JP6015192B2

JP6015192B2 - Fatigue testing machine

Info

Publication number: JP6015192B2
Application number: JP2012163568A
Authority: JP
Inventors: 融松浦
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2032-07-24
Also published as: JP2014025702A

Description

この発明は、供試体に対して疲労・耐久試験を行う疲労試験機に関する。 The present invention relates to a fatigue testing machine that performs a fatigue / durability test on a specimen.

疲労試験機においては、例えば、実際の地震により構造物に与えられた振れ（地震加速度）や、自動車の走行中に部品に与えられた振動を再現し、構造物の耐震性や部品の耐久性などを検証する疲労・耐久試験が行われている。このような疲労試験機による疲労・耐久試験においては、再現したい振動が目標波形として、予め設定される。そして、負荷アクチュエータの駆動により供試体にランダム波形の試験力を負荷し、ランダム波形による供試体の変形量などを検出し、ランダム波形と検出した応答波形との差に基づいて伝達関数を算出している。負荷アクチュエータに与えられる目標波形相当の駆動信号は、目標波形に逆伝達関数を乗じて生成されている（特許文献１参照）。 In a fatigue testing machine, for example, the vibration (seismic acceleration) given to the structure due to an actual earthquake and the vibration given to the part during driving of the automobile are reproduced, and the earthquake resistance of the structure and the durability of the part are reproduced. Fatigue / endurance tests are conducted to verify the above. In the fatigue / endurance test using such a fatigue tester, the vibration to be reproduced is preset as a target waveform. Then, the test force of a random waveform is loaded on the specimen by driving the load actuator, the deformation amount of the specimen by the random waveform is detected, and the transfer function is calculated based on the difference between the random waveform and the detected response waveform. ing. The drive signal corresponding to the target waveform given to the load actuator is generated by multiplying the target waveform by the inverse transfer function (see Patent Document 1).

駆動信号が決定された後には、この駆動信号に基づいて負荷アクチュエータを駆動したときの応答波形と、目標波形との差異から、駆動信号の波形を補正するイタレーション（繰り返し補正）が実行される。そして、応答波形と目標波形との差異に基づく駆動信号の波形の補正は、試験中においても継続して実行される。 After the drive signal is determined, iteration (repetitive correction) is performed to correct the waveform of the drive signal from the difference between the response waveform when the load actuator is driven based on this drive signal and the target waveform. . Then, the correction of the waveform of the drive signal based on the difference between the response waveform and the target waveform is continuously executed even during the test.

また、加速度計を供試体や供試体を載置する振動台に配設し、目標加速度を実現可能な振動台の物理的な移動量（変位量）が得られるように、加速度計の計測値を利用して負荷アクチュエータを動作させる加振制御を行う疲労試験機が知られている（特許文献２参照）。このような疲労試験機において、加速度計が供試体に配設されている場合には、負荷アクチュエータの加振による振動台の移動により生じる加速度波形に、振動台の変位を受けた供試体自体の振動による加速度波形が重なるため、目標加速度の周波数が高周波域になるほど、加速度計により計測される応答波形の波形再現性（コヒーレンス）が低くなる。このため、特許文献２の疲労試験機では、波形再現性の異なる周波数領域ごとに伝達関数（周波数伝達関数）を同定することにより、目標加速度波形の再現性を向上させている。 In addition, the accelerometer measurement values are measured so that the physical displacement (displacement) of the shaking table that can achieve the target acceleration can be obtained by placing the accelerometer on the specimen and the shaking table on which the specimen is placed. There is known a fatigue testing machine that performs vibration control to operate a load actuator by using (see Patent Document 2). In such a fatigue testing machine, when an accelerometer is provided on the specimen, the acceleration waveform generated by the movement of the shaking table due to the vibration of the load actuator is subjected to the displacement of the shaking table itself. Since the acceleration waveforms due to vibration overlap, the waveform reproducibility (coherence) of the response waveform measured by the accelerometer becomes lower as the target acceleration frequency becomes higher. For this reason, in the fatigue testing machine of Patent Document 2, the reproducibility of the target acceleration waveform is improved by identifying the transfer function (frequency transfer function) for each frequency region having a different waveform reproducibility.

また、このように疲労試験機では、目標加速度が得られる振動台の物理的な移動量（変位量）に換算し、負荷アクチュエータを動作させる加振制御が行われている。例えば、振動台に配設した加速度計の計測値を利用して加振制御を行う場合には、目標加速度波形を２回積分し、変位目標値に換算した目標変位波形を負荷アクチュエータに与える駆動信号とすることで、目標加速度波形を再現している。 In this way, in the fatigue testing machine, vibration control is performed to convert the physical movement amount (displacement amount) of the shaking table to obtain the target acceleration and operate the load actuator. For example, when excitation control is performed using the measurement value of an accelerometer arranged on a shaking table, the target acceleration waveform is integrated twice and the target displacement waveform converted to the displacement target value is applied to the load actuator. By using the signal, the target acceleration waveform is reproduced.

登録実用新案第３１１９６１０号公報Registered Utility Model No. 3119610 特開２０１１−１６９８６６号公報JP 2011-169866 A

図５は、目標加速度波形と変位波形とを示す図である。図５（ａ）は、実振動波形に基づく目標加速度波形の一例を示す図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の目標加速度波形を２回積分することにより加速度を変位に換算した変位波形である。なお、図５（ａ）において、縦軸は加速度（ｍ／ｓ^２）、横軸は時間（ｓ）である。また、図５（ｂ）において、縦軸は変位（ｍｍ）、横軸は時間（ｓ）である。 FIG. 5 is a diagram illustrating a target acceleration waveform and a displacement waveform. FIG. 5A is a diagram showing an example of the target acceleration waveform based on the actual vibration waveform, and FIG. 5B is a diagram in which the acceleration is displaced by integrating the target acceleration waveform of FIG. 5A twice. It is the converted displacement waveform. In FIG. 5A, the vertical axis represents acceleration (m / s ² ) and the horizontal axis represents time (s). Moreover, in FIG.5 (b), a vertical axis | shaft is displacement (mm) and a horizontal axis is time (s).

ところで、負荷アクチュエータの変位量および負荷アクチュエータの駆動により加振時に移動する振動台の変位量には、物理的な限界がある。このため、振動台を最大加振幅で移動させても、目標加速度を実現できない場合がある。図５（ａ）に示す目標加速度波形をそのまま２回積分すると、図５（ｂ）に示すように、約プラスマイナス６０ｍｍの変位に換算される。ここで、例えば、疲労試験機あるいは振動台の限界加振幅がプラスマイナス２５ｍｍであると、プラスマイナス２５ｍｍを超える変位波形を負荷することができないため、図５（ａ）の目標加速度波形を再現できない。 By the way, there is a physical limit to the amount of displacement of the load actuator and the amount of displacement of the shaking table that moves during vibration by driving the load actuator. For this reason, even if the shaking table is moved with the maximum applied amplitude, the target acceleration may not be realized. When the target acceleration waveform shown in FIG. 5A is integrated twice as it is, it is converted into a displacement of about plus or minus 60 mm as shown in FIG. 5B. Here, for example, if the limit jerk of the fatigue tester or the shaking table is plus or minus 25 mm, a displacement waveform exceeding plus or minus 25 mm cannot be loaded, so the target acceleration waveform in FIG. 5A cannot be reproduced. .

また、逆に再現しようとする目標加速度波形によっては、負荷アクチュエータの制御が困難となるほど、変位波形に換算された変位量が微小となることもある。 On the contrary, depending on the target acceleration waveform to be reproduced, the amount of displacement converted into the displacement waveform may become so small that the control of the load actuator becomes difficult.

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、幅広い加速度領域での疲労・耐久試験が可能な疲労試験機を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fatigue testing machine capable of performing a fatigue / endurance test in a wide acceleration range.

請求項１に記載の発明は、負荷アクチュエータを駆動して、供試体に加速度を付与する疲労試験機であって、実振動波形に基づく目標加速度波形を前記負荷アクチュエータの変位量に換算した変位波形に変換するときに、前記目標加速度波形を離散化して得られる時系列データ点間の間隔を変更する間隔変更部を有し、前記負荷アクチュエータの限界加振幅を超える変位がある場合には、前記間隔変更部により基本周波数を大きくして前記時系列データ点間の間隔を短くした加速度波形に基づいて変位波形を生成する制御変位波形作成手段と、前記制御変位波形作成手段により生成された制御変位波形に基づく前記負荷アクチュエータを駆動する駆動信号を出力する駆動信号出力手段と、前記負荷アクチュエータを駆動し、前記供試体に加速度を付与したときの応答信号を検出する応答信号検出手段と、を備えたことを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a fatigue testing machine that drives a load actuator and applies acceleration to a specimen, and a displacement waveform obtained by converting a target acceleration waveform based on an actual vibration waveform into a displacement amount of the load actuator. When converting to, when there is a displacement that changes the interval between the time series data points obtained by discretizing the target acceleration waveform, and there is a displacement exceeding the limit jerk of the load actuator, Control displacement waveform generating means for generating a displacement waveform based on an acceleration waveform in which the basic frequency is increased by the interval changing unit to shorten the interval between the time series data points, and the control displacement generated by the control displacement waveform generating means Drive signal output means for outputting a drive signal for driving the load actuator based on a waveform, and driving the load actuator to accelerate the specimen , A response signal detecting means for detecting a response signal when the grant is comprising the.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記負荷アクチュエータの駆動により振動する振動台を備え、前記応答信号検出手段は、前記振動台に配設された加速度計である。 The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, further comprising a vibration table that vibrates by driving the load actuator, wherein the response signal detection means is an accelerometer disposed on the vibration table. .

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記制御変位波形作成手段は、前記目標加速度波形の時系列データにおいて所定の変位量の範囲外になると予想されるデータ点を有する領域を抽出する領域抽出部を備え、前記間隔変更部は、前記領域抽出部により抽出された領域について前記目標加速度波形における時系列データ点間の間隔を変更する。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the control displacement waveform creating means is expected to be out of a predetermined displacement range in the time series data of the target acceleration waveform. A region extracting unit that extracts a region having data points, and the interval changing unit changes the interval between the time-series data points in the target acceleration waveform for the region extracted by the region extracting unit.

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記制御変位波形作成手段は、前記領域抽出部により抽出されなかった領域について、前記間隔変更部において変更された時系列データ点間の間隔に反比例してデータ点を追加または削除するデータ点増減部をさらに備える。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to the third aspect, the control displacement waveform creating means changes the time series data points changed in the interval changing unit with respect to a region not extracted by the region extracting unit. A data point increasing / decreasing unit for adding or deleting data points in inverse proportion to the interval between them is further provided.

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記負荷アクチュエータの駆動により振動する振動台と、前記負荷アクチュエータと前記供試体を含む制御系の伝達関数を同定する伝達関数演算手段と、を備え、前記応答信号検出手段は、前記供試体および前記振動台の任意の位置に配設される加速度計であり、前記制御変位波形作成手段は、実振動波形に基づく目標加速度波形を前記負荷アクチュエータの変位量に換算した変位波形に変換するときに、前記目標加速度波形の周波数成分をシフトさせる周波数シフト部をさらに有し、前記加速度計が前記振動台に配設されている場合には、前記間隔変更部により時系列データ点間の間隔が変更された加速度波形に基づいて変位波形を生成し、前記加速度計が前記供試体に配設されている場合には、前記周波数シフト部により周波数成分がシフトされた加速度波形と、前記伝達関数演算手段により算出された伝達関数を用いて変位波形を生成する。 According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, a transfer function calculation for identifying a transfer function of a vibration system that vibrates by driving the load actuator, and a control system including the load actuator and the specimen. And the response signal detecting means is an accelerometer disposed at an arbitrary position of the specimen and the shaking table, and the control displacement waveform creating means is a target acceleration waveform based on an actual vibration waveform. Is further provided with a frequency shift unit that shifts the frequency component of the target acceleration waveform, and the accelerometer is disposed on the shaking table. The displacement changing unit generates a displacement waveform based on the acceleration waveform in which the interval between the time series data points is changed, and the accelerometer is disposed on the specimen. If you are produces a displacement waveform using an acceleration waveform frequency component is shifted by the frequency shifting unit, the transfer function calculated by the transfer function calculating unit.

請求項６に記載の発明は、負荷アクチュエータを駆動して、供試体に加速度を付与する疲労試験機であって、前記負荷アクチュエータと前記供試体を含む制御系の伝達関数を同定する伝達関数演算手段と、実振動波形に基づく目標加速度波形を前記負荷アクチュエータの変位量に換算した変位波形に変換するときに、前記目標加速度波形の周波数成分をシフトさせる周波数シフト部を有し、前記負荷アクチュエータの限界加振幅を超える変位がある場合には、前記周波数シフト部により周波数を高い方にシフトさせた加速度波形と、前記伝達関数演算手段により算出された伝達関数を用いて変位波形を生成する制御変位波形作成手段と、前記制御変位波形作成手段により生成された制御変位波形に基づく前記負荷アクチュエータを駆動する駆動信号を出力する駆動信号出力手段と、前記負荷アクチュエータを駆動し、前記供試体に加速度を付与したときの応答信号を検出する応答信号検出手段と、を備えたことを特徴とする。 The invention according to claim 6 is a fatigue testing machine that drives a load actuator and applies acceleration to a specimen, and performs transfer function calculation for identifying a transfer function of a control system including the load actuator and the specimen. And a frequency shift unit that shifts a frequency component of the target acceleration waveform when the target acceleration waveform based on the actual vibration waveform is converted into a displacement waveform converted into a displacement amount of the load actuator. Control displacement that generates a displacement waveform using an acceleration waveform whose frequency is shifted higher by the frequency shift unit and a transfer function calculated by the transfer function calculation means when there is a displacement exceeding a limit jerk And a drive for driving the load actuator based on the control displacement waveform generated by the waveform creation means and the control displacement waveform creation means. A drive signal output means for outputting a signal to drive the load actuator, characterized in that and a response signal detecting means for detecting a response signal when the applied acceleration in the specimen.

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記応答信号検出手段は、前記供試体に配設された加速度計である。 According to a seventh aspect of the invention, in the invention of the sixth aspect, the response signal detecting means is an accelerometer disposed on the specimen.

請求項８に記載の発明は、請求項６または請求項７に記載の発明において、前記制御変位波形作成手段は、前記目標加速度波形の時系列データにおいて所定の変位量の範囲外になると予想される領域を抽出する領域抽出部と、前記シフト部により前記領域抽出部により抽出された領域について前記目標加速度波形の周波数成分をシフトさせた後に、前記領域抽出部により抽出された領域の前後において、周波数成分をシフトさせなかった領域との接続を行う波形接続部と、を備える。 The invention according to an eighth aspect is the invention according to the sixth aspect or the seventh aspect, wherein the control displacement waveform creating means is expected to be out of a predetermined displacement amount range in the time series data of the target acceleration waveform. Before and after the region extracted by the region extraction unit after shifting the frequency component of the target acceleration waveform for the region extracted by the region extraction unit by the shift unit. And a waveform connecting unit for connecting to a region where the frequency component is not shifted.

請求項１および請求項２に記載の発明によれば、目標加速度波形を離散化して得られる時系列データ点間の間隔を変更する間隔変更部を有し、この間隔変更部により時系列データ点間の間隔が変更された加速度波形に基づいて変位波形を生成する制御変位波形作成手段を備えることから、目標加速度波形をそのまま２回積分して得られる変位波形において、疲労試験機の最大加振幅を超える変位、または、疲労試験機の最小加振幅より小さい変位となる領域がある場合にも、時系列データ点間の間隔が変更された加速度波形を用いることにより、目標加速度を維持しつつ、変位が疲労試験機の加振能力の範囲内となる制御変位波形を生成することができる。したがって、幅広い加速度領域での疲労・耐久試験を行うことが可能となる。 According to the first and second aspects of the present invention, there is provided an interval changing unit that changes an interval between time series data points obtained by discretizing the target acceleration waveform, and the time series data point is obtained by the interval changing unit. Control displacement waveform creation means for generating a displacement waveform based on the acceleration waveform with the interval between them being changed, so that in the displacement waveform obtained by integrating the target acceleration waveform twice as it is, the maximum added amplitude of the fatigue tester Even if there is a region that exceeds the displacement, or a displacement that is smaller than the minimum applied amplitude of the fatigue testing machine, by using the acceleration waveform in which the interval between the time series data points is changed, while maintaining the target acceleration, It is possible to generate a control displacement waveform in which the displacement is within the range of the excitation capability of the fatigue testing machine. Therefore, it is possible to perform a fatigue / endurance test in a wide acceleration range.

請求項３に記載の発明によれば、制御変位波形作成手段は、目標加速度波形の時系列データにおいて所定の変位量を超えると予想されるデータ点を有する領域を抽出する領域抽出部を有することから、加振時間の再現の観点からみて、より実振動波形に忠実な試験を行うことができる。 According to the third aspect of the present invention, the control displacement waveform creating means has a region extraction unit that extracts a region having a data point that is expected to exceed a predetermined amount of displacement in the time series data of the target acceleration waveform. Therefore, from the viewpoint of reproducing the excitation time, a test more faithful to the actual vibration waveform can be performed.

請求項４に記載の発明によれば、制御変位波形作成手段は、領域抽出部により抽出されなかった領域について、間隔変更部において変更された時系列データ点間の間隔に反比例してデータ点を追加または削除するデータ点増減部を有することから、加速度波形全体のデータ点間の間隔を統一することができる。これにより、波形データが取扱いやすくなり、その後の制御変位波形の生成をスムースに行うことが可能となる。 According to the fourth aspect of the present invention, the control displacement waveform creating means sets data points in an area not extracted by the area extracting unit in inverse proportion to the interval between the time series data points changed in the interval changing unit. Since the data point increasing / decreasing unit to be added or deleted is provided, the interval between the data points of the entire acceleration waveform can be unified. As a result, the waveform data can be handled easily, and the subsequent generation of the control displacement waveform can be performed smoothly.

請求項５に記載の発明によれば、制御変位波形作成手段は、目標加速度波形の周波数成分をシフトさせる周波数シフト部を有することから、応答信号検出手段が、供試体に配設されている場合であっても、周波数成分をシフトさせた加速度波形と周期伝達関数を用いることにより、目標加速度を維持しつつ、変位が疲労試験機の加振能力の範囲内となる制御変位波形を生成することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, since the control displacement waveform creation means has the frequency shift section that shifts the frequency component of the target acceleration waveform, the response signal detection means is provided in the specimen. Even so, by using an acceleration waveform with a shifted frequency component and a periodic transfer function, it is possible to generate a controlled displacement waveform in which the displacement is within the range of the vibration testing machine's excitation capability while maintaining the target acceleration. Can do.

請求項６および請求項７に記載の発明によれば、制御変位波形作成手段は、目標加速度波形の周波数成分をシフトさせる周波数シフト部を有することから、周波数成分をシフトさせた加速度波形と周期伝達関数を用いることにより、目標加速度を維持しつつ、変位が疲労試験機の加振能力の範囲内となる制御変位波形を生成することができる。したがって、幅広い加速度領域での疲労・耐久試験を行うことが可能となる。 According to the sixth and seventh aspects of the present invention, since the control displacement waveform creating means has the frequency shift unit that shifts the frequency component of the target acceleration waveform, the acceleration waveform and the period transmission in which the frequency component is shifted are included. By using the function, it is possible to generate a control displacement waveform in which the displacement is within the range of the excitation capability of the fatigue testing machine while maintaining the target acceleration. Therefore, it is possible to perform a fatigue / endurance test in a wide acceleration range.

請求項８に記載の発明によれば、制御変位波形作成手段は、目標加速度波形の時系列データにおいて所定の変位量を超えると予想される領域を抽出する領域抽出部と、領域抽出部により抽出された領域の前後において、周波数成分をシフトさせなかった領域との接続を行う波形接続部とを有することから、領域のつなぎ目が不連続となるのを防止し、試験中の疲労試験機の動きをスムースなものとすることができる。 According to the eighth aspect of the present invention, the control displacement waveform creating means extracts a region that is expected to exceed a predetermined amount of displacement in the time series data of the target acceleration waveform, and the region extraction unit extracts the region. Since it has a waveform connection part that connects to the area where the frequency component was not shifted before and after the specified area, the joint of the area is prevented from becoming discontinuous, and the movement of the fatigue testing machine during the test Can be made smooth.

この発明に係る疲労試験機の概要図である。1 is a schematic diagram of a fatigue testing machine according to the present invention. 制御装置５０内部の機能ブロック図である。3 is a functional block diagram inside a control device 50. FIG. 変位波形作成部５２における間隔変更部６１により基本周波数が変更された目標加速度波形と、変位波形作成部５２から出力される制御変位波形とを示す波形図である。6 is a waveform diagram showing a target acceleration waveform whose fundamental frequency has been changed by the interval changing unit 61 in the displacement waveform creating unit 52 and a control displacement waveform output from the displacement waveform creating unit 52. FIG. 周波数シフト部６２における周波数のシフトを説明するグラフである。6 is a graph for explaining frequency shift in a frequency shift unit 62; 目標加速度波形と、この目標加速度波形を２回積分した後の制御変位波形とを示す波形図である。It is a wave form diagram which shows a target acceleration waveform and a control displacement waveform after integrating this target acceleration waveform twice.

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る疲労試験機の概要図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a fatigue testing machine according to the present invention.

この疲労試験機は、振動台３４を加振する油圧アクチュエータ３１を介して供試体２０に連続して振動負荷を付与することより疲労試験を行うものである。制御装置５０には、ランダム波形発生器４５と目標波形発生器４６が接続されている。 This fatigue tester conducts a fatigue test by continuously applying a vibration load to the specimen 20 via a hydraulic actuator 31 that vibrates the vibration table 34. A random waveform generator 45 and a target waveform generator 46 are connected to the control device 50.

ランダム波形発生器４５は、周波数ごとのパワースペクトル値を示すＰＳＤ（ＰｏｗｅｒＳｐｅｃｔｒａｌＤｅｎｓｉｔｙ）が一定の値となる波形であるＰＳＤランダム波形を制御装置５０に出力する。ＰＳＤランダム波形は、予めランダム波形発生器４５に保持させておいた様々な周波数成分を含む合成された任意波形や、モデル波形として選択した目標波形にも使用される実振動波形に基づいて作成される。また、このＰＳＤランダム波形は、後述する油圧アクチュエータ３１と供試体２０とを含む制御系の伝達関数を同定するために使用される。 The random waveform generator 45 outputs a PSD random waveform, which is a waveform having a constant value of PSD (Power Spectral Density) indicating a power spectrum value for each frequency, to the control device 50. The PSD random waveform is generated based on a synthesized arbitrary waveform including various frequency components previously stored in the random waveform generator 45 or an actual vibration waveform used for a target waveform selected as a model waveform. The The PSD random waveform is used to identify a transfer function of a control system including a hydraulic actuator 31 and a specimen 20 described later.

目標波形発生器４６は、実際の地震で観測された速度波形や、供試体３８が車両用部品の場合には、実車走行により採取した測定信号から目標波形を生成し、その信号を制御装置５０に出力する。この目標波形は、後述する制御装置５０における変位波形作成部５２において、制御変位波形を生成する際に使用される。 The target waveform generator 46 generates a target waveform from a velocity waveform observed in an actual earthquake or a measurement signal collected by actual vehicle running when the specimen 38 is a vehicle part, and the signal is generated by the control device 50. Output to. This target waveform is used when generating a control displacement waveform in a displacement waveform creation unit 52 in the control device 50 described later.

制御装置５０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置および演算装置を備えるコンピュータやシーケンサーによって構成され、この疲労試験機全体の動作を制御する。制御装置５０からは、この油圧アクチュエータ３１の駆動信号が送信される。このデジタル駆動信号は、Ｄ／Ａ変換器４１でアナログ信号に変換された後、増幅器３５で増幅されて、油圧アクチュエータ３１のサーボ弁に入力される。振動台３４の変位量は変位計３３で検出され、その変位検出信号は、増幅器３６で増幅されてＡ／Ｄ変換器４２でデジタル検出信号に変換された後、制御装置５０に入力される。 The control device 50 is configured by a computer or a sequencer that includes a storage device such as a ROM and a RAM and an arithmetic device, and controls the overall operation of the fatigue testing machine. A drive signal for the hydraulic actuator 31 is transmitted from the control device 50. The digital drive signal is converted into an analog signal by the D / A converter 41, amplified by the amplifier 35, and input to the servo valve of the hydraulic actuator 31. The displacement amount of the vibration table 34 is detected by the displacement meter 33, and the displacement detection signal is amplified by the amplifier 36, converted into a digital detection signal by the A / D converter 42, and then input to the control device 50.

供試体２０に作用する振動は、供試体２０を載置する振動台３４に配設された加速度計２１（図１に仮想線で示す）、または、供試体２０に配設された加速度計２１（図１に実線で示す）により計測され、その計測値は、増幅器３７で増幅されてＡ／Ｄ変換器４３でデジタル信号に変換された後、制御装置５０に入力される。制御装置５０は、油圧アクチュエータ３１に与えられた駆動信号と加速度計２１の検出信号（応答信号）との差分を算出し、その差分に基づくデータを油圧アクチュエータ３１のサーボ弁にフィードバックすることにより、この疲労試験機の加振制御を行う。なお、この疲労試験機において、加速度計２１は、実行したい試験の内容に応じて、振動台３４および供試体２０の任意の場所に移動させて配設することが可能に構成されている。 The vibration acting on the specimen 20 is an accelerometer 21 (shown in phantom lines in FIG. 1) disposed on the vibration table 34 on which the specimen 20 is placed, or the accelerometer 21 disposed on the specimen 20. The measured value is amplified by the amplifier 37 and converted into a digital signal by the A / D converter 43, and then input to the control device 50. The control device 50 calculates the difference between the drive signal given to the hydraulic actuator 31 and the detection signal (response signal) of the accelerometer 21, and feeds back data based on the difference to the servo valve of the hydraulic actuator 31. Excitation control of this fatigue tester is performed. In this fatigue testing machine, the accelerometer 21 is configured to be able to be moved to an arbitrary location on the vibration table 34 and the specimen 20 according to the content of the test to be performed.

図２は、制御装置５０内部の機能ブロック図である。なお、図２では、この実施形態の機能を実行するために必要な構成のみを図示している。 FIG. 2 is a functional block diagram inside the control device 50. FIG. 2 shows only the configuration necessary for executing the functions of this embodiment.

この制御装置５０は、伝達関数演算部５１と、変位波形作成部５２と、イタレーション処理部５３と、油圧アクチュエータ３１におけるサーボ弁に変位波形に基づく制御信号を出力する駆動信号出力部５４と、変位計３３および加速度計２１の検出信号を受信する検出信号受信部５５とを備える。 The control device 50 includes a transfer function calculation unit 51, a displacement waveform creation unit 52, an iteration processing unit 53, a drive signal output unit 54 that outputs a control signal based on the displacement waveform to a servo valve in the hydraulic actuator 31, And a detection signal receiving unit 55 that receives detection signals of the displacement meter 33 and the accelerometer 21.

伝達関数演算部５１は、油圧アクチュエータ３１と供試体２０とを含む制御系全体に入力されるＰＳＤランダム波形等の波形と、その波形に基づいて供試体２０に負荷を付与したときに得られる応答信号の波形（変位検出波形や加速度検出波形）との比に基づいて、この制御系の伝達関数を同定する。 The transfer function calculation unit 51 is a waveform such as a PSD random waveform input to the entire control system including the hydraulic actuator 31 and the specimen 20, and a response obtained when a load is applied to the specimen 20 based on the waveform. The transfer function of this control system is identified based on the ratio to the signal waveform (displacement detection waveform or acceleration detection waveform).

変位波形作成部５２は、間隔変更部６１と周波数シフト部６２とを備え、制御変位波形を出力するこの発明の制御変位波形作成手段として機能する。この変位波形作成部５２は、間隔変更部６１または周波数シフト部６２により、目標波形発生器４６から入力された実振動波形に基づく目標加速度波形の最大・最小加速度を、この疲労試験機の振動台３４の変位限界を超えない範囲で実現するために、目標波形発生器４６から入力された目標加速度波形の変更を実行する。 The displacement waveform creation unit 52 includes an interval change unit 61 and a frequency shift unit 62, and functions as a control displacement waveform creation unit of the present invention that outputs a control displacement waveform. The displacement waveform creation unit 52 uses the interval change unit 61 or the frequency shift unit 62 to calculate the maximum / minimum acceleration of the target acceleration waveform based on the actual vibration waveform input from the target waveform generator 46, and the vibration table of the fatigue testing machine. The target acceleration waveform input from the target waveform generator 46 is changed in order not to exceed 34 displacement limits.

間隔変更部６１は、加速度波形全体の基本周波数を変更することにより、目標加速度波形における時系列データ点間の間隔を変更する。これにより、実振動波形に基づく目標加速度波形の最大・最小加速度を維持しつつ、変更後の目標加速度波形を基に生成される制御変位波形の変位幅を、この疲労試験機の振動台３４の変位幅の範囲内とすることができる。また、周波数シフト部６２は、目標加速度波形の周波数をシフトさせることで、これを基に生成される制御変位波形の変位の最大値と最小値の両方、または、いずれか一方を増減させることを可能としている。 The interval changing unit 61 changes the interval between time-series data points in the target acceleration waveform by changing the fundamental frequency of the entire acceleration waveform. Thereby, while maintaining the maximum / minimum acceleration of the target acceleration waveform based on the actual vibration waveform, the displacement width of the control displacement waveform generated based on the changed target acceleration waveform is changed to the vibration table 34 of the fatigue testing machine. It can be within the range of the displacement width. Further, the frequency shift unit 62 shifts the frequency of the target acceleration waveform to increase / decrease both or both of the maximum value and the minimum value of the displacement of the control displacement waveform generated based on the frequency. It is possible.

イタレーション処理部５３は、応答波形が目標波形に一致するように、変位波形作成部５２において生成された制御変位波形に基づいて作成された油圧アクチュエータ３１の駆動信号を、試験実行中において繰り返し補正する。なお、この繰り返し補正のターゲットとなる目標波形は、上述した変位波形作成部５２において制御変位波形を生成する際に、間隔変更部６１または周波数シフト部６２において変更が加えられた目標加速度波形である。すなわち、このイタレーション処理部５３は、加速度計２１の応答加速度波形と目標加速度波形の比または差、あるいは、変位計３３の応答変位波形と目標加速度波形から換算された制御変位波形の比または差に基づいて、油圧アクチュエータ３１の駆動信号を繰り返し補正する。 The iteration processing unit 53 repeatedly corrects the drive signal of the hydraulic actuator 31 created based on the control displacement waveform generated by the displacement waveform creation unit 52 during the test execution so that the response waveform matches the target waveform. To do. Note that the target waveform that is the target of this iterative correction is the target acceleration waveform that has been changed by the interval changing unit 61 or the frequency shifting unit 62 when the displacement waveform creating unit 52 generates the control displacement waveform. . That is, the iteration processing unit 53 is configured such that the ratio or difference between the response acceleration waveform of the accelerometer 21 and the target acceleration waveform, or the ratio or difference of the control displacement waveform converted from the response displacement waveform of the displacement meter 33 and the target acceleration waveform. Based on the above, the drive signal of the hydraulic actuator 31 is repeatedly corrected.

イタレーション処理後の駆動信号は、駆動信号出力部５４に入力される。駆動信号出力部５４は、イタレーション処理部５３において補正された駆動信号を、油圧アクチュエータ３１のサーボ弁の制御駆動信号（差分駆動信号）として出力する。制御駆動信号は、Ｄ／Ａ変換器４１でアナログ信号に変換され、増幅器３５で増幅されてサーボ弁に印加される。このような制御駆動信号でサーボ弁が駆動されることにより、油圧アクチュエータ３１が駆動されて供試体３８に負荷が付与される。 The drive signal after the iteration process is input to the drive signal output unit 54. The drive signal output unit 54 outputs the drive signal corrected by the iteration processing unit 53 as a control drive signal (differential drive signal) for the servo valve of the hydraulic actuator 31. The control drive signal is converted into an analog signal by the D / A converter 41, amplified by the amplifier 35, and applied to the servo valve. By driving the servo valve with such a control drive signal, the hydraulic actuator 31 is driven and a load is applied to the specimen 38.

このときの振動台３４の変位は変位計３３で検出され、この変位についての応答信号は増幅器３６およびＡ／Ｄ変換器４２を介して検出信号受信部５５に入力される。また、このときの供試体２０に加わる加速度は加速度計２１により検出され、この加速度についての応答信号は、増幅器３７およびＡ／Ｄ変換器４３を介して検出信号受信部５５に入力される。そして、検出信号受信部５５は、変位計３３からの応答信号と加速度計２１からの応答信号のうち、油圧アクチュエータ３１の駆動信号を制御する制御量として選択されている応答信号を、イタレーション処理部５３に入力する。 The displacement of the vibration table 34 at this time is detected by the displacement meter 33, and a response signal for this displacement is input to the detection signal receiving unit 55 via the amplifier 36 and the A / D converter 42. Further, the acceleration applied to the specimen 20 at this time is detected by the accelerometer 21, and a response signal for this acceleration is input to the detection signal receiving unit 55 via the amplifier 37 and the A / D converter 43. Then, the detection signal receiving unit 55 performs an iteration process on the response signal selected as the control amount for controlling the drive signal of the hydraulic actuator 31 from the response signal from the displacement meter 33 and the response signal from the accelerometer 21. Input to the unit 53.

次に、この発明の特徴である、変位波形作成部５２における目標加速度波形の変更について、さらに詳細に説明する。まず、間隔変更部６１における目標加速度波形の変更について説明する。 Next, the change of the target acceleration waveform in the displacement waveform creation unit 52, which is a feature of the present invention, will be described in more detail. First, the change of the target acceleration waveform in the interval changing unit 61 will be described.

図３（ａ）は、図５（ａ）に示す目標加速度波形の時系列データ点間の時間間隔を１／２．５倍にした加速度波形を示し、図３（ｂ）は、加速度波形を２回積分した後の制御変位波形を示す波形図である。なお、図３（ａ）においては、縦軸は加速度（ｍ／ｓ^２）を示し、横軸は時間（ｓ）を示している。また、図３（ｂ）においては、縦軸は変位（ｍｍ）を示し、横軸は時間（ｓ）を示している。 FIG. 3A shows an acceleration waveform obtained by multiplying the time interval between time series data points of the target acceleration waveform shown in FIG. 5A by 1 / 2.5, and FIG. 3B shows the acceleration waveform. It is a wave form diagram which shows the control displacement waveform after integrating twice. In FIG. 3A, the vertical axis represents acceleration (m / s ² ), and the horizontal axis represents time (s). Moreover, in FIG.3 (b), the vertical axis | shaft has shown the displacement (mm) and the horizontal axis has shown time (s).

間隔変更部６１において、目標加速度波形の時系列データ点間の時間間隔を短くすると、加速度のピーク値を確保しつつ、変位波形の最大振幅が小さくなり、逆に目標加速度波形の時系列データ点間の時間間隔を長くすると、加速度のピーク値を確保しつつ、変位波形の最大振幅が大きくなるのは、以下の理由による。すべての加速度波形ａ（ｔ）は、以下の式（１）に示すように、ｃｏｓ、ｓｉｎ関数を使って離散フーリエ級数に展開することができる。 In the interval changing unit 61, if the time interval between the time series data points of the target acceleration waveform is shortened, the maximum amplitude of the displacement waveform is reduced while securing the peak value of the acceleration, and conversely the time series data points of the target acceleration waveform. When the time interval between them is lengthened, the maximum amplitude of the displacement waveform is increased while securing the peak value of acceleration for the following reason. All acceleration waveforms a (t) can be expanded into discrete Fourier series using cos and sin functions as shown in the following equation (1).

この式（１）でのｆ_０は基本周波数である。この加速度波形の加速度を実現する変位波形ｄ_ｉ（ｔ）は、式（１）を２回積分した、以下の式（２）で表すことができる。 F ₀ in this equation (1) is a fundamental frequency. The displacement waveform d _i (t) for realizing the acceleration of the acceleration waveform can be expressed by the following formula (2) obtained by integrating the formula (1) twice.

この式（２）でのＭｅａｎは、波形の平均値である。また、この発明の間隔変更部６１において、加速度波形の時系列データ点間の間隔を変更する処理を行うとは、式（１）の基本周波数ｆ_０を変更することと同じである。すなわち、時系列データ点間の間隔を変更することは、言い換えると、時系列データのサンプリング周期Ｔ（ｆ_０＝１／Ｔ）を事後的に変更することでもある。そして、間隔変更部６１において、時系列データ点間の間隔が変更された加速度波形ａ´（ｔ）は、下記式（３）のように表すことができる。 Mean in the equation (2) is an average value of the waveform. Further, in the interval changing unit 61 of the present invention, performing the process of changing the interval between the time series data points of the acceleration waveform is the same as changing the fundamental frequency f ₀ in the equation (1). That is, changing the interval between the time-series data points is, in other words, changing the sampling period T (f ₀ = 1 / T) of the time-series data afterwards. Then, the acceleration waveform a ′ (t) in which the interval between the time series data points is changed in the interval changing unit 61 can be expressed as the following equation (3).

なお、この発明の間隔変更部６１において、図５（ａ）に示す波形の時系列データ点間の間隔を１／２．５にする処理を実行すると、全体の時間ｔも１／２．５となり、図３（ａ）に示す波形となる。図５（ａ）の波形をａ（ｔ）とし、図３（ａ）の波形をａ´（ｔ）とすると、この式（３）のｆ´_０は、式（１）の基本周波数ｆ_０より大きな値であって、ｆ´_０＝ｆ_０×２．５と表せる。式（３）は、振幅を表すフーリエ係数ａ_ｎ、ｂ_ｎを変化させないで、式（１）の基本周波数ｆ_０を大きくしたｆ´_０に変更したものになる。このように、目標加速度波形の時系列データ点間の時間間隔を短くすることは、図３（ａ）および図５（ａ）を対比するとわかるように、加速度波形ａ（ｔ）と加速度波形ａ´（ｔ）の振幅を変化させずに、基本周波数ｆ_０を大きくしたのと同じ結果となる。そして、この加速度波形ａ´（ｔ）を２回積分して得られる制御変位波形ｄ´（ｔ）は、以下の式（４）のように表すことができる。 In the interval changing unit 61 of the present invention, when the process for reducing the interval between time series data points of the waveform shown in FIG. Thus, the waveform shown in FIG. If the waveform in FIG. 5A is a (t) and the waveform in FIG. 3A is a ′ (t), f ′ _{0 in} this equation (3) is the fundamental frequency f _{0 in} equation (1). It is a larger value and can be expressed as f ′ ₀ = f ₀ × 2.5. Expression (3) is obtained by changing the fundamental frequency f ₀ of Expression (1) to f ′ ₀ without changing the Fourier coefficients a _n and b _n representing the amplitude. Thus, shortening the time interval between the time series data points of the target acceleration waveform, as can be seen by comparing FIG. 3A and FIG. 5A, the acceleration waveform a (t) and the acceleration waveform a. The result is the same as increasing the fundamental frequency f ₀ without changing the amplitude of '(t). A control displacement waveform d ′ (t) obtained by integrating this acceleration waveform a ′ (t) twice can be expressed as the following equation (4).

式（３）のｆ´_０が式（１）のｆ_０より大きい場合は、変位波形ｄ´（ｔ）のｃｏｓ、ｓｉｎの各成分が、１／（ｎ・２πｆ´_０）^２となることで、変位波形ｄ（ｔ）に比べて変位波形ｄ´（ｔ）の振幅が全体として小さくなる。したがって、図３（ａ）の加速度波形を離散フーリエ級数展開した式を２回積分した変位波形である図３（ｂ）の波形は、図５（ｂ）の波形に比べて、変位の振幅が小さいものとなっている。 Equation (3) when _f'0 is greater than _{f 0} of the formula (1) is, cos displacement waveform d'(t), each component of the sin, 1 / (n · 2πf' 0) 2 become possible Thus, the amplitude of the displacement waveform d ′ (t) becomes smaller as a whole compared to the displacement waveform d (t). Therefore, the waveform of FIG. 3B, which is a displacement waveform obtained by integrating the expression obtained by expanding the discrete Fourier series of the acceleration waveform of FIG. 3A twice, has a displacement amplitude as compared with the waveform of FIG. It is small.

このように、間隔変更部６１により目標加速度波形の時系列データ点間の時間間隔を短くすると、基本周波数が大きくなり、その結果、変位波形の振幅は小さくなる。このため、加速度波形のそのままの時系列データから変位波形を作成したときに、振動台３４の物理的な移動量（変位量）が不足して実現できない加速度がある場合でも、この発明の疲労試験機では、小さい変位量で目標加速度を実現することが可能となる。 As described above, when the time interval between the time series data points of the target acceleration waveform is shortened by the interval changing unit 61, the fundamental frequency increases, and as a result, the amplitude of the displacement waveform decreases. Therefore, when a displacement waveform is created from time-series data of the acceleration waveform as it is, even if there is an acceleration that cannot be realized due to a lack of physical movement (displacement) of the vibration table 34, the fatigue test of the present invention. The machine can achieve the target acceleration with a small amount of displacement.

また、目標加速度波形の時系列データ点間の時間間隔を長くすることで、式（３）のｆ´_０が式（１）のｆ_０より小さくなる場合には、変位波形ｄ（ｔ）に比べて変位波形ｄ´（ｔ）の振幅が全体として大きくなる。このように、目標加速度波形の時系列データ点間の時間間隔を長く（基本周波数を小さく）すると、目標加速度波形の各加速度ピーク値を保った状態で、変位幅を大きくすることができるため、変位量が小さすぎて、振動台３４の加振制御が困難であった目標加速度についても、振幅が大きくなることで安定した制御が可能となる。 Further, by increasing the time interval between the time series data points of the target acceleration waveform, if _f'0 of formula (3) is smaller than f ₀ of the formula (1) is the displacement waveform d (t) In comparison, the amplitude of the displacement waveform d ′ (t) increases as a whole. Thus, if the time interval between the time series data points of the target acceleration waveform is lengthened (decreasing the fundamental frequency), the displacement width can be increased while maintaining each acceleration peak value of the target acceleration waveform. The target acceleration, which is difficult to control the vibration of the shaking table 34 because the displacement amount is too small, can be stably controlled by increasing the amplitude.

なお、この実施形態では、間隔変更部６１で目標加速度波形の時系列データのデータ点間の時間間隔を変更する処理を行ったが、間隔変更部６１での時系列データの加工処理にかえて、目標加速度波形を離散フーリエ級数展開して、その離散フーリエ級数展開した式の基本周波数の値を変更することにより、変位波形の振幅が変化した制御変位波形を作成するようにしてもよい。 In this embodiment, the interval changing unit 61 performs the process of changing the time interval between the data points of the time series data of the target acceleration waveform. However, in place of the time series data processing in the interval changing unit 61. The control acceleration waveform in which the amplitude of the displacement waveform is changed may be created by expanding the discrete acceleration series of the target acceleration waveform and changing the value of the fundamental frequency of the expression obtained by expanding the discrete Fourier series.

この実施形態では、目標加速度波形の時系列データ全体に対してデータ点間の時間間隔を変更するようにしているが、目標波形発生器４６から入力された目標加速度波形の時系列データをそのまま２回積分した変位波形から、所定の変位量の範囲外になると予想されるデータ点を有する領域を抽出し、その領域のみでデータ点間の時間間隔の変更を間隔変更部６１で行うようにしてもよい。ここで、所定の変位量の範囲は、疲労試験機固有の加振能力（油圧アクチュエータ３１の変位限界）により変わるものであり、この実施形態における疲労試験機において、油圧アクチュエータ３１の駆動を制御することにより実現できる振動台３４の最小加振幅より大きく、最大加振幅より小さい変位量の範囲に相当する。また、油圧アクチュエータ３１の変位に連動して移動する部材として、例えば、供試体に繰り返し押圧負荷を付与する圧盤が配設されている疲労試験機の場合には、所定の変位量の範囲は、油圧アクチュエータ３１の駆動を制御することにより実現できる圧盤の最小移動幅より大きく、最大移動幅より小さい変位量の範囲となる。 In this embodiment, the time interval between the data points is changed with respect to the entire time series data of the target acceleration waveform, but the time series data of the target acceleration waveform input from the target waveform generator 46 is used as it is. An area having data points that are expected to be outside the predetermined displacement amount range is extracted from the displacement waveform obtained by integrating the times, and the interval changing unit 61 changes the time interval between the data points only in the area. Also good. Here, the range of the predetermined amount of displacement varies depending on the vibration capacity inherent to the fatigue tester (the displacement limit of the hydraulic actuator 31), and the drive of the hydraulic actuator 31 is controlled in the fatigue tester in this embodiment. This corresponds to a range of displacement that is larger than the minimum amplitude of the shaking table 34 and smaller than the maximum amplitude. In addition, as a member that moves in conjunction with the displacement of the hydraulic actuator 31, for example, in the case of a fatigue testing machine in which a platen that repeatedly applies a pressing load to the specimen is provided, the range of the predetermined displacement amount is: The displacement range is larger than the minimum movement width of the platen that can be realized by controlling the drive of the hydraulic actuator 31 and smaller than the maximum movement width.

この場合には、変位波形作成部５２に、目標加速度波形の時系列データにおいて所定の変位量を超えると予想される領域を抽出する領域抽出部を機能的構成として設け、領域抽出を実行させるようにすればよい。例えば、目標波形発生器４６から入力された目標加速度波形の時系列データをそのまま２回積分した変位波形に振動台３４の最大加振幅を超える変位量となるデータ点がある場合には、そのデータ点を含む領域を目標加速度波形の時系列データから切り出し、その領域のみでデータ点間の時間間隔の変更を間隔変更部６１で行うようする。 In this case, the displacement waveform creation unit 52 is provided with a region extraction unit that extracts a region that is expected to exceed a predetermined amount of displacement in the time-series data of the target acceleration waveform as a functional configuration so that the region extraction is executed. You can do it. For example, if there is a data point in the displacement waveform obtained by integrating the time-series data of the target acceleration waveform input from the target waveform generator 46 twice as it is, the displacement amount exceeds the maximum added amplitude of the vibration table 34, the data A region including the points is cut out from the time-series data of the target acceleration waveform, and the interval changing unit 61 changes the time interval between the data points only in the region.

また、目標加速度波形の時系列データから抽出された領域のみに対してデータ点間の時間間隔を変更したときには、時系列データ全体でみると、データ点間の時間間隔が異なることになる。このため、抽出された領域でデータ点間の時間間隔を短くしたことにより、それ以外の領域ではデータ点間の時間間隔が長くなるときには、抽出された領域以外の領域において、データ点間の間隔が小さい領域の周期に合わせた間隔で不足するデータ点を、近くのデータ点から補間するようにする。一方で、抽出された領域でデータ点間の時間間隔を長くしたことにより、それ以外の領域ではデータ点間の時間間隔が短くなるときには、抽出された領域以外の領域において、データ点間の時間間隔が長い領域の周期に合わせた間隔でデータ点を削除するようにする。このように、時系列データ全体のデータ点間の間隔を統一することにより、その後の処理において加速度波形を扱いやすいものとすることができる。 Further, when the time interval between data points is changed only for the region extracted from the time series data of the target acceleration waveform, the time interval between the data points is different in the entire time series data. For this reason, when the time interval between data points is shortened in the other regions by shortening the time interval between data points in the extracted region, the interval between data points in the region other than the extracted region the data points missing at intervals to match the period of the region is small, so as to interpolate from a nearby data points. On the other hand, when the time interval between the data points in the extracted region becomes longer due to a longer time interval between the data points, the time between the data points in the region other than the extracted region becomes shorter. Data points are deleted at intervals according to the period of the long interval. Thus, by unifying the intervals between the data points of the entire time series data, the acceleration waveform can be handled easily in the subsequent processing.

なお、このようなデータ点の増減処理は、変位波形作成部５２に、間隔変更部６１において変更された時系列データ点間の間隔に反比例してデータ点を追加または削除するデータ点増減部を機能構成として設けて、実行させるようにすればよい。例えば、目標加速度波形の時系列データから抽出された領域でのみデータ点間の時間間隔を短くした場合には、それ以外の領域では、データ点間の時間間隔を短くした領域での時間間隔に合わせて、不足するデータ点を近くのデータ点から値を補間する。 Note that such data point increase / decrease processing includes a data point increase / decrease unit that adds or deletes data points in inverse proportion to the interval between the time-series data points changed in the interval change unit 61 in the displacement waveform creation unit 52. A functional configuration may be provided and executed. For example, if the time interval between data points is shortened only in the region extracted from the time series data of the target acceleration waveform, the time interval in the region where the time interval between data points is shortened in other regions. together, to interpolate the value of the data point to the shortage from the nearby data points.

次に、周波数シフト部６２における目標加速度波形の変更について説明する。加速度計２１が、図１に仮想線で示すように振動台３４に配設されている場合には、振動台３４を移動させるときのアクチュエータ側の入力加速度と、加速度計側の応答加速度とは１対１で対応している。このような場合には、変位は加速度の２回積分であるという、従来からの考え方に基づいて加速度波形から変位波形を求め、疲労試験機の制御を行えばよい。しかしながら、加速度計２１が、図１に実線で示すように供試体２０に配設されている場合には、供試体２０の自由振動を考慮して制御変位波形を作成する必要がある。 Next, the change of the target acceleration waveform in the frequency shift unit 62 will be described. When the accelerometer 21 is disposed on the vibration table 34 as indicated by a virtual line in FIG. 1, the input acceleration on the actuator side when moving the vibration table 34 and the response acceleration on the accelerometer side are: There is a one-to-one correspondence. In such a case, it is only necessary to obtain the displacement waveform from the acceleration waveform based on the conventional idea that the displacement is a two-time acceleration integration, and to control the fatigue testing machine. However, when the accelerometer 21 is disposed on the specimen 20 as shown by a solid line in FIG. 1, it is necessary to create a control displacement waveform in consideration of the free vibration of the specimen 20.

したがって、加速度計２１が供試体２０に配設されている場合には、まず、ＰＳＤランダム波形等により疲労試験機を駆動し、得られた応答変位に対する加速度の周波数ごとの関係（周波数伝達関数）を求め、しかる後、油圧アクチュエータ３１と供試体２０を含む制御系の周波数伝達関数を用いて、目標加速度波形を実現するための制御変位波形を算出する。なお、この実施形態においては、ＰＳＤランダム波形をランダム波形発生器４５から入力し、周波数伝達関数を、伝達関数演算部５１において算出している。 Therefore, when the accelerometer 21 is disposed on the specimen 20, first, the fatigue testing machine is driven by a PSD random waveform or the like, and the relationship (frequency transfer function) for each acceleration frequency with respect to the obtained response displacement. Thereafter, a control displacement waveform for realizing a target acceleration waveform is calculated using a frequency transfer function of a control system including the hydraulic actuator 31 and the specimen 20. In this embodiment, a PSD random waveform is input from the random waveform generator 45 and the frequency transfer function is calculated by the transfer function calculation unit 51.

上述した式（１）で表される、目標加速度波形ａ（ｔ）を、周波数伝達関数を用いて制御変位波形ｄｔ（ｔ）に変換すると、下記式（５）のように表現できる。 When the target acceleration waveform a (t) represented by the above equation (1) is converted into a control displacement waveform dt (t) using a frequency transfer function, it can be expressed as the following equation (5).

なお、上述した式（３）では、基本周波数ｆ_０を増減し、時系列データ点間の時間間隔が変更された目標加速度波形ａ´（ｔ）を得ていたが、この実施形態では、図２に示す周波数シフト部６２において、下記式（６）に示すように、正の整数ｉ、ｊを用いて目標加速度波形の周波数成分をシフトさせている。 In the above-described formula (3), the basic frequency f ₀ is increased or decreased to obtain the target acceleration waveform a ′ (t) in which the time interval between the time series data points is changed. 2 shifts the frequency component of the target acceleration waveform using positive integers i and j as shown in the following equation (6).

ｎｆ_０は、第ｎ高調波の周波数であるが、この式（６）においては、ｎはｉからＮ−１−ｊまで動くことになる。この正の整数ｉ、ｊを用いて周波数をシフトさせた目標加速度波形ａ_ｓ´（ｔ）を、周波数伝達関数を用いて制御変位波形に変換すると、下記式（７）のように表現できる。 nf ₀ is the frequency of the nth harmonic, but in this equation (6), n moves from i to N-1-j. When the target acceleration waveform a _s ′ (t) whose frequency is shifted using the positive integers i and j is converted into a control displacement waveform using a frequency transfer function, it can be expressed as the following equation (7).

図４は、この実施形態における、目標加速度波形における周波数シフトと振幅との関係を説明する図である。この図においては、目標加速度波形のｃｏｓ成分（式（１）のａ_ｎｃｏｓ（ｎ・２πｆ_０ｔ）、式（６）のａ_ｎｃｏｓ（（ｎ−ｉ＋ｊ）・２πｆ_０ｔ））の大きさ（振幅）を表すａ_ｎの次数８（ａ_０〜ａ_８）までの分布をプロットしており、縦軸は振幅、横軸はｎを示している。また、この図においては、周波数シフトを実行する前のａ_ｎの分布を黒丸で示し、周波数シフトを実行した後のａ_ｎの分布を白丸で示すことにより、周波数シフト前後のａ_ｎの分布変化を示している。そして、図４（ａ）は、ｊ＝２の場合、図４（ｂ）は、ｉ＝２の場合を示している。 FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the frequency shift and the amplitude in the target acceleration waveform in this embodiment. In this figure, cos component of the desired acceleration waveform magnitude of _{(a n cos (n · 2πf} 0 t of formula (1)), _a n cos of formula (6) ((n-i + j) · 2πf 0 t)) The distribution of a _n representing the height (amplitude) from the order 8 (a _{0 to} a ₈ ) is plotted, with the vertical axis representing amplitude and the horizontal axis representing n. Further, in this figure, the distribution of previous a _n performing frequency shift by a black circle, by showing the distribution of a _n after performing the frequency shift by white circles, the distribution change of the frequency shift before and after a _n Is shown. FIG. 4A shows the case where j = 2, and FIG. 4B shows the case where i = 2.

上記式（６）および式（７）における正の整数ｉ、ｊのうち、ｉは、周波数を低周波側にシフトさせるものであり、ｊは、周波数を高周波側にシフトさせるものである。この実施形態では、上記式（６）および式（７）において、ｉに値が代入されているときは、ｊは空（０）とし、ｊに値が代入されているときは、ｉは空（０）としている。すなわち、この実施形態ではｉ、ｊのどちらか一方に正の整数を入力可能としている。 Of the positive integers i and j in the above formulas (6) and (7), i is for shifting the frequency to the low frequency side, and j is for shifting the frequency to the high frequency side. In this embodiment, in the above formulas (6) and (7), j is empty (0) when a value is assigned to i, and i is empty when a value is assigned to j. (0). That is, in this embodiment, a positive integer can be input to either i or j.

ｊ＝２の場合には、図４（ａ）に示すように、９個（Ｎ＝９）の黒丸点のうちａ_０に着目すると、ａ_０は、縦軸方向の大きさは変化しない状態で、横軸ｎ＝０の位置からｎ＝２の位置（白丸）にシフトする。すなわち、ａ_０の大きさがａ_２の大きさに置き換わることになる。ａ_１〜ａ_８についても、ａ_０の場合と同様に、縦軸方向の大きさは変化しない状態で、横軸の位置について紙面右方向に２ずつシフトする。なお、このｊ＝２の周波数シフトでは、第７次、第８次高調波の周波数が、欠落することになる。 state when the j = 2, as shown in FIG. 4 (a), when focusing on a ₀ of the black dots of nine (N = 9), a 0 _is the magnitude of the vertical axis does not change Thus, the position is shifted from the position of the horizontal axis n = 0 to the position of n = 2 (white circle). That is, the size of a ₀ is replaced with the magnitude of a _2. For even a ₁ ~a _8, as in the case of a _0, while the magnitude of the vertical axis does not change, shifted by 2 to the right direction in the drawing for the location of the horizontal axis. In this frequency shift of j = 2, the frequencies of the seventh and eighth harmonics are lost.

一方、ｉ＝２の場合は、図４（ｂ）に示すように、９個（Ｎ＝９）の黒丸点のうちａ_８に着目すると、ａ_８は、縦軸方向の大きさは変化しない状態で、横軸ｎ＝８の位置からｎ＝６の位置（白丸）にシフトする。すなわち、ａ_８の大きさがａ_６の大きさに置き換わることになる。ａ_０〜ａ_７についても、ａ_８の場合と同様に、縦軸方向の大きさは変化しない状態で、横軸の位置ついて紙面左方向に２ずつシフトする。なお、このｉ＝２の周波数シフトでは、第０次、第１次高調波の周波数が欠落することになる。 On the other hand, in the case of i = 2, as shown in FIG. 4 (b), when focusing on a ₈ out of black dots nine (N = 9), a _8, the size of the vertical axis does not change In the state, the position is shifted from the position of the horizontal axis n = 8 to the position of n = 6 (white circle). That is, the size of a ₈ replaces the size of a _6. For even a ₀ ~a _7, as in the case of a _8, the magnitude of the vertical axis direction in a state that does not change the position of the horizontal axis about to be shifted by 2 to the left direction in the drawing. In the frequency shift of i = 2, the frequencies of the 0th and 1st harmonics are lost.

このように目標加速度波形の周波数をシフトさせることで、加速度波形のピーク値を維持したまま、制御変位波形ｄ_ｔｓ´（ｔ）（式（７）参照）の最大値を減少、または、最小値を増加させることができる。すなわち、目標波形発生器４６から入力された目標加速度波形と周波数伝達関数を用いて算出された変位波形において、振動台３４の最大加振幅を超える変位がある場合には、目標加速度波形の周波数を高い方にシフトさせると制御変位波形の最大値を減少させ、振動台３４の最大加振幅以下の変位として目標加速度を再現することができるようになる。また、目標波形発生器４６から入力された目標加速度波形と周波数伝達関数を用いて算出された変位波形において、振動台３４の最小加振幅より小さい変位がある場合には、目標加速度波形の周波数を低い方にシフトさせると制御変位波形の最小値を増大させ、振動台３４の最小加振幅以上の変位として目標加速度を再現することができるようになる。 By shifting the frequency of the target acceleration waveform in this way, the maximum value of the control displacement waveform d _ts ′ (t) (see Expression (7)) is decreased or the minimum value while the peak value of the acceleration waveform is maintained. Can be increased. That is, in the displacement waveform calculated using the target acceleration waveform input from the target waveform generator 46 and the frequency transfer function, if there is a displacement exceeding the maximum added amplitude of the shaking table 34, the frequency of the target acceleration waveform is set. When the shift is made higher, the maximum value of the control displacement waveform is reduced, and the target acceleration can be reproduced as a displacement equal to or less than the maximum applied amplitude of the vibration table 34. In addition, in the displacement waveform calculated using the target acceleration waveform input from the target waveform generator 46 and the frequency transfer function, when there is a displacement smaller than the minimum added amplitude of the vibration table 34, the frequency of the target acceleration waveform is set. When the shift is shifted to the lower side, the minimum value of the control displacement waveform is increased, and the target acceleration can be reproduced as a displacement greater than or equal to the minimum added amplitude of the vibration table 34.

周波数シフト部６２における式（６）を用いた目標加速度波形の周波数のシフトでは、次数がｉ未満またはＮ−ｊより大きい周波数成分が目標加速度波形から欠落することになる。しかしながら、通常の目標加速度波形において、低周波領域および高周波領域の成分は無視できる場合がほとんどであるため、これら次数がｉ未満またはＮ−ｊより大きい周波数成分が目標加速度波形から欠落しても、疲労試験における加速度の再現に影響が及ぶことはない。 In the frequency shift of the target acceleration waveform using Expression (6) in the frequency shift unit 62, the frequency component whose order is less than i or greater than Nj is missing from the target acceleration waveform. However, in the normal target acceleration waveform, the components in the low frequency region and the high frequency region are almost negligible. Therefore, even if the frequency component having an order less than i or greater than Nj is missing from the target acceleration waveform, It does not affect the acceleration reproduction in the fatigue test.

また、この実施形態では、周波数シフト部６２における周波数のシフトを、目標加速度波形全体について行っているが、式（５）で表される変位波形の時系列データと振動台３４の移動限界との関係から、変位振幅が不足することが想定される領域のデータを、目標加速度波形の時系列データから切り取り、その切り取った領域のみで周波数のシフトを行うようにすることもできる。なお、周波数のシフトを行った領域と、それ以外の領域の時系列データ上でのつなぎ目が不連続となると、アクチュエータが不必要な動きをする場合がある。このため、周波数のシフトを行った領域と、それ以外の領域とのつなぎ目にオーバーラップ領域を設け、オーバーラップ領域での周波数のシフトを行った領域の時系列データとそれ以外の領域の時系列データを平均化することによりつなぎ目が不連続となることを解消している。このような領域接続に関する一連の処理は、変位波形作成部５２に、機能的構成として領域接続部を設けて実行させるようにすればよい。 In this embodiment, the frequency shift in the frequency shift unit 62 is performed for the entire target acceleration waveform. However, the time-series data of the displacement waveform represented by the equation (5) and the movement limit of the shaking table 34 From the relationship, it is also possible to cut out the data of the region where the displacement amplitude is assumed to be insufficient from the time-series data of the target acceleration waveform, and to shift the frequency only in the cut region. Note that if the joint between the frequency-shifted region and the time-series data in other regions becomes discontinuous, the actuator may move unnecessarily. For this reason, an overlap region is provided at the joint between the frequency-shifted region and other regions, and the time-series data of the region where the frequency shift is performed in the overlap region and the time-series of other regions By averaging the data, the discontinuity of the joints is eliminated. Such a series of processing relating to region connection may be executed by providing the displacement waveform creation unit 52 with a region connection unit as a functional configuration.

このように、この疲労試験機では、振動台３４の移動可能範囲内で、試験において再現したい目標加速度が実現できるように、油圧アクチュエータ３１を動作させる加振制御が行われている。 As described above, in this fatigue testing machine, the vibration control for operating the hydraulic actuator 31 is performed within the movable range of the vibration table 34 so that the target acceleration desired to be reproduced in the test can be realized.

また、この疲労試験機では、変位波形作成部５２に、間隔変更部６１と周波数シフト部６２とを備えているため、加速度計２１の配設位置に応じて、目標加速度波形を変更し制御変位波形を作成することが可能である。例えば、加速度計２１が振動台３４に配設されているときには、間隔変更部６１において、目標加速度波形の変更と制御変位波形の生成を行い、加速度計２１が供試体２０に配設されているときには、周波数シフト部６２において目標加速度波形の変更と制御変位波形の生成を行えばよい。 Further, in this fatigue testing machine, since the displacement waveform creating unit 52 includes the interval changing unit 61 and the frequency shifting unit 62, the target acceleration waveform is changed according to the arrangement position of the accelerometer 21, and the control displacement is changed. Waveforms can be created. For example, when the accelerometer 21 is disposed on the vibration table 34, the interval changing unit 61 changes the target acceleration waveform and generates a control displacement waveform, and the accelerometer 21 is disposed on the specimen 20. Sometimes, the frequency shift unit 62 may change the target acceleration waveform and generate the control displacement waveform.

２０供試体
２１加速度計
３１油圧アクチュエータ
３３変位計
３４振動台
３５増幅器
３６増幅器
３７増幅器
４１Ｄ／Ａ変換器
４２Ａ／Ｄ変換器
４３Ａ／Ｄ変換器
４５ランダム波形発生器
４６目標波形発生器
５０制御装置
５１逆伝達関数演算部
５２変位波形作成部
５３イタレーション処理部
５４駆動信号出力部
５５検出信号受信部
６１間隔変更部
６２周波数シフト部 20 Specimen 21 Accelerometer 31 Hydraulic Actuator 33 Displacement Meter 34 Shaking Table 35 Amplifier 36 Amplifier 37 Amplifier 41 D / A Converter 42 A / D Converter 43 A / D Converter 45 Random Waveform Generator 46 Target Waveform Generator 50 Control device 51 Reverse transfer function calculation unit 52 Displacement waveform creation unit 53 Iteration processing unit 54 Drive signal output unit 55 Detection signal reception unit 61 Interval change unit 62 Frequency shift unit

Claims

A fatigue testing machine that drives a load actuator and applies acceleration to a specimen,
An interval changing unit for changing an interval between time-series data points obtained by discretizing the target acceleration waveform when converting the target acceleration waveform based on the actual vibration waveform into a displacement waveform converted into a displacement amount of the load actuator; If there is a displacement exceeding the limit jerk of the load actuator, a displacement waveform is generated based on an acceleration waveform in which the basic frequency is increased by the interval changing unit and the interval between the time series data points is shortened Control displacement waveform generating means for
Drive signal output means for outputting a drive signal for driving the load actuator based on the control displacement waveform generated by the control displacement waveform creating means;
Response signal detecting means for driving the load actuator and detecting a response signal when acceleration is applied to the specimen;
A fatigue tester characterized by comprising:

In the fatigue testing machine according to claim 1,
A vibration table that vibrates by driving the load actuator;
The fatigue tester, wherein the response signal detection means is an accelerometer disposed on the shaking table.

In the fatigue testing machine according to claim 1 or 2,
The control displacement waveform creating means is
A region extraction unit for extracting a region having a data point that is expected to be out of a predetermined displacement range in the time-series data of the target acceleration waveform;
The interval changing unit is a fatigue testing machine that changes an interval between time-series data points in the target acceleration waveform for the region extracted by the region extracting unit.

In the fatigue testing machine according to claim 3,
The control displacement waveform creating means is
A fatigue testing machine further comprising a data point increasing / decreasing unit that adds or deletes data points in inverse proportion to the interval between the time series data points changed in the interval changing unit for the region not extracted by the region extracting unit.

In the fatigue testing machine according to claim 1,
A vibration table that vibrates by driving the load actuator;
A transfer function calculating means for identifying a transfer function of a control system including the load actuator and the specimen,
The response signal detection means is an accelerometer disposed at an arbitrary position of the specimen and the shaking table,
The control displacement waveform creating means is
A frequency shift unit that shifts a frequency component of the target acceleration waveform when the target acceleration waveform is converted into a displacement waveform converted into a displacement amount of the load actuator;
When the accelerometer is disposed on the shaking table, a displacement waveform is generated based on the acceleration waveform in which the interval between time-series data points is changed by the interval changing unit, and the accelerometer is A fatigue testing machine that generates a displacement waveform by using an acceleration waveform whose frequency component is shifted by the frequency shift unit and a transfer function calculated by the transfer function calculating means when arranged in a specimen.

A fatigue testing machine that drives a load actuator and applies acceleration to a specimen,
A transfer function computing means for identifying a transfer function of a control system including the load actuator and the specimen;
When converting a target acceleration waveform based on an actual vibration waveform into a displacement waveform converted into a displacement amount of the load actuator, a frequency shift unit that shifts a frequency component of the target acceleration waveform includes a limit amplitude of the load actuator Control displacement waveform creation means for generating a displacement waveform using the acceleration waveform whose frequency is shifted higher by the frequency shift unit and the transfer function calculated by the transfer function calculation means When,
Drive signal output means for outputting a drive signal for driving the load actuator based on the control displacement waveform generated by the control displacement waveform creating means;
Response signal detecting means for driving the load actuator and detecting a response signal when acceleration is applied to the specimen;
A fatigue tester characterized by comprising:

In the fatigue testing machine according to claim 6,
The response signal detecting means is a fatigue testing machine which is an accelerometer arranged on the specimen.

In the fatigue testing machine according to claim 6 or 7,
The control displacement waveform creating means is
A region extraction unit that extracts a region that is expected to be outside the range of a predetermined amount of displacement in the time-series data of the target acceleration waveform;
After shifting the frequency component of the target acceleration waveform for the region extracted by the region extraction unit by the frequency shift unit, before and after the region extracted by the region extraction unit, A waveform connection for connecting
Fatigue testing machine equipped with.