JP5710997B2 - Fatigue limit identification system and fatigue limit identification method - Google Patents

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Description

本発明は、繰り返し応力を測定対象物に加えて、材料内部のエネルギー散逸によって生じる平均温度上昇量、もしくは発生応力振幅の1、2、3倍の周波数成分の一定領域内における分布を赤外線サーモグラフィ装置によって測定する散逸エネルギー測定手段を用いた疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法である。   The present invention relates to an infrared thermography apparatus that applies a repeated stress to an object to be measured, and distributes an average temperature rise caused by energy dissipation inside the material or a frequency component of 1, 2, 3 times the generated stress amplitude within a certain region. The fatigue limit specifying system and the fatigue limit specifying method using the dissipative energy measuring means to measure by the above.

従来、疲労限度や疲労破壊箇所の特定方法としては、例えば、非特許文献1〜4に記載されているようなものが報告されている。図30(a)は、非特許文献1に記載された従来の疲労箇所の特定方法について、赤外線サーモグラフィ装置で測定されたXC55(カーボン量0.55%含有の炭素鋼)スチール試験片の温度上昇量の分布を示した画像である。図30(a)に示す画像より、XC55スチール試験片の温度上昇箇所を知ることができる。非特許文献1では、XC55スチール試験片に100Hzで周期的に引張−圧縮荷重を加え、測定された温度上昇箇所で疲労破壊が生じることが述べられている。   Conventionally, as a method for specifying a fatigue limit or a fatigue fracture location, for example, methods described in Non-Patent Documents 1 to 4 have been reported. FIG. 30 (a) shows the temperature rise of an XC55 (carbon steel containing 0.55% carbon) steel test piece measured by an infrared thermography apparatus for the conventional method for identifying a fatigue point described in Non-Patent Document 1. It is the image which showed distribution of quantity. From the image shown in FIG. 30 (a), the temperature rise location of the XC55 steel test piece can be known. Non-Patent Document 1 states that a tensile fracture-compression load is periodically applied to an XC55 steel test piece at 100 Hz, and fatigue failure occurs at a measured temperature rise location.

また、図30(b)は、非特許文献1に示された疲労限界応力値の特定方法を示している。図30(b)には、図30(a)で用いた赤外線サーモグラフィ装置でXC55スチール試験片に加えられる周期的な引張−圧縮荷重を段階的に変化させて温度上昇量を測定した結果を示す。図30(b)では、応力380MPa付近で、応力に対する温度上昇量の傾きが変化する様子を示している。非特許文献1では、この傾きが変化する点(すなわち、2つの直線が交差する点)がXC55スチール試験片の疲労限度とほぼ一致することを述べている。   FIG. 30B shows a method for specifying the fatigue limit stress value shown in Non-Patent Document 1. FIG. 30 (b) shows the result of measuring the amount of temperature rise by stepwise changing the periodic tensile-compressive load applied to the XC55 steel test piece with the infrared thermography apparatus used in FIG. 30 (a). . FIG. 30B shows a state in which the gradient of the temperature rise with respect to the stress changes near the stress of 380 MPa. Non-Patent Document 1 describes that the point at which the slope changes (that is, the point where two straight lines intersect) substantially matches the fatigue limit of the XC55 steel specimen.

非特許文献2では、クランクシャフトなど自動車部品への適応例が示され、非特許文献1と同様に荷重に対する温度上昇量の傾きが変化する様子を示している。非特許文献2でも、この傾きが変化する点(すなわち、2つの直線が交差する点)がクランクシャフトの疲労限度とほぼ一致することを述べている。   Non-Patent Document 2 shows an application example to an automobile part such as a crankshaft, and shows a state in which the gradient of the temperature rise with respect to the load changes as in Non-Patent Document 1. Non-Patent Document 2 also states that the point at which the slope changes (that is, the point where two straight lines intersect) substantially matches the fatigue limit of the crankshaft.

非特許文献3では、自動車の部品に幅広く用いられるXC55スチールについて回転曲げ試験で非特許文献1と同様に応力に対する温度上昇量の傾きが変化する様子を示し、2つの直線が交差する点が疲労限度とほぼ一致することを述べている。   Non-Patent Document 3 shows how the slope of the temperature rise with respect to stress changes in the rotational bending test for XC55 steel, which is widely used for automotive parts, and the point where two straight lines intersect is fatigued. It states that it almost matches the limit.

非特許文献4では、切り欠き試験片を用いて非特許文献1と同様に応力に対する温度上昇量の傾きが変化する点をプロットし、2つの直線が交差する点の応力と一方の直線が応力軸と交わる点の応力の差が最小になる交点を疲労限度とする疲労限応力の特定方法が述べられている。   In Non-Patent Document 4, the notch specimen is used to plot the point at which the slope of the temperature rise with respect to the stress changes as in Non-Patent Document 1, and the stress at the point where two straight lines intersect and one straight line is the stress. A method for identifying fatigue limit stress is described in which the intersection at which the difference in stress at the point of intersection with the axis is the minimum is the fatigue limit.

M.P. Luong、“Fatigue limit evaluation of metals using an infrared thermographic technique”、Mechanics of Materials 28、1998年、 p.155−163M.M. P. Luong, “Fatigue limit evaluation of metals using an infrared thermotechnique”, Mechanics of Materials 28, 1998, p. 155-163 矢尾板達也、「赤外線サーモグラフィによる応力画像と散逸エネルギー測定による疲労限界予測」、非破壊検査、2002年、第51巻、第6号、p.333−337Tatsuya Yao, “Fatigue Limit Prediction by Stress Image and Dissipation Energy Measurement by Infrared Thermography”, Nondestructive Inspection, 2002, Vol. 51, No. 6, p. 333-337 M.P.Luong 、“Infrared thermographic scanning of fatigue in metals”、Nuclear Engineering and Design,158:p.363−376,1995M.M. P. Luong, “Infrared thermal scanning of fatigue in metals”, Nuclear Engineering and Design, 158: p. 363-376, 1995 F.Cira,G.Curti,R.Sesana、“A new iteration method for the thermographic determination of fatigue limit in steels”、International Journal of Fatigue ,27:p.453−459,2005F. Cira, G. et al. Curti, R.A. Sesana, “A new iterative method for the thermal retardation of fatigue limits in steels”, International Journal of Fatigue, 27: p. 453-459, 2005

しかしながら、散逸エネルギー計測による疲労限度の特定方法および特定システムについては、以前から多くの報告がなされているものの散逸エネルギー測定を行う上での適正条件や2直線の引き方、疲労限度に相当する2直線の交点の適正な求め方など、研究者によってそれぞれの方法で行われていた。そのため、散逸エネルギー計測による疲労限応力の特定方法については、測定対象物の形状や材質、加工処理などに大きく影響を受けるほか、標準的な特定方法の判断方法がないことから大きな測定誤差を生じることがあった。   However, although there have been many reports on the method and system for identifying the fatigue limit by measuring the dissipated energy, there are a number of reports that have been made, but it is appropriate for the measurement of the dissipative energy, how to draw two straight lines, and the fatigue limit 2 Each method was used by researchers to determine how to find the intersection of straight lines. For this reason, the method for identifying the fatigue limit stress by measuring dissipative energy is greatly affected by the shape, material, processing, etc. of the measurement object, and there is no standard method for determining the specific method, resulting in a large measurement error. There was a thing.

これらの理由として、散逸エネルギー計測による疲労限界応力値の特定方法については、どのような条件で測定し、測定値から疲労限応力をどのように求めれば適正な値が得られるかなど適正な測定、解析を行う上でのパラメータなど不明な点が多いことが挙げられる。   For these reasons, regarding the method for identifying the fatigue limit stress value by measuring dissipated energy, it is necessary to measure under appropriate conditions, such as how to determine the fatigue limit stress from the measured value, and obtain an appropriate value. There are many unclear points such as parameters for the analysis.

それ故に、本発明の目的は、上記課題を解決するものであり、散逸エネルギー測定の測定条件を明確にすると共に、適正に疲労限応力を特定可能な疲労限度特定システム、および疲労限度特定方法を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems, and to clarify a measurement condition for dissipating energy measurement, and to identify a fatigue limit specifying system and a fatigue limit specifying method capable of appropriately specifying a fatigue limit stress. Is to provide.

本発明は、疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の疲労限度特定システムは、測定対象物に対して応力を繰り返し加える加振機と、測定対象物の微小な温度変化を測定し、測定対象物の温度画像を得る赤外線サーモグラフィ装置と、赤外線サーモグラフィ装置から得た測定対象物の温度画像を処理する情報処理装置とを備える。情報処理装置は、測定対象物の散逸エネルギーを測定する工程と、測定対象物の応力集中係数を評価する工程と、応力集中係数を評価する工程から得られた応力集中係数の値と、散逸エネルギーを測定する工程から得られた測定結果から疲労限度を特定する工程とを有する。散逸エネルギーを測定する工程は、一定の繰返し外力を作用させた場合に、ひずみ量に対する温度変化量の関係が閉じたヒステリシスループ状態でかつヒステリシスループの面積が一定状態になるまで繰返し加振させた安定状態で、散逸エネルギーを測定する。   The present invention is directed to a fatigue limit identification system and a fatigue limit identification method. In order to achieve the above object, the fatigue limit specifying system of the present invention measures the minute temperature change of the object to be measured and the vibrator that repeatedly applies stress to the object to be measured. An infrared thermography device that obtains a temperature image and an information processing device that processes the temperature image of the measurement object obtained from the infrared thermography device. The information processing apparatus includes a step of measuring the dissipated energy of the measurement object, a step of evaluating the stress concentration factor of the measurement object, a value of the stress concentration factor obtained from the step of evaluating the stress concentration factor, and the dissipated energy. And a step of specifying a fatigue limit from the measurement result obtained from the step of measuring In the process of measuring the dissipation energy, when a constant repeated external force was applied, it was repeatedly vibrated until the area of the hysteresis loop became constant in a hysteresis loop state in which the relationship between the amount of change in temperature and the amount of strain was closed. Measure the dissipated energy in a stable state.

疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法の概要を図1(a)に示す。図1(a)を参照して、本発明の疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法における散逸エネルギーを測定する工程は、負荷を徐々に増加させながら画像を取り込む工程と、更に、取り込んだ画像について特定の周波数で高速フーリエ変換による画像処理を行う工程と、画像相関法によりピクセルのズレ量からひずみ変化量を測定する工程とに分かれる。また、高速フーリエ変換による画像処理を行う工程で得られた温度画像は、次の主応力和の最大ピクセル範囲aを検出する工程で、図1(b)に示される主応力和画像の中で主応力和の最大ピクセル範囲aを検出される。そして、検出された最大ピクセル範囲aにおいて、ひずみ変化量を測定する工程で別途求められたひずみ変化量と、高速フーリエ変換による画像処理を行う工程で求められた温度変化量とを抽出し、ひずみ変化量に対する温度変化量の
グラフを作成する工程でひずみ変化量−温度変化量曲線(図1(c))を作成する。
An outline of the fatigue limit specifying system and the fatigue limit specifying method is shown in FIG. Referring to FIG. 1 (a), the steps of measuring the dissipated energy in the fatigue limit specifying system and the fatigue limit specifying method of the present invention include a step of capturing an image while gradually increasing the load, and a step of acquiring the captured image. It is divided into a process of performing image processing by fast Fourier transform at a specific frequency and a process of measuring a distortion change amount from a pixel shift amount by an image correlation method. Further, the temperature image obtained in the image processing step by the fast Fourier transform is a step of detecting the maximum pixel range a of the next principal stress sum, and is included in the principal stress sum image shown in FIG. A maximum pixel range a of the principal stress sum is detected. Then, in the detected maximum pixel range a, the strain change amount separately obtained in the step of measuring the strain change amount and the temperature change amount obtained in the step of performing image processing by fast Fourier transform are extracted, and the strain is extracted. A strain variation-temperature variation curve (FIG. 1C) is created in a step of creating a graph of the temperature variation with respect to the variation.

図1(c)に示されるひずみ変化量−温度変化量曲線は、次の工程でひずみ変化量−温度変化量曲線が閉じたヒステリシスループ状態でかつヒステリシスループの面積が一定状態であるかどうかを判断され、ヒステリシスループの面積が繰り返し数に関係なく一定状態であれば適応範囲と判断される。高速フーリエ変換により得られた画像から主応力和の最大ピクセル範囲aについて、測定対象物に対して与えられる荷重の増加、もしくは応力振幅の増加にともなって得られる散逸エネルギーは、図1(d)に示されるようにプロットされる。   The strain change-temperature change curve shown in FIG. 1C is a hysteresis loop state where the strain change-temperature change curve is closed in the next step, and whether the area of the hysteresis loop is constant or not. If it is determined and the area of the hysteresis loop is constant regardless of the number of repetitions, it is determined as the adaptive range. For the maximum pixel range a of the principal stress sum from the image obtained by the fast Fourier transform, the dissipated energy obtained as the load applied to the measurement object increases or the stress amplitude increases is shown in FIG. Is plotted as shown in

一方、ひずみ変化量−温度変化量曲線が閉じたヒステリシスループでもなくその面積が安定していない場合には非適応範囲と判断され、画像を取り込む工程へ戻り、ひずみ変化量−温度変化量曲線がヒステリシスループ状態でかつヒステリシスループの面積が一定状態になる条件を繰り返し求める。このように、ひずみ変化量−温度変化量曲線が閉じたヒステリシスループ状態でかつヒステリシスループの面積が一定状態であれば、次の統計処理&交点抽出工程へ進む。統計処理&交点抽出工程では、図1(d)に示されるグラフ中の少なくとも3点以上を用いて最小二乗法による統計処理を行うことで、数本の近似直線B、Cが引かれる。最も散逸エネルギーが低い状態を示す近似直線Aを基準とすると、引かれた数本の近似直線が近似直線Aとそれぞれ交わる交点A1、A2から疲労限度に相当する荷重A1’、A2’が得られる。   On the other hand, if the strain change-temperature change curve is not a closed hysteresis loop and the area is not stable, it is determined as a non-adaptive range, and the process returns to the image capture process, where the strain change-temperature change curve is The condition that the hysteresis loop state and the area of the hysteresis loop are constant is obtained repeatedly. In this way, if the strain change amount-temperature change amount curve is in a closed hysteresis loop state and the hysteresis loop area is constant, the process proceeds to the next statistical processing & intersection extraction step. In the statistical processing & intersection extraction step, several approximate lines B and C are drawn by performing statistical processing by the least square method using at least three or more points in the graph shown in FIG. When the approximate straight line A indicating the state with the lowest dissipated energy is used as a reference, loads A1 ′ and A2 ′ corresponding to the fatigue limit are obtained from the intersections A1 and A2 at which the drawn approximate straight lines intersect with the approximate straight line A, respectively. .

本発明は、疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の疲労限度特定システムは、測定対象物に対して荷重もしくは応力を繰り返し加える加振機と、測定対象物の微小な温度変化を測定し、測定対象物の温度画像を得る赤外線サーモグラフィ装置と、赤外線サーモグラフィ装置から得た測定対象物の温度画像を処理する情報処理装置とを備える。情報処理装置は、測定対象物の散逸エネルギーを測定する工程と、測定対象物の応力集中係数を評価する工程と、応力集中係数を評価する工程から得られた応力集中係数の値と、散逸エネルギーを測定する工程から得られた測定結果から疲労限度を特定する工程を有する。散逸エネルギーを測定する工程は、一定の繰返し外力を作用させた場合に、発生応力振幅の2倍の繰返し周波数成分が一定変化量になるまで繰返し加振させた安定状態で、散逸エネルギーを測定する。   The present invention is directed to a fatigue limit identification system and a fatigue limit identification method. In order to achieve the above object, the fatigue limit specifying system of the present invention measures a minute temperature change of a measurement object, a vibrator that repeatedly applies a load or stress to the measurement object, and measures the measurement object. An infrared thermography device that obtains a temperature image of an object, and an information processing device that processes the temperature image of the measurement object obtained from the infrared thermography device. The information processing apparatus includes a step of measuring the dissipated energy of the measurement object, a step of evaluating the stress concentration factor of the measurement object, a value of the stress concentration factor obtained from the step of evaluating the stress concentration factor, and the dissipated energy. And a step of specifying a fatigue limit from the measurement result obtained from the step of measuring. In the process of measuring the dissipated energy, the dissipated energy is measured in a stable state in which a repeated frequency component twice as large as the generated stress amplitude is repeatedly vibrated when a constant external force is applied. .

疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法の概要を図2(a)に示す。図2(a)を参照して、本発明の疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法における散逸エネルギーを測定する工程は、負荷を徐々に増加させながら画像を取り込む工程と、取り込んだ画像について発生応力振幅の2倍の周波数で特定サイクル毎に高速フーリエ変換による画像処理を行う工程と、主応力和の最大ピクセル範囲aを検出する工程と、サイクル数に対する特定サイクル毎に高速フーリエ変換による画像処理を行う工程によって得られた温度変化量をグラフ化する工程と、図2(b)に示されるサイクル数に対する温度変化量のグラフから温度変化量が一定変化する適応サイクル範囲bを特定する工程と、特定されたサイクル範囲で高速フーリエ変換による画像処理を行う工程と、散逸エネルギーをグラフ化する工程と、グラフ中の少なくとも3点以上を用いて最小二乗法による統計処理および交点を抽出する工程から構成される。   An outline of the fatigue limit specifying system and the fatigue limit specifying method is shown in FIG. With reference to FIG. 2A, the steps of measuring the dissipated energy in the fatigue limit specifying system and the fatigue limit specifying method of the present invention include the steps of capturing an image while gradually increasing the load, and the generated stress for the captured image. Performing image processing by fast Fourier transform for each specific cycle at a frequency twice the amplitude, detecting the maximum pixel range a of the principal stress sum, and performing image processing by fast Fourier transform for each specific cycle with respect to the number of cycles. A step of graphing the amount of temperature change obtained by the step of performing, a step of specifying an adaptive cycle range b in which the amount of change in temperature is constant from the graph of the amount of temperature change with respect to the number of cycles shown in FIG. A process of performing image processing by fast Fourier transform in a specified cycle range, a process of graphing dissipated energy, and a graph It consists step of extracting statistical processing and intersection by the least squares method using the at least three points in the.

特定サイクル毎に高速フーリエ変換による画像処理を行う工程によって得られた温度変化量をグラフ化すると図2(b)のように示される。図2(b)で示されるように、負荷される応力の繰返し回数が少ない範囲では2倍の周波数成分である温度変化量が指数関数的に減少する。一方、繰返し回数が多い範囲では温度変化量がほぼ一定で安定状態になる(すなわち、温度変化量の傾きが所定範囲に収まる)。このように、一定の繰返し外力を作用させた場合に、発生応力振幅の2倍の繰返し周波数成分が安定状態で測定することで
、疲労限度に相当する負荷荷重A1’、A2’を適正に求めることが可能になる。例えば、図2(b)のグラフでは400サイクル以上で温度変化量が一定状態になるため、適応範囲サイクル数は400サイクル以上と特定される。次に、特定された400サイクル以上の範囲の画像を用いて、応力周波数成分の2倍の周波数で高速フーリエ変換による画像処理が行われる。高速フーリエ変換により処理されたデータは図1(d)と同様に示され、グラフ中の少なくとも3点以上を用いて最小二乗法による統計処理を行うことで数本の近似直線B、Cが引かれる。最も散逸エネルギーが低い状態を示す近似直線Aを基準とすると、引かれた数本の近似直線が近似直線Aとそれぞれ交わる交点A1、A2から疲労限度に相当する負荷荷重A1’、A2’が得られる。
FIG. 2B shows a graph of the temperature change obtained by the process of performing image processing by fast Fourier transform for each specific cycle. As shown in FIG. 2B, the amount of temperature change, which is a double frequency component, decreases exponentially in the range where the number of repeated stresses applied is small. On the other hand, in a range where the number of repetitions is large, the temperature change amount is almost constant and stable (that is, the gradient of the temperature change amount falls within a predetermined range). In this way, when a constant repeated external force is applied, the load frequency A1 ′, A2 ′ corresponding to the fatigue limit is appropriately obtained by measuring the repeated frequency component twice the generated stress amplitude in a stable state. It becomes possible. For example, in the graph of FIG. 2B, since the temperature change amount becomes constant after 400 cycles or more, the number of adaptive range cycles is specified as 400 cycles or more. Next, image processing by fast Fourier transform is performed at a frequency twice as high as the stress frequency component, using the specified image in the range of 400 cycles or more. The data processed by the fast Fourier transform is shown in the same manner as in FIG. 1 (d). By performing statistical processing by the least square method using at least three points in the graph, several approximate lines B and C are drawn. It is burned. Based on the approximate straight line A indicating the state with the lowest dissipated energy, load loads A1 ′ and A2 ′ corresponding to the fatigue limit are obtained from the intersections A1 and A2 at which the drawn approximate straight lines intersect with the approximate straight line A, respectively. It is done.

本発明は、疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の疲労限度特定システムは、測定対象物に対して応力を繰り返し加える加振機と、測定対象物の微小な温度変化を測定し、測定対象物の温度画像を得る赤外線サーモグラフィ装置と、赤外線サーモグラフィ装置から得た測定対象物の温度画像を処理する情報処理装置とを備える。情報処理装置は、測定対象物の散逸エネルギーを測定する工程と、測定対象物の応力集中係数を評価する工程と、応力集中係数を評価する工程から得られた応力集中係数の値と、散逸エネルギーを測定する工程から得られた測定結果から疲労限度を特定する工程とを有し、散逸エネルギーを測定する工程は、一定の繰返し外力を作用させた場合に、発生応力振幅の1倍もしくは3倍の繰返し周波数成分が一定変化量になるまで繰返し加振させた安定状態で、散逸エネルギーを測定する。   The present invention is directed to a fatigue limit identification system and a fatigue limit identification method. In order to achieve the above object, the fatigue limit specifying system of the present invention measures the minute temperature change of the object to be measured and the vibrator that repeatedly applies stress to the object to be measured. An infrared thermography device that obtains a temperature image and an information processing device that processes the temperature image of the measurement object obtained from the infrared thermography device. The information processing apparatus includes a step of measuring the dissipated energy of the measurement object, a step of evaluating the stress concentration factor of the measurement object, a value of the stress concentration factor obtained from the step of evaluating the stress concentration factor, and the dissipated energy. The step of specifying the fatigue limit from the measurement result obtained from the step of measuring the energy, and the step of measuring the dissipative energy is 1 or 3 times the generated stress amplitude when a constant repeated external force is applied. The dissipated energy is measured in a stable state where vibration is repeatedly applied until the repetition frequency component of becomes a constant change amount.

疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法の概要は図2(a)と同様な構成からなる。図2(a)を参照して、本発明の疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法における散逸エネルギーを測定する工程は、負荷を徐々に増加させながら画像を取り込む工程と、取り込んだ画像について発生応力振幅の1倍もしくは3倍の周波数で特定サイクル毎に高速フーリエ変換による画像処理を行う工程と、主応力和の最大ピクセル範囲を検出する工程と、サイクル数に対する特定サイクル毎に高速フーリエ変換による画像処理を行う工程によって得られた温度変化量をグラフ化する工程と、図3(a)に示されるサイクル数に対する温度変化量のグラフから温度変化量が一定変化する適応サイクル範囲bを特定する工程と、特定されたサイクル範囲で高速フーリエ変換による画像処理を行う工程と、散逸エネルギーをグラフ化する工程と、グラフ中の少なくとも3点以上を用いて最小二乗法による統計処理および交点を抽出する工程から構成される。特定サイクル毎に高速フーリエ変換による画像処理を行う工程によって発生応力振幅の1倍の高速フーリエ変換で得られた温度変化量をグラフ化すると図3(a)のように示される。また、発生応力振幅の3倍の高速フーリエ変換で得られた温度変化量をグラフ化すると図3(b)のように示される。   The outline of the fatigue limit specifying system and the fatigue limit specifying method has the same configuration as in FIG. With reference to FIG. 2A, the steps of measuring the dissipated energy in the fatigue limit specifying system and the fatigue limit specifying method of the present invention include the steps of capturing an image while gradually increasing the load, and the generated stress for the captured image. Image processing by fast Fourier transform for each specific cycle at a frequency of 1 or 3 times the amplitude, step of detecting the maximum pixel range of the principal stress sum, and image by fast Fourier transform for each specific cycle with respect to the number of cycles A step of graphing the temperature change amount obtained by the processing step, and a step of specifying an adaptive cycle range b in which the temperature change amount changes constantly from the graph of the temperature change amount with respect to the number of cycles shown in FIG. A process to perform image processing by fast Fourier transform in the specified cycle range, and a process to graph the dissipation energy When comprised of the step of extracting statistical processing and intersection by the least squares method using the at least three points in the graph. FIG. 3A shows a graph of the amount of temperature change obtained by fast Fourier transform, which is one time the generated stress amplitude, in the process of performing image processing by fast Fourier transform for each specific cycle. Moreover, when the temperature change amount obtained by the fast Fourier transform of three times the generated stress amplitude is graphed, it is shown as in FIG.

図3(a)、(b)で示されるように、負荷される応力の繰返し回数が少ない範囲では1倍もしくは3倍の周波数成分である温度変化量が指数関数的に増加する。一方、繰返し回数が多い範囲では温度変化量がほぼ一定で安定状態になる(すなわち、温度変化量の傾きが所定範囲に収まる)。このように、一定の繰返し外力を作用させた場合に、発生応力振幅の1倍もしくは3倍の繰返し周波数成分が安定状態で測定することで疲労限度に相当する負荷荷重A1’、A2’を適正に求めることが可能になる。例えば図3(a)、(b)のグラフでは400サイクル以上で温度変化量が一定状態になるため、適応範囲サイクル数は400サイクル以上と特定される。次に、特定された400サイクル以上の範囲の画像を用いて、応力周波数成分の12倍もしくは3倍の周波数で高速フーリエ変換による画像処理が行われる。高速フーリエ変換により処理されたデータは図1(d)と同様に示され、グラフ中の少なくとも3点以上を用いて最小二乗法による統計処理を行うことで数本の近似直線B、Cが引かれる。最も散逸エネルギーが低い状態を示す近似直線Aを基準とすると、引かれた数本の近似直線が近似直線Aとそれぞれ交わる交点A1、A2から疲
労限度に相当する負荷荷重A1’、A2’が得られる。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the temperature change amount, which is a frequency component of 1 or 3 times, increases exponentially in a range where the number of repeated stresses applied is small. On the other hand, in a range where the number of repetitions is large, the temperature change amount is almost constant and stable (that is, the gradient of the temperature change amount falls within a predetermined range). In this way, when a constant external force is applied, the load loads A1 ′ and A2 ′ corresponding to the fatigue limit are properly measured by measuring a repetition frequency component that is one or three times the generated stress amplitude in a stable state. It becomes possible to ask for. For example, in the graphs of FIGS. 3A and 3B, since the temperature change amount is constant after 400 cycles or more, the adaptive range cycle number is specified as 400 cycles or more. Next, image processing by fast Fourier transform is performed at a frequency 12 times or 3 times the stress frequency component, using the specified image in the range of 400 cycles or more. The data processed by the fast Fourier transform is shown in the same manner as in FIG. 1 (d). By performing statistical processing by the least square method using at least three points in the graph, several approximate lines B and C are drawn. It is burned. When the approximate straight line A indicating the state with the lowest dissipated energy is used as a reference, load loads A1 ′ and A2 ′ corresponding to the fatigue limit are obtained from the intersections A1 and A2 where the drawn approximate straight lines intersect with the approximate straight line A, respectively. It is done.

本発明の散逸エネルギーを測定する工程は、得られた温度画像を情報処理装置により繰返し応力周波数の2倍もしくは3倍の周波数成分で高速フーリエ変換を行い、高速フーリエ変換された温度画像の温度変化量分布が最大を示す領域において、温度変化量を抽出することを特徴とする。   In the process of measuring the dissipated energy of the present invention, the obtained temperature image is subjected to fast Fourier transform with a frequency component that is twice or three times the repeated stress frequency by an information processing device, and the temperature change of the fast Fourier transformed temperature image. A temperature change amount is extracted in a region where the quantity distribution shows the maximum.

散逸エネルギーを測定する工程で情報処理装置により、発生応力振幅の2倍もしくは3倍の周波数成分で高速フーリエ変換を行い、高速フーリエ変換された温度画像の温度変化量分布が最大を示す領域を図4に示す。図4の四角で囲った範囲の色が白くなっている領域が温度変化量の最大部分である。この最大部分の温度を負荷荷重ごとにプロットすることにより図1(d)に示されるようなグラフが得られ、このグラフから疲労限度を求めることができる。   In the process of measuring the dissipated energy, the information processing device performs fast Fourier transform with a frequency component twice or three times the generated stress amplitude, and shows the region where the temperature change distribution of the temperature image subjected to fast Fourier transform shows the maximum 4 shows. The region where the color in the range enclosed by the square in FIG. 4 is white is the maximum temperature change amount. By plotting the temperature of this maximum portion for each load, a graph as shown in FIG. 1D is obtained, and the fatigue limit can be obtained from this graph.

本発明の散逸エネルギーを測定する工程は、情報処理装置により、測定対象物に対して繰返し加えられる応力によって発生する主応力和が最大を示す領域において、特定時間に対する温度上昇量を抽出することを特徴とする。   The step of measuring the dissipated energy of the present invention is to extract the amount of temperature rise with respect to a specific time in the region where the principal stress sum generated by the stress repeatedly applied to the measurement object is maximum by the information processing device. Features.

散逸エネルギーを測定する工程における測定対象物に対して繰返し加えられる応力によって発生する主応力和が最大を示す領域において、特定時間に対する温度上昇量を表す図を図5に示す。ある特定時間の間、測定対象物に対して応力を繰返し加え、主応力和が最大を示す領域において、特定時間に対する温度をプロットすると図5に示すように温度が上昇する。この温度変動の上昇を最小二乗法により一次近似を行い,一次近似した直線の最後と最初のフレームにおける値の差を平均温度差ΔTとして定義する。この平均温度差ΔTを荷重ごとに求め、横軸に荷重、縦軸にΔTをプロットすると図1(d)と同様なグラフが得られ、このグラフから疲労限度を求めることができる。   FIG. 5 is a diagram showing a temperature rise amount with respect to a specific time in a region where the principal stress sum generated by the stress repeatedly applied to the measurement object in the step of measuring the dissipation energy is maximum. When stress is repeatedly applied to the measurement object for a certain time and the temperature for the specific time is plotted in a region where the principal stress sum is maximum, the temperature rises as shown in FIG. This temperature fluctuation rise is first-order approximated by the least square method, and the difference between the values of the first and last frames of the first-order approximated line is defined as the average temperature difference ΔT. When this average temperature difference ΔT is obtained for each load, and the load is plotted on the horizontal axis and ΔT is plotted on the vertical axis, a graph similar to FIG. 1D is obtained, and the fatigue limit can be obtained from this graph.

本発明の疲労限度を特定する工程は、高サイクル疲労に相当する応力範囲のデータを主に用いることを特徴とする。   The step of specifying the fatigue limit of the present invention is characterized by mainly using data in a stress range corresponding to high cycle fatigue.

ここで、高サイクル疲労に相当する応力範囲について図6を用いて説明する。図6は、横軸が繰り返し回数、縦軸が応力振幅である完全疲労曲線を示した図である。この図で、σは引張り強さ、σPBは上部不連続応力、σPHは下部不連続応力、σは臨界応力、σは疲労限度、Nは臨界繰返し数である。図6で高サイクル疲労に相当する応力範囲σは、σ≦σ≦σである。 Here, the stress range corresponding to high cycle fatigue will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram showing a complete fatigue curve in which the horizontal axis represents the number of repetitions and the vertical axis represents the stress amplitude. In this figure, σ B is the tensile strength, σ PB is the upper discontinuous stress, σ PH is the lower discontinuous stress, σ K is the critical stress, σ W is the fatigue limit, and NK is the critical number of cycles. In FIG. 6, the stress range σ corresponding to high cycle fatigue is σ W ≦ σ ≦ σ K.

本発明の疲労限度を特定する工程は、測定対象物に対して加えられる応力の繰返し周波数の1倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量を算出し、試験機荷重に対する温度変化量もしくは主応力和が急激な増減を伴わない荷重または応力範囲を主に用いることを特徴とする。図7(a)および図7(b)は、横軸に試験機荷重、縦軸に主応力和をプロットしたものである。   In the step of specifying the fatigue limit of the present invention, the temperature change amount obtained by fast Fourier transform at a frequency that is one time the repetition frequency of the stress applied to the object to be measured is calculated, and the temperature change amount or main stress with respect to the testing machine load. A load or stress range in which the sum does not rapidly increase or decrease is mainly used. In FIG. 7A and FIG. 7B, the test machine load is plotted on the horizontal axis and the principal stress sum is plotted on the vertical axis.

ここで、試験機荷重に対する温度変化量もしくは主応力和が急激な増減を伴わない範囲とは、図7(a)もしくは図7(b)で示される適応荷重範囲αの範囲である。   Here, the range in which the temperature change amount or the principal stress sum with respect to the testing machine load does not rapidly increase or decrease is the range of the adaptive load range α shown in FIG. 7A or 7B.

本発明の疲労限度を特定する工程は、測定対象物に対して加えられる応力の繰返し周波数の2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量を算出し、主応力和もしくは繰返し周波数の1倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量に対する2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量が急激な増減を伴わない荷重または応力範囲を主に用いることを特徴とする。   The step of specifying the fatigue limit of the present invention calculates the amount of temperature change obtained by fast Fourier transformation at a frequency twice the repetition frequency of the stress applied to the object to be measured. It is characterized by mainly using a load or stress range in which the temperature change amount obtained by fast Fourier transform at a frequency twice as high as the temperature change amount obtained by fast Fourier transform at the frequency does not involve a sudden increase or decrease.

ここで、主応力和もしくは繰返し周波数の1倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量に対する2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量が急激な増減を伴わない範囲とは、図8(a)もしくは図8(b)で示される適応応力範囲αの範囲である。   Here, the range in which the temperature change amount obtained by fast Fourier transform at a frequency twice as fast as the temperature change amount obtained by fast Fourier transform at the frequency of the principal stress sum or the repetition frequency is not accompanied by a sudden increase or decrease is shown in FIG. ) Or the range of the adaptive stress range α shown in FIG.

なお、試験機荷重に対する温度変化量もしくは主応力和である繰返し周波数の1倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量に対する2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量で特定しなくとも図9(a)、図9(b)に示される試験機荷重に対する2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量をプロットしたグラフで、温度変化量が急激な増減を伴わない範囲を特定できる場合には、試験機荷重に対する2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量をプロットしたグラフで判断してもよい。   It should be noted that the temperature change amount with respect to the test machine load or the temperature change amount obtained by fast Fourier transform at a frequency twice as fast as the temperature change amount obtained by fast Fourier transform at a frequency that is one time the repetition frequency that is the principal stress sum is not specified. (A) When the temperature change amount obtained by fast Fourier transform at a frequency twice the test machine load shown in FIG. 9 (b) is plotted, and the range in which the temperature change amount does not rapidly increase or decrease can be specified. May be determined by a graph in which the amount of temperature change obtained by fast Fourier transform at a frequency twice that of the testing machine load is plotted.

本発明の散逸エネルギーを測定する工程は、散逸エネルギーを測定する工程で処理された温度画像の温度変化量が最大を示す領域の応力に対する温度変化量をプロットしたグラフにおいて、全データ数をNとして、N−n>1のデータ範囲で最小二乗法により統計処理された近似線Aおよび近似線BN−nの分散をそれぞれA’、B’N−nとし、分散A’と分散B’N−nの和が最小を満たすnによって決定される少なくとも2本以上の近似線の交点により、疲労限度を求めることを特徴とする。 The step of measuring the dissipative energy of the present invention is a graph plotting the temperature change amount against the stress in the region where the temperature change amount of the temperature image processed in the step of measuring the dissipative energy is maximum. , n-n> statistical treated approximate line by the least square method in the first data range a n and dispersing the respective a approximate line B n-n 'n, B ' and n-n, dispersion and dispersion a 'n The fatigue limit is obtained by the intersection of at least two approximate lines determined by n satisfying the minimum of the sum of B ′ N−n .

図10は、3≦n≦N−nの範囲でnを一つずつ増やしながら求めた近似線An、N−nの交点に相当する荷重もしくは応力振幅を横軸に、各近似線An、N−nの分散A’とB’N−nの和が最小になるときの近似線を引いた図である。このときの分散A’とB’N−nは各々式(1)で示される。 10, 3 ≦ n ≦ N-n approximate line A n was determined while increasing one by one n in the range of the horizontal axis of the load or stress amplitude corresponding to the intersection of B N-n, each approximation line A n, it is a diagram obtained by subtracting the approximate line when the sum of the variances a 'n and B' n-n of B n-n are minimized. The dispersions A ′ n and B ′ N−n at this time are each represented by the formula (1).

Figure 0005710997
Figure 0005710997

ただし、n:最小荷重からの数、N:適応荷重または応力範囲α内の測定点
図10に示されるように、分散A’と分散B’N−nの和が最小を満たすnによって決定される少なくとも2本以上の近似線の交点により疲労限度を精度よく求めることができる。
Where n: number from minimum load, N: measurement point within adaptive load or stress range α, as shown in FIG. 10, determined by n satisfying the minimum of the sum of variance A ′ n and variance B ′ N−n The fatigue limit can be accurately obtained from the intersection of at least two approximate lines.

以上のように、本発明の疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法は、プロセスとして応力集中係数を評価する工程と、散逸エネルギーを測定する工程と、応力集中係数を評価する工程で得られた応力集中係数の値と散逸エネルギーを測定する工程から得られた測定結果から疲労限度を特定する工程とを有する。これにより、測定対象物の疲労進行状態の測定を可能にし、疲労に関係するエネルギーを適切に測定することで疲労限度の推定精度を向上する。更に、散逸エネルギー測定による疲労限度特定に必要なデータをシステム的に解析、処理することで疲労限度特定法として適応可能な範囲を明確にすることができる。   As described above, the fatigue limit specifying system and the fatigue limit specifying method of the present invention are the stress obtained in the process of evaluating the stress concentration factor as a process, the step of measuring the dissipation energy, and the step of evaluating the stress concentration factor. And a step of specifying a fatigue limit from the measurement result obtained from the step of measuring the value of the concentration factor and the dissipated energy. Thereby, it is possible to measure the fatigue progress state of the measurement object, and improve the estimation accuracy of the fatigue limit by appropriately measuring the energy related to fatigue. Furthermore, by analyzing and processing data necessary for specifying the fatigue limit by measuring dissipative energy, it is possible to clarify the range applicable as the fatigue limit specifying method.

また、散逸エネルギー測定手段および測定した画素毎の温度データについて、ある特定周波数成分について画像処理し、また疲労限度を特定する工程では適切な統計処理適応範囲を限定することで、統計処理手法により散逸エネルギーによる疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法を高精度に提供することができる。   In addition, for the dissipated energy measurement means and the measured temperature data for each pixel, image processing is performed for a specific frequency component, and in the process of specifying the fatigue limit, the appropriate statistical processing adaptive range is limited, thereby dissipating by the statistical processing method. It is possible to provide an energy fatigue limit identification system and a fatigue limit identification method with high accuracy.

(a)本発明の疲労限度特定システムのアルゴリズムの概要を示す図 (b)本発明の主応力和画像の中で主応力和の最大ピクセル範囲aを示す図 (c)本発明のひずみ変化量−温度変化量曲線を示す図 (d)本発明の測定対象物に対して与えられる負荷の増加、もしくは応力振幅の増加にともなって得られる散逸エネルギーを示す図(A) The figure which shows the outline | summary of the algorithm of the fatigue limit specific | identification system of this invention (b) The figure which shows the largest pixel range a of a principal stress sum in the principal stress sum image of this invention (c) Strain variation | change_quantity of this invention -Diagram showing temperature variation curve (d) Diagram showing dissipated energy obtained with an increase in load or stress amplitude applied to the measurement object of the present invention (a)本発明の疲労限度特定システムのアルゴリズムの概要を示す図 (b)本発明の特定サイクル毎の2f成分の温度変化量を示す図(A) The figure which shows the outline | summary of the algorithm of the fatigue limit specific system of this invention (b) The figure which shows the temperature change amount of 2f component for every specific cycle of this invention (a)本発明の特定サイクル毎の1f成分の温度変化量を示す図 (b)本発明の特定サイクル毎の3f成分の温度変化量を示す図(A) The figure which shows the temperature change amount of the 1f component for every specific cycle of this invention (b) The figure which shows the temperature change amount of the 3f component for every specific cycle of this invention 本発明のフーリエ変換された温度画像の温度変化量分布を示す図The figure which shows the temperature variation distribution of the Fourier-transformed temperature image of this invention 本発明の特定時間に対する温度上昇量を表す図The figure showing the temperature rise amount with respect to the specific time of this invention 本発明の完全疲労曲線を示す図The figure which shows the complete fatigue curve of this invention (a)本発明の主応力和が急激な増減を伴わない範囲を示す図 (b)本発明の主応力和が急激な増減を伴わない範囲を示す図(A) The figure which shows the range where the main stress sum of this invention does not accompany rapid increase / decrease (b) The figure which shows the range where the main stress sum of this invention does not accompany rapid increase / decrease (a)本発明の2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量が急激な増減を伴わない範囲を示す図 (b)本発明の2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量が急激な増減を伴わない範囲を示す図(A) The figure which shows the range where the temperature change amount which carried out the fast Fourier transform by the double frequency of this invention does not accompany rapid increase / decrease. (B) The temperature change amount which carried out the fast Fourier transform by the double frequency of this invention. Diagram showing range without increase / decrease (a)本発明の2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量を示す (b)本発明の2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量を示す図(A) A temperature change amount obtained by fast Fourier transform at twice the frequency of the present invention is shown. (B) A temperature change amount obtained by fast Fourier transform at twice the frequency of the present invention. 本発明の近似線An、N−nの分散A’とB’N−nの和が最小になるときの近似線を示す図Shows an approximate line when the sum of the variances A 'n and B' N-n of the approximation line A n, B N-n of the present invention is minimized 本発明の疲労限度特定システム概要を示す図The figure which shows the fatigue limit specific system outline | summary of this invention 本発明の実施の形態1における測定対象物1bを疲労試験機1aに固定した状態を示す図The figure which shows the state which fixed the measuring object 1b in Embodiment 1 of this invention to the fatigue testing machine 1a. 本発明の実施の形態1における曲率半径rhを有する測定対象物1bである試験片の形状及び寸評を示す図It shows the shape and brief review of the measurement object 1b is a test piece having a radius of curvature rh 0 in the first embodiment of the present invention 本発明の散逸エネルギー測定の原理を説明する図The figure explaining the principle of the dissipated energy measurement of this invention (a)本発明の実施の形態1におけるひずみ量に対する散逸エネルギーを試験片に加えられる応力振幅の繰返し回数ごとにプロットした図 (b)本発明の実施の形態1における荷重に対する散逸エネルギーを特定サイクル毎にプロットした図 (c)本発明の実施の形態1におけるひずみ量に対する温度変化量のヒステリシスループの面積変化率に対する疲労限度をプロットした結果を示す図 (d)本発明の実施の形態1における適応サイクル数の範囲を示した図 (e)本発明の実施の形態1における荷重に対する2倍の繰返し加振周波数成分(2f)で信号処理した値を特定サイクル毎にプロットした図 (f)本発明の実施の形態1における繰り返し回数に対する弾性変形範囲および塑性変形範囲の温度変化波形をプロットした図(A) The figure which plotted the dissipation energy with respect to the strain amount in Embodiment 1 of this invention for every repetition frequency of the stress amplitude applied to a test piece (b) The specific cycle of the dissipation energy with respect to the load in Embodiment 1 of this invention The figure plotted for every (c) The figure which shows the result of having plotted the fatigue limit with respect to the area change rate of the hysteresis loop of the temperature variation | change_quantity with respect to the distortion amount in Embodiment 1 of this invention (d) In Embodiment 1 of this invention The figure which showed the range of the number of adaptive cycles (e) The figure which plotted the value signal-processed with the repetition vibration frequency component (2f) of 2 times with respect to the load in Embodiment 1 of this invention for every specific cycle (f) This The figure which plotted the temperature change waveform of the elastic deformation range and the plastic deformation range with respect to the repetition frequency in Embodiment 1 of invention (a)本発明の実施の形態2における試験片に加えられる応力振幅の繰返し回数に対する2f成分をプロットした図 (b)本発明の実施の形態2における応力振幅の繰返し回数に対する2f成分をプロットした図 (c)本発明の実施の形態2における2倍の繰返し加振周波数成分(2f)に対する疲労限度をプロットした結果を示す図 (d)本発明の実施の形態2における適応サイクル数の範囲を示した図 (e)本発明の実施の形態2における荷重に対する2倍の繰返し加振周波数成分(2f)で信号処理した値を特定サイクル毎にプロットした図(A) The figure which plotted 2f component with respect to the repetition frequency of the stress amplitude applied to the test piece in Embodiment 2 of this invention (b) The 2f component with respect to the repetition frequency of stress amplitude in Embodiment 2 of this invention was plotted FIG. (C) is a diagram showing the result of plotting the fatigue limit for the double repeated excitation frequency component (2f) in the second embodiment of the present invention. (D) The range of the adaptive cycle number in the second embodiment of the present invention. The figure shown (e) The figure which plotted the value signal-processed with the repetition vibration frequency component (2f) of 2 times with respect to the load in Embodiment 2 of this invention for every specific cycle (a)本発明の実施の形態3における応力振幅の繰返し回数に対する1f成分をプロットした図 (b)本発明の実施の形態3における応力振幅の繰返し回数に対する3f成分をプロットした図 (c)本発明の実施の形態3における測定対象物に加えられる繰返し回数に対する1fおよび3f成分をプロットした図 (d)本発明の実施の形態3における1f成分の適応サイクル数の範囲を示した図 (e)本発明の実施の形態3における3f成分の適応サイクル数の範囲を示した図 (f)本発明の実施の形態3における荷重に対する2倍の繰返し加振周波数成分(2f)で信号処理した値を特定サイクル毎にプロットした図(A) The figure which plotted the 1f component with respect to the repetition frequency of the stress amplitude in Embodiment 3 of this invention (b) The figure which plotted the 3f component with respect to the repetition frequency of the stress amplitude in Embodiment 3 of this invention (c) This The figure which plotted the 1f and 3f component with respect to the repetition frequency added to the measuring object in Embodiment 3 of invention (d) The figure which showed the range of the adaptive cycle number of the 1f component in Embodiment 3 of this invention (e) The figure which showed the range of the adaptive cycle number of 3f component in Embodiment 3 of this invention (f) The value which carried out the signal processing by the twice repeated vibration frequency component (2f) with respect to the load in Embodiment 3 of this invention is shown. Figure plotted for each specific cycle (a)本発明の実施の形態4における2f成分を高速フーリエ変換することにより抽出した散逸エネルギー画像を示す図 (b)本発明の実施の形態4における荷重に対する2f成分をプロットした図(A) The figure which shows the dissipative energy image extracted by carrying out the fast Fourier transform of 2f component in Embodiment 4 of this invention (b) The figure which plotted 2f component with respect to the load in Embodiment 4 of this invention (a)本発明の実施の形態4における3f成分を高速フーリエ変換することにより抽出した散逸エネルギー画像を示す図 (b)本発明の実施の形態4における荷重に対する3f成分をプロットした図(A) The figure which shows the dissipative energy image extracted by carrying out the fast Fourier transform of the 3f component in Embodiment 4 of this invention (b) The figure which plotted the 3f component with respect to the load in Embodiment 4 of this invention (a)本発明の実施の形態5における特定サイクル間のピクセル毎に平均した画像を引いた平均温度差画像を示す図 (b)本発明の実施の形態5における荷重に対する平均温度差をプロットした図(A) The figure which shows the average temperature difference image which pulled the image averaged for every pixel in the specific cycle in Embodiment 5 of this invention (b) The average temperature difference with respect to the load in Embodiment 5 of this invention was plotted Figure (a)本発明の実施の形態6における荷重に対する2f成分をプロットした図で、高サイクル疲労範囲内外でどのように疲労限度が変わるかを示す図 (b)本発明の実施の形態6における荷重に対する2f成分をプロットした図で高サイクル疲労範囲内外でどのように疲労限度が変わるかを示す図(A) The figure which plotted 2f component with respect to the load in Embodiment 6 of this invention, and shows how a fatigue limit changes in and out of the high cycle fatigue range (b) The load in Embodiment 6 of this invention Showing how the fatigue limit changes in and out of the high cycle fatigue range (a)本発明の実施の形態7における荷重に対する2f成分をプロットした図で、急激に主応力和が増加する場合の適応範囲内外でどのように疲労限度が変わるかを示した図 (b)本発明の実施の形態7における荷重に対する2f成分をプロットした図で、主応力和が急激に低下、または荷重を増加させても比例して増加しない場合の適応範囲外でどのように疲労限度が変わるかを示した図(A) The figure which plotted the 2f component with respect to the load in Embodiment 7 of this invention, and showed how the fatigue limit changes within and outside the adaptive range when the principal stress sum increases abruptly (b) FIG. 9 is a graph plotting the 2f component against the load in the seventh embodiment of the present invention, and shows how the fatigue limit is outside the adaptive range when the principal stress sum decreases rapidly or does not increase proportionally even when the load is increased. Figure showing how it changes (a)本発明の実施の形態8における主応力和に対する2f成分をプロットした図で、2f成分の温度変化量が急激に増加する場合の適応範囲内外でどのように疲労限度が変わるかを示した図 (b)本発明の実施の形態8における荷重に対する2f成分をプロットした図で、2f成分の温度変化量が急激に低下、または、主応力和を増加させても比例して増加しない場合の適応範囲内外でどのように疲労限度が変わるかを示した図(A) Plot of 2f component against principal stress sum in Embodiment 8 of the present invention, showing how the fatigue limit changes inside and outside the adaptive range when the temperature change amount of 2f component increases rapidly. (B) A graph plotting the 2f component against the load in Embodiment 8 of the present invention, in which the temperature change amount of the 2f component rapidly decreases or does not increase proportionally even if the principal stress sum is increased. Of how the fatigue limit changes inside and outside the adaptation range (a)本発明の実施の形態9における試験機荷重に対する散逸エネルギーをプロットした図 (b)本発明の実施の形態9における最小二乗法より引かれる近似線An、N−nの分散A’とB’N−nの和を縦軸にプロットした図 (c)本発明の実施の形態9における近似線An、N−nの交点に相当する荷重を横軸に、各近似線An、N−nの分散A’とB’N−nの和を縦軸にプロットした図 (d)本発明の試験機荷重に対する散逸エネルギーをプロットした図(A) approximate line A n drawn from the least squares method in the ninth embodiment of FIG. (B) The present invention plotting the dissipated energy to the test machine load in a ninth embodiment of the present invention, the dispersion A of B N-n 'n and B' n-n approximate line a n in the embodiment 9 of FIG. (c) the present invention, plotted on the vertical axis the sum of the horizontal axis the load corresponding to the intersection of B n-n, each approximation and plots dissipated energy against tester load line a n, (d) of FIG invention the sum of the dispersion a 'n and B' n-n of B n-n plotted on the vertical axis (a)本発明の実施の形態10における切欠きの曲率半径と1画素の面積の関係を示した図 (b)本発明の実施の形態10における切欠きの曲率半径および塑性範囲と1画素の相対比に対する疲労限度を示した図 (c)本発明の実施の形態10における塑性範囲と1画素の相対比に対する疲労限度を示した図(A) The figure which showed the relationship between the curvature radius of a notch and the area of 1 pixel in Embodiment 10 of this invention (b) The curvature radius and plastic range of a notch in Embodiment 10 of this invention, and 1 pixel The figure which showed the fatigue limit with respect to a relative ratio (c) The figure which showed the fatigue limit with respect to the plastic range in Embodiment 10 of this invention, and the relative ratio of 1 pixel (a)本発明の各実施の形態において、切欠き部の曲率半径が2.0mmの試験片を用いて散逸エネルギーを測定した結果を示す図 (b)本発明の各実施の形態において、切欠き部の曲率半径が1.0mmの試験片を用いて散逸エネルギーを測定した結果を示す図 (c)本発明の各実施の形態において、切欠き部の曲率半径が0.6mmの試験片を用いて散逸エネルギーを測定した結果を示す図 (d)本発明の各実施の形態において、切欠き部の曲率半径が0.2mmの試験片を用いて散逸エネルギーを測定した結果を示す図(A) In each embodiment of this invention, the figure which shows the result of having measured the dissipated energy using the test piece whose curvature radius of a notch part is 2.0 mm (b) In each embodiment of this invention, The figure which shows the result of having measured the dissipation energy using the test piece whose curvature radius of a notch part is 1.0 mm (c) In each embodiment of this invention, the test piece whose curvature radius of a notch part is 0.6 mm (D) The figure which shows the result of having measured the dissipation energy using the test piece whose curvature radius of a notch is 0.2 mm in each embodiment of this invention (a)本発明の各実施の形態において、切欠き部の曲率半径が2.0mmの試験片を用いて求めた疲労SN曲線を示す図 (b)本発明の各実施の形態において、切欠き部の曲率半径が2.0mmの試験片を用いて求めた疲労SN曲線を示す図 (c)本発明の各実施の形態において、切欠き部の曲率半径が2.0mmの試験片を用いて求めた疲労SN曲線を示す図 (d)本発明の各実施の形態において、切欠き部の曲率半径が2.0mmの試験片を用いて求めた疲労SN曲線を示す図(A) The figure which shows the fatigue SN curve calculated | required using the test piece whose curvature radius of a notch part is 2.0 mm in each embodiment of this invention. (B) In each embodiment of this invention, a notch The figure which shows the fatigue SN curve calculated | required using the test piece whose curvature radius of a part is 2.0 mm (c) In each embodiment of this invention, using the test piece whose curvature radius of a notch part is 2.0 mm The figure which shows the calculated | required fatigue SN curve (d) The figure which shows the fatigue SN curve calculated | required using the test piece whose curvature radius of a notch part is 2.0 mm in each embodiment of this invention. 本発明の各実施の形態における散逸エネルギー測定の結果および疲労試験による疲労SN曲線から求めた疲労限界荷重振幅の結果を示す図The figure which shows the result of the fatigue limit load amplitude calculated | required from the fatigue SN curve by the fatigue test by the result of the dissipation energy measurement in each embodiment of this invention 本発明の各実施の形態における測定対象物として適応可能な材料について説明する図The figure explaining the material applicable as a measuring object in each embodiment of this invention (a)従来の疲労限界応力値の特定方法にて求めたスチール試験片の温度上昇量の分布を示す図 (b)従来の疲労限界応力値の特定方法を示す図(A) The figure which shows distribution of the temperature rise amount of the steel test piece calculated | required with the identification method of the conventional fatigue limit stress value (b) The figure which shows the identification method of the conventional fatigue limit stress value

以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1における疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法を説明する。図11は、本発明の実施の形態1に係る疲労限度特定システムを示す図である。図11において、高精度赤外線カメラ(以下、単に赤外線カメラと記す)1cは、疲労試験器1aに固定した測定対象物1bの温度を測定する。なお、赤外線カメラ1cとしては、Cedip社のSilver 480Mを用いた。赤外線カメラ1cで測定した温度画像は、高速フーリエ変換手段を有する情報処理装置1dでデータ処理される。情報処理装置1dには、モニタ1eが接続されている。また、疲労試験機1aとしては、油圧サーボ疲労試験機(島津製作所,サーボパルサ,10kN)を用いた。疲労試験機1aの荷重振幅は、荷重制御により0kN〜8.5kNまで0.5kN毎に引張荷重を変えて測定した。測定周波数は25Hz一定とした。また、図12に測定対象物1bである試験片を疲労試験機1aに固定した状態を示す。図13は、曲率半径rhを有する測定対象物1bである試験片の形状及び寸を示す図である。図13において、Bは試験片の幅、dは切欠き深さ(ノッチ)、bは応力集中部の最小断面の幅の半分、tは厚みである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
A fatigue limit specifying system and a fatigue limit specifying method according to Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 11 is a diagram showing a fatigue limit specifying system according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 11, a high-precision infrared camera (hereinafter simply referred to as an infrared camera) 1c measures the temperature of a measurement object 1b fixed to a fatigue tester 1a. As the infrared camera 1c, a Silver 480M manufactured by Cedip was used. The temperature image measured by the infrared camera 1c is subjected to data processing by the information processing apparatus 1d having fast Fourier transform means. A monitor 1e is connected to the information processing apparatus 1d. Further, as the fatigue testing machine 1a, a hydraulic servo fatigue testing machine (Shimadzu Corporation, Servo Pulser, 10 kN) was used. The load amplitude of the fatigue testing machine 1a was measured by changing the tensile load every 0.5 kN from 0 kN to 8.5 kN by load control. The measurement frequency was fixed at 25 Hz. Moreover, the state which fixed the test piece which is the measuring object 1b to the fatigue testing machine 1a in FIG. 12 is shown. Figure 13 is a diagram showing the shape and dimensions of the test piece that is the measuring object 1b having a radius of curvature rh 0. In FIG. 13, B is the width of the test piece, d is the notch depth (notch), b is half the width of the minimum cross section of the stress concentration portion, and t is the thickness.

次に、散逸エネルギー測定の原理について図14を用いて説明する。繰り返し負荷を受けた試験片は、熱弾性効果によって、加振機による加振周波数と同一周波数の繰り返し温度変化2aを生じるが、それに加えて材料内部のエネルギー散逸によって平均温度上昇2cを生じる。ただし、熱弾性効果による温度変化2aおよび散逸エネルギーによる平均温度上昇2cは、外乱の温度変化2bに比べて小さい。このため、試験片の温度変化量ΔTを(式2)で表すと以下のようになる。   Next, the principle of dissipated energy measurement will be described with reference to FIG. The test piece subjected to repeated load generates a repeated temperature change 2a having the same frequency as the excitation frequency by the vibrator due to the thermoelastic effect, but in addition, an average temperature rise 2c is generated due to energy dissipation inside the material. However, the temperature change 2a due to the thermoelastic effect and the average temperature rise 2c due to the dissipative energy are smaller than the temperature change 2b due to disturbance. For this reason, the temperature variation ΔT of the test piece is expressed as (Equation 2) as follows.

ΔT=2b−T+2c+2a ・・・・・・(式2)
ΔT:温度変化量
2b:外的要因(風や周囲の温度変化)
:熱の伝導(温度の高い箇所と低い箇所が均一化を図る働き)
2c:散逸エネルギー(繰り返しサイクルにおける温度上昇量)
2a:熱弾性効果
ΔT = 2b−T c + 2c + 2a (Equation 2)
ΔT: Temperature change 2b: External factor (wind and ambient temperature change)
Tc : heat conduction (high temperature and low temperature work to make uniform)
2c: Dissipated energy (temperature rise in repeated cycles)
2a: Thermoelastic effect

実際の散逸エネルギーの測定では、赤外線サーモグラフィ装置で試験片の温度測定を行うと同時に、疲労試験機1aからの制御信号である同期入力信号を取り込み、同期入力信号に基づく特定の周波数成分について高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform)による赤外線応力画像処理を行うことで外乱の影響を除外して、試験片の熱弾性効果による温度変化だけを測定する。熱弾性効果による温度上昇・下降から、更に小さな繰り返しサイクル毎の機械的現象に基づく材料内部の散逸エネルギーによる温度上昇量を分離して測定することにより、繰り返しサイクルにおける温度上昇量(2c)の散逸エネルギー測定画像が描くことができる。なお、情報処理装置1dは、予め取得しておいた温度画像を用いて、散逸エネルギー測定画像を描くことも可能である。   In the actual measurement of dissipated energy, the temperature of the test piece is measured with an infrared thermography apparatus, and at the same time, a synchronous input signal, which is a control signal from the fatigue testing machine 1a, is taken in, and fast Fourier transform is performed on a specific frequency component based on the synchronous input signal. By performing infrared stress image processing by conversion (Fast Fourier Transform), the influence of disturbance is excluded, and only the temperature change due to the thermoelastic effect of the test piece is measured. Dissipation of temperature rise (2c) in repeated cycles by separating and measuring the amount of temperature rise due to the dissipated energy inside the material based on the mechanical phenomenon of each repeated cycle from the temperature rise / fall due to the thermoelastic effect An energy measurement image can be drawn. The information processing apparatus 1d can also draw a dissipated energy measurement image using a temperature image acquired in advance.

図4は、2倍の周波数成分で高速フーリエ変換することにより求めた散逸エネルギー画像である。また、疲労限度5.7kN付近で主応力和が最大を示す領域において、散逸エネルギーは最も大きく発生し、この領域内のひずみ量に対する散逸エネルギーを試験片に加えられる応力振幅の繰返し回数ごとにプロットした結果を図15(a)に示す。図15(a)の結果から、ひずみ量に対する温度変化量の関係が閉じたヒステリシスループ状態でかつヒステリシスループの面積が繰り返し回数に係わらずほぼ一定状態になっていることが分かる。   FIG. 4 is a dissipated energy image obtained by fast Fourier transform with twice the frequency component. In the region where the principal stress sum is maximum near the fatigue limit of 5.7 kN, the dissipated energy is the largest, and the dissipated energy against the amount of strain in this region is plotted for each number of repetitions of the stress amplitude applied to the specimen. The results obtained are shown in FIG. From the result of FIG. 15A, it can be seen that the relationship of the temperature change amount to the strain amount is a closed hysteresis loop state, and the area of the hysteresis loop is almost constant regardless of the number of repetitions.

しかしながら、図15(a)に示されるひずみ量に対する温度変化量の関係が閉じたヒステリシスループ状態でかつヒステリシスループの面積が繰り返し回数に係わらずほぼ一定状態について、どの程度一定であれば正確な疲労限度を求めることが可能か不明である。そこで、ヒステリシスループの面積がどの程度一定であれば疲労限度を正確に求めることが可能かを調べるために、図15(b)に試験片に加える応力または荷重の繰返しサイクル数に対する面積変化率を求め試験片に加える荷重ごとにプロットした結果を示す。ただし、ここで示される面積変化率は、100サイクル毎に10サイクルのヒステリシスループの平均面積を計算し、前100サイクルで得られた平均面積を次の100サイクルで得られる平均面積で割った値である。   However, in the hysteresis loop state in which the relationship of the temperature change amount to the strain amount shown in FIG. 15A is closed and the area of the hysteresis loop is almost constant regardless of the number of repetitions, how much accurate fatigue is required. It is unclear whether the limit can be determined. Therefore, in order to investigate how constant the hysteresis loop area is to determine the fatigue limit accurately, FIG. 15 (b) shows the area change rate with respect to the number of repeated cycles of stress or load applied to the test piece. The results plotted for each load applied to the test specimen are shown. However, the area change rate shown here is a value obtained by calculating the average area of the hysteresis loop of 10 cycles every 100 cycles and dividing the average area obtained in the previous 100 cycles by the average area obtained in the next 100 cycles. It is.

図15(b)の結果から試験片に加える応力または荷重が低い6.0kN未満の場合は、弾性範囲の変形であり、ひずみ量に対する温度変化量の関係が殆ど比例し線形になる。そのため、疲労によるダメージが殆ど蓄積せず、疲労が進展しないため面積変化率はサイクル数を変えても殆ど変化しない。この結果から、ひずみ量に対する温度変化量が閉じたヒステリシスループを示し、ヒステリシスループの面積が試験片に加えられる応力または荷重の繰り返し回数に係わらずほぼ一定状態になったかどうかを判断する方法としては、ヒステリシスループの面積変化率が試験片に加える応力または荷重の繰返し回数に依存して変化する状態をともなう応力または荷重範囲内(疲労進展応力または荷重範囲)で判断する必要があることがわかった。すなわち、図15(b)の場合には、6.0kN〜8.5kNの範囲内の面積変化率に着目する必要があることが確認できた。   When the stress or load applied to the test piece is lower than 6.0 kN based on the result of FIG. 15B, the deformation is in the elastic range, and the relationship between the amount of temperature change and the amount of strain is almost proportional and linear. For this reason, damage due to fatigue hardly accumulates and fatigue does not progress, so that the area change rate hardly changes even if the number of cycles is changed. From this result, it shows a hysteresis loop in which the amount of temperature change with respect to the strain amount is closed, and as a method of judging whether the area of the hysteresis loop has become almost constant regardless of the number of times stress or load is applied to the specimen It was found that it was necessary to judge within the stress or load range (fatigue progress stress or load range) with a state where the area change rate of the hysteresis loop changed depending on the stress applied to the test piece or the number of repetitions of the load. . That is, in the case of FIG.15 (b), it has confirmed that it was necessary to pay attention to the area change rate in the range of 6.0 kN-8.5 kN.

次に、ひずみ量に対する温度変化量のヒステリシスループの面積の変化率がどの程度まで一定であれば疲労限度を精度よく特定できるかを確かめた。図15(b)で求めた面積変化率に対する疲労限度をプロットした結果を図15(c)に示す。図15(c)の結果
は、ヒステリシスループの面積変化率が試験片に加える応力または荷重の繰返し数に依存して変化する荷重範囲(ここでは6.0kN〜8.5kNの範囲)でプロットしたものである。図15(c)の結果から、ヒステリシスループの面積変化率が10%を超えると、推定される疲労限度が減少し、安全面から考えると危険側の推定になること確認された。従って、正しい疲労限度5.7kNを精度よく求めることができるのは、ヒステリシスループの面積変化率が10%以下のときである。
Next, it was confirmed to what extent the rate of change of the area of the hysteresis loop of the temperature change amount with respect to the strain amount can be specified accurately if the rate of change is constant. FIG. 15 (c) shows the result of plotting the fatigue limit against the area change rate obtained in FIG. 15 (b). The results of FIG. 15C are plotted in a load range (here, a range of 6.0 kN to 8.5 kN) in which the area change rate of the hysteresis loop changes depending on the stress applied to the test piece or the number of repetitions of the load. Is. From the result of FIG. 15 (c), it was confirmed that when the area change rate of the hysteresis loop exceeds 10%, the estimated fatigue limit decreases, and it is estimated on the risk side from the viewpoint of safety. Therefore, the correct fatigue limit of 5.7 kN can be accurately obtained when the area change rate of the hysteresis loop is 10% or less.

以上の結果から、疲労限度を高精度で特定するためには、ひずみ量に対する温度変化量のヒステリシスループの面積変化が、試験片に加える応力または荷重の繰返し回数に依存して変化する状態をともなう応力または荷重範囲内であり、その面積変化率が10%以下(すなわち、安定状態)になるまで試験片に応力または荷重を繰返し加え、測定あるいは測定されたデータを用いて信号処理すればよいことがわかった。上述した適応範囲を図15(d)の斜線で示す。図15(d)の斜線範囲から判断すると400サイクル以上のサイクル数で測定もしくは測定したデータを用いて信号処理を行えばよいことは明らかである。   From the above results, in order to specify the fatigue limit with high accuracy, the change in the area of the hysteresis loop of the temperature change with respect to the strain amount involves a state that changes depending on the stress applied to the test piece or the number of repetitions of the load. It should be within the stress or load range and repeatedly apply stress or load to the test piece until the area change rate is 10% or less (ie stable state) and perform signal processing using the measured or measured data. I understood. The above-mentioned adaptation range is indicated by hatching in FIG. Judging from the shaded area in FIG. 15D, it is clear that signal processing may be performed using data measured or measured at a cycle number of 400 cycles or more.

図15(e)は、以上の結果をもとに求めた測定条件が正しいかどうか確認するために、横軸に荷重、縦軸に散逸エネルギーに相当する試験片に加えられる応力振幅周波数の2倍の繰返し加振周波数成分(2f)で信号処理した値を特定サイクル毎にプロットしたものである。適正条件としては、ひずみ量に対する温度変化量のヒステリシスループの面積変化が、試験片に加える応力または荷重の繰返し回数に依存して変化する状態をともなう応力または荷重範囲内で、その面積変化率が10%以下になるような条件を満たす繰返し回数範囲である400サイクル以上で測定されたデータをもとに信号処理を行い求めた散逸エネルギーを荷重ごとにプロットしたものである。また、図15(e)には、参考のため適正測定条件範囲である400サイクル未満の結果もプロットしている。以上の結果から400サイクル未満では、ひずみ量に対する温度変化量が安定した状態で測定できていないため、実際の疲労限度よりも低い荷重として推定されている。一方、400サイクル以上では、ひずみ量に対する温度変化量が安定した状態で測定できているため、2倍の周波数成分でFFT処理して得られる散逸エネルギー(2f成分)の曲線も重なり、実際の疲労限度に近い値が推定されている。   FIG. 15 (e) shows the stress amplitude frequency 2 applied to the test piece corresponding to the load on the horizontal axis and the dissipated energy on the vertical axis in order to confirm whether the measurement conditions obtained based on the above results are correct. A value obtained by signal processing with a double repeated excitation frequency component (2f) is plotted for each specific cycle. The appropriate condition is that the area change rate of the hysteresis loop of the temperature change amount with respect to the strain amount is within the stress or load range with the state changing depending on the stress applied to the test piece or the number of repetitions of the load. The dissipated energy obtained by performing signal processing on the basis of data measured at 400 cycles or more, which is a range of the number of repetitions satisfying a condition of 10% or less, is plotted for each load. FIG. 15E also plots the results of less than 400 cycles, which is the appropriate measurement condition range, for reference. From the above results, when the number of cycles is less than 400 cycles, the amount of change in temperature relative to the amount of strain cannot be measured in a stable state, and thus it is estimated as a load lower than the actual fatigue limit. On the other hand, at 400 cycles or more, since the temperature change with respect to the strain can be measured in a stable state, the dissipated energy (2f component) curve obtained by FFT processing with twice the frequency component also overlaps, resulting in actual fatigue. A value close to the limit is estimated.

以上の結果から、ひずみ量に対する温度変化量のヒステリシスループの面積変化が、試験片に加える応力または荷重の繰返し回数に依存して変化する状態をともなう応力または荷重範囲内で、その面積変化率が10%以下になるような条件を満たす繰返し回数以上で測定または測定したデータを用いて信号処理することで、疲労限度が高精度で推定可能である。ただし、面積変化率が10%以上の場合であっても、推定される疲労限度が20%で1割程度の低下と緩やかなので、高精度な測定を必要としない場合には、面積変化率が10%以下になるような条件を満たす繰返し回数以上でなくともおおよその疲労限度は推定可能である。   From the above results, the area change rate of the hysteresis loop of the temperature change amount with respect to the strain amount is within the stress or load range with the state changing depending on the stress or load repetition number applied to the test piece. The fatigue limit can be estimated with high accuracy by performing signal processing using data measured or measured at a number of repetitions that satisfies the condition of 10% or less. However, even if the area change rate is 10% or more, the estimated fatigue limit is 20% and the decrease is about 10%, so if the measurement with high accuracy is not required, the area change rate is The approximate fatigue limit can be estimated even if the number of repetitions satisfying the condition of 10% or less is not exceeded.

なお、適正測定条件を求める方法として、ひずみ量に対する温度変化量のヒステリシスループの面積変化率をモニタリングする方法以外に簡易的に見極める方法として図15(f)に示されるような繰り返し回数に対する温度変化波形のプロットを利用してもよい。図15(f)で、弾性変形しか起こらない低い荷重または応力の場合には熱弾性効果による温度変化のみであるため点線で示したような正弦波になる。一方、高い荷重または応力(疲労限度以上)になると熱弾性効果による温度変化と塑性変形によるエネルギーが発生するため、その発生したエネルギー分だけ温度変化が追加され、実線で描かれる波形のようになる。図15(a)で示したヒステリシス曲線の縦軸である温度変化量が塑性変形による温度変化量に相当するため、この塑性変形による温度変化をモニタリングすることで塑性シェークダウンの安定状態を見つけ出し、高精度で疲労限度を推定できる適正測定状
態を見つけることができる。すなわち、疲労限度以上の荷重または応力で繰り返し数が少ないときには実線で示す波形の形状が変化する。一方、繰り返し数が増加し、塑性シェークダウン状態の安定状態になると実線で示す波形の形状が繰り返し回数に係わらず一定になる。この波形の形状をモニタリングし、数百サイクル毎に波形形状の相関係数を求め、相関係数が0.7以上になれば測定可能サイクル数として使用可能と判断できる。更に高精度で測定するためには、この相関係数を高く設定すればよいことは明らかである。
In addition, as a method for obtaining an appropriate measurement condition, a method for simply determining other than a method for monitoring an area change rate of a hysteresis loop of a temperature change amount with respect to a strain amount, a temperature change with respect to the number of repetitions as shown in FIG. A waveform plot may be used. In FIG. 15 (f), in the case of a low load or stress that only causes elastic deformation, only a temperature change due to the thermoelastic effect results in a sine wave as indicated by a dotted line. On the other hand, when a high load or stress (above the fatigue limit) is reached, temperature change due to the thermoelastic effect and energy due to plastic deformation are generated. Therefore, the temperature change is added by the generated energy, and the waveform is drawn as a solid line. . Since the temperature change amount that is the vertical axis of the hysteresis curve shown in FIG. 15 (a) corresponds to the temperature change amount due to plastic deformation, the stable state of plastic shakedown is found by monitoring the temperature change due to plastic deformation, It is possible to find an appropriate measurement state capable of estimating the fatigue limit with high accuracy. That is, when the number of repetitions is small with a load or stress exceeding the fatigue limit, the shape of the waveform shown by the solid line changes. On the other hand, when the number of repetitions increases and the plastic shake-down state becomes stable, the shape of the waveform shown by the solid line becomes constant regardless of the number of repetitions. The waveform shape is monitored, the correlation coefficient of the waveform shape is obtained every several hundred cycles, and if the correlation coefficient is 0.7 or more, it can be determined that it can be used as a measurable cycle number. It is clear that this correlation coefficient should be set high in order to measure with higher accuracy.

この疲労限度特定方法で求められた適正条件をもとに測定精度を向上させるため、ひずみ量に対する温度変化量が安定した状態で測定できているかどうかを判別するためのシステムを図1(a)で示されるアルゴリズムを用いてシステムを構築した。その結果、ひずみ量に対する温度変化量の関係が閉じたヒステリシスループ状態であるかを判別することが可能となり、常に適正な状態での測定をすることによって、疲労限度特定方法の精度を向上することができた。なお、この結果は切欠き部の曲率半径をrh=5.0mm、1.0mm、0.6mm、0.2mm、0.1mmと変化させた応力集中係数の異なる試験片を疲労試験機1aに取付け、荷重を徐々に上げながら散逸エネルギー測定を行った場合にも、曲率半径2.0mmの場合と同様にひずみ量に対する温度変化量が安定した状態で測定することで疲労限度が精度良く推定できた。 In order to improve the measurement accuracy based on the appropriate conditions obtained by this fatigue limit specifying method, a system for discriminating whether or not the temperature change with respect to the strain can be measured in a stable state is shown in FIG. The system was constructed using the algorithm shown in. As a result, it is possible to determine whether the relationship between the amount of change in temperature and the amount of strain is a closed hysteresis loop state, and improve the accuracy of the fatigue limit identification method by always measuring in an appropriate state. I was able to. This result shows that the test pieces having different stress concentration coefficients, in which the curvature radius of the notch portion is changed to rh 0 = 5.0 mm, 1.0 mm, 0.6 mm, 0.2 mm, and 0.1 mm, are applied to the fatigue testing machine 1a. Even when the dissipated energy is measured while gradually increasing the load, the fatigue limit can be accurately estimated by measuring in a state where the temperature change relative to the strain amount is stable, as in the case of the curvature radius of 2.0 mm. did it.

以上の結果から、ひずみ量に対する温度変化量の関係が閉じたヒステリシスループ状態でかつヒステリシスループの面積が繰り返し回数に係わらず一定状態で測定する疲労限度特定方法を用いることで、精度良く疲労限度を推定でき、更に疲労限度特定方法で重要な判断基準となるひずみ量に対する温度変化量の関係が閉じたヒステリシスループ状態でかつヒステリシスループの面積が繰り返し回数に係わらず一定状態で測定するための判断システムを構築することで、常に精度よく疲労限度を求めることが可能になる。   From the above results, it is possible to accurately determine the fatigue limit by using the fatigue limit identification method in which the relationship between the amount of change in temperature and strain is closed and the hysteresis loop area is measured in a constant state regardless of the number of repetitions. Judgment system for measuring in a hysteresis loop state in which the relationship between the amount of change in temperature and the amount of strain, which is an important criterion in the fatigue limit identification method, can be estimated, and in which the area of the hysteresis loop is constant regardless of the number of repetitions By constructing, it becomes possible to always obtain the fatigue limit with high accuracy.

(実施の形態2)
本発明の実施の形態2における疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法の概要を説明する。図11は、本発明の実施の形態2に係る疲労限度特定システムを示す図である。疲労限度特定システムの構成は、実施の形態1と同様である。図11において、高精度赤外線カメラ(以下、単に赤外線カメラと記す)1cは、疲労試験器1aに固定した測定対象物1bの温度を測定する。なお、赤外線カメラ1cとしては、Cedip社のSilver 480Mを用いた。赤外線カメラ1cで測定した温度画像は、高速フーリエ変換手段を有する情報処理装置1dでデータ処理される。情報処理装置1dには、モニタ1eが接続されている。また、疲労試験機1aとしては、油圧サーボ疲労試験機(島津製作所,サーボパルサ,10 kN)を用いた。疲労試験機1aの荷重振幅は、荷重制御により0kN〜8.5kNまで0.5kN毎に引張荷重を変えて測定した。測定周波数は25Hz一定とした。また、図12に測定対象物1bである試験片を疲労試験機1aに固定した状態を示す。図13は、曲率半径rhを有する測定対象物1bである試験片の形状及び寸を示す図である。図13において、Bは試験片の幅、dは切欠き深さ(ノッチ)、bは応力集中部の最小断面の幅の半分、tは厚みである。
(Embodiment 2)
An overview of the fatigue limit specifying system and the fatigue limit specifying method in Embodiment 2 of the present invention will be described. FIG. 11 is a diagram showing a fatigue limit specifying system according to Embodiment 2 of the present invention. The configuration of the fatigue limit specifying system is the same as that of the first embodiment. In FIG. 11, a high-precision infrared camera (hereinafter simply referred to as an infrared camera) 1c measures the temperature of a measurement object 1b fixed to a fatigue tester 1a. As the infrared camera 1c, a Silver 480M manufactured by Cedip was used. The temperature image measured by the infrared camera 1c is subjected to data processing by the information processing apparatus 1d having fast Fourier transform means. A monitor 1e is connected to the information processing apparatus 1d. Further, as the fatigue testing machine 1a, a hydraulic servo fatigue testing machine (Shimadzu Corporation, servo pulser, 10 kN) was used. The load amplitude of the fatigue testing machine 1a was measured by changing the tensile load every 0.5 kN from 0 kN to 8.5 kN by load control. The measurement frequency was fixed at 25 Hz. Moreover, the state which fixed the test piece which is the measuring object 1b to the fatigue testing machine 1a in FIG. 12 is shown. Figure 13 is a diagram showing the shape and dimensions of the test piece that is the measuring object 1b having a radius of curvature rh 0. In FIG. 13, B is the width of the test piece, d is the notch depth (notch), b is half the width of the minimum cross section of the stress concentration portion, and t is the thickness.

実際の散逸エネルギーの測定では、赤外線サーモグラフィ装置で試験片の温度測定を行うと同時に、疲労試験機1aからの制御信号である同期入力信号を取り込み、同期入力信号に基づく特定の周波数成分について高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform)による赤外線応力画像処理を行うことで外乱の影響を除外して、試験片の熱弾性効果による温度変化だけを測定する。熱弾性効果による温度上昇・下降から、更に小さな繰り返しサイクル毎の機械的現象に基づく材料内部の散逸エネルギーによる温度上昇量を分離して測定することにより、繰り返しサイクルにおける温度上昇量(2c)の散逸エネルギー測定画像を描くことができる。   In the actual measurement of dissipated energy, the temperature of the test piece is measured with an infrared thermography apparatus, and at the same time, a synchronous input signal, which is a control signal from the fatigue testing machine 1a, is taken in, and fast Fourier transform is performed on a specific frequency component based on the synchronous input signal. By performing infrared stress image processing by conversion (Fast Fourier Transform), the influence of disturbance is excluded, and only the temperature change due to the thermoelastic effect of the test piece is measured. Dissipation of temperature rise (2c) in repeated cycles by separating and measuring the amount of temperature rise due to the dissipated energy inside the material based on the mechanical phenomenon of each repeated cycle from the temperature rise / fall due to the thermoelastic effect An energy measurement image can be drawn.

測定対象物1bとしては、図13に示した曲率半径2.0mmの試験片を用いた。測定した画像から散逸エネルギーを抽出する範囲としては、主応力和が最大を示す領域であり、図4で示した2倍の周波数成分で高速フーリエ変換した画像の温度変化量が最も大きく出ている範囲である。図16(a)は、横軸に試験片に加えられる応力振幅の繰返し回数、縦軸に応力振幅周波数の2倍の繰返し加振周波数成分(2f成分)で高速フーリエ変換したものをプロットした図である。図16(a)の結果から、測定対象物1bに加えられる応力振幅の繰返し数が少ない範囲では2f成分が安定しないため、適切な値を得ることが出来ないことがわかる。   As the measurement object 1b, a test piece having a curvature radius of 2.0 mm shown in FIG. 13 was used. The range in which the dissipated energy is extracted from the measured image is the region where the principal stress sum is maximum, and the temperature change amount of the image obtained by fast Fourier transform with the double frequency component shown in FIG. 4 is the largest. It is a range. FIG. 16A is a diagram in which the horizontal axis represents the number of repetitions of the stress amplitude applied to the test piece, and the vertical axis represents the result of fast Fourier transform with the repeated excitation frequency component (2f component) twice the stress amplitude frequency. It is. From the result of FIG. 16 (a), it can be seen that the 2f component is not stable in a range where the number of repetitions of the stress amplitude applied to the measurement object 1b is small, and thus an appropriate value cannot be obtained.

しかしながら、図16(a)に示される2f成分が安定なサイクル数範囲において、どの程度一定状態であれば正確な疲労限度を求めることが可能か不明である。そこで、どの程度一定であれば疲労限度を正確に求めることが可能かを調べるために、試験片に加える応力または荷重の繰返しサイクル数に対する2f成分の変化率を求め、試験片に加える荷重ごとにプロットした結果を図16(b)に示す。ただし、ここで示される2f成分の変化率は、100サイクル毎に10サイクルの2f成分の平均値を計算し、前100サイクルで得られた10サイクルの平均値を次の100サイクルで得られる10サイクルの平均値で割った値である。   However, it is unclear to what extent a constant fatigue limit can be obtained in a constant state within the cycle number range in which the 2f component shown in FIG. 16 (a) is stable. Therefore, in order to investigate how constant the fatigue limit can be obtained accurately, the rate of change of the 2f component with respect to the number of cycles applied to the stress or load applied to the test piece is obtained, and for each load applied to the test piece. The plotted results are shown in FIG. However, the rate of change of the 2f component shown here is calculated by calculating the average value of the 2f component of 10 cycles every 100 cycles, and obtaining the average value of 10 cycles obtained in the previous 100 cycles in the next 100 cycles. It is the value divided by the average value of the cycle.

図16(b)の結果から試験片に加える応力または荷重が低い6.0kN未満の場合は、弾性範囲の変形であるため、疲労によるダメージが殆ど蓄積せず、疲労が進展しないため2f成分の変化率はサイクル数を変えても殆ど変化しない。この結果から、2f成分で信号処理された値が試験片に加える応力または荷重の繰り返し回数に係わらずほぼ一定状態になったかどうかを判断する方法としては、2f成分が試験片に加えられる応力または荷重の繰返し回数に依存して変化する状態をともなう応力または荷重範囲内(疲労進展応力または荷重範囲)で判断する必要があることがわかった。すなわち、図16(b)の場合には、6.0kN〜8.5kNの範囲内の2f成分の変化率に着目する必要があることが確認できた。   When the stress or load applied to the test piece is lower than 6.0 kN from the result of FIG. 16B, the deformation is in the elastic range, so that damage due to fatigue hardly accumulates and fatigue does not progress, so the 2f component The rate of change hardly changes even if the number of cycles is changed. From this result, as a method of determining whether the value processed with the 2f component has become almost constant regardless of the number of stresses or loads repeated on the test piece, the stress or 2f component applied to the test piece It was found that it was necessary to make a judgment within the stress or load range (fatigue progress stress or load range) with the state changing depending on the number of load repetitions. That is, in the case of FIG. 16B, it has been confirmed that it is necessary to pay attention to the rate of change of the 2f component within the range of 6.0 kN to 8.5 kN.

次に、2f成分の変化率がどの程度まで一定であれば疲労限度を精度よく特定できるかを確かめた。図16(b)で求めた2f成分の変化率に対する疲労限度をプロットした結果を図16(c)に示す。図16(c)の結果は、2f成分の変化率が試験片に加える応力または荷重の繰返し数に依存して変化する荷重範囲(ここでは6.0kN〜8.5kNの範囲)でプロットしたものである。図16(c)の結果から、2f成分の変化率が10%を超えると推定される疲労限度が減少し、安全面から考えると危険側の推定になること確認された。従って、正しい疲労限度5.7kNを精度よく求めることができるのは、2f成分の変化率が10%以下になる繰返し回数である。   Next, it was confirmed to what extent the rate of change of the 2f component was constant and the fatigue limit could be specified accurately. FIG. 16C shows the results of plotting the fatigue limit against the change rate of the 2f component obtained in FIG. The results of FIG. 16C are plotted in a load range (here, a range of 6.0 kN to 8.5 kN) in which the rate of change of the 2f component changes depending on the stress applied to the test piece or the number of repeated loads. It is. From the result of FIG. 16 (c), it was confirmed that the fatigue limit estimated that the rate of change of the 2f component exceeds 10% is reduced, and that it is a risk side estimation from the viewpoint of safety. Therefore, the correct fatigue limit of 5.7 kN can be accurately obtained by the number of repetitions at which the rate of change of the 2f component becomes 10% or less.

以上の結果から、疲労限度を高精度で特定するためには、2f成分の変化が試験片に加える応力または荷重の繰返し回数に依存して変化する状態をともなう応力または荷重範囲内で、2f成分の変化率が10%以下になるような条件を満たすサイクル数以上で測定するか、あるいは測定されたデータを用いて信号処理すればよいことがわかった。上述した適応範囲を図16(d)の斜線で示す。図16(d)の斜線範囲から判断すると、400サイクル以上のサイクル数で測定もしくは測定したデータを用いて信号処理を行えばよいことは明らかである。   From the above results, in order to specify the fatigue limit with high accuracy, the 2f component is changed within the stress or load range in which the change of the 2f component changes depending on the stress applied to the test piece or the number of repetitions of the load. It was found that the measurement should be performed at a number of cycles that satisfies the condition that the rate of change of 10% or less is satisfied, or signal processing may be performed using the measured data. The above-described adaptive range is indicated by hatching in FIG. Judging from the shaded area in FIG. 16D, it is clear that signal processing may be performed using data measured or measured at a cycle number of 400 cycles or more.

図16(e)は、以上の結果をもとに求めた測定条件が正しいかどうか確認するために、横軸に荷重、縦軸に散逸エネルギーに相当する試験片に加えられる応力振幅周波数の2倍の繰返し加振周波数成分(2f)で信号処理した値を特定サイクル毎にプロットしたものである。適正条件としては、試験片に加える応力または荷重の繰返し回数に依存して変化する状態をともなう応力または荷重範囲内で、2f成分の変化率が10%以下になるよ
うな条件を満たす400サイクル以上で測定されたデータをもとに信号処理によって求められる散逸エネルギーを荷重ごとにプロットしたものである。また、図16(e)には、参考のため適正測定条件範囲である400サイクル未満の結果もプロットしている。
FIG. 16 (e) shows the stress amplitude frequency 2 applied to the test piece corresponding to the load on the horizontal axis and the dissipated energy on the vertical axis in order to confirm whether the measurement conditions obtained based on the above results are correct. A value obtained by signal processing with a double repeated excitation frequency component (2f) is plotted for each specific cycle. Appropriate conditions include 400 cycles or more that satisfy the condition that the rate of change of the 2f component is 10% or less within a stress or load range with a state that changes depending on the number of times stress or load is applied to the test piece. The dissipated energy obtained by signal processing based on the data measured in is plotted for each load. Further, in FIG. 16 (e), the results of less than 400 cycles that are the appropriate measurement condition range are also plotted for reference.

図16(e)において、400サイクル未満では、試験片に加えられる応力振幅の繰返し回数に対する2f成分が安定した状態で測定できていないため、低い荷重から散逸エネルギーが必要以上に発生し、実際の疲労限度よりも低い荷重として推定されている。一方、400サイクル以上では、2f成分が安定した状態で測定できているため2倍の周波数成分でFFT処理して得られる散逸エネルギー(2f成分)の曲線も重なり、実際の疲労限度とほぼ同じ値が推定されている。以上の結果から、2倍の周波数成分(2f成分)が一定変化量になる繰り返し回数以上で測定または測定したデータを用いて信号処理することで、疲労限度が高精度で推定可能であることは明らかである。   In FIG. 16 (e), when less than 400 cycles, the 2f component with respect to the number of repetitions of the stress amplitude applied to the test piece could not be measured in a stable state, and therefore, dissipated energy was generated more than necessary from a low load. Estimated as a load lower than the fatigue limit. On the other hand, at 400 cycles or more, since the 2f component can be measured in a stable state, the curves of the dissipated energy (2f component) obtained by FFT processing with twice the frequency component overlap, which is almost the same value as the actual fatigue limit. Is estimated. From the above results, it is possible to estimate the fatigue limit with high accuracy by performing signal processing using data measured or measured more than the number of repetitions in which the double frequency component (2f component) is a constant change amount. it is obvious.

ただし、2倍の周波数成分(2f成分)の変化率が10%以上の場合であっても、推定される疲労限度が変化率20%で1割程度の低下と緩やかなので、高精度な測定を必要としない場合には、面積変化率が10%以下になるような条件を満たす繰返し回数以上でなくともおおよその疲労限度は推定可能である。   However, even if the rate of change of the double frequency component (2f component) is 10% or more, the estimated fatigue limit is moderate, with a rate of change of 20%. If not required, the approximate fatigue limit can be estimated even if the number of repetitions satisfying the condition that the area change rate is 10% or less is not exceeded.

なお、適正測定条件を求める方法として、荷重もしくは応力の繰り返しサイクル数に対する2倍の周波数成分(2f成分)をモニタリングする方法以外に簡易的に見極める方法として図15(f)に示されるような繰り返し回数に対する温度変化波形のプロットを利用してもよい。図15(f)で、弾性変形しか起こらない低い荷重または応力の場合には熱弾性効果による温度変化のみであるため点線で示したような正弦波になる。一方、高い荷重または応力(疲労限度以上)になると熱弾性効果による温度変化と塑性変形によるエネルギーが発生するため、その発生したエネルギー分だけ温度変化が追加され、実線で描かれる波形のようになる。図16(a)で示した2f成分の縦軸である温度変化量が塑性変形による温度変化量に相当するため、この塑性変形による温度変化をモニタリングすることで塑性シェークダウンの安定状態を見つけ出し、高精度で疲労限度を推定できる適正測定状態を見つけることができる。すなわち、疲労限度以上の荷重または応力で繰り返し数が少ないときには実線で示す波形の形状が変化する。一方、繰り返し数が増加し、塑性シェークダウン状態の安定状態になると実線で示す波形の形状が一定になる。この波形の形状をモニタリングし、数百サイクル毎に波形形状の相関係数を求め、相関係数が0.7以上になれば測定可能サイクル数として使用可能と判断できる。更に高精度で測定するためには、この相関係数を高く設定すればよいことは明らかである。   It should be noted that as a method for obtaining appropriate measurement conditions, it is possible to simply determine the frequency component (2f component) twice the number of repeated cycles of load or stress as a method for simply determining the repetition as shown in FIG. You may utilize the plot of the temperature change waveform with respect to frequency | count. In FIG. 15 (f), in the case of a low load or stress that only causes elastic deformation, only a temperature change due to the thermoelastic effect results in a sine wave as indicated by a dotted line. On the other hand, when a high load or stress (above the fatigue limit) is reached, temperature change due to the thermoelastic effect and energy due to plastic deformation are generated. Therefore, the temperature change is added by the generated energy, and the waveform is drawn as a solid line. . Since the temperature change amount, which is the vertical axis of the 2f component shown in FIG. 16A, corresponds to the temperature change amount due to plastic deformation, the stable state of plastic shakedown is found by monitoring the temperature change due to plastic deformation, It is possible to find an appropriate measurement state capable of estimating the fatigue limit with high accuracy. That is, when the number of repetitions is small with a load or stress exceeding the fatigue limit, the shape of the waveform shown by the solid line changes. On the other hand, when the number of repetitions increases and the plastic shakedown state becomes stable, the shape of the waveform indicated by the solid line becomes constant. The waveform shape is monitored, the correlation coefficient of the waveform shape is obtained every several hundred cycles, and if the correlation coefficient is 0.7 or more, it can be determined that it can be used as a measurable cycle number. It is clear that this correlation coefficient should be set high in order to measure with higher accuracy.

この疲労限度特定方法の測定精度を更に向上させるため、図2(a)で示されるアルゴリズムを用いてシステムを構築した。その結果、発生応力の2倍の繰返し周波数成分が一定の変化量で発生している安定した状態であるかを判別することが可能となり、常に適正な状態で測定でき、疲労限度特定方法の精度を向上することができた。なお、この結果は切欠き部の曲率半径をrh=5mm、1.0mm、0.6mm、0.2mm、0.1mmと変化させた応力集中係数が異なる試験片を用いて疲労試験機1aに取付け、荷重を徐々に上げながら散逸エネルギー測定を行った場合にも、曲率半径2.0mmの場合と同様に発生応力振幅の2倍の繰返し周波数成分が一定の変化量である状態で測定することで疲労限度が精度良く推定できた。 In order to further improve the measurement accuracy of this fatigue limit specifying method, a system was constructed using the algorithm shown in FIG. As a result, it is possible to determine whether the repetitive frequency component twice the generated stress is generated with a constant amount of change, and it is possible to always measure in an appropriate state, and the accuracy of the fatigue limit identification method Was able to improve. This result shows that the fatigue testing machine 1a is obtained by using test pieces having different stress concentration coefficients in which the curvature radius of the notch is changed to rh 0 = 5 mm, 1.0 mm, 0.6 mm, 0.2 mm, and 0.1 mm. Even when the dissipated energy is measured while gradually increasing the load, the measurement is performed in a state in which the repetition frequency component twice the generated stress amplitude is a constant change amount as in the case of the curvature radius of 2.0 mm. Thus, the fatigue limit could be estimated accurately.

以上の結果から、発生応力の2倍の繰返し周波数成分が一定変化量になるまで繰返し加振させて測定する疲労限度特定方法を用いることで精度良く疲労限度を推定でき、更に疲労限度特定方法で重要な判断基準となる発生応力の2倍の繰返し周波数成分が一定変化量で測定するための判断アルゴリズムを用いてシステムを構築することで、常に精度よく疲労限度を求めることが可能になる。   From the above results, it is possible to estimate the fatigue limit with high accuracy by using a fatigue limit identification method that repeatedly vibrates and measures until the repetition frequency component twice the generated stress reaches a certain amount of change. By constructing a system using a judgment algorithm for measuring a repetition frequency component twice the generated stress, which is an important judgment criterion, with a constant change amount, it becomes possible to always obtain the fatigue limit with high accuracy.

(実施の形態3)
本発明の実施の形態3における疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法の概要を説明する。図11は、本発明の実施の形態3に係る疲労限度特定システムを示す図である。疲労限度特定システムの構成は、実施の形態1と同様である。図11において、高精度赤外線カメラ(以下、単に赤外線カメラと記す)1cは、疲労試験器1aに固定した測定対象物1bの温度を測定する。なお、赤外線カメラ1cとしては、Cedip社のSilver 480Mを用いた。赤外線カメラ1cで測定した温度画像は、高速フーリエ変換手段を有する情報処理装置1dでデータ処理される。情報処理装置1dには、モニタ1eが接続されている。また、疲労試験機1aとしては、油圧サーボ疲労試験機(島津製作所,サーボパルサ,10 kN)を用いた。疲労試験機1aの荷重振幅は、荷重制御により0kN〜8.5kNまで0.5kN毎に引張荷重を変えて測定した。測定周波数は25Hz一定とした。また、図12に測定対象物1bである試験片を疲労試験機1aに固定した状態を示す。図13は、曲率半径rhを有する測定対象物1bである試験片の形状及び寸を示す図である。図13において、Bは試験片の幅、dは切欠き深さ(ノッチ)、bは応力集中部の最小断面の幅の半分、tは厚みである。
(Embodiment 3)
An overview of the fatigue limit specifying system and the fatigue limit specifying method in Embodiment 3 of the present invention will be described. FIG. 11 is a diagram showing a fatigue limit specifying system according to Embodiment 3 of the present invention. The configuration of the fatigue limit specifying system is the same as that of the first embodiment. In FIG. 11, a high-precision infrared camera (hereinafter simply referred to as an infrared camera) 1c measures the temperature of a measurement object 1b fixed to a fatigue tester 1a. As the infrared camera 1c, a Silver 480M manufactured by Cedip was used. The temperature image measured by the infrared camera 1c is subjected to data processing by the information processing apparatus 1d having fast Fourier transform means. A monitor 1e is connected to the information processing apparatus 1d. Further, as the fatigue testing machine 1a, a hydraulic servo fatigue testing machine (Shimadzu Corporation, servo pulser, 10 kN) was used. The load amplitude of the fatigue testing machine 1a was measured by changing the tensile load every 0.5 kN from 0 kN to 8.5 kN by load control. The measurement frequency was fixed at 25 Hz. Moreover, the state which fixed the test piece which is the measuring object 1b to the fatigue testing machine 1a in FIG. 12 is shown. Figure 13 is a diagram showing the shape and dimensions of the test piece that is the measuring object 1b having a radius of curvature rh 0. In FIG. 13, B is the width of the test piece, d is the notch depth (notch), b is half the width of the minimum cross section of the stress concentration portion, and t is the thickness.

実際の散逸エネルギーの測定では、赤外線サーモグラフィ装置で試験片の温度測定を行うと同時に、疲労試験機1aからの制御信号である同期入力信号を取り込み、同期入力信号に基づく特定の周波数成分について高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform)による赤外線応力画像処理を行うことで外乱の影響を除外して、試験片の熱弾性効果による温度変化だけを測定する。熱弾性効果による温度上昇・下降から、更に小さな繰り返しサイクル毎の機械的現象に基づく材料内部の散逸エネルギーによる温度上昇量を分離して測定することにより、繰り返しサイクルにおける温度上昇量(2c)の散逸エネルギー測定画像を得ることができる。   In the actual measurement of dissipated energy, the temperature of the test piece is measured with an infrared thermography apparatus, and at the same time, a synchronous input signal, which is a control signal from the fatigue testing machine 1a, is taken in, and fast Fourier transform is performed on a specific frequency component based on the synchronous input signal. By performing infrared stress image processing by conversion (Fast Fourier Transform), the influence of disturbance is excluded, and only the temperature change due to the thermoelastic effect of the test piece is measured. Dissipation of temperature rise (2c) in repeated cycles by separating and measuring the amount of temperature rise due to the dissipated energy inside the material based on the mechanical phenomenon of each repeated cycle from the temperature rise / fall due to the thermoelastic effect An energy measurement image can be obtained.

測定対象物1bとしては、図13に示した曲率半径2.0mmの試験片を用いた。測定した画像から散逸エネルギーを抽出する範囲としては、主応力和が最大を示す領域であり、図4で示した2倍の周波数成分で高速フーリエ変換した画像の温度変化量が最も大きく出ている範囲である。図17(a)は、横軸に試験片に加えられる応力振幅の繰返し回数、縦軸に応力周波数の1倍の繰返し加振周波数成分(1f成分)で高速フーリエ変換したものをプロットした図である。図17(a)の結果から、測定対象物1bに加えられる応力振幅の繰返し数が少ない範囲では1f成分が安定しないため、適切な値を得ることが出来ないことがわかる。図17(b)は、横軸に試験片に加えられる応力振幅の繰返し回数、縦軸に応力周波数の3倍の繰返し加振周波数成分(3f成分)で高速フーリエ変換したものをプロットした図である。図17(b)の結果から、測定対象物1bに加えられる応力振幅の繰返し数が少ない範囲では1f成分と同様に3f成分も安定しないため、適切な値を得ることが出来ないことがわかる。   As the measurement object 1b, a test piece having a curvature radius of 2.0 mm shown in FIG. 13 was used. The range in which the dissipated energy is extracted from the measured image is the region where the principal stress sum is maximum, and the temperature change amount of the image obtained by fast Fourier transform with the double frequency component shown in FIG. 4 is the largest. It is a range. FIG. 17A is a diagram in which the horizontal axis represents the number of repetitions of the stress amplitude applied to the test piece, and the vertical axis represents the result of fast Fourier transform with a repeated excitation frequency component (1f component) that is one time the stress frequency. is there. From the result of FIG. 17A, it can be seen that the 1f component is not stable in a range where the number of repetitions of the stress amplitude applied to the measurement object 1b is small, and thus an appropriate value cannot be obtained. FIG. 17B is a graph in which the horizontal axis represents the number of repetitions of the stress amplitude applied to the test piece, and the vertical axis represents the result of fast Fourier transform with a repeated excitation frequency component (3f component) three times the stress frequency. is there. From the result of FIG. 17 (b), it can be seen that in the range where the number of repetitions of the stress amplitude applied to the measurement object 1b is small, the 3f component is not stable as well as the 1f component, so that an appropriate value cannot be obtained.

なお、1f成分および3f成分は、2f成分で見られるような低荷重での極端な減少が見られない。そのため、2fで信号処理された値が試験片に加える応力または荷重の繰り返し回数に係わらずほぼ一定状態になったかどうかを判断する方法としては、2f成分が試験片に加えられる応力または荷重の繰返し回数に依存して変化する応力または荷重範囲内(疲労進展応力または荷重範囲)で判断することが可能であったが、1f成分および3f成分ではその手法が使えない。そこで、1f成分および3f成分においては、一般的な疲労強度の考え方で引張り強さの1/2に相当する荷重または応力を目安とし、それ以上の荷重または応力で1f成分もしくは3f成分が荷重の繰り返し回数に係わらずほぼ一定状態と見なせる範囲を明確にすることによって疲労限度を高精度に特定できる条件を求めた。   Note that the 1f component and the 3f component do not show an extreme decrease at a low load as seen in the 2f component. Therefore, as a method for determining whether or not the value subjected to signal processing at 2f has become almost constant regardless of the number of repetitions of stress or load applied to the test piece, the repetition of stress or load applied to the test piece by the 2f component Although it was possible to judge within a stress or load range that varies depending on the number of times (fatigue progress stress or load range), the method cannot be used with the 1f component and the 3f component. Therefore, in the 1f component and the 3f component, a load or stress corresponding to 1/2 of the tensile strength is taken as a guideline based on a general concept of fatigue strength, and the 1f component or the 3f component is a load with a load or stress higher than that. By clarifying the range that can be regarded as being almost constant regardless of the number of repetitions, a condition that allows the fatigue limit to be specified with high accuracy was obtained.

図17(c)の結果は、1f成分および3f成分の繰返しサイクルごとの変化率について、引張り強さの1/2に相当する荷重5.5kN以上の範囲で検討した結果である。なお、ここで示す変化率は、100サイクル毎に10サイクルの1f成分または3f成分の平均値を計算し、前100サイクルで得られる平均値を次の100サイクルで得られる1f成分もしくは3f成分の平均値で割った値である。図17(c)の結果から、変化率が10%以下の範囲であれば、正確に疲労限度を推定できることがわかった。すなわち、疲労限度を高精度で特定するためには、引張り強さの1/2に相当する荷重または応力以上の範囲で、1f成分または3f成分の変化率が10%以下になるような条件を満たすサイクル数以上で測定あるいは測定されたデータを用いて信号処理すればよいことがわかった。上記条件を満たす1f成分および3f成分のサイクル数の範囲は、図17(d)、図17(e)に示される斜線範囲で、400サイクル以上で測定もしくは測定したデータを用いて信号処理を行えばよい。   The result of FIG. 17 (c) is a result of examining the rate of change for each repeated cycle of the 1f component and the 3f component in a range of a load of 5.5 kN or more corresponding to 1/2 of the tensile strength. The rate of change shown here is calculated by calculating the average value of the 1f component or 3f component of 10 cycles every 100 cycles, and the average value obtained in the previous 100 cycles is the value of the 1f component or 3f component obtained in the next 100 cycles. It is the value divided by the average value. From the result of FIG. 17C, it was found that the fatigue limit can be accurately estimated when the rate of change is in the range of 10% or less. That is, in order to specify the fatigue limit with high accuracy, the condition that the rate of change of the 1f component or the 3f component is 10% or less in a range equal to or greater than a load or stress corresponding to 1/2 of the tensile strength is used. It has been found that signal processing may be performed using data measured or measured at a number of cycles that satisfy or more. The range of the number of cycles of the 1f component and the 3f component satisfying the above conditions is the hatched range shown in FIGS. 17D and 17E, and signal processing is performed using data measured or measured at 400 cycles or more. Just do it.

図17(f)は、以上の結果をもとに求めた適正測定条件が正しいかどうか確認するために、疲労限度5.7kN付近で、この領域内の試験片に加えられる応力振幅の繰返し回数に対する2f成分を負荷荷重ごとにプロットした結果である。図17(d)、図17(e)の結果から、1f成分および3f成分が一定変化量になる繰り返し回数はともに400サイクル以上であった。   FIG. 17 (f) shows the number of repetitions of the stress amplitude applied to the test piece in this region near the fatigue limit of 5.7 kN in order to confirm whether the proper measurement conditions obtained based on the above results are correct. It is the result of having plotted 2f component for every load load. From the results of FIG. 17D and FIG. 17E, the number of repetitions in which the 1f component and the 3f component become constant change amounts is both 400 cycles or more.

以上の結果から、1f成分もしくは3f成分が一定変化量になる繰り返し回数以上で測定または測定したデータを用いて信号処理することで、疲労限度が高精度で推定可能であることが確認された。400サイクル未満では、試験片に加えられる応力振幅の繰返し回数に対する2f成分が安定した状態で測定できていないため、低い荷重から散逸エネルギーが必要以上に発生し、実際の疲労限度よりも低い荷重として推定されている。一方、400サイクル以上では、2f成分が安定した状態で測定できているため、2倍の周波数成分でFFT処理して得られる散逸エネルギー(2f成分)の曲線も重なり、実際の疲労限度にほぼ一致する値が推定されている。   From the above results, it was confirmed that the fatigue limit can be estimated with high accuracy by performing signal processing using data measured or measured at the number of repetitions at which the 1f component or 3f component is a constant change amount or more. If the cycle is less than 400 cycles, the 2f component with respect to the number of repetitions of the stress amplitude applied to the specimen cannot be measured in a stable state, so dissipated energy is generated more than necessary from a low load, and the load is lower than the actual fatigue limit. It is estimated. On the other hand, since the 2f component can be measured stably at 400 cycles or more, the dissipated energy (2f component) curves obtained by FFT processing with twice the frequency component also overlap and almost match the actual fatigue limit. The value to be estimated.

ただし、1倍の周波数成分(1f成分)または3倍の周波数成分(3f成分)変化率が10%以上の場合であっても、推定される疲労限度が変化率20%で1割程度の低下と低下傾向が緩やかなので、高精度な測定を必要としない場合には、面積変化率が10%以下になるような条件を満たす繰返し回数以上でなくともおおよその疲労限度は推定可能である。   However, even if the rate of change of 1x frequency component (1f component) or 3x frequency component (3f component) is 10% or more, the estimated fatigue limit is reduced by about 10% at a rate of change of 20%. Therefore, if high-precision measurement is not required, the approximate fatigue limit can be estimated even if the number of repetitions does not exceed the condition that satisfies the area change rate of 10% or less.

なお、適正測定条件を求める方法として、荷重もしくは応力の繰り返しサイクル数に対する1f成分もしくは3f成分をモニタリングする方法以外に簡易的に見極める方法として図15(f)に示されるような繰り返し回数に対する温度変化波形のプロットを利用してもよい。図15(f)で、弾性変形しか起こらない低い荷重または応力の場合には熱弾性効果による温度変化のみであるため点線で示したような正弦波になる。一方、高い荷重または応力(疲労限度以上)になると熱弾性効果による温度変化と塑性変形によるエネルギーが発生するため、その発生したエネルギー分だけ温度変化が追加され、実線で描かれる波形のようになる。図17(a)、図17(b)で示した1f、2f成分の縦軸である温度変化量が塑性変形による温度変化量に比例するため、この塑性変形による温度変化をモニタリングすることで塑性シェークダウンの安定状態を見つけ出し、高精度で疲労限度を推定できる適正測定状態を見つけることができる。すなわち、疲労限度以上の荷重または応力で繰り返し数が少ないときには実線で示す波形の形状が変化する。一方、繰り返し数が増加し、塑性シェークダウン状態の安定状態になると実線で示す波形の形状が一定になる。この波形の形状をモニタリングし、数百サイクル毎に波形形状の相関係数を求め、相関係数が0.7以上になれば測定可能サイクル数として使用可能と判断できる。更に高精度で測定するためには、この相関係数を高く設定すればよいことは明らかである。   In addition, as a method for obtaining an appropriate measurement condition, a method for simply ascertaining other than a method for monitoring a 1f component or a 3f component with respect to the number of repeated cycles of load or stress, a temperature change with respect to the number of repetitions as shown in FIG. A waveform plot may be used. In FIG. 15 (f), in the case of a low load or stress that only causes elastic deformation, only a temperature change due to the thermoelastic effect results in a sine wave as indicated by a dotted line. On the other hand, when a high load or stress (above the fatigue limit) is reached, temperature change due to the thermoelastic effect and energy due to plastic deformation are generated. Therefore, the temperature change is added by the generated energy, and the waveform is drawn as a solid line. . Since the temperature change amount, which is the vertical axis of the 1f and 2f components shown in FIGS. 17 (a) and 17 (b), is proportional to the temperature change amount due to plastic deformation, the temperature change due to the plastic deformation is monitored for plasticity. It is possible to find a stable state of shakedown, and to find an appropriate measurement state that can estimate the fatigue limit with high accuracy. That is, when the number of repetitions is small with a load or stress exceeding the fatigue limit, the shape of the waveform shown by the solid line changes. On the other hand, when the number of repetitions increases and the plastic shakedown state becomes stable, the shape of the waveform indicated by the solid line becomes constant. The waveform shape is monitored, the correlation coefficient of the waveform shape is obtained every several hundred cycles, and if the correlation coefficient is 0.7 or more, it can be determined that it can be used as a measurable cycle number. It is clear that this correlation coefficient should be set high in order to measure with higher accuracy.

この疲労限度特定方法の測定精度を更に向上させるため、図2(a)で示されるアルゴリズムを用いてシステムを構築した。その結果、発生応力振幅の1倍もしくは3倍の繰返し周波数成分が一定変化量になるまで繰返し加振させて安定状態であるかを判別することが可能となり、常に適正な状態での測定でき、疲労限度特定方法の精度を向上することができた。なお、この結果は切欠き部の曲率半径をrh=5.0mm、1.0mm、0.6mm、0.2mm、0.1mmと変化させた応力集中係数が異なる試験片を用いて疲労試験機1aに取付け、荷重を徐々に上げながら散逸エネルギー測定を行った場合にも、曲率半径2.0mmの場合と同様に発生応力振幅の1倍(1f成分)もしくは3倍(3f成分)の繰返し周波数成分が一定変化量で発生している状態で測定することで疲労限度が精度良く推定できた。 In order to further improve the measurement accuracy of this fatigue limit specifying method, a system was constructed using the algorithm shown in FIG. As a result, it is possible to determine whether it is in a stable state by repeatedly oscillating until the repetition frequency component of 1 or 3 times the generated stress amplitude reaches a certain amount of change, and can always measure in an appropriate state. The accuracy of the fatigue limit identification method could be improved. In addition, this result is a fatigue test using test pieces having different stress concentration factors, in which the radius of curvature of the notch is changed to rh 0 = 5.0 mm, 1.0 mm, 0.6 mm, 0.2 mm, and 0.1 mm. When dissipating energy is measured while gradually increasing the load when mounted on the machine 1a, the generated stress amplitude is repeated 1 time (1f component) or 3 times (3f component) as in the case of a curvature radius of 2.0 mm. The fatigue limit could be accurately estimated by measuring the frequency component with a constant variation.

以上の結果から、発生応力振幅の1倍もしくは3倍の繰返し周波数成分が一定変化量になるまで繰返し加振させて測定する疲労限度特定方法を用いることで精度良く疲労限度を推定でき、更に疲労限度特定方法で重要な判断基準となる発生応力振幅の1倍もしくは3倍の繰返し周波数成分が一定変化量で測定するための判断アルゴリズムを用いてシステムを構築することで、常に精度よく疲労限度を求めることが可能になる。   From the above results, it is possible to estimate the fatigue limit with high accuracy by using a fatigue limit specifying method that repeatedly vibrates and measures until the repetition frequency component of 1 or 3 times the generated stress amplitude reaches a constant change amount. By constructing a system using a judgment algorithm to measure the repetition frequency component of 1 or 3 times the generated stress amplitude, which is an important judgment criterion in the limit identification method, with a constant change amount, the fatigue limit is always accurately determined. It becomes possible to ask.

(実施の形態4)
本発明の実施の形態4における疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法の概要を説明する。実施の形態4の疲労限度特定システムとしては、図11を用いて、図12に示されるように疲労試験機1aに測定対象物1bを固定して行った。疲労試験機1aの荷重振幅は、荷重制御により0kN〜8.0kNまで0.5kN毎に引張荷重を変えて測定した。測定周波数は25Hz一定とした。また、測定対象物1bとしては、図13に示される形状の曲率半径rh=2.0mm、試験片の幅B=15mm、切欠き深さ(ノッチ)d=2.5mm、応力集中部の最小断面の幅2b=6.0mm、厚み3.0mmの切欠きを有するSUS304の試験片を使用した。
(Embodiment 4)
An outline of the fatigue limit specifying system and the fatigue limit specifying method in Embodiment 4 of the present invention will be described. As the fatigue limit specifying system of the fourth embodiment, the measurement object 1b is fixed to the fatigue testing machine 1a as shown in FIG. 12 using FIG. The load amplitude of the fatigue testing machine 1a was measured by changing the tensile load every 0.5 kN from 0 kN to 8.0 kN by load control. The measurement frequency was fixed at 25 Hz. Further, as the measurement object 1b, the curvature radius rh 0 = 2.0 mm of the shape shown in FIG. 13, the width B of the test piece B = 15 mm, the notch depth (notch) d = 2.5 mm, the stress concentration portion A test piece of SUS304 having a notch with a minimum cross-sectional width of 2b = 6.0 mm and a thickness of 3.0 mm was used.

測定を高精度に行うための条件である繰返し回数については、実施の形態1で検討したひずみ量に対する温度変化量の関係が閉じたヒステリシスループ状態でかつヒステリシスループの面積が繰り返し回数に係わらず一定状態である条件を満たす範囲と、実施の形態2で検討した発生応力の2倍の繰返し周波数成分が一定変化量になる条件を満たす範囲と、実施の形態3で検討した発生応力振幅の1倍もしくは3倍の繰返し周波数成分が一定変化量になる条件を満たす範囲が繰返し回数400サイクル以上と同じ条件であったので、繰返し数としては400サイクル以上で検討した。   The number of repetitions, which is a condition for performing measurement with high accuracy, is a hysteresis loop state in which the relationship between the temperature change amount and the strain amount studied in the first embodiment is closed, and the area of the hysteresis loop is constant regardless of the number of repetitions. A range satisfying the condition of the state, a range satisfying the condition that the repetition frequency component twice the generated stress studied in the second embodiment is a constant change amount, and one time the generated stress amplitude studied in the third embodiment Alternatively, the range where the three-fold repetition frequency component satisfies the constant change amount was the same condition as the number of repetitions of 400 cycles or more. Therefore, the number of repetitions was examined with 400 cycles or more.

図18(a)は、発生応力振幅の2倍の繰返し周波数成分(2f成分)を高速フーリエ変換することにより抽出した散逸エネルギー画像である。図18(a)の白四角で示される領域が温度変化量の最も高い領域(すなわち、散逸エネルギーの最も高い領域)を示し、切欠き底から0.5mmの位置に相当する。散逸エネルギーの温度変化分布は、切り欠き底近傍の白四角が最も高く、切り欠き底から離れるに従って低下する。抽出する位置によって散逸エネルギーによる疲労限度特定精度にどのような影響を与えるかを調べるために、散逸エネルギーの抽出位置を切欠き底からの位置0.5mm、1.0mm、2.0mmで、荷重を増加させながら発生応力の2倍の周波数成分で高速フーリエ変換による画像を撮影し解析した。図18(b)は、横軸に荷重、縦軸に2f成分をプロットした図である。図18(b)の結果からも明確なように、切り欠き底の散逸エネルギーが最も高い0.5mmの位置から、1.0mm、1.5mmと離れるに従って推定される疲労限度も高くなる傾向がみられ、疲労強度上危険側に推移する。   FIG. 18A is a dissipative energy image extracted by fast Fourier transform of a repetition frequency component (2f component) twice the generated stress amplitude. A region indicated by a white square in FIG. 18A indicates a region having the highest temperature change amount (that is, a region having the highest dissipation energy), and corresponds to a position of 0.5 mm from the notch bottom. The temperature change distribution of the dissipative energy is highest in the white square near the notch bottom and decreases as the distance from the notch bottom increases. In order to investigate the influence of the extracted energy on the fatigue limit identification accuracy due to the dissipated energy, the dissipated energy is extracted at positions 0.5 mm, 1.0 mm, and 2.0 mm from the notch bottom. The image by the fast Fourier transform was taken and analyzed with a frequency component twice as large as the generated stress. FIG. 18B is a diagram in which a load is plotted on the horizontal axis and a 2f component is plotted on the vertical axis. As is clear from the result of FIG. 18 (b), the fatigue limit estimated as the distance from the position of 0.5 mm where the dissipated energy of the notch bottom is the highest is increased from 1.0 mm to 1.5 mm. It is seen and changes to a dangerous side in terms of fatigue strength.

更に、図19(a)は、発生応力振幅の3倍の繰返し周波数成分(3f成分)を高速フ
ーリエ変換することにより抽出した散逸エネルギー画像である。図18(a)と同様に、図19(a)の白四角で示される領域の温度変化量が最も高い領域(すなわち、散逸エネルギーの最も高い領域)を示し、切欠き底から0.5mmの位置に相当する。散逸エネルギーの温度変化分布は、切り欠き底近傍の白四角が最も高く、切り欠き底から離れるに従って低下する。抽出する位置によって散逸エネルギーによる疲労限度特定精度にどのような影響を与えるかを調べるために、散逸エネルギーの抽出位置を切欠き底からの位置0.5mm、1.0mm、2.0mmで、荷重を増加させながら発生応力の3倍の周波数成分で高速フーリエ変換による画像を撮影し解析した。
Further, FIG. 19A is a dissipative energy image extracted by fast Fourier transform of a repetition frequency component (3f component) three times the generated stress amplitude. Similarly to FIG. 18 (a), the region indicated by the white square in FIG. 19 (a) shows the region having the highest temperature change amount (that is, the region having the highest dissipation energy), and is 0.5 mm from the notch bottom. Corresponds to position. The temperature change distribution of the dissipative energy is highest in the white square near the notch bottom and decreases as the distance from the notch bottom increases. In order to investigate the influence of the extracted energy on the fatigue limit identification accuracy due to the dissipated energy, the dissipated energy is extracted at positions 0.5 mm, 1.0 mm, and 2.0 mm from the notch bottom. The image by fast Fourier transform was taken and analyzed with a frequency component of 3 times the generated stress.

図19(b)は、横軸に荷重、縦軸に3f成分をプロットした図である。図19(b)の結果からも明確なように、切り欠き底の散逸エネルギーが最も高い0.5mmの位置から1.0mm、1.5mmと離れるに従って推定される疲労限度も高くなる傾向がみられ、疲労強度上危険側に推移する。なお、これら図18(b)、19(b)の結果は、切欠き部の曲率半径をrh=5.0mm、1.0mm、0.6mm、0.2mm、0.1mmと変化させた応力集中係数が異なる試験片を用いて疲労試験機1aに取付け、荷重を徐々に上げながら散逸エネルギー測定を行った場合にも、曲率半径2.0mmの場合と同様に発生応力振幅の2倍もしくは3倍の繰返し周波数成分が一定変化量で発生している状態で測定された画像を2倍もしくは3倍の繰返し周波数成分でFFT処理し、得られた温度変化画像の最大を示す領域のデータを抽出することで疲労限度が精度良く推定できた。 FIG. 19B is a diagram in which a load is plotted on the horizontal axis and a 3f component is plotted on the vertical axis. As is clear from the result of FIG. 19 (b), the fatigue limit estimated as the distance from the 0.5 mm position where the dissipated energy of the notch bottom is the highest is increased from 1.0 mm to 1.5 mm. It will shift to a dangerous side in terms of fatigue strength. 18B and 19B, the radius of curvature of the notch was changed to rh 0 = 5.0 mm, 1.0 mm, 0.6 mm, 0.2 mm, and 0.1 mm. Even when dissipated energy is measured while gradually increasing the load using specimens with different stress concentration factors, the stress amplitude is twice as large as when the radius of curvature is 2.0 mm. The image measured in a state where the repetition frequency component of 3 times is generated at a constant change amount is subjected to FFT processing with the repetition frequency component of 2 times or 3 times, and the data of the region indicating the maximum of the obtained temperature change image is obtained. By extracting, the fatigue limit could be estimated accurately.

以上の結果から測定対象物に負荷される応力周波数の2倍もしくは3倍の周波数成分で高速フーリエ変換を行い、高速フーリエ変換された温度画像の温度変化量分布が最大を示す領域において、温度変化量を抽出することによって、精度よく疲労限度を推定でき、更に疲労限度特定方法で重要な判断基準となる発生応力振幅の2倍もしくは3倍の繰返し周波数成分の温度変化量分布が最大を示す領域において、温度変化量を抽出するシステムを構築することで、常に精度よく疲労限度を求めることが可能になることは明らかである。   Based on the above results, in the region where the fast Fourier transform is performed with the frequency component twice or three times the stress frequency applied to the object to be measured, By extracting the amount, the fatigue limit can be accurately estimated, and the region where the temperature change distribution of the repetition frequency component that is twice or three times the generated stress amplitude, which is an important criterion for determining the fatigue limit, shows the maximum. However, it is clear that it is possible to always obtain the fatigue limit with high accuracy by constructing a system for extracting the temperature change amount.

(実施の形態5)
本発明の実施の形態5における疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法の概要を説明する。実施の形態5の疲労限度特定システムとしては、図11を用いて、図12に示されるように疲労試験機1aに測定対象物1bを固定して行った。疲労試験機1aの荷重振幅は、荷重制御により0kN〜8.0kNまで0.5kN毎に引張荷重を変えて測定した。測定周波数は25Hz一定とした。また、測定対象物1bとしては、図13に示される形状の曲率半径rh=2.0mm、試験片の幅B=15mm、切欠き深さ(ノッチ)d=2.5mm、応力集中部の最小断面の幅2b=6.0mm、厚み3.0mmの切欠きを有するSUS304の試験片を使用した。
(Embodiment 5)
An outline of the fatigue limit specifying system and the fatigue limit specifying method in Embodiment 5 of the present invention will be described. As the fatigue limit specifying system of the fifth embodiment, the measurement object 1b is fixed to the fatigue testing machine 1a as shown in FIG. 12 using FIG. The load amplitude of the fatigue testing machine 1a was measured by changing the tensile load every 0.5 kN from 0 kN to 8.0 kN by load control. The measurement frequency was fixed at 25 Hz. Further, as the measurement object 1b, the curvature radius rh 0 = 2.0 mm of the shape shown in FIG. 13, the width B of the test piece B = 15 mm, the notch depth (notch) d = 2.5 mm, the stress concentration portion A test piece of SUS304 having a notch with a minimum cross-sectional width of 2b = 6.0 mm and a thickness of 3.0 mm was used.

測定を高精度に行うための条件である繰返し回数については、実施の形態1で検討したひずみ量に対する温度変化量の関係が閉じたヒステリシスループ状態でかつヒステリシスループの面積が繰り返し回数に係わらず一定状態である条件を満たす範囲と、実施の形態2で検討した発生応力の2倍の繰返し周波数成分が一定変化量になる条件を満たす範囲と、実施の形態3で検討した発生応力振幅の1倍もしくは3倍の繰返し周波数成分が一定変化量になる条件を満たす範囲が繰返し回数400サイクル以上と同じ条件であったので、繰返し数としては400サイクル以上で検討した。   The number of repetitions, which is a condition for performing measurement with high accuracy, is a hysteresis loop state in which the relationship between the temperature change amount and the strain amount studied in the first embodiment is closed, and the area of the hysteresis loop is constant regardless of the number of repetitions. A range satisfying the condition of the state, a range satisfying the condition that the repetition frequency component twice the generated stress studied in the second embodiment is a constant change amount, and one time the generated stress amplitude studied in the third embodiment Alternatively, the range where the three-fold repetition frequency component satisfies the constant change amount was the same condition as the number of repetitions of 400 cycles or more. Therefore, the number of repetitions was examined with 400 cycles or more.

図20(a)は、測定対象物1bに加えられる応力振幅の900サイクルから1000サイクルの温度画像をピクセル毎に平均した画像からから400サイクルから600サイクルの温度画像をピクセル毎に平均した画像を引いた平均温度の差を示した図である。図18(a)、図19(a)と同様に、図20(a)の白四角で示される領域の温度変化量が最も高い領域(すなわち、散逸エネルギーの最も高い領域)を示し、切欠き底から0.
5mmの位置に相当する。散逸エネルギーの温度変化分布は、切り欠き底近傍の白四角が最も高く、切り欠き底から離れるに従って低下する。図20(b)は、横軸に荷重、縦軸に温度差をプロットした図である。図20(b)のデータで、白丸は散逸エネルギーが最も高い範囲である切り欠き底近傍0.5mmの位置の平均温度の差をプロットした結果である。この結果から疲労限度を推定すると、疲労試験から求めた疲労限度である5.7kNと一致し、平均温度の差を用いても疲労限度が推定できることが証明された。
FIG. 20A shows an image obtained by averaging a temperature image of 400 cycles to 600 cycles for each pixel from an image of averaging temperature images of 900 to 1000 cycles of the stress amplitude applied to the measurement object 1b for each pixel. It is the figure which showed the difference of the subtracted average temperature. Similarly to FIGS. 18A and 19A, the region indicated by the white square in FIG. 20A indicates the region where the amount of temperature change is the highest (that is, the region where the dissipated energy is the highest). 0 from the bottom.
It corresponds to a position of 5 mm. The temperature change distribution of the dissipative energy is highest in the white square near the notch bottom and decreases as the distance from the notch bottom increases. FIG. 20B is a diagram in which a load is plotted on the horizontal axis and a temperature difference is plotted on the vertical axis. In the data of FIG. 20B, the white circle is a result of plotting the difference in average temperature at a position of 0.5 mm in the vicinity of the notch bottom where the dissipated energy is the highest. When the fatigue limit is estimated from this result, it agrees with the fatigue limit of 5.7 kN obtained from the fatigue test, and it was proved that the fatigue limit can be estimated even using the difference in average temperature.

更に、平均温度の差から求めた散逸エネルギーを抽出する位置によって散逸エネルギーによる疲労限度特定精度にどのような影響を与えるかを調べるために、散逸エネルギーの抽出位置を切欠き底からの位置0.5mm、1.0mm、2.0mmで、荷重を増加させながら平均温度の差を計算し、解析した。図20(b)の結果から、切り欠き底の散逸エネルギーが最も高い0.5mmの位置から1.0mm、1.5mmと離れるに従って推定される疲労限度も高くなる傾向がみられ、疲労限度上危険側に推移する。なお、これら図20(b)の結果は、切欠き部の曲率半径をrh=5mm、1.0mm、0.6mm、0.2mm、0.1mmと変化させた応力集中係数が異なる試験片を用いて疲労試験機1aに取付け、荷重を徐々に上げながら散逸エネルギー測定を行った場合にも、曲率半径2.0mmの場合と同様に平均温度の差を抽出して求められた散逸エネルギー画像の最大温度差を示す値を用いることで疲労限度を精度良く推定できることを示したものである。 Further, in order to investigate how the position where the dissipated energy obtained from the difference in average temperature extracts affects the accuracy of identifying the fatigue limit due to the dissipated energy, the extracted position of the dissipated energy is set to the position 0. Differences in average temperature were calculated and analyzed while increasing the load at 5 mm, 1.0 mm, and 2.0 mm. From the result of FIG. 20B, the estimated fatigue limit tends to increase as the distance from the 0.5 mm position where the dissipated energy at the notch bottom is the highest, 1.0 mm and 1.5 mm, and the fatigue limit is increased. Transition to the danger side. Note that the results shown in FIG. 20B show that the test pieces having different stress concentration coefficients were obtained by changing the curvature radius of the notch portion to rh 0 = 5 mm, 1.0 mm, 0.6 mm, 0.2 mm, and 0.1 mm. Even when the dissipated energy was measured while gradually increasing the load, the dissipated energy image obtained by extracting the average temperature difference as in the case of the radius of curvature of 2.0 mm. This shows that the fatigue limit can be accurately estimated by using the value indicating the maximum temperature difference.

以上の結果から測定対象物に対して繰返し加えられる応力によって発生する温度変化量が最大を示す領域において、特定時間に対する温度上昇量(すなわち、平均温度の差)を抽出することによっても、精度よく疲労限度を推定でき、更に平均温度の差を抽出するシステムを構築することで、常に精度よく疲労限度を求めることが可能になる。   From the above results, it is also possible to accurately extract the amount of temperature rise with respect to a specific time (that is, the difference in average temperature) in the region where the amount of temperature change generated by the stress repeatedly applied to the measurement object is maximum. By constructing a system that can estimate the fatigue limit and extract the difference in average temperature, it is possible to always obtain the fatigue limit with high accuracy.

(実施の形態6)
本発明の実施の形態6における疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法の概要を説明する。実施の形態6の疲労限度特定システムとしては、図11を用いて、図12に示されるように疲労試験機1aに測定対象物1bを固定して行った。疲労試験機1aの荷重振幅は、荷重制御により0kN〜8.0kNまで0.5kN毎に引張荷重を変えて測定した。測定周波数は25Hz一定とした。また、測定対象物1bとしては、図13に示される形状の曲率半径rh=2.0mm、5.0mm、試験片の幅B=15mm、切欠き深さ(ノッチ)d=2.5mm、2.0mm、応力集中部の最小断面の幅2b=6.0mm、厚み3.0mmの切欠きを有するSUS304の試験片を使用した。
(Embodiment 6)
An overview of the fatigue limit specifying system and the fatigue limit specifying method in Embodiment 6 of the present invention will be described. As the fatigue limit specifying system of the sixth embodiment, the measurement object 1b was fixed to the fatigue testing machine 1a as shown in FIG. 12 using FIG. The load amplitude of the fatigue testing machine 1a was measured by changing the tensile load every 0.5 kN from 0 kN to 8.0 kN by load control. The measurement frequency was fixed at 25 Hz. Moreover, as the measurement object 1b, the curvature radius rh 0 = 2.0 mm, 5.0 mm of the shape shown in FIG. 13, the width B of the test piece B = 15 mm, the notch depth (notch) d = 2.5 mm, A test piece of SUS304 having a notch of 2.0 mm, minimum cross-sectional width 2b = 6.0 mm, and thickness 3.0 mm of the stress concentration portion was used.

測定を高精度に行うための条件である繰返し回数については、実施の形態1で検討したひずみ量に対する温度変化量の関係が閉じたヒステリシスループ状態でかつヒステリシスループの面積が繰り返し回数に係わらず一定状態である条件を満たす範囲と、実施の形態2で検討した発生応力の2倍の繰返し周波数成分が一定変化量になる条件を満たす範囲と、実施の形態3で検討した発生応力振幅の1倍もしくは3倍の繰返し周波数成分が一定変化量になる条件を満たす範囲が繰返し回数400サイクル以上と同じ条件であったので、繰返し数としては400サイクル以上で検討した。   The number of repetitions, which is a condition for performing measurement with high accuracy, is a hysteresis loop state in which the relationship between the temperature change amount and the strain amount studied in the first embodiment is closed, and the area of the hysteresis loop is constant regardless of the number of repetitions. A range satisfying the condition of the state, a range satisfying the condition that the repetition frequency component twice the generated stress studied in the second embodiment is a constant change amount, and one time the generated stress amplitude studied in the third embodiment Alternatively, the range where the three-fold repetition frequency component satisfies the constant change amount was the same condition as the number of repetitions of 400 cycles or more. Therefore, the number of repetitions was examined with 400 cycles or more.

図21(a)は、横軸に荷重、縦軸に2f成分をプロットした図である。実線で示される近似線は、高サイクル疲労の応力振幅範囲のデータを用いて、最小二乗法により引いた線である。また、破線で示される近似線は、高サイクル疲労の応力振幅以上の範囲である低サイクル疲労の応力振幅範囲のデータまで用いて、最小二乗法により引いた線である。この結果からも明らかなように、高サイクル疲労の疲労振幅範囲のデータを用いると、疲労試験から求めた疲労限度と一致するが、低サイクル疲労の範囲のデータも含めると疲労限度が疲労試験から求めた疲労限度より高く推定され、疲労強度上危険側に推移する。   FIG. 21A is a diagram in which a load is plotted on the horizontal axis and a 2f component is plotted on the vertical axis. The approximate line indicated by the solid line is a line drawn by the method of least squares using data of the stress amplitude range of high cycle fatigue. Moreover, the approximate line shown with a broken line is the line drawn by the least square method using even the data of the stress amplitude range of the low cycle fatigue which is the range beyond the stress amplitude of the high cycle fatigue. As is clear from this result, using the fatigue amplitude range data for high cycle fatigue matches the fatigue limit obtained from the fatigue test, but if the data for the low cycle fatigue range is included, the fatigue limit is determined from the fatigue test. It is estimated to be higher than the obtained fatigue limit, and shifts to a dangerous side in terms of fatigue strength.

更に、図21(b)は、横軸に荷重、縦軸に平均温度の差をプロットした図である。実線で示される近似線は、高サイクル疲労の応力振幅範囲のデータを用いて、最小二乗法により引いた線である。また、破線で示される近似線は、高サイクル疲労の応力振幅以上の範囲である低サイクル疲労の応力振幅範囲のデータまで用いて、最小二乗法により引いた線である。この結果も図21(a)の結果と同様に、高サイクル疲労の疲労振幅範囲のデータを用いると、疲労試験から求めた疲労限度と一致するが、低サイクル疲労の範囲のデータも含めると疲労限度が疲労試験から求めた疲労限度より高く推定される。   Further, FIG. 21B is a diagram in which a load is plotted on the horizontal axis and a difference in average temperature is plotted on the vertical axis. The approximate line indicated by the solid line is a line drawn by the method of least squares using data of the stress amplitude range of high cycle fatigue. Moreover, the approximate line shown with a broken line is the line drawn by the least square method using even the data of the stress amplitude range of the low cycle fatigue which is the range beyond the stress amplitude of the high cycle fatigue. Similar to the result of FIG. 21 (a), this result agrees with the fatigue limit obtained from the fatigue test when the data of the fatigue amplitude range of high cycle fatigue is used. The limit is estimated to be higher than the fatigue limit obtained from the fatigue test.

以上の結果から、散逸エネルギーを測定する工程で抽出された結果から疲労限度を特定する工程は高サイクル疲労に相当する応力範囲のデータを主に用いることにより、疲労限度を精度よく測定できることは明らかである。更に、高サイクル疲労の疲労振幅範囲でデータ検出するシステムを構築することで、常に精度よく疲労限度を求めることが可能になる。   From the above results, it is clear that the fatigue limit can be accurately measured by mainly using data in the stress range corresponding to high cycle fatigue in the process of identifying the fatigue limit from the results extracted in the process of measuring the dissipation energy. It is. Furthermore, by constructing a system for detecting data within the fatigue amplitude range of high cycle fatigue, it is possible to always obtain the fatigue limit with high accuracy.

(実施の形態7)
本発明の実施の形態7における疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法の概要を説明する。実施の形態7の疲労限度特定システムとしては、図11を用いて、図12に示されるように疲労試験機1aに測定対象物1bを固定して行った。疲労試験機1aの荷重振幅は、荷重制御により0kN〜8.0kNまで0.5kN毎に引張荷重を変えて測定した。測定周波数は25Hz一定とした。また、測定対象物1bとしては、図13に示される形状の曲率半径rh=2.0mm、試験片の幅B=15mm、切欠き深さ(ノッチ)d=2.5mm、応力集中部の最小断面の幅2b=6.0mm、厚み3.0mmの切欠きを有するSUS304の試験片を使用した。
(Embodiment 7)
An outline of the fatigue limit specifying system and the fatigue limit specifying method in Embodiment 7 of the present invention will be described. As the fatigue limit specifying system of the seventh embodiment, the measurement object 1b was fixed to the fatigue testing machine 1a as shown in FIG. 12 using FIG. The load amplitude of the fatigue testing machine 1a was measured by changing the tensile load every 0.5 kN from 0 kN to 8.0 kN by load control. The measurement frequency was fixed at 25 Hz. Further, as the measurement object 1b, the curvature radius rh 0 = 2.0 mm of the shape shown in FIG. 13, the width B of the test piece B = 15 mm, the notch depth (notch) d = 2.5 mm, the stress concentration portion A test piece of SUS304 having a notch with a minimum cross-sectional width of 2b = 6.0 mm and a thickness of 3.0 mm was used.

測定を高精度に行うための条件である繰返し回数については、実施の形態1で検討したひずみ量に対する温度変化量の関係が閉じたヒステリシスループ状態でかつヒステリシスループの面積が繰り返し回数に係わらず一定状態である条件を満たす範囲と、実施の形態2で検討した発生応力の2倍の繰返し周波数成分が一定変化量になる条件を満たす範囲と、実施の形態3で検討した発生応力振幅の1倍もしくは3倍の繰返し周波数成分が一定変化量になる条件を満たす範囲が繰返し回数400サイクル以上と同じ条件であったので、繰返し数としては400サイクル以上で検討した。   The number of repetitions, which is a condition for performing measurement with high accuracy, is a hysteresis loop state in which the relationship between the temperature change amount and the strain amount studied in the first embodiment is closed, and the area of the hysteresis loop is constant regardless of the number of repetitions. A range satisfying the condition of the state, a range satisfying the condition that the repetition frequency component twice the generated stress studied in the second embodiment is a constant change amount, and one time the generated stress amplitude studied in the third embodiment Alternatively, the range where the three-fold repetition frequency component satisfies the constant change amount was the same condition as the number of repetitions of 400 cycles or more. Therefore, the number of repetitions was examined with 400 cycles or more.

図22(a)は横軸に荷重、縦軸に散逸エネルギーである2f成分をプロットした図であり、急激に主応力和が増加する場合である。主応力和が急激な増減を伴わない範囲(適応範囲α)のデータを用いて近似線を引いた場合と、主応力和が急激な増減を伴う範囲(適応範囲外)のデータも含めて近似線を引いた場合に、疲労限度の値がどのように変わるかを示した図である。主応力和が急激な増減を伴わない範囲(適応範囲α)は、横軸に試験機荷重、縦軸に主応力和をプロットした図7(a)から判断され、主応力和823MPaで試験機荷重は8.2kNに相当する。図22(a)の適応範囲内のデータを用いて推定した疲労限度は5.7kN、疲労試験から求めた疲労限度5.7kNと一致する。一方、適応範囲外から推定した疲労限度は7.0kNとなり、疲労限度がかなり危険側へシフトする。   FIG. 22A is a diagram in which the abscissa represents the load and the ordinate represents the 2f component, which is the dissipated energy, in which the principal stress sum increases abruptly. Approximation including data in the range where the principal stress sum does not suddenly increase / decrease (adaptive range α) and data in the range where the principal stress sum suddenly increases / decreases (outside the adaptive range) It is the figure which showed how the value of a fatigue limit changes when drawing a line. The range (adaptation range α) in which the main stress sum does not rapidly increase or decrease is determined from FIG. 7A in which the horizontal axis represents the tester load and the vertical axis represents the main stress sum, and the main stress sum is 823 MPa. The load corresponds to 8.2 kN. The fatigue limit estimated using the data within the adaptive range of FIG. 22A is 5.7 kN, which is consistent with the fatigue limit 5.7 kN obtained from the fatigue test. On the other hand, the fatigue limit estimated from outside the applicable range is 7.0 kN, and the fatigue limit is considerably shifted to the dangerous side.

また、図22(b)は、横軸に荷重、縦軸に散逸エネルギーである2f成分をプロットした図であり、主応力和が急激に低下、または荷重を増加させても比例して増加しない場合の図である。主応力和が急激な増減を伴わない範囲(適応範囲α)のデータを用いて近似線を引いた場合と、主応力和が急激な増減を伴う範囲(適応範囲外)のデータも含めて近似線を引いた場合に、疲労限度の値がどのように変わるかを比較した。主応力和が急激な増減を伴わない範囲(適応範囲α)は横軸に試験機荷重、縦軸に主応力和をプロットした図7(b)から判断され、図7(b)から主応力和840MPaで試験機荷重は8.3
kNに相当する。図22(b)の適応範囲内のデータを用いて推定した疲労限度は6.4kN、疲労試験から求めた疲労限度6.4kNと一致する。
FIG. 22B is a diagram in which the horizontal axis represents the load, and the vertical axis represents the 2f component, which is the dissipated energy. The principal stress sum rapidly decreases or does not increase proportionally even if the load is increased. FIG. Approximation including data in the range where the principal stress sum does not suddenly increase / decrease (adaptive range α) and data in the range where the principal stress sum suddenly increases / decreases (outside the adaptive range) We compared how the fatigue limit value changes when a line is drawn. The range (adaptation range α) in which the principal stress sum does not increase or decrease suddenly is determined from FIG. 7 (b) in which the horizontal axis represents the tester load and the vertical axis represents the principal stress sum. The total load is 840MPa and the testing machine load is 8.3.
It corresponds to kN. The fatigue limit estimated using the data within the adaptive range in FIG. 22B is 6.4 kN, which is the same as the fatigue limit obtained from the fatigue test, 6.4 kN.

一方、適応範囲外を含むデータから推定した疲労限度は6.7kNとなり、疲労限度が危険側へシフトする。なお、これら図22(a)、(b)の結果は、切欠き部の曲率半径をrh=1.0mm、0.6mm、0.2mm、0.1mmと変化させた応力集中係数が異なる試験片を用いて疲労試験機1aに取付け、荷重を徐々に上げながら散逸エネルギー測定を行った場合にも、曲率半径5.0mm、2.0mmの場合と同様に試験機荷重に対する温度変化量もしくは主応力和が急激な増減を伴わない範囲を主に用いることで疲労限度を精度良く推定できることを示したものである。 On the other hand, the fatigue limit estimated from the data including the outside of the adaptation range is 6.7 kN, and the fatigue limit shifts to the danger side. Note that the results shown in FIGS. 22A and 22B differ from each other in the stress concentration factor when the radius of curvature of the notch is changed to rh 0 = 1.0 mm, 0.6 mm, 0.2 mm, and 0.1 mm. Even when the dissipated energy is measured while gradually increasing the load by attaching it to the fatigue testing machine 1a using the test piece, the amount of temperature change relative to the testing machine load or the curvature radius is 5.0 mm or 2.0 mm. This shows that the fatigue limit can be accurately estimated by mainly using the range in which the main stress sum does not rapidly increase or decrease.

以上の結果から測定対象物に対して加えられる応力の繰返し周波数の2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量を算出し、試験機荷重に対する温度変化量もしくは主応力和が急激な増減を伴わない範囲を主に用いることで精度よく疲労限度を推定できることは明らかである。更に、測定対象物に対して加えられる応力の繰返し周波数の2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量を算出し、試験機荷重に対する温度変化量もしくは主応力和が急激な増減を伴わない範囲を検出し、適正範囲での解析を行うシステムを構築することで、常に精度よく疲労限度を求めることが可能になる。   Based on the above results, the temperature change amount obtained by fast Fourier transform at a frequency twice the repetition frequency of the stress applied to the object to be measured is calculated. It is clear that the fatigue limit can be accurately estimated by mainly using the non-existing range. Furthermore, the temperature change amount calculated by fast Fourier transform at twice the repetition frequency of the stress applied to the measurement object is calculated, and the temperature change amount or the main stress sum with respect to the testing machine load does not increase or decrease rapidly. By building a system that detects and detects within the appropriate range, it is always possible to accurately determine the fatigue limit.

(実施の形態8)
本発明の実施の形態8における疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法の概要を説明する。実施の形態8の疲労限度特定システムとしては、図11を用いて、図12に示されるように疲労試験機1aに測定対象物1bを固定して行った。疲労試験機1aの荷重振幅は、荷重制御により0kN〜8.0kNまで0.5kN毎に引張荷重を変えて測定した。測定周波数は25Hz一定とした。また、測定対象物1bとしては、図13に示される形状の曲率半径rh=2.0mm、試験片の幅B=15mm、切欠き深さ(ノッチ)d=2.5mm、応力集中部の最小断面の幅2b=6.0mm、厚み3.0mmの切欠きを有するSUS304の試験片を使用した。
(Embodiment 8)
An outline of the fatigue limit specifying system and the fatigue limit specifying method in Embodiment 8 of the present invention will be described. As the fatigue limit specifying system of the eighth embodiment, the measurement object 1b is fixed to the fatigue testing machine 1a as shown in FIG. 12 using FIG. The load amplitude of the fatigue testing machine 1a was measured by changing the tensile load every 0.5 kN from 0 kN to 8.0 kN by load control. The measurement frequency was fixed at 25 Hz. Further, as the measurement object 1b, the curvature radius rh 0 = 2.0 mm of the shape shown in FIG. 13, the width B of the test piece B = 15 mm, the notch depth (notch) d = 2.5 mm, the stress concentration portion A test piece of SUS304 having a notch with a minimum cross-sectional width of 2b = 6.0 mm and a thickness of 3.0 mm was used.

測定を高精度に行うための条件である繰返し回数については、実施の形態1で検討したひずみ量に対する温度変化量の関係が閉じたヒステリシスループ状態でかつヒステリシスループの面積が繰り返し回数に係わらず一定状態である条件を満たす範囲と、実施の形態2で検討した発生応力の2倍の繰返し周波数成分が一定変化量になる条件を満たす範囲と、実施の形態3で検討した発生応力振幅の1倍もしくは3倍の繰返し周波数成分が一定変化量になる条件を満たす範囲が繰返し回数400サイクル以上と同じ条件であったので、繰返し数としては400サイクル以上で検討した。   The number of repetitions, which is a condition for performing measurement with high accuracy, is a hysteresis loop state in which the relationship between the temperature change amount and the strain amount studied in the first embodiment is closed, and the area of the hysteresis loop is constant regardless of the number of repetitions. A range satisfying the condition of the state, a range satisfying the condition that the repetition frequency component twice the generated stress studied in the second embodiment is a constant change amount, and one time the generated stress amplitude studied in the third embodiment Alternatively, the range where the three-fold repetition frequency component satisfies the constant change amount was the same condition as the number of repetitions of 400 cycles or more. Therefore, the number of repetitions was examined with 400 cycles or more.

図23(a)は横軸に主応力和である繰返し周波数の1倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量、縦軸に散逸エネルギーである2f成分をプロットした図であり、急激に主応力和が増加する場合である。主応力和が急激な増減を伴わない範囲(適応範囲α)のデータを用いて近似線を引いた場合と、主応力和が急激な増減を伴う範囲(適応範囲外)のデータも含めて近似線を引いた場合に、疲労限度の値がどのように変わるかを示した図である。2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量が急激な増減を伴わない範囲(適応範囲α)は、横軸に主応力和、縦軸に散逸エネルギーをプロットした図8(a)から判断され、主応力和823MPaであり、8.2kNの試験機荷重に相当する。図23(a)の適応範囲内のデータを用いて推定した疲労限度は5.7kN、疲労試験から求めた疲労限度5.7kNと一致する。一方、適応範囲外から推定した疲労限度は応力667MPaで荷重7.0kNとなり、疲労限度がかなり危険側へシフトする。   FIG. 23 (a) is a graph in which the horizontal axis plots the temperature change amount obtained by fast Fourier transform at a frequency that is one repetition of the principal stress sum, and the vertical axis plots the 2f component that is the dissipated energy. This is the case when the sum increases. Approximation including data in the range where the principal stress sum does not suddenly increase / decrease (adaptive range α) and data in the range where the principal stress sum suddenly increases / decreases (outside the adaptive range) It is the figure which showed how the value of a fatigue limit changes when drawing a line. The range (adaptation range α) in which the temperature change amount obtained by fast Fourier transform at twice the frequency does not increase or decrease rapidly is determined from FIG. 8A in which the principal stress sum is plotted on the horizontal axis and the dissipated energy is plotted on the vertical axis. The principal stress sum is 823 MPa, which corresponds to a tester load of 8.2 kN. The fatigue limit estimated using the data within the adaptive range in FIG. 23A is 5.7 kN, which is consistent with the fatigue limit 5.7 kN obtained from the fatigue test. On the other hand, the fatigue limit estimated from outside the applicable range is a stress of 667 MPa and a load of 7.0 kN, and the fatigue limit is considerably shifted to the dangerous side.

また、図23(b)は、横軸に荷重、縦軸に散逸エネルギーである2f成分をプロット
した図であり、2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量が急激に低下、または荷重を増加させても比例して増加しない場合の図である。2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量が急激な増減を伴わない範囲(適応範囲α)のデータを用いて近似線を引いた場合と、2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量が急激な増減を伴う範囲(適応範囲外)のデータも含めて近似線を引いた場合に、疲労限度の値がどのように変わるかを比較した。2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量が急激な増減を伴わない範囲(適応範囲α)は横軸に主応力和、縦軸に散逸エネルギーをプロットした図8(b)から判断され、主応力和825MPaで図23(b)の8.3kNの試験機荷重に相当する。図23(b)の適応範囲内のデータを用いて推定した疲労限度は応力597MPa、荷重6.4kNとなり、疲労試験から求めた疲労限度6.4kNと一致する。
FIG. 23B is a diagram in which the horizontal axis represents the load, and the vertical axis represents the 2f component, which is the dissipated energy. The temperature change amount obtained by fast Fourier transform at twice the frequency rapidly decreases, or the load is It is a figure in case it does not increase in proportion even if it increases. When the approximate line is drawn using the data of the range (adaptive range α) in which the temperature change amount after the fast Fourier transform at twice the frequency does not increase or decrease rapidly, the temperature change amount by the fast Fourier transform at the double frequency Compared how the fatigue limit value changes when an approximate line is drawn, including data in a range with a sudden increase or decrease (out of the applicable range). The range (adaptive range α) in which the temperature change amount obtained by fast Fourier transform at twice the frequency does not involve a rapid increase / decrease is determined from FIG. 8B in which the horizontal axis represents the principal stress sum and the vertical axis represents the dissipated energy. The main stress sum is 825 MPa, which corresponds to the testing machine load of 8.3 kN in FIG. The fatigue limit estimated using the data within the adaptive range of FIG. 23B is a stress of 597 MPa and a load of 6.4 kN, which is consistent with the fatigue limit obtained from the fatigue test of 6.4 kN.

なお、これら図23(a)、(b)の結果は、切欠き部の曲率半径をrh=1.0mm、0.6mm、0.2mm、0.1mmと変化させた応力集中係数が異なる試験片を用いて疲労試験機1aに取付け、荷重を徐々に上げながら散逸エネルギー測定を行った場合にも、曲率半径2.0mmの場合と同様に試験機荷重に対する2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量が急激な増減を伴わない範囲を主に用いることで疲労限度を精度良く推定できることを示したものである。 The results shown in FIGS. 23A and 23B are different from each other in the stress concentration coefficient when the curvature radius of the notch is changed to rh 0 = 1.0 mm, 0.6 mm, 0.2 mm, and 0.1 mm. Even when the dissipated energy is measured while gradually increasing the load using a test piece attached to the fatigue testing machine 1a, the fast Fourier transform is performed at a frequency twice that of the testing machine load as in the case of a curvature radius of 2.0 mm. It is shown that the fatigue limit can be accurately estimated by mainly using the range in which the temperature change amount does not involve a sudden increase or decrease.

以上の結果から測定対象物に対して加えられる応力の繰返し周波数の2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量を算出し、主応力和である繰返し周波数の1倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量に対する2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量が急激な増減を伴わない範囲を主に用いることで精度よく疲労限度を推定できることは明らかである。更に、主応力和である繰返し周波数の1倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量に対する2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量が急激な増減を伴わない範囲を検出し、適正範囲での解析を行うシステムを構築することで、常に精度よく疲労限度を求めることが可能になる。   Based on the above results, the temperature change amount obtained by fast Fourier transformation at a frequency twice the repetition frequency of the stress applied to the measurement object is calculated, and the fast Fourier transformation is performed at a frequency one time the repetition frequency which is the principal stress sum. It is clear that the fatigue limit can be accurately estimated by mainly using a range in which the temperature change amount obtained by fast Fourier transform at a frequency twice that of the temperature change amount is not accompanied by a sudden increase or decrease. Furthermore, it detects the range in which the temperature change amount that has been fast Fourier transformed at a frequency twice that of the temperature change amount that has been fast Fourier transformed at a frequency that is one time the repetition frequency, which is the principal stress sum, is not accompanied by a sudden increase or decrease. By constructing a system for analyzing the above, it becomes possible to always obtain the fatigue limit with high accuracy.

(実施の形態9)
本発明の実施の形態9における疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法の概要を説明する。実施の形態9の疲労限度特定システムとしては、図11を用いて、図12に示されるように疲労試験機1aに測定対象物1bを固定して行った。疲労試験機1aの荷重振幅は、荷重制御により0kN〜8.0kNまで0.5kN毎に引張荷重を変えて測定した。測定周波数は25Hz一定とした。また、測定対象物1bとしては、図13に示される形状の曲率半径rh=2.0mm、試験片の幅B=15mm、切欠き深さ(ノッチ)d=2.5mm、応力集中部の最小断面の幅2b=6.0mm、厚み3.0mmの切欠きを有するSUS304の試験片を使用した。
(Embodiment 9)
The outline of the fatigue limit specifying system and the fatigue limit specifying method in Embodiment 9 of the present invention will be described. As the fatigue limit specifying system of the ninth embodiment, the measurement object 1b is fixed to the fatigue testing machine 1a as shown in FIG. 12 using FIG. The load amplitude of the fatigue testing machine 1a was measured by changing the tensile load every 0.5 kN from 0 kN to 8.0 kN by load control. The measurement frequency was fixed at 25 Hz. Further, as the measurement object 1b, the curvature radius rh 0 = 2.0 mm of the shape shown in FIG. 13, the width B of the test piece B = 15 mm, the notch depth (notch) d = 2.5 mm, the stress concentration portion A test piece of SUS304 having a notch with a minimum cross-sectional width of 2b = 6.0 mm and a thickness of 3.0 mm was used.

測定を高精度に行うための条件である繰返し回数については、実施の形態1で検討したひずみ量に対する温度変化量の関係が閉じたヒステリシスループ状態でかつヒステリシスループの面積が繰り返し回数に係わらず一定状態である条件を満たす範囲と、実施の形態2で検討した発生応力の2倍の繰返し周波数成分が一定変化量になる条件を満たす範囲と、実施の形態3で検討した発生応力振幅の1倍もしくは3倍の繰返し周波数成分が一定変化量になる条件を満たす範囲が繰返し回数400サイクル以上と同じ条件であったので、繰返し数としては400サイクル以上で検討した。   The number of repetitions, which is a condition for performing measurement with high accuracy, is a hysteresis loop state in which the relationship between the temperature change amount and the strain amount studied in the first embodiment is closed, and the area of the hysteresis loop is constant regardless of the number of repetitions. A range satisfying the condition of the state, a range satisfying the condition that the repetition frequency component twice the generated stress studied in the second embodiment is a constant change amount, and one time the generated stress amplitude studied in the third embodiment Alternatively, the range where the three-fold repetition frequency component satisfies the constant change amount was the same condition as the number of repetitions of 400 cycles or more. Therefore, the number of repetitions was examined with 400 cycles or more.

図24(a)横軸に試験機荷重、縦軸に散逸エネルギーをプロットした図である。図24(a)の近似曲線1および近似曲線2は、n=3のときに引かれた2本の近似曲線である。例えばn=2のとき最小荷重から2点を用いて最小二乗法により近似線Aを、最初の3点を除く残りの点を用いて最小二乗法により近似曲線BN−3を求め、2つの近似曲線の交点を求めることができる。このように3≦n≦N−nの範囲でnを一つずつ増やし
ながら求めた近似線An、N−nの交点に相当する荷重を横軸に、各近似線An、N−nの分散A’とB’N−nの和を縦軸にプロットすると図24(b)のように描くことができる。このときの分散A’とB’N−nは、各々式(1)で計算される。
FIG. 24A is a diagram in which the test machine load is plotted on the horizontal axis and the dissipated energy is plotted on the vertical axis. The approximate curve 1 and approximate curve 2 in FIG. 24A are two approximate curves drawn when n = 3. For example, when n = 2, the approximate line A 3 is obtained by the least square method using two points from the minimum load, and the approximate curve B N-3 is obtained by the least square method using the remaining points except the first three points. The intersection of two approximate curves can be obtained. A load corresponding to the thus 3 ≦ n ≦ N-n approximate line A n was determined while increasing one by one n in the range of, the intersection of B N-n on the horizontal axis, the approximate line A n, B N When the sum of −n variances A ′ n and B ′ N−n is plotted on the vertical axis, it can be drawn as shown in FIG. The variances A ′ n and B ′ N−n at this time are each calculated by Expression (1).

図24(b)は、実施の形態7で示した主応力和が急激な増減を伴わない範囲あるいは実施の形態8で示した2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量が急激な増減を伴わない範囲に関係なく、プロットされたデータ全てを用いて最小二乗法により求められた2本の近似線である近似線1と近似線2の分散の和である。図24(b)の結果から、2本の近似線の分散の和が最小になる交点は7.3kNであり、疲労試験から求められた疲労限度5.7kNと比較すると一致しない。そこで、実施の形態7で示した主応力和が急激な増減を伴わない範囲あるいは実施の形態8で示した2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量が急激な増減を伴わない範囲のデータだけを用いて最小二乗法により求められた2本の近似線である近似線1と近似線2の分散の和を求めた。   FIG. 24B shows the range in which the principal stress sum shown in the seventh embodiment is not accompanied by a sudden increase or decrease, or the temperature change amount obtained by fast Fourier transform at twice the frequency shown in the eighth embodiment shows a sudden increase or decrease. Regardless of the range not accompanied, it is the sum of the variances of the approximate line 1 and the approximate line 2 which are two approximate lines obtained by the least square method using all the plotted data. From the result shown in FIG. 24B, the intersection at which the sum of the variances of the two approximate lines is minimized is 7.3 kN, which is not consistent with the fatigue limit of 5.7 kN obtained from the fatigue test. Therefore, the data in the range in which the principal stress sum shown in the seventh embodiment is not accompanied by a sudden increase or decrease or the temperature change amount obtained by fast Fourier transform at twice the frequency shown in the eighth embodiment is not accompanied by a sudden increase or decrease. The sum of the variances of the approximate line 1 and the approximate line 2 which are two approximate lines obtained by the least square method was obtained.

図24(c)は、図24(b)と同様に、近似線An、N−nの交点に相当する荷重を横軸に、各近似線An、N−nの分散A’とB’N−nの和を縦軸にプロットしたものである。図24(c)の結果から、2本の近似線の分散の和が最小になる交点は5.7kNである。また、図24(d)は、横軸に試験機荷重、縦軸に散逸エネルギーをプロットした図であり、2本の近似線1、近似線2の分散の和が最小になるときの近似線1および近似線2を示したものである。図24(c)および図24(d)から求めることができた交点5.7kNは、疲労試験から求められた疲労限度5.7kNと一致し、疲労限度を精度よく求めることができる。 Figure 24 (c), similarly to FIG. 24 (b), the approximate line A n, the horizontal axis the load corresponding to the intersection of B N-n, each approximate line A n, dispersion A of B N-n ' The sum of n and B ′ N−n is plotted on the vertical axis. From the result of FIG. 24C, the intersection at which the sum of the variances of the two approximate lines is minimized is 5.7 kN. FIG. 24D is a diagram in which the test machine load is plotted on the horizontal axis and the dissipated energy is plotted on the vertical axis, and the approximate line when the sum of the variances of the two approximate lines 1 and 2 is minimized. 1 and approximate line 2 are shown. The intersection point 5.7 kN obtained from FIGS. 24C and 24D coincides with the fatigue limit 5.7 kN obtained from the fatigue test, and the fatigue limit can be obtained with high accuracy.

なお、これら図24(a)、(b)の結果は、切欠き部の曲率半径をrh=5.0mm、1.0mm、0.6mm、0.2mm、0.1mmと変化させた応力集中係数が異なる試験片を用いて疲労試験機1aに取付け、荷重を徐々に上げながら散逸エネルギー測定を行った場合にも、曲率半径2.0mmの場合と同様に試験機荷重に対する2倍の周波数で高速フーリエ変換した温度変化量が急激な増減を伴わない範囲もしくは主応力和が急激な増減を伴わない範囲の全データ数をNとして、N−n>1のデータ範囲で最小二乗法により統計処理された近似線Aおよび近似線BN−nの分散をそれぞれA’、B’N−nとし、分散A’と分散B’N−nの和が最小を満たすnによって決定される少なくとも2本以上の近似線の交点により求められることで疲労限度を精度良く推定できることは明らかである。 The results shown in FIGS. 24A and 24B are obtained by changing the curvature radius of the notch to rh 0 = 5.0 mm, 1.0 mm, 0.6 mm, 0.2 mm, and 0.1 mm. When dissipating energy is measured while gradually increasing the load using specimens with different concentration factors, the frequency is twice that of the tester load as in the case of a radius of curvature of 2.0 mm. Statistic by the least squares method in the data range of N−n> 1, where N is the total number of data in the range where the temperature change amount obtained by the fast Fourier transform in FIG. treated approximate line a n and the approximate line B n-n disperse each a 'n, B' and n-n, is determined by n which the sum of 'n-dispersion B' dispersion a n-n meets the minimum By the intersection of at least two approximate lines It is clear that the fatigue limit can be estimated with high accuracy.

(実施の形態10)
本発明の実施の形態10における疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法の概要を説明する。実施の形態10の疲労限度特定システムとしては、図11を用いて、図12に示されるように疲労試験機1aに測定対象物1bを固定して行った。疲労試験機1aの荷重振幅は、荷重制御により0kN〜8.0kNまで0.5kN毎に引張荷重を変えて測定した。測定周波数は25Hz一定とした。また、測定対象物1bとしては、図13に示される形状の曲率半径rhを0.1mm〜5.0mmまで変化させ、試験片の幅B=15mm、切欠き深さ(ノッチ)d=2.5mm、応力集中部の最小断面の幅2b=6.0mm、厚み3.0mmは一定として、切欠き深さ(ノッチ)dは曲率半径の寸法に合わせて変えたSUS304の試験片を使用した。図13に示される形状の曲率半径rhを0.1mm〜5.0mmまで変化させることにより塑性範囲を変化させ、塑性範囲にあたる面積と赤外線カメラの1画素の大きさがどのように影響するかを検討した。図25(a)に、試験片の切欠き部分の塑性範囲と赤外線カメラの1画素の大きさの関係を示す。なお、塑性範囲および1画素の大きさについては、試験片の切欠き部分の曲率半径を基準として求めた。
(Embodiment 10)
An overview of the fatigue limit specifying system and the fatigue limit specifying method in Embodiment 10 of the present invention will be described. As the fatigue limit specifying system of the tenth embodiment, the measurement object 1b is fixed to the fatigue testing machine 1a as shown in FIG. 12 using FIG. The load amplitude of the fatigue testing machine 1a was measured by changing the tensile load every 0.5 kN from 0 kN to 8.0 kN by load control. The measurement frequency was fixed at 25 Hz. Further, as the measurement object 1b, the curvature radius rh 0 of the shape shown in FIG. 13 is changed from 0.1 mm to 5.0 mm, the test piece width B = 15 mm, and the notch depth (notch) d = 2. SUS304 test piece was used in which the notch depth (notch) d was changed in accordance with the radius of curvature, assuming that the minimum cross-sectional width 2b = 6.0 mm and the thickness 3.0 mm were constant. . The plastic range is changed by changing the radius of curvature rh 0 of the shape shown in FIG. 13 from 0.1 mm to 5.0 mm, and how the area corresponding to the plastic range and the size of one pixel of the infrared camera are affected. It was investigated. FIG. 25A shows the relationship between the plastic range of the notch portion of the test piece and the size of one pixel of the infrared camera. Note that the plastic range and the size of one pixel were obtained based on the radius of curvature of the notch portion of the test piece.

測定を高精度に行うための条件である繰返し回数については、実施の形態2で検討した2倍の繰返し加振周波数成分(2f成分)で高速フーリエ変換したが、繰り返し回数に係わらず一定状態である条件を満たす範囲と、実施の形態2で検討した発生応力の2倍の繰返し周波数成分が一定変化量になる条件を満たす範囲と、実施の形態3で検討した発生応力振幅の1倍もしくは3倍の繰返し周波数成分が一定変化量になる条件を満たす範囲で検討した。   As for the number of repetitions, which is a condition for performing measurement with high accuracy, fast Fourier transform is performed with the double repeated excitation frequency component (2f component) studied in the second embodiment, but in a constant state regardless of the number of repetitions. A range satisfying a certain condition, a range satisfying a condition in which a repetition frequency component twice as large as the generated stress studied in the second embodiment satisfies a constant change amount, and one or three times the generated stress amplitude studied in the third embodiment. The range of conditions where the double repetition frequency component becomes a constant change was studied.

図25(b)は、横軸に試験片の切欠きの曲率半径と塑性範囲である面積を赤外線カメラの1画素に相当する面積で割った相対比、縦軸に散逸エネルギーである2f成分から求めた疲労限度と疲労試験から求めた疲労限度をプロットした図である。試験片の切欠きの曲率半径の大きさが小さくなるに従い、応力集中による塑性範囲も小さくなる。その塑性範囲が赤外線カメラの1画素当たりの空間分解能にあたる面積に対して小さくなるに従い疲労試験から求めた疲労限度と赤外線から求めた疲労限度がズレを生じる傾向が見られた。これは、赤外線カメラの疲労限度を推定する上での測定限界を示す結果であると考えられる。この結果から、赤外線カメラの1画素当たりの空間分解能に相当する面積に対して塑性範囲の面積が約7倍以上あれば、疲労限度を正確に測定可能であることがわかった。また、今回用いた赤外線カメラの空間分解能は0.35μm×0.35μmであり、切り欠きの幅(曲率半径2倍=直径)と比較すると物理的に1画素の長さの3倍以上(2.0mm以上)であれば、疲労限度を正確に測定可能であることがわかった。   FIG. 25B shows a relative ratio obtained by dividing the radius of curvature of the notch of the test piece and the plastic range by the area corresponding to one pixel of the infrared camera on the horizontal axis, and the 2f component of dissipated energy on the vertical axis. It is the figure which plotted the fatigue limit calculated | required from the calculated | required fatigue limit and the fatigue test. As the radius of curvature of the notch of the test piece decreases, the plastic range due to stress concentration also decreases. As the plastic range becomes smaller than the area corresponding to the spatial resolution per pixel of the infrared camera, the fatigue limit obtained from the fatigue test and the fatigue limit obtained from the infrared ray tend to be shifted. This is considered to be a result indicating a measurement limit in estimating the fatigue limit of the infrared camera. From this result, it was found that if the area of the plastic range is about 7 times or more than the area corresponding to the spatial resolution per pixel of the infrared camera, the fatigue limit can be measured accurately. In addition, the spatial resolution of the infrared camera used this time is 0.35 μm × 0.35 μm, and it is physically more than 3 times the length of one pixel (2) compared with the width of the notch (2 times the radius of curvature = diameter). It was found that the fatigue limit can be accurately measured.

更に、今度は測定する試験片の曲率半径rhを2.0mmとして、赤外線カメラの1画素を見かけ上大きくするために1画素、2画素×2画素、3画素×3画素と測定対象画素の面積を増やし平均化することにより、塑性範囲の面積と測定対象画素の面積比率を変え検討を行った。図25(c)は、横軸に塑性範囲である面積を赤外線カメラの1画素に相当する面積で割った相対比、縦軸に散逸エネルギーである2f成分から求めた疲労限度と疲労試験から求めた疲労限度をプロットした図である。この結果からも、塑性範囲である面積を赤外線カメラの1画素に相当する面積で割った相対比が7倍以上であれば、疲労限度を正確に測定可能であることがわかった。以上の結果から塑性範囲に対して赤外線カメラの1画素が約1/7以下であれば、疲労限度を高精度で測定できることは明らかである。 Further, this time, the radius of curvature rh 0 of the test piece to be measured is set to 2.0 mm, and 1 pixel, 2 pixels × 2 pixels, 3 pixels × 3 pixels, and the measurement target pixel are used to apparently increase one pixel of the infrared camera. By increasing the area and averaging, the area of the plastic range and the area ratio of the pixel to be measured were changed and examined. FIG. 25C shows a relative ratio obtained by dividing the area of the plastic range by the area corresponding to one pixel of the infrared camera on the horizontal axis and the fatigue limit obtained from the 2f component of the dissipated energy on the vertical axis and a fatigue test. It is the figure which plotted the fatigue limit. Also from this result, it was found that the fatigue limit can be accurately measured if the relative ratio obtained by dividing the area of the plastic range by the area corresponding to one pixel of the infrared camera is 7 times or more. From the above results, it is clear that the fatigue limit can be measured with high accuracy if one pixel of the infrared camera is about 1/7 or less with respect to the plastic range.

次に、上述した各実施の形態における応力集中係数Kを評価する工程と、疲労限度を特定する工程の一例について簡単に説明する。本発明の各実施の形態における応力集中係数Kを評価する工程は、応力集中係数Kが所定の値未満であるか否かを特定する。応力集中係数を評価する工程に関して以下に説明する。応力集中係数Kは以下の(式3)で表される。
K=σ/σ ・・・・・・・・・・・(式3)
σ:最大応力(切欠き底) σ:公称応力(切欠きの無い場合の応力)
Next, an example of the step of evaluating the stress concentration coefficient K and the step of specifying the fatigue limit in each embodiment described above will be briefly described. The step of evaluating the stress concentration factor K in each embodiment of the present invention specifies whether the stress concentration factor K is less than a predetermined value. The process for evaluating the stress concentration factor will be described below. The stress concentration factor K is expressed by the following (Equation 3).
K = σ m / σ 0 (Equation 3)
σ m : Maximum stress (notch bottom) σ 0 : Nominal stress (stress when there is no notch)

試験片のような切欠き形状が明確で、過去の検討からデータの蓄積があるような場合には、形状から応力集中係数Kをある程度推測することも可能であるが、基本的には実験的力学手法を用いて実測する必要がある。非破壊で応力集中係数Kを評価する方法としては、有限要素法のようなシミュレーションを用いた数学的解析手法や光弾性法・モアレ法といった実験力学的手法が一般的に用いられる。また、非破壊で実測から評価する方法としては、ひずみゲージを可能な限り貼り、応力分布による測定から最大応力σと公称応力σを求め、(式3)から計算する方法や、高精度な赤外線カメラを用いて熱弾性効果から主応力和の二次元応力分布を測定し、最大応力σと公称応力σを求め、(式3)から計算する方法等がある。 If the notch shape of the test piece is clear and data is accumulated from past studies, it is possible to estimate the stress concentration factor K from the shape to some extent, but basically it is experimental. It is necessary to measure using a mechanical method. As a method for evaluating the stress concentration factor K in a non-destructive manner, a mathematical analysis method using a simulation such as a finite element method and an experimental mechanical method such as a photoelastic method or a moire method are generally used. In addition, as a method of nondestructive evaluation from actual measurement, a strain gauge is attached as much as possible, the maximum stress σ m and the nominal stress σ 0 are obtained from measurement by stress distribution, and calculated from (Equation 3) There is a method of measuring the two-dimensional stress distribution of the principal stress sum from the thermoelastic effect using a simple infrared camera, obtaining the maximum stress σ m and the nominal stress σ 0 , and calculating from (Equation 3).

有限要素法のようなシミュレーション解析的手法や光弾性法・モアレ法は、測定のため
に特別なモデルを用意する必要があるため溶接や締結部のように個体差が大きいものを忠実にモデル化するのに適していない。ひずみゲージ法による測定は、簡易かつ高精度に評価可能だが応力分布を求めるために測定点数を多くする必要があり計測器など大掛かりな測定になる。一方、赤外線応力測定法は、特別なモデルを用意する必要もなく、材質に関係なく非接触で測定できるため製品や部品など実稼動状態で実用的な測定が可能であるが、切欠きの曲率半径の小さなものに対しては熱弾性効果を適応できる断熱条件が成立する範囲が狭くなるために最大応力が低く測定され、応力集中係数も低くなる。
Simulation analysis methods such as the finite element method, photoelasticity method, and moire method need to prepare a special model for measurement, so models with large individual differences such as welding and fastening parts are faithfully modeled. Not suitable to do. The measurement by the strain gauge method can be evaluated easily and with high accuracy, but it is necessary to increase the number of measurement points in order to obtain the stress distribution, which is a large-scale measurement such as a measuring instrument. On the other hand, the infrared stress measurement method does not require the preparation of a special model, and can be measured without contact regardless of the material. For those having a small radius, the range in which the heat insulation condition capable of adapting the thermoelastic effect is narrowed, so that the maximum stress is measured low and the stress concentration factor is also low.

以上の結果、応力集中係数を求める方法としては、高精度な赤外線カメラを用いて熱弾性効果を利用した応力測定から主応力和の応力分布を求め、簡易的な値を確認した後に、散逸エネルギー測定による疲労限度の特定を行うことが望ましい。また、赤外線応力測定による応力集中係数が所定の値(例えば、3)に近い場合や、応力集中部が端に近く赤外線カメラによるエッジ効果で測定精度が低下するような場合には、赤外線応力測定から得られた応力分布の応力集中部に数箇所ひずみゲージを貼って測定を行うことで応力集中係数を正確に求めることが望ましい。   As a result, the stress concentration factor can be obtained by calculating the stress distribution of the principal stress sum from the stress measurement using the thermoelastic effect using a high-accuracy infrared camera, confirming a simple value, and then dissipating energy. It is desirable to specify the fatigue limit by measurement. In addition, when the stress concentration factor by infrared stress measurement is close to a predetermined value (for example, 3), or when the stress concentration part is close to the end and the measurement accuracy is lowered due to the edge effect by the infrared camera, infrared stress measurement is performed. It is desirable to accurately obtain the stress concentration factor by measuring with several strain gauges attached to the stress concentration portion of the stress distribution obtained from the above.

試験片のように形状が明確で単純なものに対しては、過去のデータから導き出された関係式やシミュレーション解析から応力集中係数を推定し、散逸エネルギー測定による疲労限度の特定を行うことが望ましい。   For specimens that are clear and simple, such as specimens, it is desirable to estimate the stress concentration factor from relational expressions derived from past data and simulation analysis, and to specify the fatigue limit by measuring dissipated energy .

例えば、図13に示されるような切欠き形状を有する試験片の切欠き部の曲率半径rhを0.1mm〜5mmと変えることで応力集中係数を7種類変えた試験片を用いた。なお、試験片の幅B、切欠き深さ(ノッチ)d、応力集中部の最小断面の幅の半分b、厚みtはそれぞれ3mm一定とした。 For example, a test piece in which seven types of stress concentration factors were changed by changing the curvature radius rh 0 of the notch of the test piece having a notch shape as shown in FIG. 13 to 0.1 mm to 5 mm was used. Note that the width B, the notch depth (notch) d, the half width b of the minimum cross section of the stress concentration portion, and the thickness t were fixed to 3 mm, respectively.

それらの試験片に対して、荷重振幅を変化させて測定を行った散逸エネルギーの測定結果から求めた変曲点と、同様の試験片を用いて機械的疲労試験から求めた疲労限度荷重を応力集中係数ごとに比較した結果の一例を図26及び図27に示す。図26(a)〜(d)は、切欠き部の曲率半径をrh=2.0mm、1.0mm、0.6mm、0.2mmと変化させた試験片を疲労試験機1aに取付け、荷重を徐々に上げながら散逸エネルギー測定を行った結果を示す。一方、図27(a)〜(d)は、切欠き部の曲率半径をrh=2.0mm、1.0mm、0.6mm、0.2mmと変化させた試験片を疲労試験機1aに取付け、求めた疲労SN曲線である。 For these specimens, the inflection points obtained from the measurement results of the dissipated energy measured by changing the load amplitude and the fatigue limit load obtained from the mechanical fatigue test using the same specimen are stressed. An example of the result of comparison for each concentration factor is shown in FIGS. 26 (a) to 26 (d) are attached to the fatigue testing machine 1a with test pieces in which the radius of curvature of the notch is changed to rh 0 = 2.0 mm, 1.0 mm, 0.6 mm, and 0.2 mm, The result of dissipating energy while gradually increasing the load is shown. On the other hand, FIGS. 27A to 27D show, in the fatigue testing machine 1a, test pieces in which the radius of curvature of the notch is changed to rh 0 = 2.0 mm, 1.0 mm, 0.6 mm, and 0.2 mm. It is the fatigue SN curve obtained by attachment.

更に、切欠き部の曲率半径をrh=5mm、0.5mm、0.1mmの3種類追加して検討を行った散逸エネルギー測定の結果および疲労試験による疲労SN曲線から求めた疲労限界荷重振幅の結果を図28に示す。図28に示されるように、応力集中係数が3を境界として、応力集中係数が3以上では、散逸エネルギー測定から求めた初段の変曲点にあたる荷重振幅値と疲労SN曲線から求めた疲労限界荷重振幅値とが一致する。また、応力集中係数が3未満では散逸エネルギー測定から求めた初段以降の変曲点にあたる荷重振幅値と疲労SN曲線から求めた疲労限界荷重振幅値とが一致する。このことから、荷重振幅値と、疲労SN曲線から求めた疲労限界荷重振幅値とが一致することは明らかである。 Furthermore, the fatigue limit load amplitude obtained from the results of the measured dissipative energy and the fatigue SN curve by the fatigue test, which were studied by adding three types of curvature radius of the notch, rh 0 = 5 mm, 0.5 mm, and 0.1 mm. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 28, when the stress concentration factor is 3 and the stress concentration factor is 3 or more, the fatigue limit load obtained from the load amplitude value corresponding to the first inflection point obtained from the dissipated energy measurement and the fatigue SN curve is obtained. The amplitude value matches. When the stress concentration factor is less than 3, the load amplitude value corresponding to the inflection point after the first stage obtained from the dissipated energy measurement and the fatigue limit load amplitude value obtained from the fatigue SN curve coincide. From this, it is clear that the load amplitude value agrees with the fatigue limit load amplitude value obtained from the fatigue SN curve.

また、本発明の疲労限度特定システムおよび疲労限度特定方法における疲労限度を特定する工程は、応力集中係数を評価する工程で求められた応力集中係数が所定の値以上の場合には、散逸エネルギー測定の工程で求められる交点の初段を用い、所定の値未満の場合は初段以降を用いる。このようなシステム的にデータ処理を行うことで、適切な疲労限度の特定をすることが可能となる。   Further, the step of specifying the fatigue limit in the fatigue limit specifying system and the fatigue limit specifying method of the present invention includes measuring the dissipated energy when the stress concentration factor obtained in the step of evaluating the stress concentration factor is a predetermined value or more. The first stage of the intersection obtained in the process is used, and if it is less than a predetermined value, the first stage and the subsequent stages are used. By performing data processing in such a system, it is possible to specify an appropriate fatigue limit.

また、本発明の各実施の形態における疲労限度特定システムにおいて、測定対象物とし
て適応可能な材料について説明する。図29は、測定対象物の主成分が鉄であって、特に炭素鋼(SPCC)、オーステナイト系ステンレス鋼である材料から構成される測定対象物についての測定結果を示す図である。図29を用いて、各材料について、赤外線カメラによる散逸エネルギーの変曲点と、疲労試験による疲労SN曲線から求めた疲労限界荷重とを比較した。各実施の形態に係る疲労限度特定システムでは、赤外線カメラ1c(Cedip社のSilver 480M)を用い、得られた画像を高速フーリエ変換(FFT)を使用して画像処理を行った。また、疲労試験機1aとしては、油圧サーボ疲労試験機(島津製作所,サーボパルサ,10 kN)を用いた。なお、このとき用いた測定対象物1bである試験片の切り欠き部分の曲率半径と応力集中係数とは、図29に示す通りである。
In addition, materials that can be applied as measurement objects in the fatigue limit identification system in each embodiment of the present invention will be described. FIG. 29 is a diagram illustrating a measurement result of a measurement target composed of a material in which the main component of the measurement target is iron, particularly carbon steel (SPCC) or austenitic stainless steel. For each material, the inflection point of the dissipated energy by the infrared camera and the fatigue limit load obtained from the fatigue SN curve by the fatigue test were compared for each material. In the fatigue limit identification system according to each embodiment, an infrared camera 1c (Cedip's Silver 480M) was used, and the obtained image was subjected to image processing using fast Fourier transform (FFT). Further, as the fatigue testing machine 1a, a hydraulic servo fatigue testing machine (Shimadzu Corporation, servo pulser, 10 kN) was used. In addition, the curvature radius and stress concentration factor of the notch part of the test piece which is the measurement object 1b used at this time are as shown in FIG.

図29の結果からも明らかなように、炭素鋼、オーステナイト系ステンレス材料であれば、SUS304の結果と同様に、応力集中係数が3以上では、散逸エネルギー測定から求めた初段の変曲点にあたる荷重振幅値と疲労SN曲線から求めた疲労限界荷重振幅値とが一致し、応力集中係数3未満では散逸エネルギー測定から求めた初段以降の変曲点にあたる荷重振幅値と疲労SN曲線から求めた疲労限界荷重振幅値とが一致する。従って、疲労限度特定方法として適応可能であることは明らかである。また、疲労試験により破断した場所と、赤外線カメラで散逸エネルギー測定から特定される最も温度が高い場所が一致することを確認した。   As is clear from the results of FIG. 29, in the case of carbon steel and austenitic stainless steel, as in the case of SUS304, when the stress concentration factor is 3 or more, the load corresponding to the first inflection point obtained from the measurement of dissipated energy Fatigue limit load amplitude value obtained from the fatigue SN load obtained from the fatigue level load amplitude value obtained from the first stage after the first stage after the amplitude value agrees with the fatigue limit load amplitude value obtained from the fatigue SN curve and the stress concentration factor is less than 3. The load amplitude value matches. Therefore, it is clear that it can be applied as a fatigue limit specifying method. In addition, it was confirmed that the location where the fatigue test broke and the location with the highest temperature identified from the dissipated energy measurement with an infrared camera coincided.

更に、試験機荷重を主応力和に変換することにより、SUS304の結果と同様に散逸エネルギー発生場所が複数存在する場合でも相対比較が可能となり、疲労破断箇所として特定可能であることも確認した。以上の結果から、本発明の各実施の形態に係る疲労限度特定システムは、疲労限度を特定する方法とて主成分が鉄であり、特に炭素鋼、オーステナイト系ステンレス鋼である材料から構成ざれる材料に適応可能であり、また疲労破壊箇所特定方法としても有効であることは明らかである。   Furthermore, by converting the tester load into the sum of principal stresses, it was confirmed that relative comparison was possible even when there were a plurality of locations where the dissipated energy was generated as in the case of SUS304, and it was possible to identify the fatigue fracture location. From the above results, the fatigue limit specifying system according to each embodiment of the present invention is composed of a material whose main component is iron, particularly carbon steel, austenitic stainless steel as a method for specifying the fatigue limit. It is clear that it can be applied to materials and is also effective as a method for identifying fatigue fracture locations.

なお、本発明の各実施の形態で述べた情報処理装置が行うそれぞれの処理手順は、記憶装置(ROM、RAM、ハードディスク等)に格納された上述した処理手順を実行可能な所定のプログラムデータが、CPUによって解釈実行されることで実現されてもよい。この場合、プログラムデータは、記憶媒体を介して記憶装置内に導入されてもよいし、記憶媒体上から直接実行されてもよい。なお、記憶媒体は、ROMやRAMやフラッシュメモリ等の半導体メモリ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスクメモリ、CD−ROMやDVDやBD等の光ディスクメモリ、及びメモリカード等をいう。また、記憶媒体は、電話回線や搬送路等の通信媒体を含む概念である。   Each processing procedure performed by the information processing apparatus described in each embodiment of the present invention includes predetermined program data stored in a storage device (ROM, RAM, hard disk, etc.) that can execute the above-described processing procedure. It may be realized by being interpreted and executed by the CPU. In this case, the program data may be introduced into the storage device via the storage medium, or may be directly executed from the storage medium. Note that the storage medium refers to a semiconductor memory such as a ROM, a RAM, or a flash memory, a magnetic disk memory such as a flexible disk or a hard disk, an optical disk memory such as a CD-ROM, a DVD, or a BD, and a memory card. The storage medium is a concept including a communication medium such as a telephone line or a conveyance path.

また、本発明の各実施の形態において、情報処理装置を構成する各機能ブロックは、典型的には、CPU(又はプロセッサ)上で動作するプログラムとして実現されるが、その機能の一部または全部を集積回路であるLSIとして実現してもよい。これらのLSIは、個別に1チップ化されても良いし、一部又は全てを含むように1チップ化されても良い。ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。   In each embodiment of the present invention, each functional block constituting the information processing apparatus is typically realized as a program that operates on a CPU (or processor), but part or all of the functions are implemented. May be realized as an LSI which is an integrated circuit. These LSIs may be individually made into one chip, or may be made into one chip so as to include a part or all of them. The name used here is LSI, but it may also be called IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI depending on the degree of integration.

また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用しても良い。   Further, the method of circuit integration is not limited to LSI's, and implementation using dedicated circuitry or general purpose processors is also possible. An FPGA (FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY) that can be programmed after manufacturing the LSI or a reconfigurable processor that can reconfigure the connection and setting of circuit cells inside the LSI may be used.

さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バ
イオ技術の適応等が可能性としてありえる。
Further, if integrated circuit technology comes out to replace LSI's as a result of the advancement of semiconductor technology or a derivative other technology, it is naturally also possible to carry out function block integration using this technology. Biotechnology can be applied.

本発明は、適正条件での測定と、取得したデータの適正範囲による統計処理を可能にするための適正測定条件および適正処理範囲を抽出するためアルゴリズムを備えた疲労限度特定システム等を構築することに有用であり、高精度な疲労限度の特定を提供し、製品や部品の安全性や寿命予測を短時間で判断し、不安全事象を未然に防止すること等に利用できる。   The present invention is to construct a fatigue limit specifying system equipped with an algorithm for extracting appropriate measurement conditions and appropriate processing ranges to enable measurement under appropriate conditions and statistical processing based on the appropriate ranges of acquired data. It is useful for identifying the fatigue limit with high accuracy, making it possible to judge the safety and life prediction of products and parts in a short time, and to prevent unsafe events in advance.

a 主応力和の最大ピクセル範囲
1a 油圧サーボ疲労試験機
1b 試験片
1c 赤外線カメラ
1d 情報処理装置(画像処理用PC)
1e モニタ
2a 加振周波数と同一周波数の繰り返し温度変化
2b 外乱の温度変化
2c 材料内部のエネルギー散逸によって平均温度
a Maximum pixel range of principal stress sum 1a Hydraulic servo fatigue tester 1b Test piece 1c Infrared camera 1d Information processing device (PC for image processing)
1e Monitor 2a Repeated temperature change at the same frequency as the excitation frequency 2b Temperature change of disturbance 2c Average temperature due to energy dissipation inside the material

Claims (8)

疲労限度特定システムであって、
測定対象物に対して応力を繰り返し加える加振機と、
前記測定対象物の微小な温度変化を測定し、前記測定対象物の温度画像を得る赤外線サーモグラフィ装置と、
前記赤外線サーモグラフィ装置から得た前記測定対象物の温度画像を処理する情報処理装置とを備え、
前記情報処理装置は、
前記測定対象の散逸エネルギーを測定する工程と、前記測定対象物の応力集中係数を評価する工程と、前記応力集中係数を評価する工程から得られた応力集中係数の値と、前記散逸エネルギーを測定する工程から得られた測定結果から疲労限度を特定する工程とを有し、
前記散逸エネルギーを測定する工程は、前記測定対象物に対して一定の繰返し外力を作用させた場合に、主応力和が最大を示す領域において、ひずみ量に対する温度変化量の関係が閉じたヒステリシスループ状態でかつ前記ヒステリシスループの面積が一定状態になるまで繰返し加振させた安定状態で、前記散逸エネルギーを測定する、疲労限度特定システム。
A fatigue limit identification system,
A vibrator that repeatedly applies stress to the measurement object;
An infrared thermography device for measuring a minute temperature change of the measurement object and obtaining a temperature image of the measurement object;
An information processing device that processes a temperature image of the measurement object obtained from the infrared thermography device;
The information processing apparatus includes:
Measuring a dissipated energy of the measurement object, and a step of evaluating the stress concentration factor of the measurement object, and the obtained values of the stress concentration factor from step of evaluating the stress concentration factor, the dissipated energy And a step of identifying the fatigue limit from the measurement result obtained from the step of measuring,
The step of measuring the dissipated energy is a hysteresis loop in which the relationship between the amount of temperature change and the amount of strain is closed in a region where the principal stress sum is maximum when a constant external force is applied to the object to be measured. A fatigue limit specifying system that measures the dissipated energy in a stable state in which the hysteresis loop is repeatedly vibrated until the area of the hysteresis loop becomes constant.
疲労限度特定システムであって、
測定対象物に対して応力を繰り返し加える加振機と、
前記測定対象物の微小な温度変化を測定し、前記測定対象物の温度画像を得る赤外線サーモグラフィ装置と、
前記赤外線サーモグラフィ装置から得た前記測定対象物の温度画像を処理する情報処理装置とを備え、
前記情報処理装置は、
前記測定対象物の散逸エネルギーを測定する工程と、前記測定対象物の応力集中係数を評価する工程と、前記応力集中係数を評価する工程から得られた応力集中係数の値と、前記散逸エネルギーを測定する工程から得られた測定結果から疲労限度を特定する工程とを有し、
前記散逸エネルギーを測定する工程は、前記測定対象物に対して一定の繰返し外力を作用させた場合に、主応力和が最大を示す領域において、応力振幅の2倍の繰返し周波数成分が一定変化率になるまで繰返し加振させた安定状態で、前記散逸エネルギーを測定する、疲労限度特定システム。
A fatigue limit identification system,
A vibrator that repeatedly applies stress to the measurement object;
An infrared thermography device for measuring a minute temperature change of the measurement object and obtaining a temperature image of the measurement object;
An information processing device that processes a temperature image of the measurement object obtained from the infrared thermography device;
The information processing apparatus includes:
The step of measuring the dissipation energy of the measurement object, the step of evaluating the stress concentration factor of the measurement object, the value of the stress concentration coefficient obtained from the step of evaluating the stress concentration coefficient, and the dissipation energy And a step of identifying the fatigue limit from the measurement result obtained from the step of measuring,
In the step of measuring the dissipated energy, when a constant external force is applied to the object to be measured, a repetition frequency component twice the stress amplitude is a constant rate of change in a region where the principal stress sum is maximum. A fatigue limit identification system that measures the dissipated energy in a stable state that is repeatedly vibrated until.
疲労限度特定システムであって、
測定対象物に対して応力を繰り返し加える加振機と、
前記測定対象物の微小な温度変化を測定し、前記測定対象物の温度画像を得る赤外線サーモグラフィ装置と、
前記赤外線サーモグラフィ装置から得た前記測定対象物の温度画像を処理する情報処理装置とを備え、
前記情報処理装置は、
前記測定対象物の散逸エネルギーを測定する工程と、前記測定対象物の応力集中係数を評価する工程と、前記応力集中係数を評価する工程から得られた応力集中係数の値と、前記散逸エネルギーを測定する工程から得られた測定結果から疲労限度を特定する工程とを有し、
前記散逸エネルギーを測定する工程は、前記測定対象物に対して一定の繰返し外力を作用させた場合に、主応力和が最大を示す領域において、応力振幅の1倍もしくは3倍の繰返し周波数成分が一定変化率になるまで繰返し加振させた安定状態で、前記散逸エネルギーを測定する、疲労限度特定システム。
A fatigue limit identification system,
A vibrator that repeatedly applies stress to the measurement object;
An infrared thermography device for measuring a minute temperature change of the measurement object and obtaining a temperature image of the measurement object;
An information processing device that processes a temperature image of the measurement object obtained from the infrared thermography device;
The information processing apparatus includes:
The step of measuring the dissipation energy of the measurement object, the step of evaluating the stress concentration factor of the measurement object, the value of the stress concentration coefficient obtained from the step of evaluating the stress concentration coefficient, and the dissipation energy And a step of identifying the fatigue limit from the measurement result obtained from the step of measuring,
The step of measuring the dissipated energy includes a repetition frequency component that is one or three times the stress amplitude in a region where the principal stress sum is maximum when a constant repeated external force is applied to the measurement object. A fatigue limit specifying system that measures the dissipated energy in a stable state in which vibration is repeatedly applied until a constant rate of change is reached .
前記疲労限度を特定する工程は、前記散逸エネルギーを測定する工程で処理された温度画像の温度変化量が最大を示す領域の応力に対する温度変化量をプロットしたグラフにおいて、全データ数をNとして、N−n>1のデータ範囲で最小二乗法により統計処理された近似線Aおよび近似線BN−nの分散をそれぞれA’、B’N−nとし、前記分散A’と前記分散B’N−nの和が最小を満たすnによって決定される少なくとも2本以上の近似線の交点により、前記疲労限度を求めることを特徴とする、請求項1〜のいずれかに記載の疲労限度特定システム。
ただし、n=3、4、・・・・、N−n>1である。
The step of specifying the fatigue limit is a graph plotting the temperature change amount against the stress of the region where the temperature change amount of the temperature image processed in the step of measuring the dissipated energy is maximum, and the total number of data is N, n-n> statistical treated approximate line by the least square method in the first data range a n and dispersing the respective a approximate line B n-n 'n, B ' and n-n, wherein said dispersion a 'n an intersection of at least two or more approximate line sum of the variances B 'n-n is determined by n which satisfies the minimum, and obtains the fatigue limit, according to any one of claims 1 to 3 Fatigue limit identification system.
However, n = 3, 4,..., N−n> 1.
赤外線サーモグラフィ装置から得た測定対象物の温度画像を処理する情報処理装置が実施する方法であって、
前記測定対象物の散逸エネルギーを測定する工程と、前記測定対象物の応力集中係数を評価する工程と、前記応力集中係数を評価する工程から得られた応力集中係数の値と、前記散逸エネルギーを測定する工程から得られた測定結果から疲労限度を特定する工程とを有し、
前記散逸エネルギーを測定する工程は、前記測定対象物に対して一定の繰返し外力を作用させた場合に、主応力和が最大を示す領域において、ひずみ量に対する温度変化量の関係が閉じたヒステリシスループ状態でかつ前記ヒステリシスループの面積が一定状態になるまで繰返し加振させた安定状態で、前記散逸エネルギーを測定する、疲労限度特定方法。
A method implemented by an information processing apparatus that processes a temperature image of a measurement object obtained from an infrared thermography apparatus,
The step of measuring the dissipation energy of the measurement object, the step of evaluating the stress concentration factor of the measurement object, the value of the stress concentration coefficient obtained from the step of evaluating the stress concentration coefficient, and the dissipation energy And a step of identifying the fatigue limit from the measurement result obtained from the step of measuring,
The step of measuring the dissipated energy is a hysteresis loop in which the relationship between the amount of temperature change and the amount of strain is closed in a region where the principal stress sum is maximum when a constant external force is applied to the object to be measured. A fatigue limit specifying method of measuring the dissipated energy in a stable state in which the hysteresis loop is repeatedly vibrated until the area of the hysteresis loop becomes a constant state.
赤外線サーモグラフィ装置から得た測定対象物の温度画像を処理する情報処理装置が実施する方法であって、
前記測定対象物の散逸エネルギーを測定する工程と、前記測定対象物の応力集中係数を評価する工程と、前記応力集中係数を評価する工程から得られた応力集中係数の値と、記散逸エネルギーを測定する工程から得られた測定結果から疲労限度を特定する工程とを有し、
前記散逸エネルギーを測定する工程は、前記測定対象物に対して一定の繰返し外力を作用させた場合に、主応力和が最大を示す領域において、応力振幅の2倍の繰返し周波数成分が一定変化率になるまで繰返し加振させた安定状態で、前記散逸エネルギーを測定する、疲労限度特定方法。
A method implemented by an information processing apparatus that processes a temperature image of a measurement object obtained from an infrared thermography apparatus,
A step of measuring the dissipative energy of the measurement object; a step of evaluating a stress concentration factor of the measurement object; a value of the stress concentration coefficient obtained from the step of evaluating the stress concentration coefficient; And a step of identifying the fatigue limit from the measurement result obtained from the step of measuring,
In the step of measuring the dissipated energy, when a constant external force is applied to the object to be measured, a repetition frequency component twice the stress amplitude is a constant rate of change in a region where the principal stress sum is maximum. A fatigue limit specifying method for measuring the dissipative energy in a stable state in which vibration is repeatedly applied until
赤外線サーモグラフィ装置から得た測定対象物の温度画像を処理する情報処理装置が実施する方法であって、
前記測定対象物の散逸エネルギーを測定する工程と、前記測定対象物の応力集中係数を評価する工程と、前記応力集中係数を評価する工程から得られた応力集中係数の値と、前記散逸エネルギーを測定する工程から得られた測定結果から疲労限度を特定する工程とを有し、
前記散逸エネルギーを測定する工程は、前記測定対象物に対して一定の繰返し外力を作用させた場合に、主応力和が最大を示す領域において、応力振幅の1倍もしくは3倍の繰返し周波数成分が一定変化率になるまで繰返し加振させた安定状態で、前記散逸エネルギーを測定する、疲労限度特定方法。
A method implemented by an information processing apparatus that processes a temperature image of a measurement object obtained from an infrared thermography apparatus,
The step of measuring the dissipation energy of the measurement object, the step of evaluating the stress concentration factor of the measurement object, the value of the stress concentration coefficient obtained from the step of evaluating the stress concentration coefficient, and the dissipation energy And a step of identifying the fatigue limit from the measurement result obtained from the step of measuring,
The step of measuring the dissipated energy includes a repetition frequency component that is one or three times the stress amplitude in a region where the principal stress sum is maximum when a constant repeated external force is applied to the measurement object. A fatigue limit specifying method for measuring the dissipated energy in a stable state in which vibration is repeatedly applied until a constant rate of change is reached .
前記疲労限度を特定する工程は、前記散逸エネルギーを測定する工程で処理された温度画像の温度変化量が最大を示す領域の応力に対する温度変化量をプロットしたグラフにおいて、全データ数をNとして、N−n>1のデータ範囲で最小二乗法により統計処理された近似線Aおよび近似線BN−nの分散をそれぞれA’、B’N−nとし、前記分散A’と前記分散B’N−nの和が最小を満たすnによって決定される少なくとも2本以上の近似線の交点により、前記疲労限度を求めることを特徴とする、請求項5〜7のいずれかに記載の疲労限度特定方法。
ただし、n=3、4、・・・・、N‐n>1である。
The step of specifying the fatigue limit is a graph plotting the temperature change amount against the stress of the region where the temperature change amount of the temperature image processed in the step of measuring the dissipated energy is maximum, and the total number of data is N, n-n> statistical treated approximate line by the least square method in the first data range a n and dispersing the respective a approximate line B n-n 'n, B ' and n-n, wherein said dispersion a 'n 8. The fatigue limit is determined by an intersection of at least two approximate lines determined by n satisfying the minimum of the variance B ′ N−n , according to claim 5 . Fatigue limit identification method.
However, n = 3, 4,..., N−n> 1.
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