JP4249881B2

JP4249881B2 - Ｊ１ｃ試験装置

Info

Publication number: JP4249881B2
Application number: JP2000156145A
Authority: JP
Inventors: 徳晃小嶺; 秀夫中嶋
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2020-05-26
Also published as: JP2001337015A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属材料の低速安定き裂成長が発生する近傍での破壊靱性の評価等に供されるＪ_1C値（引張限界Ｊ積分値）を求めるための試験、つまりＪ_1C試験を行うための試験装置に関し、更に詳しくは、除荷コンプライアンス法に基づくＪ_1C試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
除荷コンプライアンス法に基づくＪ_1C試験においては、一般に、図３に示すように、疲労予き裂と称されるき裂Ｃをあらかじめ形成した試験片Ｗを用い、その試験片Ｗに対して引張荷重Ｐを加え、その引張荷重Ｐと荷重点変位とをそれぞれ計測しながら、図４に荷重−荷重点変位曲線を示すように、所定の荷重点変位に達するごとに例えば１０％程度の除荷を行う。
【０００３】
また、その各除荷点における荷重−荷重点変位曲線の傾きであるコンプライアンスを算出して各除荷点におけるき裂進展量Δａを求めるとともに、その各除荷点までに試験片Ｗに加えたエネルギ（各除荷点までの荷重の積分値）を上記曲線下の面積から算出してＪ値を求め、これら両者の関係を表すＪ−Δａカーブを求める。そして、そのＪ−Δａカーブ上の点で、かつ、０．１５ｍｍ臨界線と１．５ｍｍ臨界線の間にある点を用いて、Ｒカーブ（べき乗則回帰線）の近似式である、
Ｊ＝Ｃ₁（Δａ）^C2 ・・・・（１）
のＣ₁とＣ₂を最小二乗法により決定する。更に、そのＲカーブと鈍化直線との交点からＪ_1C値を求める。
【０００４】
従来のこの種の試験装置においては、各除荷点におけるＪ値とΔａの算出、それらを用いたＲカーブにおけるＣ₁およびＣ₂の決定、並びにＪ_1C値の決定を自動的に行うデータ処理装置を備えたものが実用化されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、除荷コンプライアンス法に基づくＪ_1C試験では、除荷ごとにＪ値とき裂進展量Δａを求める各ステップにおいて、突然のき裂伝播が発生して荷重が急激に減少したり、あるいは除荷開始点と除荷終了点付近のコンプライアンスの変化などに起因して、Ｊ値もしくはΔａの値に大きな計測誤差が含まれるステップが生じる可能性がある。
【０００６】
従来のＪ_1C試験装置においては、前記した臨界線の間にあるデータの全てを用いてＲカーブの係数を算出する関係上、上記のような計測誤差が含まれているＪ値もしくはΔａが存在している場合には、最終的に求められたＪ_1C値の精度が悪化してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、Ｊ値もしくはΔａの計測結果に誤差が含まれるものがあっても、高い精度でＲカーブの演算を行うことができ、最終的なＪ_1C値の精度を悪化させることを防止することのできるＪ_1C試験装置の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のＪ_1C試験装置は、疲労予き裂が付与された試験片に負荷機構により引張荷重を加え、荷重点変位の複数のレベルにおいてそれぞれ所要の率だけ除荷を繰り返しつつ、試験片に作用する荷重および荷重点変位を刻々と計測し、その各計測結果から各除荷点におけるＪ値とき裂進展量Δａを算出し、その各Ｊ−Δａデータ対からＲカーブを求めてＪ_1C値を求めるデータ処理部を備えたＪ_1C試験装置において、上記データ処理部は、上記Ｊ値とき裂進展量Δａの算出結果を示す数値データ対を記した表と、その各数値データ対をグラフ上にプロットしたＪ−Δａカーブとを表示器の同一の画面上にに表示するとともに、上記表には、各データ対の有効／無効を指定するための欄が設けられ、その欄で無効である旨の指定がなされたデータ対については、上記Ｒカーブの算出に供さないように構成されていることによって特徴づけられる。
【０００９】
本発明は、除荷の各ステップにおいて求められたＪ値とΔａ値のデータ対のうち、オペレータが表示器に表示されたプロットもしくは数値データを参照して計測誤差が含まれていると思われる任意のものを指定することにより、そのデータ対を無効としてＲカーブの演算に供さないようにすることで、所期の目的を達成しようとするものである。
【００１０】
すなわち、突然のき裂伝播やコンプライアンスの変化等の何らかの原因によって、Ｊ値もしくはΔａ値に計測誤差が含まれた場合、そのデータ対は一連のデータ対からなるＪ−Δａカーブ上で特異な位置に位置する。従って、各除荷ステップにおいて求められたＪ値とΔａ値のデータ対によって形成されたＪ−Δａカーブを表示器の画面上で参照することにより、計測誤差が含まれているデータ対を容易に見いだすことができ、そのようなデータ対については、Ｊ−Δａカーブが表示されている画面に併せて表示されているデータ対の表に設けられている有効／無効を指定するための欄において、無効である旨指定してＲカーブの演算に供さないようにすれば、得られるＲカーブは誤差の含まない精度の高いものとなり、ひいては高精度のＪ_1C値を求めることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の構成を示すブロック図である。
疲労予き裂が導入された試験片Ｗには、負荷機構１によって引張荷重が加えられる。その試験片Ｗに作用する荷重はロードセル２によって検出され、荷重アンプ３で増幅された後、Ａ−Ｄ変換器４によってデジタル化されて、データ処理・制御部５に刻々と取り込まれる。また、その引張荷重による試験片Ｗの荷重点変位はクリップゲージ６によって検出され、その検出出力は変位アンプ７によって増幅された後、Ａ−Ｄ変換器８によってデジタル化されて刻々とデータ処理・制御部５に取り込まれる。
【００１２】
データ処理・制御部５はコンピュータとその周辺機器を主体として構成されており、各種指令やデータを入力するためのキーボード１０と、試験結果や後述するＪ−Δａカーブ等を表示する表示器１１が接続されているとともに、表示器１１上の画面上の任意のポイントを指定してデータ処理・演算部５に各種処理を行わせるためのマウス１２を備えている。また、このデータ処理・演算部５では、試験時における制御用プログラムに従い、刻々と取り込んだ荷重データと荷重点変位データを用いて、前記した図４に例示した荷重−荷重点変位曲線に沿って試験片Ｗが負荷されるように、Ｄ−Ａ変換器９を介して負荷機構１に制御信号を供給する。
【００１３】
更に、このデータ処理・制御部５では、演算プログラムに従い、試験中に取り込んだ荷重データと荷重点変位データを用いて、各除荷点における荷重−荷重点変位の傾きからコンプライアンスを求めてき裂進展量Δａを算出するとともに、その各時点における荷重−荷重点変位曲線下の面積を計算することによってエネルギを求めてＪ値を得る。この各除荷点におけるＪ値とΔａのデータ対はデータ処理・制御部５のメモリ内に記憶されていく。そして、データ処理・制御部５では、あらかじめ定められた一連の負荷動作を終了すると、メモリ内に記憶しているＪ−Δａの数値データ対を、表示器１１の画面上に表示するとともに、そのデータ対をグラフ上にプロットしたＪ−Δａカーブを画面上に表示する。
【００１４】
その表示の例を図２に示す。この例においては、各Ｊ−Δａデータ対をプロットしたグラフＧと、各Ｊ−Δａの数値データ対からなる表Ｔとを同じ画面上に同時に表示している。また、グラフＧのプロットには、表Ｔの数値データ対に付されている番号と共通の番号を付して両者の対応関係を明確化している。更に、このグラフＧには、０．１５ｍｍ臨界線と１．５ｍｍ臨界線、鈍化直線、および０．１５ｍｍ臨界線と１．５ｍｍ臨界線の間にあるＪ−Δａデータ対を用いて前記した（１）式を用いて近似演算したＲカーブを併せて表示している。なお、当初に表示するＲカーブは、２つの臨界線間のＪ−Δａデータ対の全てを用いて演算したＲカーブである。
【００１５】
そして、この例においては、各Ｊ−Δａの数値データ対を記した表Ｔには、それぞれのデータ対が有効であるか無効であるかを指定するための欄ＴＣが設けられており、オペレータがマウス１２を用いてこの欄ＴＣに無効である旨の指定を行うと、データ処理・制御部５は、そのデータ対についてはＲカーブの演算に用いず、残りの有効なデータ対を用いて（１）式の各係数を再演算してＲカーブを求め、グラフＧ上のＲカーブの表示を変更する。同時に、無効の指定を受けたＪ−Δａデータ対については、グラフ上のプロットの色を変更する等によって、その旨を表示する。そして、変更後のＲカーブと鈍化直線の交点からＪ_1C値を算出する。
【００１６】
このような無効データ対の指定後に、有効データ対のみを使用して演算されたＲカーブと鈍化直線とから求められたＪ_1C値は、計測誤差のない正確なものとなる。
【００１７】
すなわち、試験中の各除荷ステップにおいて求められたＪ値およびΔａには、前記したように突然のき裂の伝播や除荷開始点，除荷終了点近傍のコンプライアンス変化等に起因して大きな計測誤差が含まれる場合があるが、そのような誤差を含むデータ対は、誤差を含まないデータ対からなるＪ−Δａカーブから逸脱することになり、従って、オペレータは表示器１１に表示されているグラフＧから容易にそのような計測誤差を含むデータ対を見いだすことができる。従って、グラフＧから逸脱しているデータ対があれば、そのデータ対については表Ｔの有効／無効欄ＴＣに無効である旨の指定を行うことで、そのデータ対を除いたＪ−Δａデータ対を用いて、誤差の少ないＲカーブの演算が行われ、そのＲカーブと鈍化直線との交点から求められるＪ_1C値は、計測誤差に影響されない正確なものとなる。
【００１８】
なお、Ｊ−Δａデータ対の有効／無効の指定方法については、以上の実施の形態のように表Ｔに設けた欄ＴＣで行う方法に限定されないことは勿論であり、例えばグラフ上の任意のプロットを例えばダブルクリックするといった方法等を採用することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、試験中の各除荷点において計測されたＪ値とき裂進展量Δａの数値データ対と、そのデータ対をプロットしたグラフとを、試験後に表示器に表示し、オペレータがその表示に基づいて計測誤差が大きいと判断して無効と指定したものがあれば、その指定されたデータ対を除外した残りのデータ対を用いてＲカーブを演算してＪ_1C値を求めるため、突然のき裂の進展等の何らかの原因によって計測誤差の大きなデータ対があった場合、オペレータは表示器に表示されたＪ−Δａカーブから容易にその誤差の大きなデータ対を見いだすことができるとともに、そのデータ対を除外した正確なＲカーブを容易に計算させることができ、常に正確なＪ_1C値を求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の表示器１１による表示例の説明図である。
【図３】Ｊ_1C試験において用いられる試験片の説明図である。
【図４】Ｊ_1C試験において試験片に対して付与される荷重−荷重点変位曲線の例を示すグラフである。
【符号の説明】
１負荷機構
２ロードセル
３荷重アンプ
４，８Ａ−Ｄ変換器
５データ処理・制御部
６クリップゲージ
７変位アンプ
９Ｄ−Ａ変換器
１０キーボード
１１表示器
１２マウス
Ｗ試験片

Claims

疲労予き裂が付与された試験片に負荷機構により引張荷重を加え、荷重点変位の複数のレベルにおいてそれぞれ所要の率だけ除荷を繰り返しつつ、試験片に作用する荷重および荷重点変位を刻々と計測し、その各計測結果から各除荷点におけるＪ値とき裂進展量Δａを算出し、その各Ｊ−Δａデータ対からＲカーブを求めてＪ_1C値を求めるデータ処理部を備えたＪ_1C試験装置において、
上記データ処理部は、上記Ｊ値とき裂進展量Δａの算出結果を示す数値データ対を記した表と、その各数値データ対をグラフ上にプロットしたＪ−Δａカーブとを表示器の同一の画面上に表示するとともに、上記表には、各データ対の有効／無効を指定するための欄が設けられ、その欄で無効である旨の指定がなされたデータ対については、上記Ｒカーブの算出に供さないように構成されていることを特徴とするＪ_1C試験装置。