JP6451410B2 - Test piece holding device and test method - Google Patents

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  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Description

本発明は、試験片の保持装置およびこの保持装置を用いた試験方法に関する。   The present invention relates to a test piece holding device and a test method using the holding device.

橋梁等の構造物は、使用条件に応じたせん断負荷を受ける。この構造物が想定よりも大きなせん断負荷を受けた場合、例えば想定よりも大きな地震が発生した場合には、橋台等の構造物の構成部材には、せん断割れが生じ、橋面の傾斜や落橋に至るおそれがある。このような事故の発生を防止するため、構造物の構成部材の機械的性質を評価することが必要である。   Structures such as bridges are subjected to shear loads according to the conditions of use. When this structure is subjected to a greater shear load than expected, for example, when an earthquake greater than expected occurs, shear cracks occur in structural members such as abutments, and the slope of the bridge surface or falling bridges There is a risk of reaching. In order to prevent the occurrence of such an accident, it is necessary to evaluate the mechanical properties of the structural members.

しかし、構造物の構成部材の機械的性質の評価は、構造物の実物に対して行うことは不可能である。そのため、実際の構成部材を模擬した試験片に対して引張負荷やねじり負荷等を付与することで、構造物における負荷形態を模擬することが行われている。この小型の模擬試験片を用いて構造物の部分的な機械的性質を評価し、その評価結果を基に構造物全体の機械的性質を推定する。   However, it is impossible to evaluate the mechanical properties of the structural members of the structure with respect to the actual structure. Therefore, a load form in a structure is simulated by applying a tensile load, a torsion load, or the like to a test piece that simulates an actual component member. The small mechanical test piece is used to evaluate the partial mechanical properties of the structure, and the mechanical properties of the entire structure are estimated based on the evaluation results.

せん断特性の評価方法としては、特許文献1および2ならびに非特許文献1〜3に記載の方法が挙げられる。   Examples of the shear property evaluation method include methods described in Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 1 to 3.

特許文献1に記載の方法は、円柱状の試験片の軸線に対して直交する方向に移動する治具によって、試験片のせん断面に平行な方向の力(いわゆる目違い負荷)を付与することにより、せん断応力を付与する方法である。特許文献2に記載の方法は、試験装置の2個の保持手段でシート状の試験片を挟み、2個の保持手段を相対的にずらすことにより試験片に圧縮応力およびせん断応力を付与する方法である。   The method described in Patent Document 1 applies a force in a direction parallel to the shear surface of the test piece (so-called misload) by a jig that moves in a direction orthogonal to the axis of the cylindrical test piece. This is a method of applying shear stress. The method described in Patent Document 2 is a method of applying a compressive stress and a shear stress to a test piece by sandwiching a sheet-like test piece with two holding means of a test apparatus and relatively shifting the two holding means. It is.

非特許文献1に記載の方法は4点曲げ試験、非特許文献2に記載の方法は3点曲げ試験による方法である。非特許文献3に記載の方法は、試験片に目違い切欠きを設け、試験片を圧縮することにより、これらの切欠きの間でせん断破壊させる方法である。   The method described in Non-Patent Document 1 is a four-point bending test, and the method described in Non-Patent Document 2 is a three-point bending test. The method described in Non-Patent Document 3 is a method in which a notch is provided in a test piece, and the test piece is compressed to cause shear fracture between these notches.

実開昭62−176741号公報Japanese Utility Model Publication No. 62-176741 特開2010−71774号公報JP 2010-71774 A

鈴木竜生、磯野吉正、小河真人、「非対称四点曲げ試験法によるSi構造体のせん断強度評価」、日本機械学会2007年度年次大会講演論文集、社団法人日本機械学会、2007年9月7日、p.719−720Suzuki Tatsuo, Kanno Yoshimasa, Ogawa Masato, “Evaluation of Shear Strength of Si Structures by Asymmetric Four-Point Bending Test Method”, Proc. , P. 719-720 JIS K 7057、「繊維強化プラスチック−ショートビーム法による見掛けの層間せん断強さの求め方」、1987年3月1日制定JIS K 7057, “Fiber-Reinforced Plastics – How to Determine Apparent Interlaminar Shear Strength by the Short Beam Method”, established on March 1, 1987 JIS K 7092、「炭素繊維強化プラスチックの目違い切欠き圧縮による層間せん断強さ試験方法」、2005年12月20日制定JIS K 7092, “Test method for interlaminar shear strength by notch compression of carbon fiber reinforced plastic”, established on December 20, 2005

構造物の構成部材には、溶接部の残留応力のように、せん断応力だけでなく、引張応力または圧縮応力も加わっている部分が存在する。そのため、せん断応力とともに引張応力または圧縮応力を付与することができれば、実際の構造物における負荷形態を模擬した試験を行うことができ、より精度の高い材料評価を行うことができる。   The structural member includes a portion to which not only shear stress but also tensile stress or compressive stress is applied, such as residual stress in a welded portion. Therefore, if a tensile stress or a compressive stress can be applied together with a shear stress, a test simulating a load form in an actual structure can be performed, and more accurate material evaluation can be performed.

例えば小型の試験片に対し、せん断応力とともに引張応力または圧縮応力を付与することができれば次のような利点がある。構造物の微小な領域からその構造物の性能を損なうことのないように採取した小型の試験片に対して、実際の負荷形態を模擬した試験を行うことができる。これにより、構造物そのものの残存強度を評価することが可能となる。この場合、構造物の構成部材を模擬した模擬試験片を用いて行う試験よりも高い精度で評価することができる。   For example, if a tensile stress or a compressive stress can be applied together with a shear stress to a small test piece, there are the following advantages. A test simulating an actual load form can be performed on a small test piece collected from a minute region of the structure so as not to impair the performance of the structure. Thereby, it becomes possible to evaluate the residual strength of the structure itself. In this case, the evaluation can be performed with higher accuracy than a test performed using a simulated test piece simulating a structural member of the structure.

従来、試験片にせん断応力、引張応力または圧縮応力を付与する際には、例えばチャックを用いて試験片を保持していた。しかし、チャックによって試験片を保持すると試験片が変形する可能性がある。このように試験片が変形した状態で応力を付与すると、変形の影響により材料評価の精度が低下する可能性がある。特に試験片が小型である場合には試験片が変形する可能性が高く、材料評価の精度が大きく低下しやすい。これに対し、小型の試験片をつかむ方法としてピンチャックを用いる方法がある。しかし、小型のピンチャックは、高い寸法精度が得られにくいため、材料評価の精度が低下する可能性がある。   Conventionally, when applying a shear stress, a tensile stress, or a compressive stress to a test piece, the test piece is held using, for example, a chuck. However, if the test piece is held by the chuck, the test piece may be deformed. Thus, if stress is applied in a state where the test piece is deformed, the accuracy of the material evaluation may be lowered due to the influence of the deformation. In particular, when the test piece is small, the test piece is likely to be deformed, and the accuracy of the material evaluation is likely to be greatly reduced. On the other hand, there is a method using a pin chuck as a method of grasping a small test piece. However, since the small pin chuck is difficult to obtain high dimensional accuracy, the accuracy of material evaluation may be reduced.

一方、特許文献1に記載の方法に用いる治具は、試験片の軸方向には移動不可能である。そのため、試験片に引張応力および圧縮応力のいずれも付与することができない。また、特許文献2に記載の方法では、2個の保持手段でシート状の試験片の全面を両側から挟むだけであり、試験片に引張応力を付与することができない。   On the other hand, the jig used in the method described in Patent Document 1 cannot move in the axial direction of the test piece. Therefore, neither tensile stress nor compressive stress can be applied to the test piece. Further, in the method described in Patent Document 2, only the entire surface of the sheet-like test piece is sandwiched from both sides by two holding means, and a tensile stress cannot be applied to the test piece.

非特許文献1に記載の方法は、4点曲げ試験による方法であり、非特許文献2に記載の方法は3点曲げ試験による方法であるため、引張応力および圧縮応力のいずれも付与することができない。また、非特許文献3に記載の方法も、せん断破壊する部分に引張応力および圧縮応力のいずれも付与することができない。   Since the method described in Non-Patent Document 1 is a method based on a four-point bending test, and the method described in Non-Patent Document 2 is a method based on a three-point bending test, both tensile stress and compressive stress can be applied. Can not. Also, the method described in Non-Patent Document 3 cannot apply either tensile stress or compressive stress to the portion where shear fracture occurs.

本発明は、試験片を変形させることなく安定して保持することができ、試験片にいわゆる目違い負荷によるせん断応力(以下、単に「せん断応力」という場合、「目違い負荷によるせん断応力」を意味する。)とともに引張応力または圧縮応力を付与することができる試験片の保持装置およびこの保持装置を用いた試験方法を提供することを目的とする。   In the present invention, the test piece can be stably held without being deformed, and a shear stress caused by a so-called misload (hereinafter simply referred to as “shear stress”) is applied to the test piece. It is an object of the present invention to provide a test piece holding device capable of applying a tensile stress or a compressive stress and a test method using this holding device.

本発明の一実施形態に係る試験片の保持装置は、一方向に延びる試験部と、該試験部の延伸方向と直交する方向に突出して該試験部に対して段差を形成するように、該試験部の前記延伸方向の両端にそれぞれ設けられた一対の保持部とを有する試験片を保持するための装置であって、前記一対の保持部のうち一方を保持する第1固定部と、前記一対の保持部のうち他方を保持する第2固定部とを備え、前記第1固定部は、前記一方の保持部を前記延伸方向の両側から保持する第1延伸方向固定部と、前記一方の保持部を前記直交方向の両側から保持する第1直交方向固定部とを有し、前記第2固定部は、前記他方の保持部を前記延伸方向の両側から保持する第2延伸方向固定部と、前記他方の保持部を前記直交方向の両側から保持する第2直交方向固定部とを有する。   A test piece holding device according to an embodiment of the present invention includes a test part extending in one direction and a step formed in a direction perpendicular to the extending direction of the test part to form a step with respect to the test part. An apparatus for holding a test piece having a pair of holding portions respectively provided at both ends of the test portion in the extending direction, the first fixing portion holding one of the pair of holding portions, A second fixing portion that holds the other of the pair of holding portions, wherein the first fixing portion includes a first extending direction fixing portion that holds the one holding portion from both sides in the extending direction; A first orthogonal direction fixing portion that holds the holding portion from both sides in the orthogonal direction, and the second fixing portion includes a second extending direction fixing portion that holds the other holding portion from both sides in the extending direction. , A second straight for holding the other holding portion from both sides in the orthogonal direction. And a direction fixed part.

保持装置が上述のような構成を有するため、試験片の一対の保持部をそれぞれ保持する第1固定部および第2固定部を試験片の試験部の延伸方向に直交する方向に相対的に変位させることにより、試験部にせん断応力を付与することができる。また、第1固定部および第2固定部を試験部の延伸方向に相対的に変位させることにより、試験部に引張応力または圧縮応力を付与することができる。   Since the holding device has the above-described configuration, the first fixing portion and the second fixing portion that respectively hold the pair of holding portions of the test piece are relatively displaced in a direction perpendicular to the extending direction of the test portion of the test piece. By making it, a shear stress can be given to a test part. Moreover, a tensile stress or a compressive stress can be applied to the test part by relatively displacing the first fixing part and the second fixing part in the extending direction of the test part.

第1固定部および第2固定部は、直交方向固定部および延伸方向固定部によって試験片の保持部を4方向から保持する。このように試験片の保持部を4方向から保持することにより、試験片の保持部を回転させることなく、試験片の試験部にせん断応力、および引張応力またはせん断応力のうち少なくとも一つを付与することができる。そのため、試験部をより確実に所望の応力成分によって変形させることができ、様々な負荷形態について精度の高い試験を行うことが可能となる。   A 1st fixing | fixed part and a 2nd fixing | fixed part hold | maintain the holding | maintenance part of a test piece from 4 directions with an orthogonal direction fixing | fixed part and an extending | stretching direction fixing | fixed part. By holding the holding part of the test piece from four directions in this way, at least one of shear stress and tensile stress or shear stress is applied to the test part of the test piece without rotating the holding part of the test piece. can do. Therefore, the test part can be more reliably deformed by a desired stress component, and it becomes possible to perform a highly accurate test for various load forms.

また、試験片の保持部を4方向から保持することにより、試験片の大きさによらず、試験片を変形させずに保持することができる。例えば、一辺の長さが数ミリメートルの小型の試験片を用いた場合には、サブミリメートルオーダーの微小領域についても精度の高い評価を行うことが可能である。   In addition, by holding the test piece holder from four directions, the test piece can be held without being deformed regardless of the size of the test piece. For example, when a small test piece having a length of several millimeters on one side is used, it is possible to perform highly accurate evaluation even for a minute region on the order of submillimeters.

前記第1延伸方向固定部および前記第2延伸方向固定部は、それぞれ、前記試験片の延伸方向の端部の少なくとも一部を保持する端部固定部と、前記試験片の前記段差の少なくとも一部を保持する段差固定部とを有する。   The first extending direction fixing portion and the second extending direction fixing portion are respectively an end fixing portion that holds at least a part of an end portion in the extending direction of the test piece, and at least one of the steps of the test piece. And a step fixing portion for holding the portion.

この構成により、試験片の試験部にせん断応力と引張応力または圧縮応力とを付与する際に、試験片の保持部が回転するのをより確実に防止できる。   With this configuration, when the shear stress and the tensile stress or the compressive stress are applied to the test portion of the test piece, the rotation of the holding portion of the test piece can be more reliably prevented.

試験片の保持装置において、前記第1固定部は、前記一方の保持部において前記試験部との接続部分以外の部分を保持し、前記第2固定部は、前記他方の保持部において前記試験部との接続部分以外の部分を保持する。   In the test piece holding device, the first fixing portion holds a portion other than a connection portion with the test portion in the one holding portion, and the second fixing portion holds the test portion in the other holding portion. Hold the part other than the connection part.

この構成により、試験片の一対の保持部において、試験部との接続部分以外の部分がそれぞれ第1固定部及び第2固定部によって保持されるため、保持部をより安定して保持することができる。したがって、より精度の高い材料評価を行うことが可能となる。   With this configuration, in the pair of holding portions of the test piece, since the portions other than the connection portion with the test portion are held by the first fixing portion and the second fixing portion, respectively, the holding portion can be held more stably. it can. Therefore, it is possible to perform material evaluation with higher accuracy.

試験片の保持装置において、前記第1固定部および前記第2固定部の少なくとも一方が、該第1固定部および該第2固定部を前記延伸方向に相対的に変位させる延伸方向駆動部に接続され、前記第1固定部および前記第2固定部の少なくとも一方が、該第1固定部および該第2固定部を前記直交方向に相対的に変位させる直交方向駆動部に接続されている。   In the specimen holding device, at least one of the first fixing portion and the second fixing portion is connected to a stretching direction driving portion that relatively displaces the first fixing portion and the second fixing portion in the stretching direction. In addition, at least one of the first fixing portion and the second fixing portion is connected to an orthogonal direction driving portion that relatively displaces the first fixing portion and the second fixing portion in the orthogonal direction.

延伸方向駆動部および直交方向駆動部によって、第1固定部および第2固定部を相対的に変位させることで、試験片の試験部にせん断応力を付与しつつ、引張応力または圧縮応力も付与する構成を実現できる。   By relatively displacing the first fixed portion and the second fixed portion by the stretching direction drive portion and the orthogonal direction drive portion, a tensile stress or a compressive stress is also applied while applying a shear stress to the test portion of the test piece. The configuration can be realized.

本発明の一実施形態に係る試験方法は、上記の試験片の保持装置を用いた試験方法であって、前記第1固定部および前記第2固定部を、前記直交方向に相対的に変位させることによって、前記試験片の前記試験部にせん断応力を付与する。   A test method according to an embodiment of the present invention is a test method using the above-described test piece holding device, and relatively displaces the first fixing portion and the second fixing portion in the orthogonal direction. Thus, a shear stress is applied to the test portion of the test piece.

この試験方法では、上記の試験片の保持装置を用いるため、試験片の保持部を、回転させることなく移動させることができる。そのため、第1固定部および第2固定部を直交方向に相対的に変位させ、試験片の試験部にせん断応力を付与した場合に、試験部をせん断変形させることができ、せん断特性について精度の高い評価が可能となる。   In this test method, since the test piece holding device is used, the test piece holding portion can be moved without rotating. Therefore, when the first fixing portion and the second fixing portion are relatively displaced in the orthogonal direction and a shear stress is applied to the test portion of the test piece, the test portion can be subjected to shear deformation, and the shear characteristics are accurate. High evaluation is possible.

この試験方法は、試験片の大きさによらず適用することができる。例えば、試料から採取した一辺の長さが数ミリメートルの微小な試験片についても試験を行うことができる。すなわち、構造物の実物の微小な領域から構造物の性能を損なわないように採取した試験片についてこの試験方法を適用することができる。この場合、構造物の健全性について、従来の模擬試験片を用いた試験よりも高い精度で評価することができる。構造物の健全性について高い精度で評価できるため、構造物の補修を必要最小限に留めることができ、補修費用の削減も可能となる。また、研究開発や材料設計等の目的で高価な試料を評価する際に、この試験方法を適用すれば、微小な試験片で十分な評価ができるため、試験費用の削減が可能となる。   This test method can be applied regardless of the size of the test piece. For example, a test can be performed on a minute test piece having a side length of several millimeters taken from a sample. That is, this test method can be applied to a test piece collected from a minute region of the actual structure so as not to impair the performance of the structure. In this case, the soundness of the structure can be evaluated with higher accuracy than a test using a conventional simulated test piece. Since the soundness of the structure can be evaluated with high accuracy, the repair of the structure can be kept to the minimum necessary, and the repair cost can be reduced. In addition, if this test method is applied when evaluating an expensive sample for the purpose of research and development, material design, etc., it is possible to perform a sufficient evaluation with a small test piece, so that the test cost can be reduced.

上記試験方法において、前記第1固定部および前記第2固定部を、前記延伸方向に相対的に変位させることによって、前記試験部に引張応力または圧縮応力を付与し、前記試験部に引張応力または圧縮応力を付与した状態で、前記第1固定部および前記第2固定部を、前記直交方向に相対的に変位させることによって、前記試験部にせん断応力を付与する。   In the test method, the first fixing portion and the second fixing portion are relatively displaced in the stretching direction, thereby applying a tensile stress or a compressive stress to the test portion, and applying a tensile stress or a compressive stress to the test portion. A shear stress is applied to the test portion by relatively displacing the first fixed portion and the second fixed portion in the orthogonal direction in a state where compressive stress is applied.

試験片の試験部に引張応力または圧縮応力を付与しながら、せん断応力を付与することにより、実際の構造物における負荷形態を模擬した試験を行うことができるため、より精度の高い材料評価を行うことができる。また、微小な試験片に対してこのような応力を付与した場合には、構造物を構成する部品の実物を用いて構造物中における多軸応力状態を模擬した材料評価、および部品の実物に生じた焼きむらや窒化層、スポット溶接部のような微小領域の評価もできる。そのため、材料について多くの改善指針が得られる。   By applying shear stress while applying tensile stress or compressive stress to the test part of the test piece, a test simulating the load form in the actual structure can be performed, so a more accurate material evaluation is performed. be able to. In addition, when such stress is applied to a minute test piece, the material evaluation that simulates the multiaxial stress state in the structure using the actual part constituting the structure, and the actual part Evaluation of microscopic areas such as uneven burning, nitrided layers, and spot welds can also be performed. Therefore, many improvement guidelines can be obtained for the material.

上記試験方法において、前記試験片は、前記試験部が、前記一対の保持部と接続される両端にR部を有し、平面視で、前記試験部の前記延伸方向の中央部分に、該試験部の幅寸法が該中央部分で最も小さくなるように、前記R部よりも曲率半径の大きい円弧部が形成されている。   In the above test method, the test piece has the R portion at both ends where the test portion is connected to the pair of holding portions, and the test piece has a central portion in the extending direction of the test portion in plan view. An arc portion having a larger radius of curvature than the R portion is formed so that the width dimension of the portion is the smallest at the central portion.

試験片の試験部がR部を有することにより、試験片に応力を付与した場合に試験部と保持部との接続部分における応力集中を抑制することができる。これにより、接続部分で試験片が破断する失敗を少なくすることができる。また、試験部に円弧部が形成されることにより、降伏による変形が試験部の延伸方向中央部分で生じる可能性が非常に高くなるため、複数の試験片について同じ位置で変形の評価を行うことができる。したがって、上述のような形状の試験片を用いることにより、歩留まり良く精度の高い評価を行うことができる。   When the test portion of the test piece has the R portion, stress concentration at the connection portion between the test portion and the holding portion can be suppressed when stress is applied to the test piece. Thereby, the failure which a test piece fractures | ruptures in a connection part can be decreased. In addition, since the arc part is formed in the test part, there is a very high possibility that deformation due to yielding will occur in the center part of the test part in the extending direction. Can do. Therefore, by using the test piece having the shape as described above, highly accurate evaluation can be performed with a high yield.

上記試験方法において、前記試験片は、前記試験部が、前記一対の保持部と接続される両端にR部を有し、前記試験部の前記延伸方向の中央部分には、該試験部の厚さ寸法が該中央部分で最も小さくかつ該試験部の最大厚さ寸法の1/2以下となるように、前記R部よりも曲率半径の小さい断面円弧状のノッチが形成されている。   In the test method, the test piece has R portions at both ends where the test portion is connected to the pair of holding portions, and a thickness of the test portion is provided at a central portion in the extending direction of the test portion. A notch having a circular arc shape with a smaller radius of curvature than the R portion is formed so that the thickness dimension is the smallest at the central portion and is ½ or less of the maximum thickness dimension of the test portion.

そのため、ノッチ底部における試験片の厚さ寸法が試験部の最大厚さ寸法の1/2以下となるように、ノッチの曲率半径がR部の曲率半径よりも小さい場合には、ノッチ底部が応力集中部となる。疲労き裂は応力集中部で生じるため、上述のような形状の試験片を用いることにより、複数の試験片では同じ部位で疲労き裂が発生する。これにより、効率良く疲労き裂の評価を行うことができる。   Therefore, when the curvature radius of the notch is smaller than the curvature radius of the R portion so that the thickness dimension of the test piece at the bottom portion of the notch is less than or equal to 1/2 of the maximum thickness dimension of the test portion, the notch bottom portion is stressed. It becomes a concentrated part. Since fatigue cracks occur at stress concentration portions, fatigue cracks are generated at the same site in a plurality of test pieces by using a test piece having the above-described shape. Thereby, a fatigue crack can be evaluated efficiently.

本発明の実施形態に係る試験片の保持装置によれば、試験片の大きさによらず、試験片を安定して保持した状態で、試験片にせん断応力とともに引張応力または圧縮応力を付与することができる。   According to the test piece holding apparatus according to the embodiment of the present invention, tensile stress or compressive stress is applied to the test piece together with shear stress in a state where the test piece is stably held regardless of the size of the test piece. be able to.

本発明の実施形態に係る試験方法によれば、試験片の大きさによらず、試験片にせん断応力とともに引張応力または圧縮応力を付与する試験を行うことができ、精度の高い材料評価を行うことができる。   According to the test method according to the embodiment of the present invention, a test for applying tensile stress or compressive stress along with shear stress to the test piece can be performed regardless of the size of the test piece, and highly accurate material evaluation is performed. be able to.

図1は、本発明の試験片の保持装置の模式図であり、図1(a)は保持装置全体の平面図を示し、図1(b)は図1(a)の試験片周辺の部分拡大図を示す。FIG. 1 is a schematic view of a test piece holding device according to the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view of the whole holding device, and FIG. 1 (b) is a portion around the test piece of FIG. 1 (a). An enlarged view is shown. 図2は、本発明の試験片の保持装置の具体的な構成の一例を示す構成図であり、図2(a)は保持装置全体の平面図を示し、図2(b)は図2(a)の第1固定部および第2固定部の部分拡大図を示す。FIG. 2 is a block diagram showing an example of a specific configuration of the test piece holding device of the present invention. FIG. 2 (a) shows a plan view of the whole holding device, and FIG. 2 (b) shows FIG. The partial enlarged view of the 1st fixing | fixed part and 2nd fixing | fixed part of a) is shown. 図3は、図2に示す保持装置の第1固定部の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of the first fixing portion of the holding device shown in FIG. 2. 図4は、第1ベース部材の平面図である。FIG. 4 is a plan view of the first base member. 図5は、図2のV−V線断面図である。5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 図6は、本発明の実施形態に係る試験方法に適した試験片の平面図である。FIG. 6 is a plan view of a test piece suitable for the test method according to the embodiment of the present invention. 図7は、本発明の実施形態に係る試験方法のうち、疲労試験により適した試験片の構成図であり、図7(a)は平面図を示し、図7(b)は側面図を示す。FIG. 7 is a configuration diagram of a test piece suitable for a fatigue test among the test methods according to the embodiment of the present invention. FIG. 7 (a) shows a plan view and FIG. 7 (b) shows a side view. . 図8は、図7に示す試験片に応力を付与した場合についてFEMで解析した結果を応力分布で示す図であり、図8(a)はせん断応力を付与した場合を示し、図8(b)は引張応力を付与した場合を示す。FIG. 8 is a diagram showing the result of FEM analysis for the case where stress is applied to the test piece shown in FIG. 7, and FIG. 8A shows the case where shear stress is applied, and FIG. ) Shows the case where tensile stress is applied. 図9は、静的せん断試験で得られた公称せん断応力−ストローク線図である。FIG. 9 is a nominal shear stress-stroke diagram obtained in the static shear test. 図10は、比較試験に用いた試験片の平面図である。FIG. 10 is a plan view of a test piece used in the comparative test. 図11は、せん断応力の付与前後における試験片およびその周辺の保持装置の外観の写真であり、図11(a)はせん断応力付与前の状態を示し、図11(b)はせん断応力付与後の状態を示す。FIG. 11 is a photograph of the appearance of the test piece and the surrounding holding device before and after applying shear stress, FIG. 11 (a) shows the state before applying shear stress, and FIG. 11 (b) shows after applying shear stress. Shows the state. 図12は、せん断応力の付与前後における試験片の試験部の円弧部の写真であり、図12(a)はせん断応力付与前の状態を示し、図12(b)はせん断応力付与後の状態を示す。FIG. 12 is a photograph of the arc part of the test part of the test piece before and after applying shear stress, FIG. 12 (a) shows the state before applying shear stress, and FIG. 12 (b) shows the state after applying shear stress. Indicates. 図13は、供試材についてのEBSDによる測定結果である。FIG. 13 shows the measurement results by EBSD for the specimens. 図14は、せん断疲労試験により得られたS−N線図である。FIG. 14 is an SN diagram obtained by a shear fatigue test. 図15は、引張・圧縮疲労試験により得られたS−N線図である。FIG. 15 is an SN diagram obtained by a tensile / compression fatigue test. 図16は、せん断疲労試験により破断した試験片の破面の顕微鏡写真であり、図16(a)は破面の全体図、図16(b)は図16(a)の四角で囲んだ部分の拡大図、図16(c)は図16(b)の四角で囲んだ部分の拡大図である。FIG. 16 is a micrograph of a fracture surface of a test piece fractured by a shear fatigue test, FIG. 16 (a) is an overall view of the fracture surface, and FIG. 16 (b) is a portion surrounded by a square in FIG. 16 (a). FIG. 16C is an enlarged view of a portion surrounded by a square in FIG. 16B.

以下、本発明に係る試験片の保持装置およびこの保持装置を用いた試験方法の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of a test piece holding apparatus and a test method using the holding apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the dimension of the structural member in each figure does not represent the dimension of an actual structural member, the dimension ratio of each structural member, etc. faithfully.

1.試験片の保持装置の概略構成
図1は、本発明の試験片の保持装置の模式図であり、図1(a)は保持装置全体の平面図を示し、図1(b)は図1(a)の試験片周辺の部分拡大図を示す。まず、図1の模式図を参照して、本発明の保持装置の構成について簡単に説明する。
1. FIG. 1 is a schematic view of a test piece holding device of the present invention, FIG. 1 (a) shows a plan view of the whole holding device, and FIG. 1 (b) shows FIG. The partial enlarged view of the test piece periphery of a) is shown. First, with reference to the schematic diagram of FIG. 1, the structure of the holding | maintenance apparatus of this invention is demonstrated easily.

図1(a)に示すように、保持装置10は、定盤11と第1移動体12と第2移動体13とを備える。第1移動体12および第2移動体13は、定盤11上に配置される。保持装置10は、第1移動体12と第2移動体13とによって、試験片60を保持する。   As shown in FIG. 1A, the holding device 10 includes a surface plate 11, a first moving body 12, and a second moving body 13. The first moving body 12 and the second moving body 13 are arranged on the surface plate 11. The holding device 10 holds the test piece 60 with the first moving body 12 and the second moving body 13.

ここで、図1(b)に示すように、試験片60は、試験部61と一対の保持部62、63とを有する。試験部61は、試験片60の中央部において一方向に延びるように形成される。試験部61の延伸方向は、試験片60の長手方向(図中矢印A方向)に一致する。試験片60の長手方向において、試験部61の一端に保持部62が接続され、試験部61の他端に保持部63が接続される。保持部62、63は、試験片60の長手方向に対して直交する方向(図中矢印B方向。以下「直交方向」ともいう。)に突出していて、試験部61に対して段差65を形成する。   Here, as shown in FIG. 1B, the test piece 60 includes a test portion 61 and a pair of holding portions 62 and 63. The test part 61 is formed so as to extend in one direction at the central part of the test piece 60. The extending direction of the test part 61 coincides with the longitudinal direction of the test piece 60 (the direction of arrow A in the figure). In the longitudinal direction of the test piece 60, the holding part 62 is connected to one end of the test part 61, and the holding part 63 is connected to the other end of the test part 61. The holding portions 62 and 63 protrude in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the test piece 60 (in the direction of arrow B in the figure; hereinafter also referred to as “orthogonal direction”), and form a step 65 with respect to the test portion 61. To do.

保持部62は、第1移動体12によって保持される。保持部63は、第2移動体13によって保持される。第1移動体12は、試験片60の長手方向に移動可能に構成されている。第2移動体13は、試験片60の直交方向に移動可能に構成されている。図1(a)は、試験片60(より具体的には、試験部61)にせん断応力が作用するように、第2移動体13を試験片60の直交方向に変位させた状態を示す。   The holding unit 62 is held by the first moving body 12. The holding unit 63 is held by the second moving body 13. The first moving body 12 is configured to be movable in the longitudinal direction of the test piece 60. The second moving body 13 is configured to be movable in the orthogonal direction of the test piece 60. FIG. 1A shows a state in which the second moving body 13 is displaced in the orthogonal direction of the test piece 60 so that a shear stress acts on the test piece 60 (more specifically, the test unit 61).

図1(a)に示すように、第1移動体12は、第1固定部20、第1接続部材41、第1ロードセル42、および第2ロードセル43を備える。   As shown in FIG. 1A, the first moving body 12 includes a first fixing unit 20, a first connecting member 41, a first load cell 42, and a second load cell 43.

第1固定部20は、上方から見てC字形状を有する。図1(b)に示すように、第1固定部20は、第1端部固定部21(端部固定部)と、一対の第1段差固定部22(段差固定部)と、一対の第1直交方向固定部23とを備える。なお、図1(a)では、第1固定部20を簡略化して示しており、第1端部固定部21と、一対の第1段差固定部22と、一対の第1直交方向固定部23との境界線は示していない。   The first fixing portion 20 has a C shape as viewed from above. As shown in FIG. 1B, the first fixing portion 20 includes a first end fixing portion 21 (end fixing portion), a pair of first step fixing portions 22 (step fixing portions), and a pair of first fixing portions. 1 orthogonal direction fixing | fixed part 23 is provided. In FIG. 1A, the first fixing portion 20 is shown in a simplified manner, and the first end fixing portion 21, the pair of first step fixing portions 22, and the pair of first orthogonal direction fixing portions 23. The boundary line is not shown.

図1(b)に示すように、第1端部固定部21は、試験片60の長手方向の両端部のうち、保持部62側の端部に接触するように配置される。一対の第1段差固定部22は、試験片60の試験部61を、試験片60の直交方向における両側から挟んで、保持部62側の段差65に接触するように配置される。一対の第1直交方向固定部23は、試験片60の直交方向における保持部62の一方の端部および他方の端部にそれぞれ接触するように配置される。   As shown in FIG. 1B, the first end fixing portion 21 is disposed so as to come into contact with the end portion on the holding portion 62 side among both end portions in the longitudinal direction of the test piece 60. The pair of first step fixing portions 22 are arranged so as to contact the step 65 on the holding portion 62 side with the test portion 61 of the test piece 60 sandwiched from both sides in the orthogonal direction of the test piece 60. A pair of 1st orthogonal direction fixing | fixed part 23 is arrange | positioned so that the one edge part and the other edge part of the holding | maintenance part 62 in the orthogonal direction of the test piece 60 may contact, respectively.

すなわち、第1端部固定部21、一対の第1段差固定部22、および一対の第1直交方向固定部23は、試験片60の一方の保持部62を4方向から囲むように配置される。したがって、試験片60の保持部62は、第1固定部20によって4方向から保持される。具体的には、第1端部固定部21と一対の第1段差固定部22とが保持部62を試験片60の長手方向における両側から保持し、一対の第1直交方向固定部23が保持部62を試験片60の直交方向における両側から保持する。   That is, the first end fixing part 21, the pair of first step fixing parts 22, and the pair of first orthogonal direction fixing parts 23 are arranged so as to surround one holding part 62 of the test piece 60 from four directions. . Therefore, the holding part 62 of the test piece 60 is held from four directions by the first fixing part 20. Specifically, the first end fixing part 21 and the pair of first step fixing parts 22 hold the holding part 62 from both sides in the longitudinal direction of the test piece 60, and the pair of first orthogonal direction fixing parts 23 hold. The part 62 is held from both sides in the orthogonal direction of the test piece 60.

第1接続部材41は、上方から見て略L字形状に屈曲した形状を有する。具体的には、第1接続部材41は、試験片60の長手方向に延びる長手方向延伸部41aと試験片60の直交方向に延びる直交方向延伸部41bとを有する。長手方向延伸部41aと直交方向延伸部41bとは、一方の端部同士で接続され、第1接続部材41を構成している。第1接続部材41の直交方向延伸部41bの他方の端部には、第1固定部20が接続され、長手方向延伸部41aの他方の端部には、第1駆動部40(延伸方向駆動部)が接続される。   The first connection member 41 has a shape bent into a substantially L shape when viewed from above. Specifically, the first connecting member 41 has a longitudinal direction extending part 41 a extending in the longitudinal direction of the test piece 60 and an orthogonal direction extending part 41 b extending in the orthogonal direction of the test piece 60. The longitudinal direction extending portion 41 a and the orthogonal direction extending portion 41 b are connected at one end to constitute a first connecting member 41. The first fixing portion 20 is connected to the other end of the orthogonal direction extending portion 41b of the first connecting member 41, and the first driving portion 40 (extending direction driving) is connected to the other end of the longitudinal extending portion 41a. Part) is connected.

第1ロードセル42は、柱部42aを有する。第1固定部20と第1接続部材41の直交方向延伸部41bとは、第1ロードセル42の柱部42aを介して接続される。すなわち、第1ロードセル42は、第1固定部20および第1接続部材41に接続されていて、試験片60の長手方向において該第1固定部20に作用する荷重、つまり試験片60の試験部61に対して矢印A方向に作用する荷重の大きさを検知する。   The first load cell 42 has a column part 42a. The first fixed portion 20 and the orthogonally extending portion 41 b of the first connecting member 41 are connected via the column portion 42 a of the first load cell 42. In other words, the first load cell 42 is connected to the first fixing portion 20 and the first connecting member 41, and the load acting on the first fixing portion 20 in the longitudinal direction of the test piece 60, that is, the test portion of the test piece 60. The magnitude of the load acting in the direction of arrow A with respect to 61 is detected.

第2ロードセル43は、柱部43aを有する。第1接続部材41の長手方向延伸部41aの他方の端部と第1駆動部40とは、第2ロードセル43の柱部43aを介して接続される。すなわち、第2ロードセル43は、第1接続部材41および第1駆動部40に接続されていて、試験片60の直交方向において第1固定部20および第1接続部材41に作用する荷重、つまり試験片60の試験部61に対して矢印B方向に作用する荷重の大きさを検知する。   The second load cell 43 has a pillar portion 43a. The other end portion of the longitudinally extending portion 41 a of the first connecting member 41 and the first driving portion 40 are connected via a column portion 43 a of the second load cell 43. That is, the second load cell 43 is connected to the first connection member 41 and the first drive unit 40, and the load acting on the first fixing unit 20 and the first connection member 41 in the orthogonal direction of the test piece 60, that is, the test The magnitude of the load acting in the direction of arrow B on the test part 61 of the piece 60 is detected.

第2移動体13は、第2固定部30、および第2接続部材51を備える。第2固定部30は、第2接続部材51を介して第2駆動部50(直交方向駆動部)に接続される。第2接続部材51は、一方の端部が第2固定部30に接続され、他方の端部が第2駆動部50に接続される。   The second moving body 13 includes a second fixing portion 30 and a second connection member 51. The second fixing unit 30 is connected to the second drive unit 50 (orthogonal direction drive unit) via the second connection member 51. One end of the second connection member 51 is connected to the second fixing unit 30, and the other end is connected to the second drive unit 50.

第2固定部30は、上方から見てC字形状を有する。図1(b)に示すように、第2固定部30は、第2端部固定部31(端部固定部)と、一対の第2段差固定部32(段差固定部)と、一対の第2直交方向固定部33とを備える。第2端部固定部31、第2段差固定部32、および第2直交方向固定部33は、保持部63に対して、保持部62に対する第1端部固定部21、第1段差固定部22、および第1直交方向固定部23と同様に配置される。したがって、試験片60の保持部63は、第2固定部30によって4方向から保持される。具体的には、第2端部固定部31と一対の第2段差固定部32とが保持部63を試験片60の長手方向における両側から保持し、一対の第2直交方向固定部33が保持部63を試験片60の直交方向における両側から保持する。   The 2nd fixing | fixed part 30 has C shape seeing from upper direction. As shown in FIG. 1B, the second fixing portion 30 includes a second end fixing portion 31 (end fixing portion), a pair of second step fixing portions 32 (step fixing portions), and a pair of first fixing portions. 2 orthogonal direction fixing | fixed part 33 is provided. The second end fixing portion 31, the second step fixing portion 32, and the second orthogonal direction fixing portion 33 are, with respect to the holding portion 63, the first end fixing portion 21 and the first step fixing portion 22 with respect to the holding portion 62. , And the first orthogonal direction fixing part 23. Therefore, the holding portion 63 of the test piece 60 is held from four directions by the second fixing portion 30. Specifically, the second end fixing portion 31 and the pair of second step fixing portions 32 hold the holding portion 63 from both sides in the longitudinal direction of the test piece 60, and the pair of second orthogonal direction fixing portions 33 hold. The part 63 is held from both sides in the orthogonal direction of the test piece 60.

第1駆動部40は、第1移動体12を試験片60の長手方向に変位させる。これにより、第1固定部20と第2固定部30とが試験片60の長手方向に相対的に変位する。第2駆動部50は、第2移動体13を試験片60の直交方向に変位させる。これにより、第1固定部20と第2固定部30とが試験片60の直交方向に相対的に変位する。   The first drive unit 40 displaces the first moving body 12 in the longitudinal direction of the test piece 60. As a result, the first fixing portion 20 and the second fixing portion 30 are relatively displaced in the longitudinal direction of the test piece 60. The second drive unit 50 displaces the second moving body 13 in the orthogonal direction of the test piece 60. Thereby, the 1st fixing | fixed part 20 and the 2nd fixing | fixed part 30 displace relatively in the orthogonal direction of the test piece 60. FIG.

特に図示しないが、第1駆動部40および第2駆動部50は、いずれもモーター等によって、スライダが定盤11上に設けられた直線状のガイドに沿って往復移動可能に構成されている。   Although not particularly shown, the first drive unit 40 and the second drive unit 50 are both configured to be reciprocally movable along a linear guide provided on the surface plate 11 by a motor or the like.

なお、本実施形態では、図1(b)に示すように、第1固定部20は、第1端部固定部21と、一対の第1段差固定部22と、一対の第1直交方向固定部23とが、上方から見て保持部62の試験部61との接続部分C以外の部分全体に接触している。すなわち、第1端部固定部21と、一対の第1段差固定部22と、一対の第1直交方向固定部23とが、上方から見て保持部62の全ての側面の全体を覆うように保持部62に接触している。しかし、一対の第1端部固定部21は、試験片60の長手方向の端部の少なくとも一部に接触するように配置されていてもよい。また、一対の第1段差固定部22は、保持部62側の段差65の少なくとも一部に接触するように配置されていてもよい。さらに、一対の第1直交方向固定部23は、試験片60の長手方向における保持部62の一方の端部および他方の端部の少なくとも一部に接触するように配置されていてもよい。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1B, the first fixing portion 20 includes a first end fixing portion 21, a pair of first step fixing portions 22, and a pair of first orthogonal direction fixings. The portion 23 is in contact with the entire portion other than the connection portion C with the test portion 61 of the holding portion 62 as viewed from above. That is, the first end fixing portion 21, the pair of first step fixing portions 22, and the pair of first orthogonal direction fixing portions 23 cover the entire side surfaces of the holding portion 62 as viewed from above. It is in contact with the holding part 62. However, the pair of first end fixing portions 21 may be disposed so as to contact at least a part of the end portion of the test piece 60 in the longitudinal direction. The pair of first step fixing portions 22 may be disposed so as to contact at least a part of the step 65 on the holding portion 62 side. Further, the pair of first orthogonal direction fixing portions 23 may be disposed so as to contact at least part of one end portion and the other end portion of the holding portion 62 in the longitudinal direction of the test piece 60.

ただし、本実施形態のように、第1固定部20の第1端部固定部21と、一対の第1段差固定部22と、一対の第1直交方向固定部23とが、上方から見て保持部62の全ての側面の全体を覆うように保持部62に接触し、第2固定部30の第2端部固定部31と、一対の第2段差固定部32と、一対の第2直交方向固定部33とが、上方から見て保持部63の全ての側面の全体を覆うように保持部63に接触することが好ましい。これにより、保持部62、63をより安定して保持することができ、保持装置10を用いてより精度の高い材料評価が可能となるからである。   However, as in the present embodiment, the first end fixing part 21, the pair of first step fixing parts 22, and the pair of first orthogonal direction fixing parts 23 of the first fixing part 20 are viewed from above. It contacts the holding part 62 so as to cover all the side surfaces of the holding part 62, the second end fixing part 31 of the second fixing part 30, the pair of second step fixing parts 32, and the pair of second orthogonal parts. It is preferable that the direction fixing portion 33 contacts the holding portion 63 so as to cover all the side surfaces of the holding portion 63 as viewed from above. Thereby, the holding parts 62 and 63 can be held more stably, and more accurate material evaluation can be performed using the holding device 10.

本実施形態では、図1(a)に示すように、第1固定部20を、試験片60の長手方向に変位させる。一方、第2固定部30を、試験片60の直交方向に変位させる。しかし、第1固定部20を試験片60の直交方向に変位させてもよいし、第2固定部30を試験片60の長手方向に変位させてもよい。また、第1固定部20および第2固定部30の両方を、試験片60の長手方向、および試験片60の直交方向に変位させてもよい。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1A, the first fixing portion 20 is displaced in the longitudinal direction of the test piece 60. On the other hand, the second fixing portion 30 is displaced in the orthogonal direction of the test piece 60. However, the first fixing part 20 may be displaced in the orthogonal direction of the test piece 60, and the second fixing part 30 may be displaced in the longitudinal direction of the test piece 60. Further, both the first fixing part 20 and the second fixing part 30 may be displaced in the longitudinal direction of the test piece 60 and in the orthogonal direction of the test piece 60.

2.試験片の保持装置の具体的な構成例
図1では、保持装置の機能を説明するために、各構成要素を簡略化して示した。以下では、図2から図5までを用いて、保持装置の具体的な構成を説明する。
2. Specific Configuration Example of Test Specimen Holding Device In FIG. 1, each component is shown in a simplified manner in order to explain the function of the holding device. Hereinafter, a specific configuration of the holding device will be described with reference to FIGS. 2 to 5.

図2は、本発明の試験片の保持装置の具体的な構成の一例を示す構成図であり、図2(a)は保持装置全体の平面図を示し、図2(b)は図2(a)の第1固定部および第2固定部の部分拡大図を示す。図2において、図1に示す部材と同一のものには図1と同一の符号を付した。図2は、保持装置15が試験片60を保持した状態を示す。図2において、試験片60の長手方向を矢印A方向、試験片60の直交方向を矢印B方向として示した。   FIG. 2 is a block diagram showing an example of a specific configuration of the test piece holding device of the present invention. FIG. 2 (a) shows a plan view of the whole holding device, and FIG. 2 (b) shows FIG. The partial enlarged view of the 1st fixing | fixed part and 2nd fixing | fixed part of a) is shown. 2, the same members as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. FIG. 2 shows a state in which the holding device 15 holds the test piece 60. In FIG. 2, the longitudinal direction of the test piece 60 is shown as an arrow A direction, and the orthogonal direction of the test piece 60 is shown as an arrow B direction.

図2(a)に示す試験片の保持装置15は、定盤11と第1移動体16と第2移動体17とを備える。第1移動体16は、第1固定部80、第1アーム46、第1ロードセル47、第2ロードセル43およびケース49を備え、第2移動体17は、第2固定部90および第2アーム56を備える。   A test piece holding device 15 shown in FIG. 2A includes a surface plate 11, a first moving body 16, and a second moving body 17. The first moving body 16 includes a first fixing portion 80, a first arm 46, a first load cell 47, a second load cell 43, and a case 49. The second moving body 17 includes a second fixing portion 90 and a second arm 56. Is provided.

第1移動体16および第2移動体17は、それぞれ図1における第1移動体12または第2移動体13の構成の具体例である。第1固定部80および第1ロードセル47は、それぞれ図1における第1固定部20または第1ロードセル42の構成の具体例である。第2固定部90は、図1における第2固定部30の具体例である。第1アーム46および第2アーム56は、それぞれ、図1における第1接続部材41および第2接続部材51の具体例である。   The first moving body 16 and the second moving body 17 are specific examples of the configuration of the first moving body 12 or the second moving body 13 in FIG. The first fixing unit 80 and the first load cell 47 are specific examples of the configuration of the first fixing unit 20 or the first load cell 42 in FIG. The second fixing portion 90 is a specific example of the second fixing portion 30 in FIG. The first arm 46 and the second arm 56 are specific examples of the first connection member 41 and the second connection member 51 in FIG. 1, respectively.

保持装置15では、試験片60の長手方向において、第1固定部80と第1アーム46との間にケース49が取り付けられている。   In the holding device 15, a case 49 is attached between the first fixing portion 80 and the first arm 46 in the longitudinal direction of the test piece 60.

第1アーム46は、試験片60の長手方向に延びる長手方向延伸部46aと、試験片60の直交方向に延びるケース支持部46bとを備える。第1アーム46の長手方向延伸部46aとケース支持部46bとは一体に形成されている。   The first arm 46 includes a longitudinal extending portion 46 a extending in the longitudinal direction of the test piece 60 and a case support portion 46 b extending in the orthogonal direction of the test piece 60. The longitudinally extending portion 46a of the first arm 46 and the case support portion 46b are integrally formed.

長手方向延伸部46aは、試験片60の長手方向の一方側が第2ロードセル43の柱部43aに接続される。長手方向延伸部46aは、試験片60の長手方向の他方側がケース支持部46bにおける試験片60の直交方向の一方側に接続される。   The longitudinally extending portion 46 a is connected to the column portion 43 a of the second load cell 43 on one side in the longitudinal direction of the test piece 60. In the longitudinally extending portion 46a, the other side in the longitudinal direction of the test piece 60 is connected to one side in the orthogonal direction of the test piece 60 in the case support portion 46b.

ケース支持部46bは、試験片60の直交方向の他方側に、第1固定部80側に向かって開口する凹部46cを有する。ケース支持部46bの凹部46c内には、凹部46cに向かって開口するロードセル収納用凹部46dが設けられる。さらに、ケース支持部46bには、ケース支持部46bを貫通してロードセル収納用凹部46dと繋がるように貫通孔46eが設けられる。   The case support portion 46 b has a recess 46 c that opens toward the first fixing portion 80 on the other side of the test piece 60 in the orthogonal direction. A load cell storage recess 46d that opens toward the recess 46c is provided in the recess 46c of the case support 46b. Further, a through hole 46e is provided in the case support 46b so as to penetrate the case support 46b and connect to the load cell storage recess 46d.

ケース49は、直方体状に形成されていて、上方から見て側面49a、49b、49c、49dの4つの側面を有する。ケース49の側面49a、49bは、試験片60の長手方向に平行に延びる側面であり、側面49c、49dは試験片60の直交方向に平行に延びる側面である。ケース49は、側面49a、49b、49cがケース支持部46bに接し且つ側面49dが第1固定部80に対向するように、第1固定部80のケース支持部46bに取り付けられる。なお、ケース49には、第1固定部80と対向する側面49dに、貫通孔49fが形成されている。   The case 49 is formed in a rectangular parallelepiped shape, and has four side surfaces 49a, 49b, 49c, and 49d as viewed from above. The side surfaces 49 a and 49 b of the case 49 are side surfaces extending in parallel with the longitudinal direction of the test piece 60, and the side surfaces 49 c and 49 d are side surfaces extending in parallel with the orthogonal direction of the test piece 60. The case 49 is attached to the case support portion 46b of the first fixing portion 80 such that the side surfaces 49a, 49b, and 49c are in contact with the case support portion 46b and the side surface 49d is opposed to the first fixing portion 80. In the case 49, a through hole 49f is formed in a side surface 49d facing the first fixing portion 80.

側面49cは、ケース支持部46bのロードセル収納用凹部46dの開口部と対向する位置に、ロードセル収納用凹部49eを有する。貫通孔49fは、ロードセル収納用凹部49eに繋がる。ケース49のロードセル収納用凹部49eは、ケース支持部46bのロードセル収納用凹部46dとともに第1ロードセル47が収納される空間を形成する。第1ロードセル47は、この空間内に収納され、ケース支持部46bに形成された貫通孔46eおよびケース49に形成された貫通孔49f内にそれぞれ挿入されたボルト47aまたはボルト47bによって第1アーム46に固定される。   The side surface 49c has a load cell storage recess 49e at a position facing the opening of the load cell storage recess 46d of the case support 46b. The through hole 49f is connected to the load cell accommodating recess 49e. The load cell accommodating recess 49e of the case 49 forms a space in which the first load cell 47 is accommodated together with the load cell accommodating recess 46d of the case support 46b. The first load cell 47 is housed in this space, and the first arm 46 is inserted by a bolt 47a or a bolt 47b inserted into a through hole 46e formed in the case support 46b and a through hole 49f formed in the case 49, respectively. Fixed to.

ケース49は、第1アーム46のケース支持部46bによって、側面49a、49b、49cの3面が支持されるため、試験片60の直交方向において第1アーム46に対して相対的に変位しない。したがって、試験片60に直交方向の応力が付与されても、ケース支持部46bのロードセル収納用凹部46d及びケース49のロードセル収納用凹部49e内に収納された第1ロードセル47には曲げ荷重が発生せず、第1ロードセル47の耐久性を向上させることができる。   Since the case 49 is supported by the case support portion 46 b of the first arm 46 on the three sides 49 a, 49 b, and 49 c, the case 49 is not displaced relative to the first arm 46 in the orthogonal direction of the test piece 60. Therefore, even if stress in the orthogonal direction is applied to the test piece 60, a bending load is generated in the load cell accommodating recess 46d of the case support 46b and the first load cell 47 accommodated in the load cell accommodating recess 49e of the case 49. Without this, the durability of the first load cell 47 can be improved.

第2アーム56は、試験片60の長手方向に延びるとともに、試験片60の長手方向の一方側が第2駆動部50に接続される長手方向延伸部56aと、長手方向延伸部56aの試験片60の長手方向の他方側に接続され、試験片60の直交方向に延びる固定部支持部56bとを備える。長手方向延伸部56aと固定部支持部56bとは一体に形成されている。固定部支持部56bにおける試験片60の長手方向側には、第2固定部90が固定されている。   The second arm 56 extends in the longitudinal direction of the test piece 60, and one longitudinal side of the test piece 60 is connected to the second drive unit 50, and the test piece 60 of the longitudinal extension portion 56 a. And a fixing portion support portion 56b extending in the orthogonal direction of the test piece 60. The longitudinal direction extending portion 56a and the fixed portion support portion 56b are integrally formed. A second fixing portion 90 is fixed to the fixing portion support portion 56b on the longitudinal direction side of the test piece 60.

第1移動体16の第1固定部80と第2移動体17の第2固定部90とは、第1駆動部40により試験片60の長手方向に相対的に変位し、第2駆動部50により試験片60の直交方向に相対的に変位する。   The first fixed portion 80 of the first moving body 16 and the second fixed portion 90 of the second moving body 17 are relatively displaced in the longitudinal direction of the test piece 60 by the first driving portion 40, and the second driving portion 50. As a result, the test piece 60 is relatively displaced in the orthogonal direction.

次に、第1移動体16の第1固定部80の構成を、図2から図5までを用いて説明する。図3は、図2に示す保持装置の第1固定部の斜視図である。図4は、第1ベース部材の平面図である。図5は、図2のV−V線断面図である。なお、以下においては、第1固定部80および第2固定部90によって試験片60を保持した状態を基準として、試験片60の長手方向(矢印A方向)および試験片60の直交方向(矢印B方向)に言及しつつ、第1固定部80の各構成要素について説明する。図2から図4までにおいて、試験片60の長手方向を矢印A方向とし、試験片60の直交方向を矢印B方向として示した。   Next, the structure of the 1st fixing | fixed part 80 of the 1st moving body 16 is demonstrated using FIGS. 2-5. FIG. 3 is a perspective view of the first fixing portion of the holding device shown in FIG. 2. FIG. 4 is a plan view of the first base member. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. In the following, the longitudinal direction of the test piece 60 (arrow A direction) and the orthogonal direction of the test piece 60 (arrow B) based on the state in which the test piece 60 is held by the first fixing portion 80 and the second fixing portion 90. Each component of the first fixing unit 80 will be described with reference to (direction). 2 to 4, the longitudinal direction of the test piece 60 is shown as an arrow A direction, and the orthogonal direction of the test piece 60 is shown as an arrow B direction.

第1固定部80は、第1ベース部材25と、第1挿入部材27と、一対の第1スライド部材28とを備える。   The first fixing portion 80 includes a first base member 25, a first insertion member 27, and a pair of first slide members 28.

第1ベース部材25は、図3から図5に示すように、全体として直方体状の部材の上面に断面V字状の凹部が形成されたような形状を有する。具体的には、第1ベース部材25は、上方から見て略矩形状の基部25aと、試験片60の長手方向における基部25aの一端側に位置する一対の板状の前壁25cと、試験片60の長手方向における基部25aの他端側に位置する板状の後壁25eとを備える。基部25aと前壁25cと後壁25eとは、一体形成されている。   As shown in FIGS. 3 to 5, the first base member 25 has a shape in which a concave portion having a V-shaped cross section is formed on the upper surface of a rectangular parallelepiped member as a whole. Specifically, the first base member 25 includes a substantially rectangular base portion 25a as viewed from above, a pair of plate-like front walls 25c positioned on one end side of the base portion 25a in the longitudinal direction of the test piece 60, and a test. And a plate-like rear wall 25e located on the other end side of the base portion 25a in the longitudinal direction of the piece 60. The base 25a, the front wall 25c, and the rear wall 25e are integrally formed.

基部25aは、図5に示すように、試験片60の長手方向から見てV字状に凹む上面25bを有する。すなわち、基部25aは、高さ寸法が、試験片60の直交方向の両端部で最も大きく、中央部で最も小さい。これにより、上述のように第1ベース部材25の上面25bに断面V字状の凹部が形成される。基部25aの上面25bには、一対の第1スライド部材28が載置される。基部25aの上面25bの水平面に対する傾斜角度は例えば45°とすることができる。一対の第1スライド部材28を上面25b上で試験片60の直交方向に移動可能とするため、この傾斜角度は90°未満とする。この傾斜角度は、小さいほど好ましい。   As shown in FIG. 5, the base 25 a has an upper surface 25 b that is recessed in a V shape when viewed from the longitudinal direction of the test piece 60. That is, the base portion 25a has the largest height dimension at both end portions in the orthogonal direction of the test piece 60 and the smallest height at the center portion. As a result, a concave portion having a V-shaped cross section is formed on the upper surface 25b of the first base member 25 as described above. A pair of first slide members 28 is placed on the upper surface 25b of the base portion 25a. The inclination angle of the upper surface 25b of the base portion 25a with respect to the horizontal plane can be 45 °, for example. In order to allow the pair of first slide members 28 to move in the orthogonal direction of the test piece 60 on the upper surface 25b, the inclination angle is less than 90 °. The inclination angle is preferably as small as possible.

一対の前壁25cの間には鉛直方向に延びる間隙25dが設けられている。一対の前壁25cには、間隙25d側に位置する端部に一対の第1段差固定部22が形成されている。一対の第1段差固定部22は、一対の前壁25cにおける前記端部の基部25a側を切り欠くことにより形成される。一対の第1段差固定部22は、図2(b)に示すように試験片60を第1固定部80内に配置した状態で、間隙25d内に位置付けられる試験片60を直交方向に挟むように位置付けられる。具体的には、一対の第1段差固定部22は、図2(b)に示すように試験片60を第1固定部80内に配置した状態で、後述する第1直交方向固定部23および試験片60の保持部62側の段差65に接触するように位置付けられる。また、一対の前壁25cの間に位置する間隙25dには、ステージ29が配置される。ステージ29については後述する。   A gap 25d extending in the vertical direction is provided between the pair of front walls 25c. In the pair of front walls 25c, a pair of first step fixing portions 22 are formed at end portions located on the gap 25d side. A pair of 1st level | step difference fixing | fixed part 22 is formed by notching the base 25a side of the said edge part in a pair of front wall 25c. The pair of first step fixing portions 22 sandwich the test piece 60 positioned in the gap 25d in the orthogonal direction in a state where the test piece 60 is disposed in the first fixing portion 80 as shown in FIG. Positioned on. Specifically, the pair of first step fixing portions 22 includes a first orthogonal direction fixing portion 23 (to be described later) and a test piece 60 arranged in the first fixing portion 80 as shown in FIG. The test piece 60 is positioned so as to be in contact with the step 65 on the holding portion 62 side. A stage 29 is disposed in a gap 25d located between the pair of front walls 25c. The stage 29 will be described later.

後壁25eには、試験片60の直交方向の中央部に間隙25fが形成されている。具体的には、間隙25fは、後壁25eの上端から、後壁25eの上下方向における略中央部まで延びるように形成されている。間隙25fには、次に説明する第1端部固定部21が挿入される。   On the rear wall 25e, a gap 25f is formed at the center of the test piece 60 in the orthogonal direction. Specifically, the gap 25f is formed to extend from the upper end of the rear wall 25e to a substantially central portion in the vertical direction of the rear wall 25e. A first end fixing portion 21 described below is inserted into the gap 25f.

第1挿入部材27は、上方から見てT字形状を有する部材である。第1挿入部材27は、試験片60の直交方向に延びる板状の安定部27aと、安定部27aの長手方向中央部から試験片60の長手方向に延びる第1端部固定部21とを備える。第1端部固定部21は、後壁25eに設けられた間隙25f内に挿入される。これにより、第1端部固定部21は、図2(b)に示すように試験片60を第1固定部80内に配置した状態で、試験片60の長手方向の端部に接触するように位置付けられる。安定部27aは、不図示のボルトによって後壁25eに固定される。これにより、第1端部固定部21も、試験片60の長手方向の端部に接触する位置に固定される。   The first insertion member 27 is a member having a T shape as viewed from above. The first insertion member 27 includes a plate-like stable portion 27a extending in the orthogonal direction of the test piece 60, and a first end fixing portion 21 extending in the longitudinal direction of the test piece 60 from the longitudinal central portion of the stable portion 27a. . The first end fixing portion 21 is inserted into a gap 25f provided in the rear wall 25e. Thereby, the first end fixing portion 21 comes into contact with the end portion in the longitudinal direction of the test piece 60 in a state where the test piece 60 is disposed in the first fixing portion 80 as shown in FIG. Positioned on. The stable portion 27a is fixed to the rear wall 25e by a bolt (not shown). Accordingly, the first end fixing portion 21 is also fixed at a position in contact with the end portion in the longitudinal direction of the test piece 60.

したがって、本実施形態の第1固定部80では、試験片60の大きさに応じて、第1端部固定部21を、試験片60の長手方向の端部に接触する位置に固定することができる。既述のように試験片60の保持部62側の段差65には一対の第1段差固定部22が接触しているため、第1端部固定部21と一対の第1段差固定部22とによって、試験片60の保持部62を変形させることなく試験片60の長手方向における両側から保持することができる。しかも、上述のように後壁25eに設けられた間隙25f内に第1端部固定部21を挿入する構成により、試験片60の大きさに関係なく、第1端部固定部21と一対の第1段差固定部22とによって試験片60の保持部62を保持することができる。   Therefore, in the first fixing portion 80 of the present embodiment, the first end fixing portion 21 can be fixed at a position in contact with the end portion in the longitudinal direction of the test piece 60 according to the size of the test piece 60. it can. As described above, since the pair of first step fixing portions 22 are in contact with the step 65 on the holding portion 62 side of the test piece 60, the first end fixing portion 21 and the pair of first step fixing portions 22 Thus, the holding portion 62 of the test piece 60 can be held from both sides in the longitudinal direction of the test piece 60 without being deformed. In addition, as described above, the first end fixing portion 21 is inserted into the gap 25f provided in the rear wall 25e, so that the first end fixing portion 21 and the pair of paired portions are independent of the size of the test piece 60. The holding part 62 of the test piece 60 can be held by the first step fixing part 22.

一対の第1スライド部材28は、軸線に対して垂直な断面が台形状であり、軸線に沿って延びる角柱状の部材である。一対の第1スライド部材28は、それぞれ、軸線方向の端面の一方に、軸線方向に突出する第1直交方向固定部23を有する。一対の第1スライド部材28は、軸線方向が試験片60の長手方向となるように基部25aの上面25b上に載置される。これにより、一対の第1スライド部材28は、試験片60の長手方向における移動が前壁25cおよび後壁25eによって規制される。一対の第1スライド部材28は、第1直交方向固定部23が前壁25cの第1段差固定部22内に位置付けられることにより、試験片60の直交方向における移動が規制される。一対の第1スライド部材28は、図2(b)に示すように試験片60を第1固定部80内に配置した状態で、第1直交方向固定部23が試験片60の保持部62を試験片60の直交方向の両側から挟み込むとともに、第1直交方向固定部23が第1段差固定部22に接するように、配置される。一対の第1スライド部材28は、それぞれ、ボルト24によって第1ベース部材25の基部25aに固定される。   The pair of first slide members 28 is a prismatic member having a trapezoidal cross section perpendicular to the axis and extending along the axis. Each of the pair of first slide members 28 has a first orthogonal direction fixing portion 23 protruding in the axial direction on one of the end faces in the axial direction. The pair of first slide members 28 are placed on the upper surface 25 b of the base portion 25 a so that the axial direction is the longitudinal direction of the test piece 60. Thereby, as for a pair of 1st slide member 28, the movement in the longitudinal direction of the test piece 60 is controlled by the front wall 25c and the rear wall 25e. In the pair of first slide members 28, the first orthogonal direction fixing portion 23 is positioned within the first step fixing portion 22 of the front wall 25 c, thereby restricting movement of the test piece 60 in the orthogonal direction. As shown in FIG. 2B, the pair of first slide members 28 has the test piece 60 disposed in the first fixing portion 80, and the first orthogonal direction fixing portion 23 holds the holding portion 62 of the test piece 60. The test piece 60 is sandwiched from both sides in the orthogonal direction, and is arranged so that the first orthogonal direction fixing portion 23 is in contact with the first step fixing portion 22. The pair of first slide members 28 are respectively fixed to the base portion 25 a of the first base member 25 by bolts 24.

したがって、本実施形態の第1固定部80では、試験片60の大きさに応じて、第1直交方向固定部23を、試験片60の保持部62に対して試験片60の直交方向の両側から接する位置に固定することができる。すなわち、一対の第1段差固定部22によって、試験片60の保持部62を変形させることなく試験片60の直交方向における両側から保持することができる。   Therefore, in the first fixing portion 80 of the present embodiment, the first orthogonal direction fixing portion 23 is arranged on both sides in the orthogonal direction of the test piece 60 with respect to the holding portion 62 of the test piece 60 according to the size of the test piece 60. It can fix to the position which touches from. That is, the pair of first step fixing portions 22 can be held from both sides in the orthogonal direction of the test piece 60 without deforming the holding portion 62 of the test piece 60.

なお、第2固定部90も、第1固定部80と同様の構成を有する。具体的には、第2固定部90は、第2端部固定部31、第2段差固定部32、第2直交方向固定部33、ボルト34、第2ベース部材35、基部35a、基部上面35b、前壁35c、前壁の間隙35d、後壁35e、後壁の間隙35f、第2挿入部材37、安定部37a、および第2スライド部材38を有する。第2固定部90のこれらの部材は、それぞれ、第1固定部80の第1端部固定部21、第1段差固定部22、第1直交方向固定部23、ボルト24、第1ベース部材25、基部25a、基部上面25b、前壁25c、前壁の間隙25d、後壁25e、後壁の間隙25f、第1挿入部材27、安定部27a、および第1スライド部材28と同様の構成を有する。なお、第2ベース部材35は、第2アーム56と一体に形成されていてもよい。   The second fixing unit 90 also has the same configuration as the first fixing unit 80. Specifically, the second fixing portion 90 includes the second end fixing portion 31, the second step fixing portion 32, the second orthogonal direction fixing portion 33, the bolt 34, the second base member 35, the base portion 35a, and the base upper surface 35b. A front wall 35c, a front wall gap 35d, a rear wall 35e, a rear wall gap 35f, a second insertion member 37, a stabilizing portion 37a, and a second slide member 38. These members of the second fixing portion 90 include the first end fixing portion 21, the first step fixing portion 22, the first orthogonal direction fixing portion 23, the bolt 24, and the first base member 25 of the first fixing portion 80, respectively. , The base 25a, the base upper surface 25b, the front wall 25c, the front wall gap 25d, the rear wall 25e, the rear wall gap 25f, the first insertion member 27, the stabilizing portion 27a, and the first slide member 28. . Note that the second base member 35 may be formed integrally with the second arm 56.

上述のように、一対の前壁25cの間隙25dには、ステージ29が配置される。ステージ29は、一対の前壁35cの間隙35d内にも位置付けられるように配置される。すなわち、ステージ29は、間隙25dおよび間隙35d内に位置付けられる。ステージ29上には、試験片60が載置される。   As described above, the stage 29 is disposed in the gap 25d between the pair of front walls 25c. The stage 29 is disposed so as to be positioned also in the gap 35d between the pair of front walls 35c. That is, the stage 29 is positioned in the gap 25d and the gap 35d. A test piece 60 is placed on the stage 29.

以上のように、第1挿入部材27および一対の第1スライド部材28は、第1ベース部材25に対して移動可能である。そして、第1挿入部材27は、図示しないボルトによって第1ベース部材25に固定され、一対の第1スライド部材28は、ボルト24によって第1ベース部材25に固定される。また、第2挿入部材37および一対の第2スライド部材38は、第2ベース部材35に対して移動可能である。そして、第2挿入部材37は、図示しないボルトによって第2ベース部材35に固定され、一対の第2スライド部材38は、ボルト34によって第2ベース部材35に固定される。このため、第1端部固定部21、一対の第1段差固定部22および一対の第1直交方向固定部23を試験片60の保持部62に接触する位置に固定し、第2端部固定部31、一対の第2段差固定部32および一対の第2直交方向固定部33を試験片60の保持部63に接触する位置に固定することができる。したがって、一辺の長さが数ミリメートルの小型の試験片についても保持部を変形させることなく保持することが可能である。図2に示す保持装置に適用可能な大きさの試験片の一例として、後述する図6に示す形状を有する試験片の長手方向の長さを3mm、試験片の直交方向の幅を2mm、厚さを0.3mmとしたものが挙げられる。   As described above, the first insertion member 27 and the pair of first slide members 28 are movable with respect to the first base member 25. The first insertion member 27 is fixed to the first base member 25 by bolts (not shown), and the pair of first slide members 28 are fixed to the first base member 25 by bolts 24. The second insertion member 37 and the pair of second slide members 38 are movable with respect to the second base member 35. The second insertion member 37 is fixed to the second base member 35 by bolts (not shown), and the pair of second slide members 38 are fixed to the second base member 35 by bolts 34. Therefore, the first end fixing portion 21, the pair of first step fixing portions 22, and the pair of first orthogonal direction fixing portions 23 are fixed at positions where they contact the holding portion 62 of the test piece 60, and the second end fixing. The part 31, the pair of second step fixing parts 32, and the pair of second orthogonal direction fixing parts 33 can be fixed at positions where they contact the holding part 63 of the test piece 60. Therefore, it is possible to hold a small test piece having a side length of several millimeters without deforming the holding portion. As an example of a test piece having a size applicable to the holding device shown in FIG. 2, the length of the test piece having the shape shown in FIG. 6 to be described later is 3 mm in length, the width in the orthogonal direction of the test piece is 2 mm, and thick. The thing which set the thickness to 0.3 mm is mentioned.

3.試験片の保持装置を用いた試験方法
図2に示すように、第1固定部80は、試験片60の一対の保持部62、63のうち一方の保持部62を試験片60の長手方向の両側および試験片60の直交方向の両側、すなわち4方向から保持する。同様に、第2固定部90は、他方の保持部63を4方向から保持する。このように、保持装置15は、第1固定部80および第2固定部90によって保持部62、63をいずれも4方向から保持する。そのため、保持装置15を用いて試験片60を保持した状態で、第1駆動部40によって、第1移動体16の第1固定部80と第2移動体17の第2固定部90とを試験片60の長手方向に相対的に変位させることにより、試験片60の試験部61に引張応力または圧縮応力を付与することができる。なお、本実施形態の試験片の保持装置15では、試験片60の試験部61が露出した状態でせん断応力および引張応力または圧縮応力を付与することができるため、応力付与後の試験部61を容易に観察することができる。
3. Test Method Using Test Specimen Holding Device As shown in FIG. 2, the first fixing unit 80 is configured such that one of the pair of holding units 62 and 63 of the test piece 60 is moved in the longitudinal direction of the test piece 60. It is held from both sides and both sides of the test piece 60 in the orthogonal direction, that is, from four directions. Similarly, the second fixing portion 90 holds the other holding portion 63 from four directions. As described above, the holding device 15 holds the holding parts 62 and 63 from the four directions by the first fixing part 80 and the second fixing part 90. Therefore, in a state where the test piece 60 is held using the holding device 15, the first driving unit 40 tests the first fixing unit 80 of the first moving body 16 and the second fixing unit 90 of the second moving body 17. By relatively displacing in the longitudinal direction of the piece 60, tensile stress or compressive stress can be applied to the test portion 61 of the test piece 60. In the test piece holding device 15 according to the present embodiment, since the shearing stress and the tensile stress or the compressive stress can be applied in a state where the test portion 61 of the test piece 60 is exposed, the test portion 61 after the stress is applied is provided. It can be easily observed.

第1固定部80と第2固定部90とを試験片60の長手方向に相対的かつ周期的に変位させ、試験部61に引張応力または圧縮応力を繰返し応力として繰り返し付与することにより、引張・圧縮応力による疲労試験を行うことができる。疲労試験で付与する繰返し応力として、例えば両振り応力が挙げられる。両振り応力とは、引張応力を正、圧縮応力を負とした場合、応力が同じ絶対値である正の最大値と負の最小値とに交互に変化する応力である。応力の最小値を応力の最大値で割った値を最小最大応力比Rといい、両振り応力ではR=−1である。なお、疲労試験で付与する繰返し応力は、両振り応力に限らず、部分両振り応力、片振り応力および部分片振り応力等であってもよい。   The first fixing portion 80 and the second fixing portion 90 are displaced relatively and periodically in the longitudinal direction of the test piece 60, and tensile stress or compressive stress is repeatedly applied to the test portion 61 as a repeated stress. A fatigue test by compressive stress can be performed. An example of the cyclic stress applied in the fatigue test is a double-swing stress. The swing stress is a stress that alternately changes between a positive maximum value and a negative minimum value, which have the same absolute value, when the tensile stress is positive and the compressive stress is negative. A value obtained by dividing the minimum value of the stress by the maximum value of the stress is referred to as a minimum / maximum stress ratio R, and R = −1 in the double swing stress. The repeated stress applied in the fatigue test is not limited to the double swing stress, but may be a partial swing stress, a single swing stress, a partial single swing stress, or the like.

また、第2駆動部50によって第2移動体17の第2固定部90と第1移動体16の第1固定部80とを試験片60の直交方向に相対的に変位させることにより、試験部61にせん断応力を付与することができる。保持装置15は、第1移動体16および第2移動体17によって保持部62、63を4方向から保持するため、試験部61にせん断応力を付与する際に、保持部62、63を回転させることなく移動させることができる。そのため、試験部61の変形に曲げ成分や引張成分等が含まれず、せん断特性について精度の高い評価が可能となる。   In addition, the second driving unit 50 relatively displaces the second fixing unit 90 of the second moving body 17 and the first fixing unit 80 of the first moving body 16 in the orthogonal direction of the test piece 60, whereby the test unit A shear stress can be applied to 61. The holding device 15 holds the holding portions 62 and 63 from four directions by the first moving body 16 and the second moving body 17, and therefore rotates the holding portions 62 and 63 when applying shear stress to the test portion 61. It can be moved without Therefore, the deformation of the test unit 61 does not include a bending component, a tensile component, or the like, and it is possible to evaluate the shear characteristics with high accuracy.

第1固定部80と第2固定部90とを試験片60の直交方向に周期的に変位させ、試験部61にせん断応力を繰返し応力として付与することにより、せん断応力による疲労試験を行うことができる。せん断応力の繰返し応力も、応力の変化に応じて、両振り応力、部分両振り応力、片振り応力および部分片振り応力に分類される。せん断応力の一方向を正とし、当該一方向の逆方向を負とした場合の、繰返し応力の定義は引張・圧縮応力の場合と同様である。   A fatigue test using a shear stress can be performed by periodically displacing the first fixing portion 80 and the second fixing portion 90 in the orthogonal direction of the test piece 60 and applying a shear stress to the test portion 61 as a repeated stress. it can. The repeated stress of the shear stress is also classified into a double swing stress, a partial swing stress, a single swing stress, and a partial single swing stress according to the change in the stress. The definition of the cyclic stress when the one direction of the shear stress is positive and the opposite direction of the one direction is negative is the same as the case of the tensile / compressive stress.

さらに、第1固定部80と第2固定部90を試験片60の長手方向に相対的に変位させ、試験部61に引張応力または圧縮応力を付与した状態で、第1固定部80および第2固定部90を試験片60の直交方向に相対的に変位させることにより、試験部61にせん断応力を付与することができる。このように引張応力または圧縮応力を付与しながら、せん断応力を付与することにより、実際の構造物における負荷形態を模擬した試験を行うことができる。   Further, the first fixing unit 80 and the second fixing unit 90 are relatively displaced in the longitudinal direction of the test piece 60 and tensile stress or compressive stress is applied to the test unit 61. By relatively displacing the fixing portion 90 in the orthogonal direction of the test piece 60, a shear stress can be applied to the test portion 61. Thus, the test which simulated the load form in an actual structure can be performed by giving a shear stress, giving a tensile stress or a compressive stress.

また、第1固定部80と第2固定部90とを試験片60の長手方向に相対的に変位させて、試験部61に引張応力または圧縮応力を付与した状態で、第1固定部80と第2固定部90とを試験片60の直交方向に周期的に相対変位させることにより、試験部61にせん断応力を繰返し応力として付与することもできる。さらに、第1固定部80と第2固定部90とを、試験片60の長手方向に相対的かつ周期的に変位させ且つ試験片60の直交方向にも周期的に変位させることにより、試験部61に引張・圧縮応力およびせん断応力を繰返し応力として付与することもできる。そのため、上述の保持装置15を用いることにより、様々な繰返し応力が付与される負荷形態を模擬した疲労試験も行うことができる。   In addition, the first fixing part 80 and the second fixing part 90 are relatively displaced in the longitudinal direction of the test piece 60 and tensile stress or compressive stress is applied to the test part 61. By cyclically displacing the second fixed part 90 in the orthogonal direction of the test piece 60, shear stress can be applied to the test part 61 as repeated stress. Further, the first fixing unit 80 and the second fixing unit 90 are relatively and periodically displaced in the longitudinal direction of the test piece 60, and are also periodically displaced in the orthogonal direction of the test piece 60, whereby the test unit It is also possible to apply tensile / compressive stress and shear stress to 61 as repetitive stresses. Therefore, by using the holding device 15 described above, a fatigue test simulating a load form to which various repeated stresses are applied can be performed.

4.本発明の試験方法に適した試験片の形状
図6は、本発明の実施形態に係る試験方法に適した試験片の平面図である。図6に示す試験片60は、図1(b)を用いて説明したように、長手方向の両端に配置された一対の保持部62、63と、保持部62、63の間に配置された試験部61とを有する。保持部62、63は、試験片60の直交方向に突出して、試験部61に対して段差65を形成する。
4). FIG. 6 is a plan view of a test piece suitable for the test method according to the embodiment of the present invention. As described with reference to FIG. 1B, the test piece 60 shown in FIG. 6 is arranged between a pair of holding parts 62 and 63 arranged at both ends in the longitudinal direction and the holding parts 62 and 63. And a test unit 61. The holding parts 62, 63 protrude in the orthogonal direction of the test piece 60 and form a step 65 with respect to the test part 61.

さらに、試験部61は、図6に示すように、保持部62、63と接続される両端にR部61aを有する。試験部61は、試験片60の長手方向の中央部分に円弧部61bが形成される。円弧部61bは、試験部61の幅寸法が、試験片60の長手方向の中央部分で最も小さくなるように形成される。円弧部61bの曲率半径は、R部61aの曲率半径よりも大きい。   Furthermore, as shown in FIG. 6, the test unit 61 has R portions 61 a at both ends connected to the holding units 62 and 63. In the test part 61, an arc part 61 b is formed at the center part in the longitudinal direction of the test piece 60. The arc portion 61 b is formed such that the width dimension of the test portion 61 is smallest at the center portion in the longitudinal direction of the test piece 60. The radius of curvature of the arc portion 61b is larger than the radius of curvature of the R portion 61a.

本発明の実施形態に係る試験方法には、上述のように、試験部61がR部61aと円弧部61bとを有する形状の試験片を用いることが好ましい。その理由は次の通りである。R部61aによって、試験片60に応力を付与した際に、試験部61と保持部62、63との接続部分における応力集中を抑制することができ、この接続部分で試験片が破断する失敗を少なくすることができる。円弧部61bによって、試験片60に応力を付与した際に、降伏による変形が試験部61の、試験片60の長手方向中央部分で生じる可能性が非常に高くなり、複数の試験片について同じ位置で変形の評価を行うことができる。したがって、歩留まり良く精度の高い評価を行うことが可能となる。   In the test method according to the embodiment of the present invention, as described above, it is preferable to use a test piece having a shape in which the test portion 61 includes the R portion 61a and the arc portion 61b. The reason is as follows. When stress is applied to the test piece 60 by the R portion 61a, stress concentration at the connection portion between the test portion 61 and the holding portions 62 and 63 can be suppressed, and the failure of the test piece to break at this connection portion can be prevented. Can be reduced. When stress is applied to the test piece 60 by the arc portion 61b, the possibility of deformation due to yielding occurring in the central portion in the longitudinal direction of the test piece 60 of the test portion 61 becomes very high, and the same position for a plurality of test pieces Can be used to evaluate deformation. Therefore, it is possible to perform highly accurate evaluation with a high yield.

図7は、本発明の実施形態に係る試験方法のうち、疲労試験により適した試験片の構成図であり、図7(a)は平面図を示し、図7(b)は側面図を示す。図7に示す試験片70は、長手方向の両端に位置する一対の保持部72、73と、保持部72、73の間に設けられた試験部71とを有する。保持部72、73は、試験片70の直交方向に突出して、試験部71に対して段差75を形成する。   FIG. 7 is a configuration diagram of a test piece suitable for a fatigue test among the test methods according to the embodiment of the present invention. FIG. 7 (a) shows a plan view and FIG. 7 (b) shows a side view. . A test piece 70 shown in FIG. 7 has a pair of holding portions 72 and 73 located at both ends in the longitudinal direction, and a test portion 71 provided between the holding portions 72 and 73. The holding parts 72 and 73 protrude in the orthogonal direction of the test piece 70 and form a step 75 with respect to the test part 71.

さらに、試験部71は、図7に示すように、保持部72、73と接続される両端にR部71aを有し、R部71aの間に幅Wが均一な平行部71cを有する。平行部71cは、試験片70の長手方向中央部分にノッチ71bが形成される。ノッチ71bは試験片70の直交方向に延びるように設けられていて、その断面は円弧状である。そのため、試験部71の厚さ寸法は、試験片70の長手方向の中央部分すなわちノッチ71bの底部で最も小さくなる。試験片70の厚み方向の他方の面は平らである。また、ノッチ71bの底部における試験片70の厚さtは試験部71の最大厚さ寸法hの1/2以下であり、ノッチ71bの断面を構成する円弧の曲率半径はR部71aの曲率半径よりも小さいため、試験片70に引張応力、圧縮応力またはせん断応力を付与した際にはノッチ71bの底部が応力集中部となる。このように、試験片70を用いてせん断疲労試験を行った際に、疲労き裂がノッチ71bの底部で生じるため、複数の試験片について同じ位置で疲労き裂の評価を行うことができる。したがって、歩留まり良く評価を行うことが可能となる。   Further, as shown in FIG. 7, the test unit 71 has R parts 71 a at both ends connected to the holding parts 72 and 73, and a parallel part 71 c having a uniform width W between the R parts 71 a. The parallel portion 71 c is formed with a notch 71 b in the center portion in the longitudinal direction of the test piece 70. The notch 71b is provided so as to extend in the orthogonal direction of the test piece 70, and its cross section has an arc shape. Therefore, the thickness dimension of the test part 71 is the smallest at the center part in the longitudinal direction of the test piece 70, that is, the bottom part of the notch 71b. The other surface in the thickness direction of the test piece 70 is flat. Further, the thickness t of the test piece 70 at the bottom of the notch 71b is ½ or less of the maximum thickness dimension h of the test portion 71, and the radius of curvature of the arc constituting the cross section of the notch 71b is the radius of curvature of the R portion 71a. Therefore, when tensile stress, compressive stress, or shear stress is applied to the test piece 70, the bottom of the notch 71b becomes a stress concentration portion. As described above, when a shear fatigue test is performed using the test piece 70, a fatigue crack is generated at the bottom of the notch 71b. Therefore, the fatigue crack can be evaluated at the same position for a plurality of test pieces. Therefore, evaluation can be performed with a high yield.

試験片70のノッチ71bの底部における断面積(W×t)は、0.05mm以上が好ましい。ノッチ71bの底部における断面積を0.05mm以上とすることにより、疲労試験時に十分に大きい応力を付与することができ、精度の高い測定を行うことができる。ノッチ71bの底部における断面積は、0.075mm以上がより好ましい。 The cross-sectional area (W × t) at the bottom of the notch 71b of the test piece 70 is preferably 0.05 mm 2 or more. By setting the cross-sectional area at the bottom of the notch 71b to 0.05 mm 2 or more, a sufficiently large stress can be applied during the fatigue test, and highly accurate measurement can be performed. The cross-sectional area at the bottom of the notch 71b is more preferably 0.075 mm 2 or more.

また、平行部71cは、幅Wと試験片70の長手方向の長さLとの関係がW>Lを満たすことが好ましい。この場合、せん断疲労試験時に、曲げ応力よりもせん断応力が大きく作用するため、ノッチ71bの底部の幅方向中央部分が応力集中部となる。疲労き裂はこの応力集中部で生じるため、より歩留まり良く評価を行うことが可能となる。W>Lであることが好ましい理由について以下で説明する。   In the parallel part 71c, it is preferable that the relationship between the width W and the length L in the longitudinal direction of the test piece 70 satisfies W> L. In this case, since the shear stress acts larger than the bending stress during the shear fatigue test, the central portion in the width direction of the bottom of the notch 71b becomes the stress concentration portion. Since the fatigue crack is generated at this stress concentration portion, it is possible to perform evaluation with higher yield. The reason why W> L is preferable will be described below.

試験片70の保持部73に、試験片70の直交方向のせん断力Pを付与した場合、ノッチ71bの底部を含む断面に生じる最大せん断応力τmaxは、下記(i)式で表される。
τmax=(3/2)×(P/tW) …(i)
また、この場合、保持部73側のR部71aと平行部71cとの境界面に生じる応力の最大値σmaxは、平行部71cの試験片70の長手方向の長さをLとし、この境界面の曲げ応力を仮定すると、下記(ii)式で表される。
σmax≒(PL×W/2)/(hW/12)=6PL/hW …(ii)
When the shearing force P in the orthogonal direction of the test piece 70 is applied to the holding portion 73 of the test piece 70, the maximum shear stress τ max generated in the cross section including the bottom of the notch 71b is expressed by the following equation (i).
τ max = (3/2) × (P / tW) (i)
Further, in this case, the maximum value σ max of the stress generated on the boundary surface between the R portion 71a and the parallel portion 71c on the holding portion 73 side is set to L in the longitudinal direction of the test piece 70 of the parallel portion 71c. Assuming the bending stress of the surface, it is expressed by the following equation (ii).
σ max ≒ (PL × W / 2) / (hW 3/12) = 6PL / hW 2 ... (ii)

ここで、試験片70の破壊則がmises応力に従うとすると、下記(iii)式が成り立つ場合に、ノッチ71bの底部を含む断面におけるmises応力が、保持部73側のR部71aと平行部71cとの境界面におけるmises応力以上となる。すなわち、曲げ応力よりもせん断応力の方が大きく作用する。この場合、試験片70はノッチ71bの底部で破断する。
τmax≧σmax/31/2 …(iii)
Here, assuming that the fracture law of the test piece 70 follows the misses stress, when the following equation (iii) holds, the misses stress in the cross section including the bottom of the notch 71b is the R portion 71a on the holding portion 73 side and the parallel portion 71c. It becomes more than the misses stress at the boundary surface. That is, the shear stress acts more than the bending stress. In this case, the test piece 70 is broken at the bottom of the notch 71b.
τ max ≧ σ max / 3 1/2 (iii)

ここで、上述のようにノッチ71bの底部における試験片70の厚さtは試験片70の最大厚さ寸法hの1/2以下、すなわちh/2≧tである。h/2≧tと、(i)〜(iii)式から、下記(iv)式が得られ、(iv)式からさらに(v)式が得られる。(v)式から、W>Lが好ましいことがわかる。
h/2≧(31/2/2)×(hW/L)≧t …(iv)
W/L≧2/31/2≒1 …(v)
Here, as described above, the thickness t of the test piece 70 at the bottom of the notch 71b is equal to or less than ½ of the maximum thickness dimension h of the test piece 70, that is, h / 2 ≧ t. The following formula (iv) is obtained from h / 2 ≧ t and the formulas (i) to (iii), and the formula (v) is further obtained from the formula (iv). From the equation (v), it is understood that W> L is preferable.
h / 2 ≧ (3 1/2 / 2) × (hW / L) ≧ t (iv)
W / L ≧ 2/3 1/2 ≈1 (v)

図8は、試験片70について有限要素法(Finite Element Method、FEM)で解析した結果を応力分布で示す図である。FEMによる解析の結果、試験片70では、図8に示すようにせん断応力を付与した場合、および引張・圧縮応力を付与した場合のいずれの場合もノッチ71bの底部で応力が集中し、最大応力が発生することを確認した。せん断応力を付与した場合には、特にノッチ71b底部の幅方向中央で最大応力が発生する。なお、ノッチ71bは、試験片70の厚み方向の面の一方だけに設けてもよく、両方に設けてもよい。   FIG. 8 is a diagram showing the result of analyzing the test piece 70 by a finite element method (FEM) in terms of stress distribution. As a result of the analysis by FEM, in the test piece 70, the stress is concentrated at the bottom of the notch 71b in both cases where shear stress is applied and tensile / compressive stress is applied as shown in FIG. Was confirmed to occur. When shear stress is applied, maximum stress is generated particularly at the center in the width direction of the bottom of the notch 71b. The notch 71b may be provided on only one of the surfaces in the thickness direction of the test piece 70, or may be provided on both.

試験片60および試験片70のいずれも、酸洗してから試験に供することが好ましい。これは、例えば放電加工により試験片を作製した場合に表面に形成される放電加工層または残留応力層のような表面層を除去するためである。   It is preferable that both the test piece 60 and the test piece 70 are pickled and then used for the test. This is for removing a surface layer such as an electric discharge machining layer or a residual stress layer formed on the surface when a test piece is produced by electric discharge machining, for example.

上述のような実施形態の構成による効果を実証するため、静的せん断試験を行い、その精度を評価した。   In order to verify the effect of the configuration of the embodiment as described above, a static shear test was performed to evaluate the accuracy.

静的せん断試験は、図2に示す試験片の保持装置を用いて行った。供試材は、590MPa級高張力鋼板のスポット溶接部におけるHAZ部から採取した。供試材の化学組成は表1に示す通りであった。   The static shear test was performed using a test piece holding device shown in FIG. The test material was collected from the HAZ part in the spot welded part of a 590 MPa class high-tensile steel plate. The chemical composition of the test material was as shown in Table 1.

試験片は、この供試材から図6に示す形状に切り出した。試験片は、長手方向(矢印A方向)の長さを3mm、直交方向(矢印B方向)の幅を2mm、厚さを0.3mmとした。また、試験片の試験部は、直交方向の幅を、最も狭い部分で0.3mmとした。試験速度は1μm/minとした。   The test piece was cut out from this specimen into the shape shown in FIG. The test piece had a length in the longitudinal direction (arrow A direction) of 3 mm, a width in the orthogonal direction (arrow B direction) of 2 mm, and a thickness of 0.3 mm. Moreover, the width of the test part of the test piece was 0.3 mm at the narrowest part. The test speed was 1 μm / min.

図9は、静的せん断試験で得られた公称せん断応力−ストローク線図である。図9に示すように、公称せん断応力−ストローク線図は2つの棚を有する形状となり、各棚の折れ曲がり点の応力は小さい方から順に50MPaおよび400MPaであった。50MPaの折れ曲がり点は保持装置の第1固定部および第2固定部に生じた遊びに起因して発生したと考えられ、400MPaの折れ曲がり点は試験片の降伏に起因して発生したと考えられる。すなわち、本発明の試験片の保持装置を用いた静的せん断試験により測定された供試材のせん断降伏応力は400MPaであったといえる。   FIG. 9 is a nominal shear stress-stroke diagram obtained in the static shear test. As shown in FIG. 9, the nominal shear stress-stroke diagram was a shape having two shelves, and the stress at the bending point of each shelf was 50 MPa and 400 MPa in order from the smallest. The bending point of 50 MPa is considered to be generated due to the play generated in the first fixing portion and the second fixing portion of the holding device, and the bending point of 400 MPa is considered to be generated due to the yield of the test piece. That is, it can be said that the shear yield stress of the specimen measured by a static shear test using the test piece holding device of the present invention was 400 MPa.

比較試験として、同じ供試材を用いた引張試験を行った。引張試験も、図2に示す試験片の保持装置を用いて行った。試験片は、図10に示すように、図6に示す試験片と同様の形状とした。図10には、試験片の寸法も併せて示した。試験速度は1μm/minとした。   As a comparative test, a tensile test using the same specimen was performed. The tensile test was also performed using the specimen holding device shown in FIG. As shown in FIG. 10, the test piece had the same shape as the test piece shown in FIG. FIG. 10 also shows the dimensions of the test piece. The test speed was 1 μm / min.

比較試験により測定された引張強さおよび引張降伏応力は、表2に示す通りであった。表2には、Tresca応力より推定したせん断強さおよびせん断降伏応力も示す。   The tensile strength and tensile yield stress measured by the comparative test were as shown in Table 2. Table 2 also shows the shear strength and shear yield stress estimated from the Tresca stress.

表2に示すように、引張試験の結果から推定されるせん断降伏応力は426MPaであった。この値は、本発明の試験片の保持装置を用いた静的せん断試験により測定された降伏応力(400MPa)と同等であった。そのため、本発明の保持装置を用いて微小な試験片について測定した公称せん断応力から、降伏応力を評価できることが明らかとなった。   As shown in Table 2, the shear yield stress estimated from the results of the tensile test was 426 MPa. This value was equivalent to the yield stress (400 MPa) measured by the static shear test using the specimen holding device of the present invention. Therefore, it became clear that the yield stress can be evaluated from the nominal shear stress measured for a minute test piece using the holding device of the present invention.

図11は、せん断応力の付与前後における試験片およびその周辺の保持装置の外観の写真であり、図11(a)はせん断応力付与前の状態を示し、図11(b)はせん断応力付与後の状態を示す。図11から、試験片の保持部の形状がほとんど変化していないこと、および試験片の試験部の円弧部に変形が集中していることがわかる。すなわち、本発明の保持装置によれば、サブミリメートルオーダーの材料特性の評価を安定して行えることがわかる。   FIG. 11 is a photograph of the appearance of the test piece and the surrounding holding device before and after applying shear stress, FIG. 11 (a) shows the state before applying shear stress, and FIG. 11 (b) shows after applying shear stress. Shows the state. From FIG. 11, it can be seen that the shape of the holding part of the test piece is hardly changed, and that the deformation is concentrated on the arc part of the test part of the test piece. That is, according to the holding device of the present invention, it can be seen that the evaluation of the material properties on the submillimeter order can be performed stably.

図12は、せん断応力の付与前後における試験片の試験部の円弧部の写真であり、図12(a)はせん断応力付与前の状態を示し、図12(b)はせん断応力付与後の状態を示す。写真の試験片は、表面を電解研磨した状態である。図12(a)と図12(b)を比較すると、せん断応力を付与した方向(図の水平方向)に平行にすべり帯が多数発生したことが確認できる。図12から、本発明の保持装置を使用し、図6に示す形状の試験片を使用することにより、試験片の試験部の円弧部に応力を確実に付与することができることがわかる。   FIG. 12 is a photograph of the arc part of the test part of the test piece before and after applying shear stress, FIG. 12 (a) shows the state before applying shear stress, and FIG. 12 (b) shows the state after applying shear stress. Indicates. The test piece in the photograph is in a state where the surface is electropolished. Comparing FIG. 12A and FIG. 12B, it can be confirmed that a large number of slip bands are generated in parallel to the direction in which shear stress is applied (horizontal direction in the figure). From FIG. 12, it can be seen that by using the holding device of the present invention and using the test piece having the shape shown in FIG. 6, stress can be reliably applied to the arc portion of the test portion of the test piece.

さらに、上述のような実施形態の構成による効果を実証するため、せん断疲労試験を行い、せん断疲労特性に及ぼす軸力負荷の影響を評価した。   Furthermore, in order to demonstrate the effect of the configuration of the embodiment as described above, a shear fatigue test was performed to evaluate the influence of the axial force load on the shear fatigue characteristics.

せん断疲労試験は、図2に示す試験片の保持装置を用いて行った。供試材は、極低炭素鋼の熱間圧延材から採取した。供試材の化学組成は表3に示す通りであり、平均結晶粒径は31μmであった。また、供試材についての電子線後方散乱回折法(Electron Back-Scatter Diffraction、EBSD)による測定結果は図13に示す通りであった。図13には、圧延面の法線方向についての結晶方位を左下の逆極点図カラーキーに従って色分けして示した。なお、EBSDによる測定結果は本来カラーで表示されるが、図面の制約上白黒で表示した。   The shear fatigue test was performed using a test piece holding device shown in FIG. The specimen was taken from a hot rolled material of ultra low carbon steel. The chemical composition of the test material was as shown in Table 3, and the average crystal grain size was 31 μm. Moreover, the measurement result by the electron beam backscattering diffraction method (Electron Back-Scatter Diffraction, EBSD) about a test material was as showing in FIG. In FIG. 13, the crystal orientation in the normal direction of the rolled surface is shown in different colors according to the lower left reverse pole figure color key. In addition, although the measurement result by EBSD is originally displayed in color, it was displayed in black and white due to restrictions on the drawing.

試験片は、この供試材から図7に示す形状に切り出した。試験片は、長手方向(矢印A方向)の長さを2.4mm、直交方向(矢印B方向)の幅を1.8mm、厚さを0.3mmとした。また、試験片の試験部は、ノッチ底部での厚さを直交方向の幅よりも小さくした。ノッチ断面を構成する円弧の曲率半径は、保持部と試験部との間のR部の曲率半径よりも小さくした。   The test piece was cut out from this specimen into the shape shown in FIG. The test piece had a length in the longitudinal direction (arrow A direction) of 2.4 mm, a width in the orthogonal direction (arrow B direction) of 1.8 mm, and a thickness of 0.3 mm. Moreover, the test part of the test piece made thickness at the notch bottom part smaller than the width | variety of an orthogonal direction. The radius of curvature of the arc constituting the notch cross section was made smaller than the radius of curvature of the R portion between the holding portion and the test portion.

せん断疲労試験は、軸力(引張応力または圧縮応力)を付与した状態および軸力を付与しない状態で行った。軸力の大きさは、引張応力および圧縮応力のいずれも150MPaとした。せん断応力は、両振り応力とした。   The shear fatigue test was performed in a state where an axial force (tensile stress or compressive stress) was applied and a state where no axial force was applied. The magnitude of the axial force was 150 MPa for both tensile stress and compressive stress. The shear stress was a swing stress.

図14は、せん断疲労試験により得られた破断繰返し数と応力振幅との関係を示す図(S−N線図)である。せん断疲労限度は、軸力を付与しない場合には144MPaであり、軸力を付与した場合には軸力を付与しない場合の±約20MPaであった。引張応力を付与した場合には寿命の低下傾向が見られ、圧縮応力を付与した場合には寿命の向上傾向が見られた。   FIG. 14 is a diagram (SN diagram) showing the relationship between the number of repetitions of fracture and the stress amplitude obtained by the shear fatigue test. The shear fatigue limit was 144 MPa when no axial force was applied, and ± 20 MPa when no axial force was applied when the axial force was applied. When tensile stress was applied, a tendency to decrease the life was observed, and when compressive stress was applied, a tendency to improve the life was observed.

比較試験として、同じ供試材を用いた引張試験および引張・圧縮疲労試験を行った。これらの比較試験も、図2に示す試験片の保持装置を用いて行った。引張試験の試験速度は1μm/sとした。引張・圧縮疲労試験は、試験片に対して両振り応力を付与した。   As a comparative test, a tensile test and a tensile / compression fatigue test using the same specimen were performed. These comparative tests were also performed using the test piece holding device shown in FIG. The test speed of the tensile test was 1 μm / s. In the tensile / compression fatigue test, a swing stress was applied to the test piece.

比較試験により測定された引張強さ、引張降伏応力、降伏比および疲労限度(σW0)は、表4に示す通りであった。図15は、引張・圧縮疲労試験により得られたS−N線図である。 Table 4 shows the tensile strength, tensile yield stress, yield ratio, and fatigue limit (σ W0 ) measured by the comparative test. FIG. 15 is an SN diagram obtained by a tensile / compression fatigue test.

上述のように、せん断疲労試験への軸力の影響は±約20MPaであった。また、比較試験により得られた疲労限度(σW0)から算出されるせん断疲労限度(τW0)は、τW0=σW0×3−0.5=92MPaである。すなわち、せん断疲労における軸力の影響はτW0に対して±約20%であった。 As described above, the influence of the axial force on the shear fatigue test was ± about 20 MPa. Further, the shear fatigue limit (τ W0 ) calculated from the fatigue limit (σ W0 ) obtained by the comparative test is τ W0 = σ W0 × 3 −0.5 = 92 MPa. That is, the influence of the axial force on the shear fatigue was ± about 20% with respect to τ W0 .

図16は、引張応力を付与しながら120MPaの応力振幅でせん断疲労試験を行って、破断繰返し数2.31×10で破断した試験片の破面の顕微鏡写真である。図16から、疲労破壊の起点はノッチ底部の幅方向中央部に発生したき裂であり、このき裂が半楕円形状に進展したと推定できる。図16から、図7に示す形状の試験片を本発明の保持装置によって保持することにより、せん断疲労試験において試験片の試験部のノッチ底部に応力を確実に集中させることができることがわかる。 FIG. 16 is a photomicrograph of the fracture surface of a test piece that was subjected to a shear fatigue test at a stress amplitude of 120 MPa while applying a tensile stress, and fractured at a fracture repetition number of 2.31 × 10 5 . From FIG. 16, it can be estimated that the starting point of fatigue failure is a crack generated at the center in the width direction of the bottom of the notch, and this crack has progressed to a semi-elliptical shape. From FIG. 16, it can be seen that by holding the test piece having the shape shown in FIG. 7 by the holding device of the present invention, stress can be reliably concentrated on the notch bottom of the test part of the test piece in the shear fatigue test.

本発明による試験片の保持装置は、小型の試験片に変形を生じさせることなく、せん断応力を付与しつつ引張応力または圧縮応力を付与可能な試験装置に適用することができる。   The test piece holding apparatus according to the present invention can be applied to a test apparatus capable of applying tensile stress or compressive stress while applying shear stress without causing deformation of a small test piece.

10、15 保持装置
20 第1固定部
21 第1端部固定部(端部固定部)
22 第1段差固定部(段差固定部)
23 第1直交方向固定部
30 第2固定部
31 第2端部固定部(端部固定部)
32 第2段差固定部(段差固定部)
33 第2直交方向固定部
40 第1駆動部(延伸方向駆動部)
50 第2駆動部(直交方向駆動部)
60、70 試験片
61、71 試験部
61a、71a R部
61b 円弧部
71b ノッチ
71c 平行部
62、72 一方の保持部
63、73 他方の保持部
65、75 段差
80 第1固定部
90 第2固定部
A 試験部の延伸方向(試験片の長手方向)
B 試験部の延伸方向と直交する方向(試験片の直交方向)
C 保持部の試験部との接続部分
10, 15 Holding device 20 First fixing portion 21 First end fixing portion (end fixing portion)
22 First step fixing part (step fixing part)
23 First orthogonal direction fixing part 30 Second fixing part 31 Second end fixing part (end fixing part)
32 Second step fixing part (step fixing part)
33 2nd orthogonal direction fixing | fixed part 40 1st drive part (stretching direction drive part)
50 Second drive unit (orthogonal direction drive unit)
60, 70 Test piece 61, 71 Test part 61a, 71a R part 61b Arc part 71b Notch 71c Parallel part 62, 72 One holding part 63, 73 Other holding part 65, 75 Step 80 First fixing part 90 Second fixing Part A Stretch direction of test part (longitudinal direction of test piece)
B Direction perpendicular to the stretching direction of the test part (orthogonal direction of the test piece)
C Connection part of holding part with test part

Claims (7)

一方向に延びる試験部と、該試験部の延伸方向と直交する方向に突出して該試験部に対して段差を形成するように、該試験部の前記延伸方向の両端にそれぞれ設けられた一対の保持部とを有する試験片を保持するための装置であって、
前記一対の保持部のうち一方を保持する第1固定部と、
前記一対の保持部のうち他方を保持する第2固定部とを備え、
前記第1固定部は、
前記一方の保持部を前記延伸方向の両側から保持する第1延伸方向固定部と、
前記一方の保持部を前記直交方向の両側から保持する第1直交方向固定部とを有し、
前記第2固定部は、
前記他方の保持部を前記延伸方向の両側から保持する第2延伸方向固定部と、
前記他方の保持部を前記直交方向の両側から保持する第2直交方向固定部とを有
前記第1固定部は、前記一方の保持部において前記試験部との接続部分以外の部分を保持し、
前記第2固定部は、前記他方の保持部において前記試験部との接続部分以外の部分を保持する、
試験片の保持装置。
A pair of test portions extending in one direction and provided at both ends of the test portion in the extending direction so as to protrude in a direction perpendicular to the extending direction of the test portion and to form a step with respect to the test portion. An apparatus for holding a test piece having a holding part,
A first fixing portion that holds one of the pair of holding portions;
A second fixing portion that holds the other of the pair of holding portions;
The first fixing part is
A first stretching direction fixing portion that holds the one holding portion from both sides in the stretching direction;
A first orthogonal direction fixing part that holds the one holding part from both sides in the orthogonal direction;
The second fixing part is
A second stretching direction fixing portion that holds the other holding portion from both sides in the stretching direction;
Have a second orthogonal direction fixing portion for holding the other holding portion from both sides of the perpendicular direction,
The first fixing part holds a part other than a connection part with the test part in the one holding part,
The second fixing portion holds a portion other than a connection portion with the test portion in the other holding portion.
Test piece holding device.
請求項1に記載の試験片の保持装置において、
前記第1延伸方向固定部および前記第2延伸方向固定部は、それぞれ、前記試験片の延伸方向の端部の少なくとも一部を保持する端部固定部と、前記試験片の前記段差の少なくとも一部を保持する段差固定部とを有する、試験片の保持装置。
The specimen holding device according to claim 1,
The first extending direction fixing portion and the second extending direction fixing portion are respectively an end fixing portion that holds at least a part of an end portion in the extending direction of the test piece, and at least one of the steps of the test piece. A test piece holding device having a step fixing part for holding the part.
請求項1または2に記載の試験片の保持装置において、
前記第1固定部および前記第2固定部の少なくとも一方が、該第1固定部および該第2固定部を前記延伸方向に相対的に変位させる延伸方向駆動部に接続され、
前記第1固定部および前記第2固定部の少なくとも一方が、該第1固定部および該第2固定部を前記直交方向に相対的に変位させる直交方向駆動部に接続されている、試験片の保持装置。
The specimen holding device according to claim 1 or 2 ,
At least one of the first fixing part and the second fixing part is connected to an extension direction driving part that relatively displaces the first fixing part and the second fixing part in the extension direction;
At least one of the first fixing part and the second fixing part is connected to an orthogonal direction driving part that relatively displaces the first fixing part and the second fixing part in the orthogonal direction. Holding device.
請求項1からのいずれか一つに記載の試験片の保持装置を用いた試験方法であって、
前記第1固定部および前記第2固定部を、前記直交方向に相対的に変位させることによって、前記試験片の前記試験部にせん断応力を付与する、試験方法。
A test method using the specimen holding device according to any one of claims 1 to 3 ,
A test method in which a shear stress is applied to the test portion of the test piece by relatively displacing the first fixing portion and the second fixing portion in the orthogonal direction.
請求項に記載の試験方法において、
前記第1固定部および前記第2固定部を、前記延伸方向に相対的に変位させることによって、前記試験部に引張応力または圧縮応力を付与し、
前記試験部に引張応力または圧縮応力を付与した状態で、前記第1固定部および前記第2固定部を、前記直交方向に相対的に変位させることによって、前記試験部にせん断応力を付与する、試験方法。
The test method according to claim 4 , wherein
Applying tensile stress or compressive stress to the test portion by relatively displacing the first fixing portion and the second fixing portion in the stretching direction,
In a state where tensile stress or compressive stress is applied to the test portion, shear stress is applied to the test portion by relatively displacing the first fixed portion and the second fixed portion in the orthogonal direction. Test method.
請求項またはに記載の試験方法において、
前記試験片は、
前記試験部が、前記一対の保持部と接続される両端にR部を有し、
平面視で、前記試験部の前記延伸方向の中央部分に、該試験部の幅寸法が該中央部分で最も小さくなるように、前記R部よりも曲率半径の大きい円弧部が形成されている、試験方法。
The test method according to claim 4 or 5 ,
The test piece is
The test part has R parts at both ends connected to the pair of holding parts,
In a plan view, an arc portion having a larger radius of curvature than the R portion is formed in the central portion of the test portion in the extending direction so that the width dimension of the test portion is the smallest in the central portion. Test method.
請求項またはに記載の試験方法において、
前記試験片は、
前記試験部が、前記一対の保持部と接続される両端にR部を有し、
前記試験部の前記延伸方向の中央部分には、該試験部の厚さ寸法が該中央部分で最も小さくかつ該試験部の最大厚さ寸法の1/2以下となるように、前記R部よりも曲率半径の小さい断面円弧状のノッチが形成されている、試験方法。
The test method according to claim 4 or 5 ,
The test piece is
The test part has R parts at both ends connected to the pair of holding parts,
In the central part of the test part in the extending direction, from the R part, the thickness dimension of the test part is the smallest in the central part and is ½ or less of the maximum thickness dimension of the test part. A test method in which an arc-shaped notch with a small curvature radius is formed.
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