同心の固定ネジ３０を使用して、支持部２８を外層に固定する。一方、測定指示手段を備えた固定プレート２５はベースディスクに搭載され、位置決め装置２２はロッドを押さえる。電気的アッセンブリを作動して、そこから得られた値を使用して固定プレートは横方向に調整されるとともに、ロッド上の位置決め装置は垂直方向および回転方向に調整されて、測定操作を始める前に、これらは正確なスタート位置を得る。この器具は、位置決め装置に関して制御できる従来設計のスリーブを引くことによって較正される。
３つの支持部で外層に取り付けられるところの接触点では、測定操作において使用される参照平面をイメージすることができる。構造体が曲げられた場合であも正確に測定するのに好適な参照平面は、これらの接触点がロッドから本質的に等距離に配置されるとともにこの器具が曲げ平面と平行な平面における例えば２個の支持部に配置される場合に得られる。コア部の非線形剪断作用がロッドの曲げを引き起こして測定誤差が生じるのを防止するために、ロッドはコアの中心部の辺りで直径が小さくなった部分３３を有している。
装置が１個の測定指示手段のみしか備えていない場合、これは、前記参照平面に垂直な軸であって、キャビティの開口部を通って剪断角度が最大になる所に延びる軸に関して回転する。この回転は、固定ネジ３１のための固定プレート２５内の孔が円弧状である場合に達成される。
４点引っ張りテストにおいて、この装置はよい結果を出す。使用された非接触距離メーターの出力電圧と剪断歪みとの間の関係は線形である。その結果、正確な測定が大規模な較正を行うことなく実施され得る。

Claims (6)

1. サンドイッチ構造体のコア部における剪断作用を測定するための装置であって、前記装置は、感知手段（４、１８）および測定器（８、２０、３２）からなり、
   前記感知手段は、前記サンドイッチ構造体の表面のキャビティの開口部（１５）を通って前記コア部（１３）のキャビティ（１６）に挿入されて、前記キャビティの境界面に少なくとも１個所で接触するようになっており、
   前記測定器は、前記感知手段と前記サンドイッチ構造体の少なくとも三点によって規定される仮想参照平面との間の角度およびその変化を測定するようになっていることを特徴とする装置。
2. 前記キャビティは円柱形部分からなり、前記感知手段は前記キャビティの前記円柱形部分を適合して挿入されるようになった円柱形部分からなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記キャビティは円柱形であり、しかも前記感知手段は前記キャビティ内に延びる部分において前記コア部の中心部の辺りで直径が小さくなったネック部を除いて前記キャビティの直径に対応する直径を有する円柱形であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記測定器は、前記感知手段までの距離を測定するためのトランスデューサ（２３）からなり、
   前記トランスデューサは剪断負荷が変わるにつれて前記感知手段が動く平面内に配置されるようになっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記装置は、前記感知手段までの距離を測定するための２個のトランスデューサ（２３）を有しており、前記２個のトランスデューサは、前記感知手段を通る軸を含む別の平面に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記装置は、２個のトランスデューサ（９）を有しており、前記２個のトランスデューサは、その２個の異なる水準で前記感知手段までの距離を測定するようになっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。

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