JPH0324979B2 - - Google Patents

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JPH0324979B2
JPH0324979B2 JP12502684A JP12502684A JPH0324979B2 JP H0324979 B2 JPH0324979 B2 JP H0324979B2 JP 12502684 A JP12502684 A JP 12502684A JP 12502684 A JP12502684 A JP 12502684A JP H0324979 B2 JPH0324979 B2 JP H0324979B2
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JP
Japan
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load
test piece
curve
stress relaxation
displacement
Prior art date
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JP12502684A
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Japanese (ja)
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JPS614939A (en
Inventor
Hiroshi Uno
Kazuhiko Ozawa
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Saginomiya Seisakusho Inc
Original Assignee
Saginomiya Seisakusho Inc
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、亀裂等の欠陥が生じた機械、構造物
等がどの程度の外力まで耐えられるかを知るのに
基本となるデータを提供するJ1c破壊靭性試験方
法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention provides basic data for determining how much external force a machine, structure, etc. that has defects such as cracks can withstand. J 1 c Fracture toughness test method.

〔発明の技術的背景及びその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

機械、構造物等の設計に際しては、使用する材
料の強度特性データ(例えば降伏強度、引張強
度、疲労限度等でいずれも応力により表示され
る。)に基づいて稼動中に生じる応力がこれらの
値を越えないようにしている。
When designing machines, structures, etc., the stress generated during operation is calculated based on the strength characteristic data of the materials used (for example, yield strength, tensile strength, fatigue limit, etc., all of which are expressed as stress). I try not to exceed.

しかし、機械、構造物の部材にかなり大きな欠
陥あるいは亀裂がすでに存在している場合、その
強度が欠陥あるいは亀裂の寸法の増大とともに低
下することは経験により知られている。このよう
な場合の強度特性は、あまり大きな欠陥を含まな
い平滑試験片を用いて測定した前記強度特性デー
タと一致しない。例えば、平滑試験片の引張強度
はA鋼の方がB鋼より高かつたとしても、それぞ
れの材料に同じ寸法のき裂が存在する場合、破壊
強度はB鋼の方がA鋼よりも高くなることがあ
る。
However, experience has shown that when fairly large defects or cracks are already present in a mechanical or structural component, its strength decreases as the size of the defect or crack increases. The strength properties in such a case do not match the strength property data described above measured using a smooth specimen that does not contain very large defects. For example, even if steel A has a higher tensile strength than steel B in a smooth specimen, if a crack of the same size exists in each material, the fracture strength of steel B will be higher than steel A. It may happen.

そこで、亀裂等を起点として外力の増加を伴う
ことなく破壊が急速に進行する際、すなわち不安
定破壊が生じる際に材料が示す抵抗値である“破
壊靭性値”から亀裂等の欠陥が生じた材料の破壊
強度を求める試験方法が提案されている。
Therefore, defects such as cracks occur due to the "fracture toughness value", which is the resistance value of the material when fracture progresses rapidly without an increase in external force from a crack etc., that is, when unstable fracture occurs. Test methods have been proposed to determine the fracture strength of materials.

破壊靭性値を“J1c値”により求めるJ1c破壊靭
性試験方法としては、“R曲線法”、“除荷コンプ
ライアンス法”等の方法が知られている。
As the J 1 c fracture toughness test method for determining the fracture toughness value using the “J 1 c value”, methods such as the “R curve method” and the “unloading compliance method” are known.

R曲線法と除荷コンプライアンス法はともに
“R曲線”を求め、このR曲線と鈍化直線とから
J1c値を求める方法であるが、R曲線の求め方が
相違している。
Both the R curve method and the unloading compliance method determine the "R curve", and from this R curve and the blunted straight line,
Although this is a method for determining the J 1 c value, the method for determining the R curve is different.

上述のR曲線法ではR曲線を求めるのに多数の
試験片を必要とし、手間がかかるが、除荷コンプ
ライアンス法では一本の試験片の荷重・変位曲線
から亀裂成長量を間接的に測定してR曲線を求め
るため、試験時間の大幅な短縮を図ることができ
る。
The above-mentioned R curve method requires a large number of test pieces to obtain the R curve, which is time-consuming, but the unloading compliance method indirectly measures the amount of crack growth from the load/displacement curve of a single test piece. Since the R curve is determined using the same method, the test time can be significantly shortened.

この除荷コンプライアンス法によれば、理想亀裂
が入つた例えばCT試験片に所定の変位レベルま
で荷重を作用した後、荷重をわずかに除荷し、そ
の際の荷重・変位曲線の傾き(コンプライアン
ス)を求める。この操作を複数回繰返すことによ
り、一本のCT試験片から一連のコンプライアン
スを求め(第8図参照)、このコンプライアンス
から計算によつて亀裂成長量を求める。
According to this unloading compliance method, after a load is applied to a CT specimen with an ideal crack to a predetermined displacement level, the load is slightly unloaded, and the slope (compliance) of the load-displacement curve at that time is calculated. seek. By repeating this operation multiple times, a series of compliances are obtained from one CT specimen (see Figure 8), and the amount of crack growth is calculated from this compliance.

しかし、試験片に所定の変位レベルまで荷重を
作用させて除荷する際、応力緩和の影響が生じる
ため、この応力緩和に合わせて除荷するようにし
ているが、応力緩和が非常に長いため除荷時間が
長時間となる上に、応力緩和の影響が残り(第9
図参照)、正確なコンプライアンス(J1c値)を求
めることができない問題があつた。
However, when unloading a test piece after applying a load to a predetermined displacement level, the effect of stress relaxation occurs, so unloading is done in conjunction with this stress relaxation, but the stress relaxation takes a very long time. In addition to the long unloading time, the effects of stress relaxation remain (9th
(see figure), there was a problem that it was not possible to obtain accurate compliance (J 1 c value).

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、短時間でかつ正確にコン
プライアンスを求めることができるJ1c破壊靭性
試験方法を提供することである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to provide a J 1 c fracture toughness test method that can accurately determine compliance in a short time.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的を達成するため本発明により成された
J1c破壊靭性試験方法は、理想亀裂が入つた試験
片に所定の変位レベルまで荷重を作用した後、前
記試験片に作用する荷重を僅かに除荷し、その際
の荷重・変位曲線の傾きからJ1c値を求めるJ1c破
壊靭性試験方法において、前記除荷を、前記所定
の変位レベルを保持した状態での応力緩和がほぼ
無視し得る程度まで前記試験片に作用する荷重が
減少した後開始することを特徴としている。
The present invention achieves the above object.
The J1c fracture toughness test method involves applying a load to a test piece with an ideal crack up to a predetermined displacement level, then slightly unloading the load acting on the test piece, and measuring the load/displacement curve at that time. In the J 1 c fracture toughness test method, which calculates the J 1 c value from the slope, the unloading is performed by increasing the load acting on the test piece to such an extent that stress relaxation while maintaining the predetermined displacement level is almost negligible. It is characterized by starting after decreasing.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の試験方法を実施するための装
置の一例を示している。図中符号1はCT試験片、
2は変位計、3はロードセル、4はX−Y記録
計、5はアクチユエータ、6は制御器である。
FIG. 1 shows an example of an apparatus for carrying out the test method of the present invention. Code 1 in the figure is a CT test piece.
2 is a displacement meter, 3 is a load cell, 4 is an X-Y recorder, 5 is an actuator, and 6 is a controller.

CT試験片1の一側縁には開口部1aが設けら
れていて、該開口部1aに理想亀裂1bが入つて
いる。なお、CT試験片1の代わりに3点曲げ試
験片を使用してもよい。
An opening 1a is provided at one side edge of the CT test piece 1, and an ideal crack 1b is inserted into the opening 1a. Note that a three-point bending test piece may be used instead of the CT test piece 1.

変位計2は開口変位(COD、第6図参照)を
測定するもので、例えばクリツプゲージからな
る。
The displacement meter 2 measures the opening displacement (COD, see FIG. 6) and is composed of, for example, a clip gauge.

ロードセル3は、アクチユエータ5によりCT
試験片1に作用する荷重を検出する。
The load cell 3 is controlled by the actuator 5.
Detect the load acting on the test piece 1.

X−Y記録計4は、変位計2とロードセル3か
ら変位信号、荷重信号を入力して荷重・荷重変位
曲線を記録する。
The X-Y recorder 4 inputs displacement signals and load signals from the displacement meter 2 and load cell 3 and records a load/load displacement curve.

制御部6は、第5図に示すフローチヤートにし
たがつてアクチユエータ5を制御する。
The control unit 6 controls the actuator 5 according to the flowchart shown in FIG.

次に上記装置を使用して本実施例の試験方法を
説明する。
Next, the test method of this example will be explained using the above apparatus.

アクチユエータ5を動作させてCT試験片1に
荷重を作用させる。このとき、ロードセル3によ
り荷重を検出し、また変位計2によりCODを検
出して、X−Y記録計4により第4図に示すよう
な荷重・変位曲線を記録する。荷重の増加にとも
なつてCODがCOD1になつたら、アクチユエータ
5をサーボ弁により制御してCOD1が変化しない
ようにする。すると、変形によつて生じた内部応
力が減少する応力緩和が始まる。この応力緩和は
ロードセル3により検出され、第2図に示すよう
に、最初は荷重(内部応力)が急激に減少し、時
間の経過とともに緩るやかに減少する。この荷重
の減少速度(微分値dL/dt)は制御器6で算出
され、減少速度が所定値以下、すなわち応力緩和
がコンプライアンスの測定誤差に影響を与えなく
なつたとき(応力緩和の影響を無視し得るように
なつたとき)、制御器6によりアクチユエータ5
を動作させて一気に除荷する。この除荷によつて
得られた荷重・変位曲線の傾きθ(第3図参照)
により、コンプライアンスを求める。
The actuator 5 is operated to apply a load to the CT specimen 1. At this time, the load cell 3 detects the load, the displacement meter 2 detects the COD, and the X-Y recorder 4 records a load/displacement curve as shown in FIG. When the COD reaches COD 1 as the load increases, the actuator 5 is controlled by a servo valve to prevent COD 1 from changing. Then, stress relaxation begins, in which the internal stress caused by the deformation decreases. This stress relaxation is detected by the load cell 3, and as shown in FIG. 2, the load (internal stress) decreases rapidly at first, and gradually decreases as time passes. The rate of decrease of this load (differential value dL/dt) is calculated by the controller 6, and when the rate of decrease is less than a predetermined value, that is, stress relaxation no longer affects the compliance measurement error (ignoring the influence of stress relaxation). actuator 5 by controller 6).
to remove the load all at once. The slope θ of the load/displacement curve obtained by this unloading (see Figure 3)
compliance is required.

そして、再びアクチユエータ5を動作させて
CT試験片1に作用する荷重を増加し、CODが
COD2になつた時点でアクチユエータ5をサーボ
弁により制御してCOD2が変化しないようにし、
上述の場合と同様にしてコンプライアンスを求め
る。
Then, operate the actuator 5 again.
By increasing the load acting on CT specimen 1, the COD
When COD 2 is reached, actuator 5 is controlled by a servo valve to prevent COD 2 from changing.
Compliance is sought in the same way as in the case above.

この動作を繰返すことにより、n=1,2,3…
…nの各点でのコンプライアンスCnを求め、こ
れらコンプライアンスCnを“Saxinaの式” an=Aa+Ba・f1(Ks・Cn)+…… なお、Aa,Ba……は係数 Ksは材料定数 に代入して得た亀裂長さの演算値anに基づいて
亀裂成長量△aを算出する。
By repeating this operation, n=1, 2, 3...
...Find the compliance Cn at each point of n, and calculate these compliances Cn using the "Saxina's formula" an=Aa+Ba・f 1 (Ks・Cn)+... In addition, Aa, Ba... are coefficients and Ks is substituted into the material constant. The amount of crack growth Δa is calculated based on the computed value an of the crack length.

△a=an−a0(a0は荷重の作用点から理想亀裂
1b先端までの距離) =Aa+Baf1(Ks・Cn)+…… −(Aa+Baf1(Ks・C0)+……) =Baf1Ks(Cn−C0)+…… また、an,An(第4図の曲線で囲まれた面積)
からJnを算出する。
△a=an−a 0 (a 0 is the ideal crack from the point of load application
distance to the tip of 1b) =Aa+Baf 1 (Ks・Cn)+…… −(Aa+Baf 1 (Ks・C 0 )+……) =Baf 1 Ks(Cn−C 0 )+…… Also, an, An( (Area surrounded by the curve in Figure 4)
Calculate Jn from.

Jn=An/Bbf(an/W) なお、Bbは係数である。 Jn=An/Bbf(an/W) Note that Bb is a coefficient.

この後、亀裂成長量△aとJ積分との関係をプ
ロツトすることによりR曲線を求め、また鈍化直
線を求めて、これらR曲線と鈍化直線との交点か
ら“J1c値”を求める(第7図参照)。
After this, the R curve is obtained by plotting the relationship between the crack growth amount Δa and the J integral, and the blunting straight line is obtained, and the "J 1 c value" is obtained from the intersection of these R curves and the blunting straight line ( (See Figure 7).

なお、鈍化直線を求める範囲は弾性変形域であ
り、亀裂の入つていない平滑試験片を用いて求め
てもよい。この場合の方が鈍化直線をきれいに求
めることができる。
Note that the range in which the blunted straight line is determined is the elastic deformation region, and it may be determined using a smooth test piece with no cracks. In this case, the blunting straight line can be obtained more clearly.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明によれば、理想亀裂
が入つた試験片に所定の変位レベルまで作用した
荷重の除荷を、上記所定の変位レベルを保持した
状態での応力緩和がほぼ無視し得る程度まで試験
片に作用する荷重が減少した後開始するようにし
ているので、応力緩和に合わせて除荷するような
場合に比して、試験時間の短縮を図ることがで
き、しかも測定データに応力緩和の影響が入ら
ず、正確なJ1c値を求めることができる。
As explained above, according to the present invention, unloading of a load applied to a test piece with an ideal crack up to a predetermined displacement level can be almost ignored by stress relaxation while the predetermined displacement level is maintained. Since the test is started after the load acting on the test piece has decreased to a certain extent, the test time can be shortened compared to the case where the load is unloaded when the stress is relaxed. Accurate J 1 c values can be obtained without the influence of stress relaxation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図面は本発明の一実施例を示すもので、第1図
は本発明の試験方法を実施例するための装置の一
例を示すブロツク図、第2図は応力緩和を説明す
るグラフ、第3図は除荷操作を説明する説明図、
第4図は荷重・変位曲線を示すグラフ、第5図は
アクチユエータの動作を示すフローチヤート、第
6図は試験片の拡大斜視図、第7図はR曲線と鈍
化直線からJ1c値を求める方法を説明するための
グラフ、第8図は除荷コンプライアンス法を説明
するためのグラフ、第9図は応力緩和の影響が入
つた荷重・変位曲線の説明図である。 1…試験片、1b…き裂、2…変位計、3…ロ
ードセル、5…アクチユエータ、6…制御部。
The drawings show an embodiment of the present invention; FIG. 1 is a block diagram showing an example of an apparatus for carrying out the test method of the present invention, FIG. 2 is a graph explaining stress relaxation, and FIG. is an explanatory diagram explaining the unloading operation,
Fig. 4 is a graph showing the load/displacement curve, Fig. 5 is a flowchart showing the operation of the actuator, Fig. 6 is an enlarged perspective view of the test piece, and Fig. 7 is the J 1 c value calculated from the R curve and the blunted straight line. FIG. 8 is a graph for explaining the method of obtaining the load, FIG. 8 is a graph for explaining the unloading compliance method, and FIG. 9 is an explanatory diagram of the load/displacement curve including the influence of stress relaxation. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Test piece, 1b... Crack, 2... Displacement meter, 3... Load cell, 5... Actuator, 6... Control part.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 理想亀裂が入つた試験片に所定の変位レベル
まで荷重を作用した後、前記試験片に作用する荷
重を僅かに除荷し、その際の荷重・変位曲線の傾
きからJ1c値を求めるJ1c破壊靭性試験方法におい
て、 前記除荷を、前記所定の変位レベルを保持した
状態での応力緩和がほぼ無視し得る程度まで前記
試験片に作用する荷重が減少した後開始する、 ことを特徴とするJ1c破壊靭性試験方法。
[Claims] 1. After applying a load to a test piece with ideal cracks up to a predetermined displacement level, the load acting on the test piece is slightly unloaded, and the slope of the load/displacement curve at that time is calculated. In the J1c fracture toughness test method for determining the J1c value, the load acting on the test piece is reduced to such an extent that stress relaxation while maintaining the predetermined displacement level is almost negligible. J 1 C fracture toughness test method, characterized in that it starts after.
JP12502684A 1984-06-20 1984-06-20 J1c fracture toughness testing method Granted JPS614939A (en)

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JPS614939A JPS614939A (en) 1986-01-10
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6134439A (en) * 1984-07-27 1986-02-18 Saginomiya Seisakusho Inc J1c fracture-toughness testing method
JPS6134440A (en) * 1984-07-27 1986-02-18 Saginomiya Seisakusho Inc J1c fracture-toughness testing method

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