JP5351703B2 - 荷重負荷装置および荷重負荷試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷重負荷装置および荷重負荷試験方法に関するものである。

荷重負荷装置は、構造物に所定の荷重を負荷し、構造物の変位を測定することによって、構造物の各種強度試験を行うものである。大型の構造物では、たとえば、複数（多連）の油圧ジャッキを用いて複数箇所に荷重を負荷することによって実機想定荷重を模擬し、構造物の変形、ひずみ等の計測を実施している。
構造物に三次元の荷重が作用する場合、荷重負荷装置はその実機想定荷重を模擬するために、たとえば、特許文献１に示されるように上下方向に荷重が加えられるとともに水平方向にも荷重が加えられるように構成されている。

剛な構造をした構造物は変形が小さいので、荷重負荷装置は、構造物を模擬した供試体が限界荷重に達し、破壊された場合、安全措置として、油圧を急減させ、荷重負荷を停止する方法が適用されている。
また、急激な破壊の進展を防止するため、あるいは破壊に至る状態を調べるために、たとえば、特許文献２に示されるように、異常な負荷を検出し、速やかにその状態を保持する荷重負荷装置が提案されている。
このように緊急に停止させた後、現状では、そのときの負荷荷重を基に徐々に負荷荷重を低下させて初期状態に戻している。

特開昭６０−１５３７号公報 特開昭６０−１１８９０２号公報

ところで、柔な構造をした構造物を模擬した供試体では、限界荷重まで荷重を負荷したときの変形量が大きくなるので、少し荷重を減少させただけで変形量が大きく減少する。
たとえば、柔な構造をした大型の供試体で、複数箇所に荷重を負荷させる場合、荷重に基づいて除荷すると、限界荷重近辺の荷重が負荷され、変形量が大きな箇所は除荷初期に急激に変位し、一方、限界荷重よりも小さな荷重が負荷されている箇所は変位が少ない事態が発生するので、供試体に相対的に過度の荷重が負荷され、供試体が破壊する危険性がある。

本発明は、このような事情に鑑み、柔な構造をした供試体に対しても、最大荷重に達した後の除荷が供試体を破壊することなく安全に行える荷重負荷装置および荷重負荷試験方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の第一態様は、複数の荷重負荷部材と、該各荷重負荷部材の荷重負荷動作を制御する制御部と、を備え、前記各荷重負荷部材によって供試体の複数箇所に荷重を負荷して該供試体の荷重負荷試験を行う荷重負荷装置であって、前記制御部には、前記供試体の荷重負荷試験を行った後の除荷動作を制御する除荷制御部が備えられ、該除荷制御部には、前記各荷重負荷部材の除荷動作を、前記供試体の変位量を制御対象として変位制御を行う安全除荷モードが備えられている荷重負荷装置である。

本態様にかかる荷重負荷装置では、複数の荷重負荷部材によって供試体の複数箇所に制御部で制御された荷重を負荷して供試体の荷重負荷試験を行う。荷重負荷試験において、たとえば、供試体の１箇所所で略限界荷重に達すると、安全のため各荷重負荷部材の動作を止め、そのときの変形状態を保持する。制御部の除荷制御部は、供試体を保持された変形状態から初期状態まで復帰させる除荷動作を行う。
除荷制御部には、各荷重負荷部材の除荷動作を、供試体の変位量を制御対象として変位制御を行う安全除荷モードが備えられているので、たとえば、変形量の大きな柔な構造をした供試体の場合、安全除荷モードを用いて除荷工程が備えられ、供試体の変位量を制御対象とした変位制御によって除荷動作が行われる。
変位量を制御対象とした変位制御を行うと、たとえば、限界荷重近辺の荷重が負荷され、変形量が大きな箇所でも除荷初期に急激に変位することがなくなるので、各負荷部材が荷重を負荷している各箇所の間で変位量の変動を小さく抑えることができる。
これにより、供試体に相対的に過度の荷重が負荷されることが抑制できるので、たとえ、柔な構造をした供試体に対しても、最大荷重に達した後の除荷が供試体を破壊することなく安全に行える。

本態様では、前記安全除荷モードでは、前記荷重負荷部材によって荷重を負荷されている前記供試体の複数箇所の変位量が、それぞれ略一定の割合で減少するように制御されてもよい。

このようにすると、供試体は保持された変形形状の変形割合を維持した状態で除荷されるので、各負荷部材が荷重を負荷している各箇所の間で変位量の変動を小さく抑えることができる。

本態様では、前記安全除荷モードでは、前記変位制御を用いて前記荷重負荷部材によって荷重を負荷されている前記供試体の複数箇所の荷重あるいは変位量が所定の範囲に入った場合、選択的に前記各荷重負荷部材の除荷動作を、前記各荷重負荷部材の負荷荷重を制御対象として荷重制御に切り替えるようにしてもよい。

除荷動作が進み、各負荷部材が負荷している荷重が低荷重となると、供試体の変位量と荷重との関係が線形となる。安全除荷モードは、供試体の複数箇所の荷重負荷あるいは変位量が所定の範囲に入った場合、各荷重負荷部材の除荷動作を、選択的に変位制御から各荷重負荷部材の負荷荷重を制御対象とした荷重制御に切り替えることができる。
このように、荷重制御に切り替えると、制御がより容易となり、除荷動作の安全性を向上させることができる。
なお、所定の範囲は、供試体の変位量の低下と荷重の低下との関係が線形になる範囲のことである。

本発明の第二態様は、複数の荷重負荷部材によって供試体の複数箇所に荷重を負荷して該供試体の荷重負荷試験を行う荷重負荷試験方法であって、前記供試体の荷重負荷試験を行った状態を保持した後、除荷動作を行う除荷工程が備えられ、該除荷工程では、前記各荷重負荷部材の除荷動作は前記供試体の変位量を制御対象とした変位制御によって行われる荷重負荷試験方法である。

本態様にかかる荷重負荷試験方法では、複数の荷重負荷部材によって供試体の複数箇所に荷重を負荷して供試体の荷重負荷試験を行う。荷重負荷試験において、たとえば、供試体の１箇所で略限界荷重に達すると、安全のため各荷重負荷部材の動作を止め、そのときの変形状態を保持する。次いで、供試体を保持された変形状態から初期状態まで復帰させる除荷工程が行われる。
除荷工程では、各荷重負荷部材の除荷動作を、供試体の変位量を制御対象として変位制御で行われるので、たとえば、変形量の大きな柔な構造をした供試体の場合でも、限界荷重近辺の荷重が負荷され、変形量が大きな箇所でも除荷工程初期に急激に変位することがなくなる。このため、各負荷部材が荷重を負荷している各箇所の間で変位量の変動を小さく抑えることができる。
これにより、供試体に相対的に過度の荷重が負荷されることが抑制できるので、たとえ、柔な構造をした供試体に対しても、最大荷重に達した後の除荷が供試体を破壊することなく安全に行える。

本態様は、前記除荷工程では、前記荷重負荷部材によって荷重を負荷されている前記供試体の複数箇所の変位量が、それぞれ略一定の割合で減少するように制御されてもよい。

このようにすると、供試体は保持された変形形状の変形割合を維持した状態で除荷されるので、各負荷部材が荷重を負荷している各箇所の間で変位量の変動を小さく抑えることができる。

本態様では、前記除荷工程では、前記変位制御を用いて前記荷重負荷部材によって荷重を負荷されている前記供試体の複数箇所の荷重あるいは変位量が所定の範囲に入った場合、選択的に前記各荷重負荷部材の除荷動作を、前記各荷重負荷部材の負荷荷重を制御対象として荷重制御に切り替えるようにしてもよい。

除荷動作が進み、各負荷部材が負荷している荷重が低荷重となると、供試体の変位量と荷重との関係が線形となる。本態様では、供試体の複数箇所の荷重負荷あるいは変位量が所定の範囲に入った場合、各荷重負荷部材の除荷動作を、選択的に変位制御から各荷重負荷部材の負荷荷重を制御対象とした荷重制御に切り替えることができる。
このように、荷重制御に切り替えると、制御がより容易となり、除荷動作の安全性を向上させることができる。
なお、所定の範囲は、供試体の変位量の低下と荷重の低下との関係が線形になる範囲のことである。

本発明によれば、除荷動作を行う除荷制御部には、各荷重負荷部材の除荷動作を、供試体の変位量を制御対象として変位制御を行う安全除荷モードが備えられているので、たとえ、変形量の大きな柔な構造をした供試体の場合でも、最大荷重に達した後の除荷が供試体を破壊することなく安全に行うことができる。

本発明の一実施形態にかかる荷重負荷装置を用いて強度試験が行われる宇宙ステーション輸送機の概略構成を示す側面図である。 図１の非与圧キャリアの全体概略構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる荷重負荷装置に供試体を組み付けた状況を示す縦断面図である。 図３の平面図である。 図３のＸ−Ｘ断面図である。 本発明の一実施形態にかかる荷重負荷装置による安全除荷モードを用いた荷重負荷試験のフローを示しているフロー図である。 供試体の変形と除荷状況を模式的に示している模式図である。 本発明の一実施形態にかかる荷重負荷装置による別の実施態様の安全除荷モードを用いた荷重負荷試験のフローを示しているフロー図である。

以下に、本発明の一実施形態にかかる荷重負荷装置について図１〜図７を参照して説明する。
図１は、本実施形態にかかる荷重負荷装置を用いて強度試験が行われる宇宙ステーション輸送機（Ｈ−ＩＩ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＨＴＶ）１の概略構成を示す側面図である。

ＨＴＶ１は、全長約１０ｍ、直径約４ｍの円筒形状をした構造物である。ＨＴＶ１は、ロケットによって打ち上げられ、宇宙空間を自身で移動して宇宙ステーションとドッキングする。
ＨＴＶ１は、食糧や衣類、各種実験装置など最大６トンの補給物資を宇宙ステーションに送り届け、補給を終えた後は、用途を終えた実験機器や使用後の衣類など不要品を積み込み、大気圏へ再突入する。

ＨＴＶ１には、宇宙ステーションの船内で使用する物資を運ぶ与圧キャリア３と、船外で使用する物資を運ぶ非与圧キャリア５と、ＨＴＶ１の制御を行う電気モジュール７と、動力源を構成する推進モジュール９とが備えられている。
与圧キャリア３には、宇宙ステーションとドッキングするハッチ部１１が備えられている。
与圧キャリア３の内部は打上げから宇宙ステーションに接続されるまで、地上と同じ略１気圧に保たれており、宇宙ステーションとの接続中は、ハッチ部１１を経由して宇宙ステーション乗員によって物資の搬出、不用品の搬入が行われる。

非与圧キャリア５は、略円筒形状をし、内部に曝露パレットと呼ばれる貨物トレーが搭載される。船外で使用する実験装置などは、この曝露パレットに搭載された状態で搬送され、宇宙ステーションのロボットアームによって取り出され、所定の場所に設置される。
非与圧キャリア５には、暴露パレットを搭載するパレット台１３と、曝露パレットを引出および挿入するための開口部１５とが備えられている。

図２は、非与圧キャリア５の全体概略構造を示す斜視図である。
非与圧キャリア５の主構造（一次構造）は、図２に示されるようにフレーム１７がストリンガ１９およびフレーム２１によって周囲を支持されたセミモノコック構造である。
スキン１７は、略円筒形状をした厚さが約１ｍｍの薄板であり、たとえば、高強度アルミ合金製である。

スキン１７は、主として非与圧キャリア５（すなわち、ＨＴＶ１）の軸線方向に直交する方向（横揺れ加速度）の荷重を受けるものである。スキン１７は、この荷重によるせん断応力に耐荷する形となるが、軽量化要求が厳しい事情から、弾性領域での座屈は許容する設計、すなわち、ポストバックリング設計となっている。したがって、非与圧キャリア５は、軸線方向に直交する方向の荷重に対しては限界荷重近辺での変位量が急撃に大きくなる、いわゆる、柔な構造である。
座屈後のスキン１７は、不完全張力場を形成し、非与圧キャリア５の軸線方向に直角方向の荷重に耐荷するが、永久変形（残留ひずみ）が生じないように構成されている。
また、ストリンガ１９と結合されている部位の近傍領域は、軸線方向荷重の伝達にも寄与する。

ストリンガ１９は、スキン１７の外周面側に非与圧キャリア５（すなわち、ＨＴＶ１）の軸線方向に延在するように取り付けられている、たとえば、高強度アルミ合金製の型材である。ストリンガ１９は、スキン１７の周上に間隔をあけて複数、たとえば、４８本取り付けられている。
ストリンガ１９は、最も厳しい軸線方向の圧縮力荷重を伝達させる働きを有している。

フレーム２１は、ドーナツ形状をし、スキン１７の内周面側に周方向に延在するように取り付けられている、たとえば、高強度アルミ合金製の型材である。フレーム２１は、非与圧キャリア５の軸線方向に間隔をあけて複数、たとえば、５本取り付けられている。
フレーム２１は、スキン１７およびストリンガ１９による荷重伝達を円滑にするために剛性を保持するのを主目的とした部材である。フレーム２１の本数、配置および断面形状は、非与圧キャリア５の機体剛性を保つように設定されている。

以上、非与圧キャリア５の主構造について説明したが、与圧キャリア３、電気モジュール７および推進モジュール９の主構造も略同じ構造とされている。
なお、ストリンガ１９は、与圧キャリア３、非与圧キャリア５、電気モジュール７および推進モジュール９間を通じて、周方向略同一位相に配置されている。

開口部１５の周辺部は、厳しい集中荷重に晒されるので、種々の補強がなされている。
たとえば、開口部１５の両側には、一般部位のストリンガ１９の１０倍以上に当たる強度および剛性を有する縦通材（ロンジロン）が配置されている。また、同じ領域に配置されるスキン１７はいかなる座屈も許容しないように一般部位の３倍以上の板厚とされている。さらに、開口部１５のコーナー部位には、応力集中を緩和するための補強ブラケット（ガセット）が配置されている。

パレット台１３は、図２に示されるように、中空の円錐台形状をし、打上時上方に位置する小径部端に暴露パレットを取り付ける取付部が備えられている。

電気モジュール７の内部には、二次構造として誘導制御系、電力供給系、通信データ処理系および通信系の電子機器が搭載されている。
推進モジュール９には、二次構造として合計３２基のロケットエンジンおよび燃料タンク等が装備されている。推進モジュール９は、これらのロケットエンジンを使って、ロケット分離後にＨＴＶ１の軌道を変えたり、電気モジュール７からの指令によって方向を自由に調整して宇宙ステーションと会合飛行を行ったりする。

以下、ＨＴＶ１の非与圧キャリア５および電気モジュール７の主構造を対象とした強度試験について説明する。ＨＴＶ１は、宇宙空間に出ると荷重がほとんど無くなるので、打上げ時の荷重に耐えられる構造であるかが問題となる。

図３は、強度試験の供試体２３を荷重負荷装置２５に組み付けた状況を示す縦断面図である。図４は、図３の平面図である。図５は、図３のＸ−Ｘ断面図である。
供試体２３は、与圧キャリア３のダミー構造である与圧部ダミー２７と、非与圧キャリア５の実構造を用いる非与圧部２９と、電気モジュール７の実構造を用いる電気モジュール部３１と、推進モジュール９のダミー構造である推進モジュールダミー３３とが、この順に上下方向に接合されている。

供試体２３は、高さが約８ｍ、直径が約４ｍの略円筒形状をしている。供試体２３は、たとえば、軸線方向に直交する水平方向の荷重を主として受け持つスキンの厚さが約１ｍｍと薄いので、水平方向の荷重に対しては限界荷重近辺での変位量が急撃に大きくなる、いわゆる、柔な構造をした構造物である。

非与圧部２９の内部に備えられたパレット台１５の上には、暴露パレットのダミー構造である暴露パレットダミー３５が取り付けられている。
暴露パレットダミー３５には、パレット台１３に固定して取り付けられる矩形状の板である取付部３７と、取付部３７にそれを貫通して上下方向に延在する中空円筒形状をしたパレット荷重点部３９と、パレット荷重点部３９を保持するとともに取付部３７を補強する４枚の支持板４１とが備えられている。

パレット荷重点部３９は、その軸線中心が非与圧部２９の軸線中心と略一致するように設置されている。
支持板４１は、略三角形状をした板部材である。支持板４１は、それぞれ取付部３７の四隅からパレット荷重点部３９の中心軸線に向けて配置されている。支持板４１は、面部が上下方向に延在するようにその一辺が取付部３７の上部に固定され、他の一辺がパレット荷重点３９の外周部に固定されている。

電気モジュール部３１の内部には、電気モジュール７の内部に格納される各種電子機器を模擬する電気モジュール二次構造ダミー４３が備えられている。
電気モジュール二次構造ダミー４３には、取付部４５と、取付部４５にそれを貫通して上下方向に延在する中空円筒形状をした電子機器荷重点部４７と、が備えられている。
取付部４５は、略円形をした板部材であり、その外周端がスキン１７に取り付けられている。取付部４５の上面は、放射状に配置された複数の型材によって補強されている。
電子機器荷重点部４７は、その軸線中心が非与圧部２９の軸線中心と略一致するように設置されている。

推進モジュールダミー３３は、床面４９に固定して取り付けられている。
与圧部ダミー２７の上端部には、略円筒形状の与圧荷重点部５１が備えられている。与圧荷重点部５１は、その軸線中心が非与圧部２９の軸線中心と略一致するように設置されている。

荷重負荷装置２５には、非与圧部２９の軸線方向に荷重を負荷する軸線方向荷重負荷部５３と、この軸線方向に略直交する水平方向に荷重を負荷する第一水平方向荷重負荷部５５および第二水平方向荷重負荷部５７と、制御部５９と、が備えられている。

軸線方向荷重負荷部５３は、供試体２３の内部空間に設置されている。軸線方向荷重負荷部５３には、床面４９に固定して取り付けられた取付台６１と、取付台６１の上面に取り付けられた与圧垂直荷重負荷部材（荷重負荷部材）６３、一対のパレット垂直荷重負荷部材（荷重負荷部材）６５および一対の電子機器垂直荷重負荷部材（荷重負荷部材）６７と、が備えられている。

与圧垂直荷重負荷部材６３は、供試体２３の軸線中心位置に軸線方向に延在するように設置され、与圧荷重点部５１に対し供試体２３の軸線方向に荷重を負荷するものである。
与圧垂直荷重負荷部材６３には、下端が取付台６１に揺動可能に取り付けられた油圧ジャッキ６９と、一端が油圧ジャッキ６９のピストンロッドに取り付けられ、電子機器荷重点部４７およびパレット荷重点部３９の中空部を通って他端が与圧荷重点部５１に揺動可能に取り付けられた荷重負荷用ロッド７１と、負荷された荷重を測定するロードセル７３と、油圧ジャッキ６９のピストンロッドの変位を計測する変位計７５と、が備えられている。

各パレット垂直荷重負荷部材６５は、与圧垂直荷重負荷部材６３を挟んで対向する位置に設置され、パレット荷重点部３９に対し供試体２３の軸線方向に荷重を負荷するものである。
各パレット垂直荷重負荷部材６５には、それぞれ下端が取付台６１に揺動可能に取り付けられた油圧ジャッキ７７と、一端が油圧ジャッキ７７のピストンロッドに取り付けられ、電子機器荷重点部４７の中空部を通って他端がパレット荷重点部３９に揺動可能に取り付けられた荷重負荷用ロッド７９と、負荷された荷重を測定するロードセル８１と、油圧ジャッキ７７のピストンロッドの変位を計測する変位計８３と、が備えられている。

各電子機器垂直荷重負荷部材６７は、与圧垂直荷重負荷部材６３を挟んで対向し、パレット垂直荷重負荷部材６５から周方向で略９０度離れた位置に設置され、電子機器荷重点部４７に対し供試体２３の軸線方向に荷重を負荷するものである。
各電子機器垂直荷重負荷部材６７には、それぞれ下端が取付台６１に揺動可能に取り付けられた油圧ジャッキ８５と、一端が油圧ジャッキ８５のピストンロッドに取り付けられ、他端が電子機器荷重点部４７に揺動可能に取り付けられた荷重負荷用ロッド（図示省略）と、負荷された荷重を測定するロードセル（図示省略）と、油圧ジャッキ８５のピストンロッドの変位を計測する変位計（図示省略）と、が備えられている。

このように、軸線方向荷重負荷部５３は、与圧荷重負荷部材６３の回りに各パレット垂直荷重負荷部材６５および各電子機器垂直荷重負荷部材６７を９０度間隔で配置されているので、占有面積を小さくすることができる。

第一水平方向荷重負荷部５５および第二水平方向荷重負荷部５７は、供試体２３の軸線中心回りに略９０度離れた位置に設置されている。第一水平方向荷重負荷部５５および第二水平方向荷重負荷部５７は構成が略同じであるので、以下、主として第一水平方向荷重負荷部５５について構成を説明する。第一水平方向荷重負荷部５５の部材には、符号にサ”ａ”を、第二水平方向荷重負荷部５７の部材には、符号にサフィックス”ｂ”を付して区別する。

第一水平方向荷重負荷部５５には、下端部が床面４９に固定され、上下方向に延在する支柱８７ａと、支柱８７ａに取り付けられた与圧水平荷重負荷部材（荷重負荷部材）８９ａ、パレット水平荷重負荷部材（荷重負荷部材）９１ａおよび電子機器水平荷重負荷部材（荷重負荷部材）９３ａと、が備えられている。

与圧水平荷重負荷部材８９ａは、支柱８７ａの上端部に供試体２３の軸線中心に向けて略水平に延在するように取り付けられ、与圧荷重点部５１に対し水平方向に荷重を負荷するものである。
与圧水平荷重負荷部材８９ａには、一端が支柱８７ａに揺動可能に取り付けられた油圧ジャッキ９５ａと、一端が油圧ジャッキ９５ａのピストンロッドに取り付けられ、他端が与圧荷重点部５１に揺動可能に取り付けられた荷重負荷用ロッド９７ａと、負荷された荷重を測定するロードセル９９ａと、油圧ジャッキ９５ａのピストンロッドの変位を計測する変位計１０１ａと、が備えられている。

与圧水平荷重負荷部材８９ａおよび与圧水平荷重負荷部材８９ｂは、略直交するように配置されている。
このように、水平方向に負荷される荷重は２方向から与圧荷重点部５１に作用するので、与圧荷重点部５１に負荷される略水平面内の荷重は、与圧水平荷重負荷部材８９ａで負荷される荷重と与圧水平荷重負荷部材８９ｂで負荷される荷重が合成された大きさとなる。したがって、油圧ジャッキ９５ａおよび油圧ジャッキ９５ｂを制御し、与圧水平荷重負荷部材８９ａおよび与圧水平荷重負荷部材８９ｂの荷重レベルを制御することによって水平面内で任意の方向に荷重を負荷することができる。
これに与圧垂直荷重負荷部材６３による供試体２３の軸線方向に荷重を加えることにより与圧荷重点部５１に３次元で任意の方向に荷重を負荷することができる。

パレット水平荷重負荷部材９１ａは、支柱８７ａにおけるパレット荷重点部３９の上端部位置と略同等の高さ位置に供試体２３の軸線中心に向けて略水平に延在するように取り付けられ、パレット荷重点部３９に対し水平方向に荷重を負荷するものである。
パレット水平荷重負荷部材９１ａには、一端が支柱８７ａに揺動可能に取り付けられた油圧ジャッキ１０３ａと、一端が油圧ジャッキ１０３ａのピストンロッドに取り付けられ、他端がパレット荷重点部３９に揺動可能に取り付けられた荷重負荷用ロッド１０５ａと、負荷された荷重を測定するロードセル１０７ａと、油圧ジャッキ１０３ａのピストンロッドの変位を計測する変位計１０９ａと、が備えられている。

パレット水平荷重負荷部材９１ａおよびパレット水平荷重負荷部材９１ｂは、略直交するように配置され、それぞれ開口部１５に挿通されている。
このように、水平方向に負荷される荷重は２方向からパレット荷重点部３９に作用するので、上述した与圧荷重点部５１と同様にパレット荷重点部３９に対し水平面内で任意の方向に荷重を負荷することができる。
これにパレット垂直荷重負荷部材６５による供試体２３の軸線方向に荷重を加えることによりパレット荷重点部３９に３次元で任意の方向に荷重を負荷することができる。

電子機器水平荷重負荷部材９３ａは、支柱８７ａにおける電子機器荷重点部４７の上端部位置と略同等の高さ位置に供試体２３の軸線中心に向けて略水平に延在するように取り付けられ、電子機器荷重点部４７に対し水平方向に荷重を負荷するものである。
電子機器水平荷重負荷部材９３ａには、一端が支柱８７ａに揺動可能に取り付けられた油圧ジャッキ１１１ａと、一端が油圧ジャッキ１１１ａのピストンロッドに取り付けられ、他端が電子機器荷重点部４７に揺動可能に取り付けられた荷重負荷用ロッド１１３ａと、負荷された荷重を測定するロードセル１１５ａと、油圧ジャッキ１１１ａのピストンロッドの変位を計測する変位計１１７ａと、が備えられている。

電子機器水平荷重負荷部材９３ａおよび電子機器水平荷重負荷部材９３ｂは、図４に示されるように供試体２３の軸線中心回りに９０度に近い鋭角の関係に配置されている。
このように、水平方向に負荷される荷重は２方向から電子機器荷重点部４７に作用するので、上述した与圧荷重点部５１と同様に電子機器荷重点部４７に対し水平面内で任意の方向に荷重を負荷することができる。
これに電子機器垂直荷重負荷部材６７による供試体２３の軸線方向に荷重を加えることにより電子機器荷重点部４７に３次元で任意の方向に荷重を負荷することができる。

加重試験装置２５には、与圧垂直荷重負荷部材６３等の荷重負荷部材の変位計で測定する変位量以外に供試体２３の変位等の挙動を判定するための部材が備えられている。
たとえば、スキン１７の座屈挙動および残留変形を直接測定する歪みゲージ、画像解析によってそれらを確認するための撮影用のビデオカメラ等が所定の位置に取り付けられている。

制御部５９は、与圧垂直荷重負荷部材６３、パレット垂直荷重負荷部材６５、電子機器垂直荷重負荷部材６７、与圧水平荷重負荷部材８９ａ，８９ｂ、パレット水平荷重負荷部材９１ａ，９１ｂおよび電子機器水平荷重負荷部材９３ａ，９３ｂの荷重負荷動作を含め、荷重負荷装置２５の動作を制御する。
制御部５９には、供試体２３の荷重負荷試験を行った後の除荷動作を制御する除荷制御部１１９が備えられている。
除荷制御部１１９には、図６に示されるように除荷動作を、供試体２３の変位量を制御対象として変位制御モードで行う安全除荷モード１２１が備えられている。

このように、構成された荷重負荷装置２５による供試体２３の荷重負荷試験について説明する。
制御部５９で、供試体２３に負荷する荷重分布が、打上げ時慣性力荷重を実機条件に近い分布に設定される。制御部５９は、この荷重分布を再現するために、与圧荷重点部５１、パレット荷重点部３９および電子機器荷重点部４７に作用させる荷重の方向および大きさの荷重条件を計算する。制御部５９は、計算された荷重条件によって与圧垂直荷重負荷部材６３、パレット垂直荷重負荷部材６５、電子機器垂直荷重負荷部材６７、与圧水平荷重負荷部材８９ａ，８９ｂ、パレット水平荷重負荷部材９１ａ，９１ｂおよび電子機器水平荷重負荷部材９３ａ，９３ｂの荷重負荷動作を設定する。

たとえば、試験ケースとして、支柱８７ａ方向に水平に慣性力荷重がかかる場合について説明する。
制御部５９は、この慣性力荷重を再現するために必要な荷重条件を計算し、与圧垂直荷重負荷部材６３、パレット垂直荷重負荷部材６５、電子機器垂直荷重負荷部材６７、与圧水平荷重負荷部材８９ｂ、パレット水平荷重負荷部材９１ｂおよび電子機器水平荷重負荷部材９３ｂは、荷重を負荷しないように中立状態とする。制御部５９は、与圧水平荷重負荷部材８９ａ、パレット水平荷重負荷部材９１ａおよび電子機器水平荷重負荷部材９３ａの荷重負荷条件を設定する。

図６は、安全除荷モード１２１を用いた荷重負荷試験のフローを示している。図７は、供試体２３の変形と除荷状況を模式的に示している。
制御５９は、設定した荷重負荷条件によって与圧水平荷重負荷部材８９ａ、パレット水平荷重負荷部材９１ａおよび電子機器水平荷重負荷部材９３ａを動作させ、与圧荷重点部５１、パレット荷重点部３９および電子機器荷重点部４７に所定の荷重を負荷させる（ステップＳ１）。すなわち、与圧水平荷重負荷部材８９ａ、パレット水平荷重負荷部材９１ａおよび電子機器水平荷重負荷部材９３ａは荷重で制御される荷重制御モードで動作されている。

推進モジュールダミー３３は床面４９に固定して取り付けられているので、この荷重負荷によって供試体２３は、たとえば、図７に示されるように片持ち式に変形することになる。供試体２３は、柔な構造であるので、限界荷重近辺での変位量が急撃に大きくなる。
供試体２３は、大型の構造物で高価であるし、荷重負荷試験は種々の荷重条件で行うので、永久変形あるいは破壊が起こらないように注意する必要がある。
このため、供試体２３の変形状態を監視し、限界と判断すると、安全のため緊急停止を指示し、その変形状態を保持させる（ステップＳ２）。

このときの与圧荷重点部５１、パレット荷重点部３９および電子機器荷重点部４７の変位位置を結ぶと、変位形状１２３となる。
この状態から荷重制御モードによって与圧水平荷重負荷部材８９ａ、パレット水平荷重負荷部材９１ａおよび電子機器水平荷重負荷部材９３ａが負荷する荷重を、たとえば、一定割合で漸減させるように除荷すると、二点鎖線の変位形状１２４に示されるように大きく変位している与圧荷重点部５１は少しの荷重低減で大きく元に戻る方向に変位する、一方、変位の少ないパレット荷重点部３９および電子機器荷重点部４７ではほとんど元に戻る方向に変位しない事態となる。これにより変位形状１２４の、たとえば、変曲点付近で供試体２３に相対的に過度の荷重が負荷され、供試体２３が破壊する危険性がある。

本実施形態では、制御部５９は、除荷動作を安全除荷モード１２１によって行う。
すなわち、与圧水平荷重負荷部材８９ａ、パレット水平荷重負荷部材９１ａおよび電子機器水平荷重負荷部材９３ａの動作を荷重制御モードから変位制御モードに変更する（ステップＳ３）。
制御部５９は、変位計１０１ａにより与圧荷重点部５１の変位量Ｄｐ、変位計１０９ａによりパレット荷重点部３９の変位量Ｄｎおよび変位計１１７ａにより電子機器荷重点部４７の変位量Ｄｅを取得して変位減少分を計算する（ステップＳ４）。
なお、各荷重点部に複数の荷重負荷部材が荷重を負荷している場合は、関与している荷重負荷部材の変位計の変位量から各荷重点部の変位量を計算することになる。

制御部３９は、変位制御モードによって、たとえば、変位量Ｄｐ、変位量Ｄｎおよび変位量Ｄｅが一定割合で変位するように与圧水平荷重負荷部材８９ａ、パレット水平荷重負荷部材９１ａおよび電子機器水平荷重負荷部材９３ａの動作を制御する（ステップＳ５）。
除荷動作が進み、変位量Ｄｐ、変位量Ｄｎおよび変位量Ｄｅが三分の二となった状態が変位形状１２５であり、三分の一になった状態が変位形状１２７である。
変位形状１２５および変位形状１２７は、変形形状１２３の変形割合を維持している。
なお、変位制御モードでは、変位量Ｄｐ、変位量Ｄｎおよび変位量Ｄｅを一定割合で変化させるようにしているが、これに限定されるものではない。適宜な変位量で変位させてもよい。

このように、除荷動作が変位制御モードによって行われると、たとえば、限界荷重近辺の荷重が負荷され、変形量が大きな箇所でも除荷初期に急激に変位することがなくなるので、与圧荷重点部５１、パレット荷重点部３９および電子機器荷重点部４７の間で変位量の変動を小さく抑えることができる。
これにより、供試体２３に相対的に過度の荷重が負荷されることが抑制できるので、たとえ、柔な構造をした供試体２３に対しても、最大荷重に達した後の除荷が供試体２３を破壊することなく安全に行える。

変位制御モードで運転中、初期状態、すなわち、変位量Ｄｐ、変位量Ｄｎおよび変位量Ｄｅが０になったか判定し（ステップＳ６）、初期状態でない（ＮＯ）場合、変位制御モードでの運転を継続する。
初期状態となった（ＹＥＳ）場合、与圧水平荷重負荷部材８９ａ、パレット水平荷重負荷部材９１ａおよび電子機器水平荷重負荷部材９３ａの油圧を０にし、荷重負荷試験を終了する（ステップＳ７）。

なお、本実施形態の安全除荷モード１２１は、変位量が０になるまで、変位制御モードで除荷しているが、これに限定されない。たとえば、図８に示されるように除荷動作の中途で除荷動作のモードを選択する安全除荷モード１２９を用いてもよい。
安全除荷モード１２９を用いた荷重負荷試験について説明する。
ステップＳ１１からステップＳ１５までは、図６のステップＳ１からステップＳ５までと同じであるので、ここでは重複した説明を省略する。

変位制御モードで運転中、除荷動作が進み、与圧水平荷重負荷部材８９ａ、パレット水平荷重負荷部材９１ａおよび電子機器水平荷重負荷部材９３ａが負荷している荷重が小さくなると、変位量の低下と荷重の低下との関係が線形となる。このときの荷重を低荷重という。
安全除荷モード１２９では、与圧水平荷重負荷部材８９ａ、パレット水平荷重負荷部材９１ａおよび電子機器水平荷重負荷部材９３ａの荷重が、低荷重状態になったかを判定する（ステップＳ１６）。

ステップＳ１６で、ＮＯの場合、変位制御モードでの運転を継続する。ＹＥＳの場合、制御モードを荷重制御モードに変更するか判定する（ステップＳ１７）。
制御モードを切り替える（ＹＥＳ）場合、制御部５９は、変位制御モードから荷重制御モードに切り替えて除荷動作を行う（ステップＳ１８）。
このように、荷重制御モードに切り替えて、荷重を制御対象とすると、制御がより容易となり、除荷動作の安全性を向上させることができる。負荷荷重が０になると、荷重負荷試験を終了する（ステップＳ１９）。

ステップＳ１７で、制御モードを変更しない（ＮＯ）場合、初期状態、すなわち、変位量Ｄｐ、変位量Ｄｎおよび変位量Ｄｅが０になったか判定し（ステップＳ２０）、初期状態でない（ＮＯ）場合、変位制御モードでの運転を継続する。
初期状態となった（ＹＥＳ）場合、与圧水平荷重負荷部材８９ａ、パレット水平荷重負荷部材９１ａおよび電子機器水平荷重負荷部材９３ａの油圧を０にし、荷重負荷試験を終了する（ステップＳ１９）。

なお、本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行ってもよい。

２３ 供試体
２５ 荷重負荷装置
５９ 制御部
６３ 与圧垂直荷重負荷部材
６５ パレット垂直荷重負荷部材
６７ 電子機器垂直荷重負荷部材
８９ａ，８９ｂ 与圧水平荷重負荷部材
９１ａ，９１ｂ パレット水平荷重負荷部材
９３ａ，９３ｂ 電子機器水平荷重負荷部材
１１９ 除荷制御部
１２１ 安全除荷モード
１２９ 安全除荷モード

Claims (4)

1. 複数の荷重負荷部材と、該各荷重負荷部材の荷重負荷動作を制御する制御部と、を備え、前記各荷重負荷部材によって供試体の複数箇所に荷重を負荷して該供試体の荷重負荷試験を行う荷重負荷装置であって、
   前記制御部には、前記供試体の荷重負荷試験を行った後の除荷動作を制御する除荷制御部が備えられ、
   該除荷制御部には、前記各荷重負荷部材の除荷動作を、前記供試体の変位量を制御対象として変位制御を行う安全除荷モードが備えられ、
   前記安全除荷モードでは、前記変位制御を用いて前記荷重負荷部材によって荷重を負荷されている前記供試体の複数箇所の荷重あるいは変位量が所定の範囲に入った場合、選択的に前記各荷重負荷部材の除荷動作を、前記各荷重負荷部材の負荷荷重を制御対象として荷重制御に切り替えることを特徴とする荷重負荷装置。
2. 前記安全除荷モードでは、前記荷重負荷部材によって荷重を負荷されている前記供試体の複数箇所の変位量が、それぞれ略一定の割合で減少するように制御されることを特徴とする請求項１に記載の荷重負荷装置。
3. 複数の荷重負荷部材によって供試体の複数箇所に荷重を負荷して該供試体の荷重負荷試験を行う荷重負荷方法であって、
   前記供試体の荷重負荷試験を行った状態を保持した後、除荷動作を行う除荷工程が備えられ、
   該除荷工程では、前記各荷重負荷部材の除荷動作は前記供試体の変位量を制御対象とした変位制御によって行われ、
   前記除荷工程では、前記変位制御を用いて前記荷重負荷部材によって荷重を負荷されている前記供試体の複数箇所の荷重あるいは変位量が所定の範囲に入った場合、選択的に前記各荷重負荷部材の除荷動作を、前記各荷重負荷部材の負荷荷重を制御対象として荷重制御に切り替えることを特徴とする荷重負荷試験方法。
4. 前記除荷工程では、前記荷重負荷部材によって荷重を負荷されている前記供試体の複数箇所の変位量が、それぞれ略一定の割合で減少するように制御されることを特徴とする請求項３に記載の荷重負荷試験方法。

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