JP6988474B2 - 試験片及び試験方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施形態による試験片1の斜視図である。図2は試験片1の平面図、図3は試験片1の側面図、図4は図2のIV−IV線に沿った断面図である。試験片1は、例えば金属で形成されている。
本発明の一実施形態による試験方法は、試験片1を用いてねじり疲労試験を実施する試験方法である。より具体的には、試験片1の標点部20にくり返しねじり負荷を加え、破断までの繰り返し数(サイクル数)と負荷応力との関係を調べる。ねじり疲労試験に用いるねじり試験装置は、汎用のものを用いることができる。
疲労破壊には、試験片表面を疲労き裂発生起点とする表面起点型破壊と、試験片内部を疲労き裂発生起点とする内部欠陥起点型破壊とがある。図5及び6はそれぞれ、表面起点型破壊及び内部欠陥起点型破壊の進行の様子を示す模式図である。表面起点型破壊ではき裂発生後急速に進展して破断に至るのに対し、内部欠陥起点型破壊はき裂進展速度が遅いため、より高サイクル域で影響が表れる。
試験片1が確実に孔21の底部21aから破壊されるようにするため、底部21aと点20aとの間の距離dは、できるだけ小さくすることが好ましい。以下、試験片1が底部21aから破壊されるようにするための条件を説明する。
図9は、本発明の第2の実施形態による試験片2の平面図である。図10は、試験片2の側面図である。試験片2は、試験片1の孔21に代えて、孔22を有している。
図11は、試験片2に片振り(応力比が0)の繰り返しねじり負荷を加えた場合の主応力面を示す図である。図11に示すように、この場合、主応力面F1は試験片2の軸方向(x方向)と45°の角度をなす。
本発明の第3の実施形態による試験片は、試験片1の標点部20に代えて、標点部30を備えている。図13は、標点部30の断面図(試験片の軸方向に垂直な断面図)である。試験片1の標点部20は断面形状が四角形であるのに対し(図4を参照)、標点部30の断面形状は三角形である。
標点部30にねじり負荷を加えると、点30aに最大応力が加わるのに対し、三角形の頂点は理論的には応力がゼロになる(例えば、前掲「機械工学便覧 基礎編」を参照)。そのため、試験片が孔31の底部31aから破壊されるようにできる。
まず、ヤング率206GPa、ポアソン比0.3を物性値の変数として与え、有限要素法(FEM)による数値解析を実施した。図16は、FEMで用いたモデルを説明するための図である。図17は、図16のXIII−XIII線に沿った断面図である。標点部は、断面形状が3.2mm×1.5mmの矩形であり、長さが20mmの直方体とした。直方体の端辺の長さ方向の中点から、直径0.05mmの円孔が形成されているものとした。孔の底部と、長辺中点との間の距離は0.2mmとした。
続いて、実際に試験片を作成してねじり疲労試験を実施した。標点部の断面形状は3.2×1.5mmの矩形とし、放電加工によって0.2mmの円孔を形成した。孔の底部と長辺中点との間の距離は0.2mmとした。
10A,10B つかみ部
20,30 標点部
21,22,31 孔
Claims (5)
- 標点部を備えるねじり疲労試験用の試験片であって、
前記標点部は、前記標点部にくり返しねじり負荷を加えるための回転の中心軸の方向である前記試験片の軸方向と垂直な断面が、四角形又は三角形であって、(ねじり中心から最短となる辺までの距離)/(ねじり中心から最短となる頂点までの距離)が1/√2以下となる形状であり、前記四角形又は三角形の頂点に開口した孔を有し、
前記孔の底部と、前記四角形又は三角形の辺のうちの最長の辺の中点との間の距離が、0.5mm以下である、試験片。 - 標点部を備えるねじり疲労試験用の試験片であって、
前記標点部は、前記標点部にくり返しねじり負荷を加えるための回転の中心軸の方向である前記試験片の軸方向と垂直な断面が、四角形又は三角形であって、(ねじり中心から最短となる表面までの距離)/(ねじり中心から最短となる端部までの距離)が1/√2以下となる形状であり、前記四角形又は三角形の頂点に開口した孔を有し、
前記孔の底部と、前記四角形又は三角形の辺のうちの最長の辺の中点との間の距離dが、下記の式(1)を満たす、試験片。
ただし、rはねじり中心から前記中点までの距離であり、√(area0)は潜在欠陥寸法、√(areap)は前記孔の最大主応力面への投影面積の平方根である。 - 請求項1又は2に記載の試験片であって、
前記試験片の軸方向と前記孔とのなす角度が90°である、試験片。 - 請求項1又は2に記載の試験片であって、
前記試験片の軸方向と前記孔とのなす角度が45°である、試験片。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の試験片を用いてねじり疲労試験を実施する、試験方法。
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