JP5093005B2 - Material testing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、除荷コンプライアンス法による材料試験を行う材料試験装置に関する。 The present invention relates to a material testing apparatus that performs a material test by an unloading compliance method.
一般に除荷コンプライアンス法によるJ1C試験においては、予め亀裂を形成した試験片に引張試験力を与え、所定の荷重点変位に達するごとに例えば10%程度の除荷を行い、各除荷時の試験力と開口変位を検出する。そして、これら検出値によって求められるコンプライアンスから亀裂進展長さΔaを算出し、除荷点のJ積分値とそのΔaとでJ−Δaカーブを形成し、J1C値を求める(例えば特許文献1参照)。 Generally in the J 1C test by unloading compliance method, giving a tensile test force to the test piece formed in advance cracks performs unloading of, for example, about 10% each time reaches the predetermined load point displacement, during the unloading Detect test force and aperture displacement. Then, the crack growth length Δa is calculated from the compliance obtained from these detected values, a J-Δa curve is formed by the J integral value of the unloading point and the Δa, and the J 1C value is obtained (see, for example, Patent Document 1). ).
この種の試験装置では、予め定めた所定の負荷ステップ幅により除荷点が設定される。しかしながら、除荷点が多くなると試験時間が長くなり、試験効率が悪い。一方、除荷点が少なすぎると、規格により推奨されるデータ個数を満足できなくなり、有効なJ1C値を求めることができない。 In this type of test apparatus, the unloading point is set according to a predetermined load step width. However, when the unloading point increases, the test time becomes longer and the test efficiency is poor. On the other hand, if there are too few unloading points, the number of data recommended by the standard cannot be satisfied, and an effective J1C value cannot be obtained.
本発明に係る材料試験装置は、予め亀裂が形成された試験片に引張試験力を負荷するとともに、目標除荷点で試験力を除荷する負荷手段と、前記試験片に負荷される引張試験力を検出する試験力検出手段と、前記試験片の開口変位を検出する変位検出手段と、前記試験力検出手段と前記変位検出手段との検出結果に基づき前記目標除荷点におけるコンプライアンスを求めて前記試験片の亀裂進展長さを算出するとともに、前記目標除荷点における亀裂進展のパラメータであるJ積分値を算出する演算手段と、前記演算手段により算出された亀裂進展長さとJ積分値の算出データの個数が、亀裂進展長さとJ積分値との関係を表すJ−Δaカーブ上の所定領域において予め定められた目標個数以上となるように前記目標除荷点を設定する除荷点設定手段とを備え、前記除荷点設定手段は、前回の目標除荷点と前々回の目標除荷点との差分と、前記演算手段により算出された前回の目標除荷点における亀裂進展長さと前々回の目標除荷点における亀裂進展長さとの差分に基づき、前記目標除荷点を算出し、設定することを特徴とする。 Material testing apparatus according to the present invention, tensile while loading a tensile test force to advance the crack has been formed test piece, and load means for unloading the test force at the target unloading point, it is loaded into the test piece Test Determining the compliance at the target unloading point based on the detection results of the test force detecting means for detecting force, the displacement detecting means for detecting the opening displacement of the test piece, and the test force detecting means and the displacement detecting means. While calculating the crack growth length of the test piece, calculating means for calculating a J integral value that is a parameter of crack growth at the target unloading point, and calculating the crack growth length and the J integrated value calculated by the calculating means The unloading point for setting the target unloading point so that the number of calculated data is equal to or greater than a predetermined target number in a predetermined region on the J-Δa curve representing the relationship between the crack growth length and the J integral value. And a constant section, the unloading point setting means, and the difference between the target unloading point of previous target unload point and the time before last, and the crack propagation length in the previous target unloading points calculated by said calculation means The target unloading point is calculated and set based on the difference from the crack propagation length at the target unloading point two times before .
本発明によれば、亀裂進展長さとJ積分値の算出データの個数が、J−Δaカーブ上の所定領域において予め定められた目標個数以上となるように目標除荷点を設定するので、必要以上に多くの除荷点を取りすぎることを防止でき、試験を効率よく行うことができる。 According to the present invention, the target unloading point is set so that the number of crack growth length and J integral value calculation data is equal to or greater than a predetermined target number in a predetermined region on the J-Δa curve. It is possible to prevent taking too many unloading points as described above, and the test can be performed efficiently.
以下、図1〜図6を参照して本発明による材料試験装置により除荷コンプライアンス法によるJ1C試験を行う場合の一実施の形態について説明する。
図1は、本実施の形態に係る材料試験装置の概略構成を示す図であり、図2はこの材料試験装置により負荷される試験片TPの形状を示す図である。
Hereinafter, with reference to FIGS. 1-6, one Embodiment in the case of performing the J1C test by the unloading compliance method with the material test apparatus by this invention is described.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a material testing apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2 is a diagram illustrating a shape of a test piece TP loaded by the material testing apparatus.
図2に示すように、試験片TPは略矩形状の平板であり、試験片TPの一端面の中間部に略U字型の切り欠き11が形成されている。この切り欠き11を挟んで対峙する位置に、試験片TPの肉厚方向に貫通する貫通穴12,13が開口されている。貫通穴12,13には不図示の治具が挿入され、治具を介して試験片TPに対して矢印方向に引張試験力Pが負荷される。この試験力Pにより切り欠き11の先端に亀裂14が発生する。
As shown in FIG. 2, the test piece TP is a substantially rectangular flat plate, and a substantially U-shaped
図1に示すように材料試験装置は、試験片TPに引張試験力Pを負荷する負荷機構1と、試験片TPに負荷される試験力Pを検出するロードセル2と、試験片TPの切り欠き11の幅の変位(開口変位v)を検出するクリップゲージ3と、負荷機構1を制御するコントローラ4と、ユーザが試験条件や試験開始指令などを入力する操作パネル5と、試験結果や試験条件などの各種情報を表示する表示モニタ6とを有する。負荷機構1は例えば複動形の油圧シリンダを有し、この油圧シリンダの駆動により試験片TPに試験力Pを負荷する。
As shown in FIG. 1, the material testing apparatus includes a
コントローラ4は、A/D変換器やアンプ、およびCPU、ROM、RAM、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。除荷コンプライアンス法によるJ1C試験を行う場合には、コントローラ4から負荷機構1(油圧シリンダ駆動用の制御弁)に制御信号を出力して試験片TPに所定の引張試験力を与えた後、試験力を例えば10%程度除荷する。この際の試験力Pと開口変位vをロードセル2とクリップゲージ3によりそれぞれ検出し、コントローラ4ではこの検出結果から負荷カーブを求める。
The controller 4 includes an arithmetic processing unit having an A / D converter, an amplifier, a CPU, a ROM, a RAM, and other peripheral circuits. When performing the J1C test by the unloading compliance method, after outputting a control signal from the controller 4 to the load mechanism 1 (control valve for driving the hydraulic cylinder) to give a predetermined tensile test force to the test piece TP, For example, the test force is unloaded about 10%. The test force P and the opening displacement v at this time are detected by the
図3(a)は負荷カーブの一例を示す図であり、図3(b)は図3(a)のb部を拡大して示す図である。図3(b)において点p1から点p2まで引張試験力Pが負荷され、点p2から点p3までは試験力Pが除荷される。さらに点p3から点p4まで引張試験力Pが負荷され、点p4から点p5までは試験力Pが除荷される。このような試験力の負荷と除荷が繰り返されて負荷カーブが求められる。なお、点p1から点p2、点p3から点p4までの負荷量(例えば開口変位vの変化量)を負荷ステップ幅Δvと呼ぶ。 FIG. 3A is a diagram showing an example of a load curve, and FIG. 3B is an enlarged view of a portion b in FIG. In FIG. 3B, the tensile test force P is loaded from the point p1 to the point p2, and the test force P is unloaded from the point p2 to the point p3. Further, the tensile test force P is loaded from the point p3 to the point p4, and the test force P is unloaded from the point p4 to the point p5. Such loading and unloading of the test force are repeated to obtain a load curve. A load amount (for example, a change amount of the opening displacement v) from the point p1 to the point p2 and from the point p3 to the point p4 is referred to as a load step width Δv.
コントローラ4では、この負荷カーブの各除荷時(例えばp2〜p3、p4〜p5)における傾きからコンプライアンスを算出し、各除荷点(点p2や点p4)における亀裂進展長さΔaをそれぞれ算出する。さらに各除荷点において亀裂進展のパラメータであるJ積分値をそれぞれ算出し、これらJ−Δaデータの近似曲線であるJ−Δaカーブを求める。 The controller 4 calculates the compliance from the slope of each load curve at the time of unloading (for example, p2 to p3, p4 to p5), and calculates the crack propagation length Δa at each unloading point (point p2 or point p4). To do. Further, a J-integral value that is a parameter of crack propagation is calculated at each unloading point, and a J-Δa curve that is an approximate curve of these J-Δa data is obtained.
図4は、J−Δaカーブ(R曲線ともいう)の一例を示す図である。図にはJ−Δaデータをプロットした点、原点を通る鈍化直線、および鈍化直線をそれぞれ0.15mm,0.2mm,0.5mm,1.0mm,1.5mmオフセットした0.15mm境界線,0.2mm境界線,0.5mm境界線,1.0mm境界線,1.5mm境界線を併せて示す。コントローラ4ではR曲線と0.2mm境界線との交点におけるJ値をJ1C値(弾塑性破壊靱性値)として算出する。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a J-Δa curve (also referred to as an R curve). In the figure, the points plotted with J-Δa data, the blunting line passing through the origin, and the blunting line are offset by 0.15mm, 0.2mm, 0.5mm, 1.0mm, 1.5mm, 0.15mm boundary line, 0.2mm boundary line, 0.5 The mm boundary line, 1.0 mm boundary line, and 1.5 mm boundary line are also shown. The controller 4 calculates the J value at the intersection of the R curve and the 0.2 mm boundary as a J 1C value (elastic-plastic fracture toughness value).
ここで、0.15mm境界線と0.5mm境界線の間の領域を領域A、0.5mm境界線と1.0mm境界線の間の領域を領域B、1.0mm境界線と1.5mm境界線の間の領域を領域Cとする。J1C値が有効であるためには、各領域A〜C内におけるJ−Δaデータの個数が規格を満足する必要がある。例えばJIS規格(JIS Z 2284)によれば、領域Aではデータ個数が1点以上、領域Bでは5点以上、領域Cでは1点以上必要とされている。また、ASTM規格(ASTM E813)によれば、領域Aではデータ個数が1点以上、領域Bでは4点以上、領域Cでは1点以上必要とされている。 Here, the region between the 0.15 mm boundary line and the 0.5 mm boundary line is the region A, the region between the 0.5 mm boundary line and the 1.0 mm boundary line is the region B, and the region between the 1.0 mm boundary line and the 1.5 mm boundary line. Is region C. In order for the J 1C value to be effective, the number of J-Δa data in each of the areas A to C needs to satisfy the standard. For example, according to the JIS standard (JIS Z 2284), the number of data in the area A is 1 point or more, the area B is 5 points or more, and the area C is 1 point or more. Further, according to the ASTM standard (ASTM E813), the number of data in the area A is 1 point or more, the area B is 4 points or more, and the area C is 1 point or more.
この場合、試験片TPを負荷する負荷ステップ幅Δv(例えば図3のp1〜p2、p3〜p4の幅)を小さくして除荷点をできるだけ多くとれば、J−Δaデータの個数が多くなり、規格を満足することができる。しかし、これでは試験時間が長くなり、試験効率が悪い。一方、負荷ステップ幅Δvを大きくしすぎると、除荷点が不足して規格を満足できなくなり、有効なJ1C値を求めることができない。そこで、本実施の形態では、以下のように規格を満足する最小数の除荷点を算出し、これを目標除荷点として設定して試験を行う。 In this case, if the load step width Δv (for example, the width of p1 to p2 and p3 to p4 in FIG. 3) for loading the test piece TP is reduced to increase the number of unloading points as much as possible, the number of J-Δa data increases. Can meet the standards. However, this increases the test time and the test efficiency is poor. On the other hand, if the load step width Δv is too large, the unloading points are insufficient and the standard cannot be satisfied, and an effective J 1C value cannot be obtained. Therefore, in the present embodiment, the minimum number of unloading points satisfying the standard is calculated as follows, and this is set as the target unloading point for testing.
図5は、コントローラ4のCPUで実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理はコントローラ4の電源オンにより開始される。ステップS1では、試験条件の設定が終了したか否かを判定する。設定される試験条件としては、試験片形状や試験片TPの弾性率E、初期の負荷ステップ幅Δv0、負荷速度、除荷量(%)、除荷時間等である。なお、初期の負荷ステップ幅Δv0は、初期の試験データ(J−Δaのデータ)が少なくとも図4の領域Aよりも小さい領域となる値に設定される。試験条件として、試験時に適用する規格(JIS規格やASTM規格)も設定されるが、以下ではJIS規格を設定したものとして説明する。 FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of processing executed by the CPU of the controller 4. The process shown in this flowchart is started when the controller 4 is turned on. In step S1, it is determined whether or not the setting of test conditions has been completed. Test conditions to be set include the test piece shape, the elastic modulus E of the test piece TP, the initial load step width Δv0, the load speed, the unloading amount (%), the unloading time, and the like. Note that the initial load step width Δv0 is set to a value at which the initial test data (J-Δa data) is at least a region smaller than the region A in FIG. As a test condition, a standard (JIS standard or ASTM standard) applied at the time of the test is also set. In the following description, it is assumed that the JIS standard is set.
ステップS1が肯定されるとステップS2に進み、負荷開始指令が入力されたか否かを判定する。負荷開始指令は、例えばユーザが操作パネル5の負荷開始スイッチをオン操作することによって入力される。ステップS2が入力されるとステップS3に進み、予め定めた試験条件に従い負荷機構1に制御信号を出力する。これにより、初期の負荷ステップ幅Δv0で試験片TPに引張試験力Pを負荷した後、試験力Pを所定量(例えば10%)除荷する。
If step S1 is affirmed, the process proceeds to step S2 to determine whether or not a load start command is input. The load start command is input, for example, when the user turns on a load start switch of the
ステップS4では、表示モニタ6に制御信号を出力し、ロードセル2とクリップゲージ3からの信号に基づき表示モニタ6に負荷カーブ(図3)を表示するとともに、除荷点における亀裂進展長さΔaとJ積分値を演算し、そのJ−ΔaデータをJ−Δaグラフ上にプロット表示する。ステップS5では、プロット表示されたJ−Δaデータが図4の領域A内にあるか否かを判定する。ステップS5が否定されるとステップS2に戻り、同様の処理が繰り返される。これにより亀裂進展長さΔaが徐々に増加する。
In step S4, a control signal is output to the display monitor 6, a load curve (FIG. 3) is displayed on the display monitor 6 based on the signals from the
ステップS5が肯定されるとステップS6に進み、目標ステップ幅Δvaを演算する。目標ステップ幅Δvaは、J−Δaのグラフ上の各領域A〜Cでそれぞれ規格を満足する数のデータが得られるようなステップ幅である。ここでは、領域Aのデータを必要数(1個)取得した後なので、まず領域Bのデータを必要数(4個)取得するための目標ステップ幅Δvaを演算し、その後、領域Cのデータを必要数(1個)取得するための目標ステップ幅Δvaを演算する。 If step S5 is affirmed, the process proceeds to step S6, and the target step width Δva is calculated. The target step width Δva is such a step width that a number of data satisfying the standard can be obtained in each of the areas A to C on the J-Δa graph. Here, since the necessary number (1) of area A data is obtained, first, the target step width Δva for obtaining the necessary number (4) of area B data is calculated, and then the data of area C is obtained. A target step width Δva for obtaining the required number (one) is calculated.
この点についてより具体的に説明する。例えば図6(a)に示す負荷カーブ上の除荷点p0〜p6に対応して図6(b)に示すJ−Δaグラフ上の算出点q0〜q6が得られたものとし、各除荷点p0〜p6の開口変位をそれぞれv0〜v6、各算出点q0〜q6の亀裂進展長さをそれぞれΔa0〜Δa6とする。なお、図6(b)には算出点q0〜q6を結んだJ−Δaカーブを破線で示している。このとき点q1は領域Aに含まれるため、点q1のデータが得られた時点で、ステップS6ではまず領域B内の点q2のデータを得るための目標ステップ幅、つまり図6(a)の除荷点p1からp2までの開口変位vの増分Δva1(=v2−v1)を演算する。 This point will be described more specifically. For example, it is assumed that calculated points q0 to q6 on the J-Δa graph shown in FIG. 6B are obtained corresponding to the unloading points p0 to p6 on the load curve shown in FIG. The opening displacements of the points p0 to p6 are v0 to v6, and the crack propagation lengths of the calculation points q0 to q6 are Δa0 to Δa6, respectively. In FIG. 6B, the J-Δa curve connecting the calculation points q0 to q6 is indicated by a broken line. At this time, since the point q1 is included in the region A, when the data of the point q1 is obtained, in step S6, first, the target step width for obtaining the data of the point q2 in the region B, that is, as shown in FIG. An increment Δva1 (= v2−v1) of the opening displacement v from the unloading point p1 to p2 is calculated.
目標ステップ幅Δva1は、例えば前回の負荷ステップ幅Δva0(=v1−v0)と、前回の亀裂進展長さの変化量sa0(=Δa1−Δa0)との比率を求め、これに亀裂進展長さの目標変化量を乗算することにより求められる。同様に、領域B内の点q3のデータを得るための目標ステップ幅Δva2(=v3−v2)は、前回の負荷ステップ幅Δva1(=v2−v1)と、前回の亀裂長さの変化量sa1(Δa2−Δa1)との比率を求め、これに亀裂進展長さの目標変化量を乗算することにより求められる。 The target step width Δva1 is obtained, for example, by calculating the ratio between the previous load step width Δva0 (= v1−v0) and the change amount sa0 (= Δa1−Δa0) of the previous crack growth length, It is obtained by multiplying the target change amount. Similarly, the target step width Δva2 (= v3-v2) for obtaining the data of the point q3 in the region B is the previous load step width Δva1 (= v2-v1) and the change amount sa1 of the previous crack length. It is obtained by obtaining a ratio with (Δa2−Δa1) and multiplying this by the target change amount of the crack growth length.
ここで、亀裂進展長さの目標変化量としては、予め領域B内の亀裂進展長さの目標値4点(q2〜q5の目標点)を領域Bの20%、40%、60%、80%の値に、領域C内の亀裂進展長さの目標値1点(q6の目標点)を領域Cの50%の値にそれぞれ設定し、この目標点と現在の亀裂進展長さΔaとの差分である。例えば目標負荷ステップ幅Δva1を求める場合の目標変化量は、領域Bの20%に相当する目標点とそのときの亀裂進展長さΔa1との差分であり、目標負荷ステップ幅Δva2を求める場合の目標変化量は、領域Bの40%に相当する目標点とそのときの亀裂進展長さΔa2との差分である。 Here, as the target change amount of the crack progress length, the target value of the crack progress length in the region B of 4 points (target points of q2 to q5) is 20%, 40%, 60%, 80 of the region B in advance. % Target value of the crack growth length in the region C (q6 target point) is set to a value of 50% of the region C, and the target point and the current crack growth length Δa It is a difference. For example, the target change amount when obtaining the target load step width Δva1 is the difference between the target point corresponding to 20% of the region B and the crack propagation length Δa1 at that time, and the target when obtaining the target load step width Δva2 The amount of change is the difference between the target point corresponding to 40% of the region B and the crack propagation length Δa2 at that time.
以上のようにして目標ステップ幅Δvaが演算されると、ステップS7に進み、その目標ステップ幅Δvaに対応した除荷点、例えば目標負荷ステップ幅Δvaだけ負荷カーブ上でデータを横にシフトした点を表示モニタ6に表示する。なお、モニタ上に表示された目標除荷点を操作パネル5の操作によりユーザが変更可能としてもよい。
When the target step width Δva is calculated as described above, the process proceeds to step S7, where the data is horizontally shifted on the load curve by the unloading point corresponding to the target step width Δva, for example, the target load step width Δva. Is displayed on the display monitor 6. The target unloading point displayed on the monitor may be changeable by the user by operating the
ステップS8では、操作パネル5の負荷開始スイッチのオン操作により負荷開始指令が入力されたか否かを判定する。ステップS8が肯定されるとステップS9に進み、負荷機構1に制御信号を出力し、試験片TPにステップS6の目標ステップ幅Δvaで引張試験力Pを負荷した後、試験力Pを除荷する。
In step S8, it is determined whether or not a load start command is input by turning on the load start switch of the
ステップS10では、表示モニタ6に制御信号を出力し、ロードセル2とクリップゲージ3からの信号に基づき表示モニタ6に負荷カーブ(図3)を表示するとともに、除荷点における亀裂進展長さΔaとJ積分値を演算し、そのJ−ΔaデータをJ−Δaグラフ上にプロット表示する。ステップS11では、規格を満たす必要数のデータを取得したか否か、つまり点q2〜q6のJ−Δaデータを取得したか否かを判定する。ステップS11が否定されるとステップS6に戻り、必要数のデータが取得されるまで同様の処理を繰り返す。
In step S10, a control signal is output to the display monitor 6, a load curve (FIG. 3) is displayed on the display monitor 6 based on the signals from the
ステップS11が肯定されるとステップS12に進み、試験結果データの処理を行う。例えばJ−Δaデータの近似曲線であるJ−Δaカーブを表示したり、試験片TPのJ1C値を算出し、表示モニタ6に表示する。なお、これらの処理は、操作パネル5の操作によりユーザが指令した後に行うようにしてもよい。ステップS11の処理後に試験を終了するか否かの表示を行い、操作パネル5の操作によりユーザが試験終了を選択するとステップS12に進み、試験終了を選択しないときは、さらに試験を続行するようにしてもよい。この場合、ユーザが指令した負荷ステップ幅Δvaで試験を続行すればよい。
If step S11 is affirmed, it will progress to step S12 and will process test result data. For example, a J-Δa curve that is an approximate curve of J-Δa data is displayed, or a J 1C value of the test piece TP is calculated and displayed on the display monitor 6. These processes may be performed after the user gives a command by operating the
以上の試験手順をまとめると次のようになる。まず、試験機本体に試験片TPをセットした後、ユーザは操作パネル5の操作により各種試験条件を設定し、負荷開始を指令する。これにより予め定めた初期負荷ステップ幅Δv0で試験片TPに引張試験力Pが負荷された後、試験力が除荷される(ステップS3)。この初期負荷ステップ幅Δv0での試験力の負荷および除荷は、J−Δaデータが領域A内に含まれるようになるまで繰り返される。
The above test procedure is summarized as follows. First, after setting the test piece TP in the tester main body, the user sets various test conditions by operating the
図6(b)の点q1のデータが得られると、コントローラ4は点q2に対応した目標ステップ幅Δva1を演算する(ステップS6)。この場合、前回の負荷ステップ幅Δva0(=v1−v0)と前回の亀裂進展長さの変化量sa0(=Δa1−Δa0)との比率を求め、これに領域B内の20%の点に対応した亀裂進展長さの目標変化量を乗算する。この状態で負荷開始を指令すると、目標ステップ幅Δva1で試験力が負荷および除荷される(ステップS9)。これによりJ−Δaグラフ上の領域B内の20%付近に点q2のデータが得られる。 When the data of the point q1 in FIG. 6B is obtained, the controller 4 calculates the target step width Δva1 corresponding to the point q2 (step S6). In this case, the ratio between the previous load step width Δva0 (= v1−v0) and the change amount sa0 (= Δa1−Δa0) of the previous crack growth length is obtained, and this corresponds to the 20% point in the region B. Multiply by the target change in crack growth length. When the load start is commanded in this state, the test force is loaded and unloaded with the target step width Δva1 (step S9). Thereby, the data of the point q2 is obtained in the vicinity of 20% in the region B on the J-Δa graph.
次に、コントローラ4は図6(b)の点q3に対応した目標ステップ幅Δva2を演算する。この場合、前回の負荷ステップ幅Δva1(=v2−v1)と前回の亀裂進展長さの変化量sa1(Δa2−Δa1)との比率を求め、これに領域B内の40%の点に対応した亀裂進展長さの目標変化量を乗算する。この目標ステップ幅Δva2で試験力が負荷および除荷されることにより、J−Δaグラフ上の領域B内の40%付近に点q3のデータが得られる。同様に、領域B内の60%付近に点q4のデータが、80%付近に点q5のデータが、領域C内の50%付近に点q6のデータがそれぞれ得られる。 Next, the controller 4 calculates a target step width Δva2 corresponding to the point q3 in FIG. In this case, a ratio between the previous load step width Δva1 (= v2−v1) and the change amount sa1 (Δa2−Δa1) of the previous crack growth length is obtained, and this corresponds to a point of 40% in the region B. Multiply the target change in crack growth length. By loading and unloading the test force with this target step width Δva2, the data of the point q3 is obtained in the vicinity of 40% in the region B on the J-Δa graph. Similarly, data of the point q4 is obtained in the vicinity of 60% in the area B, data of the point q5 is obtained in the vicinity of 80%, and data of the point q6 is obtained in the vicinity of 50% in the area C.
以上の処理により、規格に定められた必要最低限のJ−Δaのデータを得ることができ、試験時間を短縮できる。試験終了後は、表示モニタにJ−Δaカーブが表示され、J1C値が演算される(ステップS12)。この場合、q2〜q6の各点が均等な点として得られるので、少ない点数で精度よくJ−Δaカーブを算出できる。 Through the above processing, the minimum necessary J-Δa data defined in the standard can be obtained, and the test time can be shortened. After the test is completed, the J-Δa curve is displayed on the display monitor, and the J 1C value is calculated (step S12). In this case, since the points q2 to q6 are obtained as equal points, the J-Δa curve can be accurately calculated with a small number of points.
本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
(1)ロードセル2とクリップゲージ3からの信号に基づき各除荷点p0〜p6におけるコンプライアンスを求めて試験片TPの亀裂進展長さΔaを算出するとともに、J積分値を算出し、このJ−Δaのデータの個数がJ−Δaカーブ上の各領域A〜Cにおいて規格で定めた目標個数となるように目標ステップ幅Δvaを算出し、除荷点を設定するようにした。すなわち前回の除荷点と前々回の除荷点との差分Δva(前回の目標ステップ幅)と、前回の目標除荷点における亀裂進展長さΔaと前々回の目標除荷点における亀裂進展長さΔaとの差分sa(前回の亀裂進展長さの変化量)に基づき、目標ステップ幅Δvaを算出し、除荷点を設定するようにした。これにより試験時の除荷点を必要最小限に抑えることができ、亀裂進展の試験を効率よく行うことができる。
According to the present embodiment, the following operational effects can be achieved.
(1) Based on the signals from the
(2)亀裂進展長さの目標値(q2〜q6の目標点)を領域B,C内に均等に設定して負荷ステップ幅Δvaを求めるようにしたので、少ない点数で精度よくJ−Δaカーブを算出できる。
(3)目標ステップ幅Δvaに対応した除荷点を表示モニタ6に表示するようにしたので(ステップS7)、ユーザは次の亀裂進展長さΔaの測定ポイントを容易に認識することができる。
(2) Since the load step width Δva is obtained by setting the target value of the crack growth length (target points of q2 to q6) equally in the regions B and C, the J-Δa curve can be obtained accurately with a small number of points. Can be calculated.
(3) Since the unloading point corresponding to the target step width Δva is displayed on the display monitor 6 (step S7), the user can easily recognize the next measurement point of the crack propagation length Δa.
なお、上記実施の形態では、試験条件として試験片TPの弾性率Eを入力するようにしたが、弾性率Eにはばらつきがあり、入力した弾性率Eが実測値と違う場合、試験終了後に実測された亀裂進展長さと計算上の亀裂進展長さΔaとの間にずれが生じる。これによりJ−Δaデータの個数が結果的に規格を満足できないおそれがある。この点を考慮して、ステップS6で以下のように目標ステップ幅Δvaを算出してもよい。 In the above embodiment, the elastic modulus E of the test piece TP is input as the test condition. However, the elastic modulus E varies, and if the input elastic modulus E is different from the actually measured value, after the test is completed. There is a deviation between the actually measured crack growth length and the calculated crack growth length Δa. As a result, the number of J-Δa data may not satisfy the standard as a result. In consideration of this point, the target step width Δva may be calculated in step S6 as follows.
この場合、例えば設定弾性率E0の他に、弾性率を設定弾性率E0よりも所定量(例えば5%)増大した上限弾性率E1、および弾性率を設定弾性率E0よりも所定量(例えば5%)減少した下限弾性率E2をそれぞれコントローラ内に設定し、各弾性率E0,E1,E2を用いて各除荷点におけるJ−Δaデータを算出する。すなわち図6(b)のq1〜q6のデータを各弾性率毎に求める。この際、弾性率Eが3通りあると、目標ステップ幅Δvaも3通りの値が演算されるが、その中の最小値を目標ステップ幅Δvaとして設定する。これにより各弾性率によって算出されたJ−Δaデータの個数が、少なくとも領域A内で1点以上、領域B内で4点以上、領域C内で1点以上となる。このため、弾性率Eを誤った値に設定した場合にも、弾性率Eが上限弾性率E1と下限弾性率E2の範囲内であれば、J−Δaデータの個数は規格を満足することができ、精度よくJ1C値を求めることができる。 In this case, for example, in addition to the set elastic modulus E0, the upper limit elastic modulus E1 obtained by increasing the elastic modulus by a predetermined amount (for example, 5%) from the set elastic modulus E0, and the elastic modulus by a predetermined amount (for example, 5%) from the set elastic modulus E0. %) The reduced lower limit elastic modulus E2 is set in the controller, and J-Δa data at each unloading point is calculated using each elastic modulus E0, E1, E2. That is, the data of q1 to q6 in FIG. 6B is obtained for each elastic modulus. At this time, if there are three types of elastic modulus E, three values of the target step width Δva are also calculated, and the minimum value among them is set as the target step width Δva. As a result, the number of J-Δa data calculated by the respective elastic moduli is at least one point in the region A, four points or more in the region B, and one point or more in the region C. For this reason, even when the elastic modulus E is set to an incorrect value, the number of J-Δa data may satisfy the standard if the elastic modulus E is within the range of the upper limit elastic modulus E1 and the lower limit elastic modulus E2. The J1C value can be obtained with high accuracy.
なお、各弾性率毎に求められたJ−Δaデータの個数がそれぞれ目標個数以上となるように目標除荷点を設定するのであれば、弾性率Eの数は3つに限らず、2つまたは4つ以上としてもよい。弾性率Eをユーザが任意の値に設定してもよく、弾性率設定手段は上述したものに限らない。 If the target unloading point is set so that the number of J-Δa data obtained for each elastic modulus is equal to or greater than the target number, the number of elastic modulus E is not limited to three, but two. Or it is good also as four or more. The user may set the elastic modulus E to an arbitrary value, and the elastic modulus setting means is not limited to that described above.
上記実施の形態では、J−Δaのデータが領域A内にあると判定されると、領域B内および領域C内のデータの個数が規格を満たす値となるように目標ステップ幅Δvaを演算して目標除荷点を設定したが、領域Aの直前のデータを用いて、領域A内のデータの個数が規格を満たす値となるように目標除荷点を設定してもよい。J−Δaデータの個数が、規格を満たす必要最小限の個数となるように目標除荷点を設定したが、必要最小限の個数よりデータの個数を多くしてもよい。すなわちJ−Δaデータの個数が、J−Δaカーブ上の所定領域A〜Cにおいて予め定められた目標個数以上となるように目標除荷点を設定するのであれば、除荷点設定手段としてのコントローラ4の構成は上述したものに限らない。 In the above embodiment, when it is determined that the data of J−Δa is in the area A, the target step width Δva is calculated so that the number of data in the area B and the area C becomes a value satisfying the standard. Although the target unloading point is set, the target unloading point may be set using the data immediately before the region A so that the number of data in the region A becomes a value satisfying the standard. Although the target unloading point is set so that the number of J-Δa data is the minimum necessary number that satisfies the standard, the number of data may be increased from the minimum necessary number. That is, if the target unloading point is set so that the number of J-Δa data is equal to or more than the predetermined target number in the predetermined areas A to C on the J-Δa curve, The configuration of the controller 4 is not limited to that described above.
予め亀裂が形成された試験片TPに引張試験力Pを負荷するとともに、目標除荷点で試験力を除荷するのであれば、負荷手段としての負荷機構1はいかなるものでもよい。試験片TPに負荷される試験力をロードセル2により検出したが、試験力検出手段はこれに限らない。クリップゲージ3により試験片TPの開口変位vを検出したが、変位検出手段はこれに限らない。これらの検出結果に基づき目標除荷点におけるコンプライアンスを求めて試験片TPの亀裂進展長さΔaを算出するとともにJ積分値を算出するのであれば、演算手段としてのコントローラ4の構成はいかなるものでもよい。
As long as the tensile test force P is applied to the test piece TP in which a crack is formed in advance and the test force is unloaded at the target unloading point, any
上記実施の形態では、前回の目標除荷点と前々回の目標除荷点との差分(前回の負荷ステップ幅Δva)と、前回の目標除荷点における亀裂進展長さΔaと前々回の目標除荷点における亀裂進展長さΔaとの差分(前回の亀裂進展長さの変化量)に基づき、目標除荷点を算出するようにしたが、目標除荷点の算出はこれに限らない。開口変位vを負荷ステップ幅とするのではなく、試験力Pを負荷ステップ幅としてもよい。または開口変位の負荷ステップ幅と試験力の負荷ステップ幅を組み合わせてもよい。設定された目標除荷点を表示モニタ6に表示するようにしたが(ステップS7)、表示手段の構成はこれに限らない。上記実施の形態では、目標ステップ幅Δvaを演算後、ユーザが負荷開始指令を入力することにより試験片TPに負荷をかけるようにしたが、ユーザが負荷開始指令を入力することなく、自動的に負荷をかけるようにしてもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の材料試験装置に限定されない。 In the above embodiment, the difference (previous load step width Δva) between the previous target unloading point and the previous unloading point, the crack progress length Δa at the previous target unloading point, and the previous unloading target unloading point. The target unloading point is calculated based on the difference from the crack propagation length Δa at the point (the amount of change in the previous crack growth length), but the calculation of the target unloading point is not limited to this. Instead of using the opening displacement v as the load step width, the test force P may be used as the load step width. Alternatively, the load step width of the opening displacement and the load step width of the test force may be combined. Although the set target unloading point is displayed on the display monitor 6 (step S7), the configuration of the display means is not limited to this. In the above embodiment, after the target step width Δva is calculated, the load is applied to the test piece TP by the user inputting the load start command. However, the user automatically enters the load start command without inputting the load start command. A load may be applied. That is, as long as the features and functions of the present invention can be realized, the present invention is not limited to the material testing apparatus according to the embodiment.
1 負荷機構
2 ロードセル
3 クリップゲージ
4 コントローラ
5 操作パネル
6 表示モニタ
1
Claims (3)
前記試験片に負荷される引張試験力を検出する試験力検出手段と、
前記試験片の開口変位を検出する変位検出手段と、
前記試験力検出手段と前記変位検出手段との検出結果に基づき前記目標除荷点におけるコンプライアンスを求めて前記試験片の亀裂進展長さを算出するとともに、前記目標除荷点における亀裂進展のパラメータであるJ積分値を算出する演算手段と、
前記演算手段により算出された亀裂進展長さとJ積分値の算出データの個数が、亀裂進展長さとJ積分値との関係を表すJ−Δaカーブ上の所定領域において予め定められた目標個数以上となるように前記目標除荷点を設定する除荷点設定手段とを備え、
前記除荷点設定手段は、前回の目標除荷点と前々回の目標除荷点との差分と、前記演算手段により算出された前回の目標除荷点における亀裂進展長さと前々回の目標除荷点における亀裂進展長さとの差分に基づき、前記目標除荷点を算出し、設定することを特徴とする材料試験装置。 Loading means for applying a tensile test force to a test piece in which a crack has been formed in advance and unloading the test force at a target unloading point;
A test force detecting means for detecting a tensile test force applied to the test piece;
Displacement detecting means for detecting an opening displacement of the test piece;
Based on the detection results of the test force detection means and the displacement detection means, the compliance at the target unloading point is obtained to calculate the crack growth length of the test piece, and the crack growth parameters at the target unloading point A computing means for calculating a certain J integral value;
The number of pieces of crack growth length and J integral value calculation data calculated by the computing means is greater than or equal to a predetermined target number in a predetermined region on the J-Δa curve representing the relationship between the crack growth length and the J integral value. Unloading point setting means for setting the target unloading point so as to become ,
The unloading point setting means includes the difference between the previous target unloading point and the previous target unloading point, the crack propagation length at the previous target unloading point calculated by the computing means, and the previous unloading target unloading point. A material testing apparatus characterized in that the target unloading point is calculated and set based on a difference from a crack propagation length in .
前記試験片の弾性率を複数設定する弾性率設定手段を備え、
前記除荷点設定手段は、各弾性率毎に求められた亀裂進展長さとJ積分値の算出データの個数がそれぞれ前記目標個数以上となるように前記目標除荷点を設定することを特徴とする材料試験装置。 The material testing apparatus according to claim 1 , wherein
Comprising elastic modulus setting means for setting a plurality of elastic modulus of the test piece,
The unloading point setting means sets the target unloading point so that the number of pieces of calculation data of crack growth length and J integral value obtained for each elastic modulus is equal to or more than the target number, respectively. Material testing equipment.
前記除荷点設定手段により設定された目標除荷点を表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする材料試験装置。
In the material testing apparatus according to claim 1 or 2 ,
A material testing apparatus further comprising display means for displaying a target unloading point set by the unloading point setting means.
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