JPH01165931A

JPH01165931A - 疲労試験装置

Info

Publication number: JPH01165931A
Application number: JP32382587A
Authority: JP
Inventors: Seisuke Inoue; 井上　靖介; Hisashi Naoi; 久直井; Toshitaro Mimaki; 三牧　敏太郎; Isao Soya; 征矢　勇夫
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-12-23
Filing date: 1987-12-23
Publication date: 1989-06-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は各種鋼材の二軸荷重下ての疲労強度を評価する
試験装置に係わるものである。

（従来の技術）従来の鋼材の疲労強度特性は、一方向に与えられる繰り
返し荷重、例えば、引張荷重、引張・圧縮の交番荷重あ
るいは曲げ荷重て評価されてきたか、各種鋼材の実際の
使用環境に於て、鋼材か受ける荷重はこの様な一方向の
荷重たけてなく、これらの荷重か組み合わさった二軸の
荷重。

例えば、海洋構造物の−っであるＴｅｎ５ｉｏｎ　Ｌｅ
ｇＰｌａｔｆｏｒｍに用いられる鋼管Ｔｅｔｈｅｒには
軸方向の変動引張荷重と共に海水による外圧が負荷され
るし、ねし継手においても同様である。また、石油二次
回収用に使用される油井管ては軸方向の変動引張・圧縮
荷重と共に内圧か負荷される二軸荷重状態にある。更に
、鋼構造建築物の柱−梁の結合部においては垂直方向に
変動引張・圧縮荷重か負荷し、板厚方向に変動引張荷重
或は変動圧縮荷重の二軸荷重状態にある。

二軸荷重下における鋼材の疲労強度特性についてはこれ
まてに理論的にも、実験的にも解明されたものはなく、
鋼構造物の安全性確保の点から二軸荷重下における鋼材
の疲労強度特性の評価法か強く要望されている。にもか
かわらず、本出願人らか先に出願した特公昭５７−１８
１２６号に見られるように、静的な二軸荷重条件を構成
てきる装置はあるか、二軸荷重下における疲労試験機は
ない。

二軸荷重下での疲労強度を評価する試験装置として、第
５図に示すような十字型の試験片の突起部を掴み、Ｘ方
向およびＹ方向の二軸方向に繰り返し荷重を負荷するこ
とで中央の四角形の部分に二軸の荷重を負荷する試験装
置か考えられる。

（発明か解決しようとする問題点）しかしなから、この装置は各々の荷重の組合せはとれる
が、試験片に荷重を負荷するときに、試験片の中央部、
０点を一点に保てないと曲げ応力あるいはせん断が発生
してしまう。そこて、四方向に駆動装置を持たせ、それ
ぞれ独立に荷重・変位制御すると共にＯ点かすれないよ
うに制御することか必要になるが、技術的に困難をとも
ない、かつ、非常に高価な設備になるという問題かある
。

本発明は、かかる状況を鑑み、実際の鋼材の使用環境に
近い二軸荷重下での鋼材の疲労強度特性を評価するため
に、安価て、かつ、必要な二軸荷重の組合せか自由に選
択てきる試験装置を提供することを目的にしている。

（問題を解決するための手段）本発明は、上記問題を解決するために、管状試験片を用
いて二軸荷重状態を再現することに着目してなされたも
ので、その要旨は、管状試験片に軸方向の繰返し荷重を負荷するための軸力
負荷装置と、該軸力負荷装置を駆動させるための軸方向
用繰返し液圧発生機と、前記管状試験片へ内圧または外
圧の繰返し圧力を作用し管状試験片の周方向に繰返し荷
重を負荷するための内圧・外圧負荷装置と、該軸方向用
繰返し液圧発生機の周波数に同調して該内圧・外圧負荷
装置に液圧を付与するための周方向用繰返し液圧発生機
を備えたことを特徴とする疲労試験装置にある。

（作用および実施例）以下、この発明の作用および一実施例を第１図〜第４図
により説明する。第１図は本体の構成図の一例を示すも
のて、外套管ｌ内に貫通された管状試験片２の一端は固
定側チャック１０により本体フレーム３に結合される。

管状試験片２の他端は駆動側チャック７によりロードセ
ル８を介してシリンターロッド６に結合されている。該
シリンターロット６を進退させる軸力負荷用シリンター
５は、直接本体フレーム３に前記固定側チャック１０と
対向する如く固定されている。本体フレーム３は上下水
平方向に渡したタイロッド４により固定される。このよ
うな構成により軸力負荷用シリンダー５に脈動圧力を導
入することて、管状試験片２に繰返し軸力を負荷するこ
とが出来る。

本実施例における軸力負荷装置は、上記の軸力負荷用シ
リンター５およびシリンダーロット６により構成される
。

また、管状試験片２の内部に中子９を通して、この一端
は中子ホルタ−１１て固定側チャック１０に固定する。

この中子９には、内圧を負荷するためのくり穴３２と該
〈り穴３２に通した導管２８を設けると共に、管状試験
片２と中子９の境界には両端にリング状の内圧用シール
３０を設けである。この内゛　　　圧シール３０により
、内圧を負荷したときに管状試験片２に不必要な軸力か
作用しないようになっている。内圧用導管２８およびく
り穴３２を通して内圧室３５に、脈動圧力を導入するこ
とにより管状試験片２には周方向の繰返し引張荷重を負
荷することが出来る。

外套管１は外套管用架台１２上に設けられている。管状
試験片２と外套管１との境界には両端にリンク状の外圧
用シール３１が設けられている。外圧用導管２９を通し
て直接外套管１内の外圧室３６に脈動圧力を導入すると
、試験片２には周方向の繰返しの圧縮荷重を負荷するこ
とか出来る。

即ち、本実施例における内・外圧負荷装置は、中子９、
内圧用シール３０、外套管１および外圧用シール３１に
より構成される。

第２図は軸方向用の繰返し液圧発生装置の具体例を示す
。これは、従来のＬｏｓｅｎ−ｂａｕｓｅｎ式の引張圧
縮式疲れ試験機の脈動圧力発生装置と構造的に回して、
繰返し荷重の大きさは軸方向用脈動発生機１３の液圧ポ
ンプ１３ａのピストン工程を変えることにより加減する
。ピストン工程はクランク機構により振動させられてい
るレバー１３ｂに沿って液圧ポンプ１３ａの位置を移動
することにより行う。

初期荷重の負荷はシリンター内の引張室３３および圧縮
室３４に、それぞれ引張側ポンプ１７および圧縮側ポン
プ１８により与えた圧力差で与えられる。

この状態から、引張室３３に脈動圧力を与えることて、
軸方向に必要な繰返し荷重を負荷することか出来る。

圧縮用蓄圧器１９は脈動圧力を負荷したときに圧縮室３
４の圧力変動を最小限に抑えるために設けている。なお
、１５，１．６は引張室３３および圧縮室３４への配管
に回転弁１４を介して接続した上限用荷重計と下限用荷
重計である。

第３図は周方向用の繰返し液圧発生機を示す。

この図は管状試験片２の周方向に引張の繰返し荷重を負
荷する場合を示す。この繰返し液圧発生機も前述した軸
方向用の繰返し液圧発生装置の構造と同じである。繰返
し荷重の大きさ、即ち、脈動内圧力の大きさは周方向用
脈動発生機２０の液圧ポンプ２０ａのビス１〜ン工程を
変えることにより加減する。ピストン工程はクランク機
構により振動させられているレバー２０ｂに沿って液圧
ポンプ２０ａの位置を移動することにより行う。

初期荷重の負荷は、管状試験片２に負荷する内圧と外圧
の圧力差、即ち、内圧室３５および外圧室３６に、それ
ぞれ内圧用ポンプ２４および外圧用ポンプ２５により与
えた圧力差で与えられる。この状態から、管状試験片２
に脈動内圧力を与えるごとて、周方向に必要な繰返し荷
重を負荷することかてきる。２１は回転弁、２２．２３
は上限用荷重計、下限用荷重計であり、２７は内圧用導
管２８と外圧用導管２９内に設けた切り換え弁である。

二軸荷重の負荷経路は、前記の軸力用脈動発生機１３と
周方向用脈動発生機２０のそれぞれの液圧ポンプ１３ａ
と２０ａのピストン運動の周波数を同じにして、その位
相を変えることにより選択する。

具体的な二軸荷重の負荷経路例を第４図に示す。これら
の荷重制御はいずれも繰返し荷重の中点が零となる場合
の例である。

まず、第４図の（ａ）に示すピストン運動の周波数か同
位相の場合は、二軸座標において、軸方向荷重か増大す
るときに周方向荷重も増大する。即ち、正の勾配をもつ
直線状の負荷経路となる。

次に、第４図の（ｂ）に示すピストン運動の位相差か９
０度になると、二軸座標において楕円となる負荷経路に
なる。このときに、軸方向荷重と周方向荷重の大きさが
等しいと円になる。

次に、第４図の（Ｃ）に示すピストン運動の周波数の位
相差か１８０度になると、二軸座標において、軸方向荷
重か増大するときに周方向荷重は減少する、即ち、負の
勾配をもつ直線状の負荷経路となる。

最後に、第４図の（ｂ）に示すピストン運動の位相差が
２７０度になると、二軸座標において楕円となり、第４
図の（ｂ）に示す負荷経路と同しになる。

当然のことなから、一方向の荷重が一定であるような負
荷経路の場合には、位相の選択に係わらず、それぞれに
必要なポンプ１．７．１８，２４．２５を駆動して一定
荷重を負荷すれば可能である。また、第４図に示す二軸
座標の負荷経路は初期荷重を変えることにより平行移動
が可能である。

上述の如く、前記の軸力用脈動発生機１３と周方向用脈
動発生機２０のそれぞれの液圧ポンプ１３ａと２０ａの
ピストン運動の周波数を同しにして、その位相を変える
ことにより種々の二軸の負荷経路の選択か可能となる。

即ち、液圧ポンプ１３ａと２０ａのピストン運動の周波
数を少なくとも同調させることか必要である。

なお、限定した二軸負荷経路を選択する場合、例えば、
直線状の負荷経路のみを選択する場合には、上述の如く
、位相を変えることにより可能であるか、一方、液圧ポ
ンプ１３ａと２０ａのピストン運動の周波数を同位にし
て、管状試験片２に脈動内圧力を与えると第４図の（ａ
）の負荷経路が得られ、切り換え弁２７を切り換えて、
管状試験片２に脈動外圧力を与えると第４図の（ｃ）の
負荷経路か得られる。しかしながら、少なくとも、液圧
ポンプ１３ａと２０ａのピストン運動の周波数を少なく
とも同調させることか必要である。

本発明は管状試験片２に負荷する周方向の繰返し荷重な
液圧によって与えているので、軸方向の繰返し荷重を負
荷することにより管状試験片２が軸方向に伸縮しても管
状試験片２にねしりあるいはせん断の様な不必要な荷重
が発生しないし、また、低サイクル疲労試験のように初
期に荷重を負荷した状態から管状試験片２の軸方向或は
周方向の変位が大幅にずれても容易に追従てきるという
ことに特徴かある。

（発明の効果）この発明の二軸疲労試験機は上記のようなものであるか
ら、安価て、かつ、コンパクトて、さらに、全ての二軸
の荷重の組合せを容易に再現して試験を行うことかでき
、鋼材の疲労特性評価に大いに寄与することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成例の本体部分断面図、第２図は軸
方向用の繰返し液圧発生機の模式図、第３図は周方向用
の繰返し液圧発生機の模式図、第４図（ａ）〜（ｄ）は
二軸荷重の負荷経路例を示すグラフ、第５図は従来の二
軸疲労試験の模式図である。１・・・外套管、２・・・管状試験片、３・・・本体フ
レーム、４・・・タイロッド、５・・・軸力負荷用シリ
ンター、６・・・シリンターロッド、７・・・駆動側チ
ャック、８・・・ロードセル、９・・・中子、１０・・
・固定型チャック、１１・・・中子ホルタ−１１２・・
・外套管用架台、１３・・・軸方向用脈動発生機、］、
３ａ・・・液圧ポンプ、１３ｂ・・・レバー、１４・・
・回転弁、１５・・・上限用荷重計、１６・・・下限用
荷重計、１７・・・引張用ポンプ、１８・・・圧縮用ポ
ンプ、１９・・・圧縮用蓄圧器、２０・・・周方向用脈
動発生機、２０ａ・・・液圧ポンプ、２０ｂ・・・レバ
ー、２１・・・回転弁、２２・・・上限用荷重計、２３
・・・下限用荷重計、２４・・・内圧用ポンプ、２５・
・・外圧用ポンプ、２６・・・外圧用蓄圧器、２７・・
・切り換え弁、２８・・・内圧用導管、２９・・・外圧
用導管、３０・・・内圧用シール、３１・・・外圧用シ
ール、３２・・・くり穴、３３・・・引張室、３４・・
・圧縮室、３５・・・内圧室、３６・・・外圧室。

Claims

【特許請求の範囲】

管状試験片に軸方向の繰返し荷重を負荷するための軸力
負荷装置と、該軸力負荷装置を駆動させるための軸方向
用繰返し液圧発生機と、前記管状試験片へ内圧または外
圧の繰返し圧力を作用し管状試験片の周方向に繰返し荷
重を負荷するための内圧・外圧負荷装置と、該軸方向用
繰返し液圧発生機の周波数に同調して該内圧・外圧負荷
装置に液圧を付与するための周方向用繰返し液圧発生機
を備えたことを特徴とする疲労試験装置。