JPH0372234A - 超音波疲労試験装置 - Google Patents

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、各稚材料が運転中に受ける遠心力などの静的
応力および蒸気力などによる高速の繰り返し応力条件を
模擬し、静的応力条件下での寿命。

高速の繰り返し条件下での高サイクル腐食疲労寿命を評
価すると共に、両者の重畳効果を実験的に検討する超音
波疲労試験装置に関する。

〔従来の技術〕

従来この種超音波を利用した腐食疲労試験には、特開昭
５６−１０４２３４公報において開示されている方法が
ある。

同方法は、試験片の亀裂が発生したことによる同試験片
の固有振動の変化に基づく縦振動の振幅の変化を検出し
、振動を停止する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

疲労試験は、振動振幅一定条件下の応力測定のため、試
験片の微細亀裂、印加応力等による負荷変動に独立に超
音波振動子が定速度となることが必要不可欠である。従
って試験片の破断直前まで振幅変化は僅少であることが
望ましく、引例公報のように振幅の変化がある試験機は
、特に繰り返し応力条件下の腐食の進行過程の追跡を目
的とする場合不適当となる。

さらに引例には、振幅変化の検出ミスに対するバックア
ップ機構と試験片破断時の過渡現象による超音波振動子
の絶縁破壊対策が欠けている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上述の欠点を除去するため超音波振動子にコ
ンデンサを並列接続し、同振動子と超音波電源をコイル
を介して直列接続し、超音波電源からみた負荷側の電圧
および電流位相が超音波振動子並列共振周波数近傍にお
いて常に零で定電圧となるように超音波電源を設定し、
超音波電源からの出力電流が設定値以上になったとき、
若しくは試験片の力ｎ圧、引張応力が設定値以下になっ
たとき本疲労試験を停止するように超音波試験装置を構
成する。

〔作　用〕

上述の如く構成すると、超音波振動子の振動速度を試験
片の微細亀裂および印加応力に独立に定速度にする作用
がある。この場合負荷電流は、振動子負荷抵抗に比例す
る。

従って本構成によるときは、試験片破断まで、超音波振
動子は定速度駆動となり、定振幅繰り返しの疲労試験の
目的に合致する。

負荷電流が負荷抵抗に比例するため、破断直前の負荷抵
抗の急上昇時を検出して、試験停止信号とすることがで
きる。

さらに、超音波振動子の並列コンデンサは、負荷激変時
の超音波振動子端子電圧の上昇を抑制する作用がある。

印加応力は、試験片破断時に激減するため、同応力の下
限検出により、上記負荷電流の上限警報が不発の場合で
も確実に試験停止信号を得ることができる。即ち、印加
応力の下限検出は、負荷電流の上限検出のバックアップ
作用がある。

〔実施例〕

以下図面を参照し、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明を三点曲げ試験に応用した一実施例であ
る。同図でｌは定電圧型電力増幅器、２は電圧制御発振
器、３は位相検出器、４は電流検出器、５は整合コイル
、６は電圧抑制用コンデンサ、７は過電流リレー、８は
ボルト締めランジュバン型超音波振動子（以下ＢＬＴと
略称する）、９はコーン、１０はホーン、１１は振動駆
動点用鋼線、１２．１３は振動支点用鋼線、１４は三点
曲げ用試験片である６１〜４で超音波電源を形成する。

試験片１４は、駆動点および支点をそれぞれ振動の腹お
よび節として曲げ振動するものとする。

整合コイル５のインダクタンスをＬ　ｍ　、電圧抑制用
コンデンサの容量をＣＰ　＋共振周波数近傍のＢＬＴの
制動容量をＣｏ、動アドミツタンスの直列抵抗をＲｅ、
直列コイルをＬ工、直列容量を０１とおくと、電流検出
器４に流れる負荷電流工。は定電圧型電力増幅器ｌの出
力電圧をＥとおいて（１−ωＣｅＸ１＋ｊωＣａＲｅ）
Ｅ となる。但しｆを発振周波数として ω＝２πｆ Ｘ１＝ωＬ、−１７ωＧ Ｃｅ＝Ｃｐ十Ｇ。

（２） とおく。

全位相検出器３により、定電圧型電力増幅器１からみた
負荷の電圧および電流位相を同相になるように電圧制御
発振器（ＶＣＯ）２が動作すると（１）式より。

とむって となる、即ち（４）式より負荷電流工は、Ｅが定電圧の
ためＢＬＴの直列抵抗Ｒｅに比例する。

この場合のＢＬＴの振動速度Ｖは、同ＢＬＴの力係数を
Ａ、（３）式を満足するωをωｐとおいて となって、直列抵抗に独立に一定となる。

ＢＬＴの振動速度一定の場合の同ＢＬＴ端子電圧Ｅｔの
絶対値は となってＣｅの関数になるため、　（２）式より電圧抑
制用コンデンサ６のＣｐを増加することによって、Ｅｔ
の低減が図れる。Ｃｐは（６）式のＥｔがＢＬＴの所要
余裕電圧となるように設定する。

以上要約すると（３）式の条件を満足するように回路を
構成すると、（５）式よりＢＬＴの振動速度は、試験片
の微小亀裂等に対応する同振動子の直列抵抗に独立に定
速度となり、（４）式より負荷電流Ｉが直列抵抗に比例
するため、試験片破断直前の直列抵抗増加に対応した電
流上限設定値の過電流リレー７により１本疲労試験を停
止することが可能である。

第１図で１５は加圧固定台で三点曲げ試験の振動支点用
鋼線１２および工３をアクチュエータ１７により加圧す
る。加圧固定台１５の加圧力はロードセル１６で計測し
、同ロードセルの電流出力は過電流リレー７に印加する
。１８は上記試験システムの架台である。

試験片１４の破断直後、加圧力は零となり、ロードセル
１６は電流下限設定値以下になるため、過電流リレー７
により本疲労試験を停止することができる。

第２図に本発明を引張り試験に応用した一実施例を示す
、同図で超音波電源↓〜４．整合コイル５、電圧抑制用
コンデンサ６、過電流リレー７は第工図と同一のため省
略し、振動系８〜１０．アクチュエータ１６．架台上８
は第１図と共通名称とする。

第２図で１９は引張台でアクチュエータ２０により引張
られる。２王は試験片でホーン１０と対称的構造をした
結合体２２にねじ結合され、同結合体の振動の節をフラ
ンジ面として引張台２２により引張られる。

引張台１９はアクチュエータ２０により引張られ、その
引張力はロードセル１６で計測され、その出力は過電流
リレー７に印加される。

試験片２１の破断直後、引張力は零となり、ロードセル
１６は電流下限設定値以下になるため、三点曲げ試験時
と同様に、過電流リレー７により本疲労試験を停止する
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明により、以下の効果が実現可能のため、信頼性の
高い超音波疲労試験機を提供することができる。

（１）試験片破断直前まで同試験片を定速度駆動するこ
とができる。

（２）測定電源からみた負荷電流の上限設定により、試
験片破断直前で疲労試験を終了することができる。

（３）前項の負荷電流の過電流リレーが動作しない場合
でも、試験片破断直後の応力変化により、疲労試験を終
了することができる。

（４）試験片破断直前、直後の負荷変動による過渡的な
りＬＴ端子電圧上昇が抑制されるため、ＢＬＴの絶縁破
壊を誘起しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を三点曲げ試験に応用した一実施例、 第２図は本発明を引張試験に応用した一実施例である。 ４・・・変流器、５・・・整合コイル、６・・・電圧抑
制用コンデンサ、７・・・過電流リレー、１６・・・ロ
ードセル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 試験片にアクチュエータによる加圧、引張応力と、超音
   波振動子による曲げ振動若しくは縦振動を重畳印加する
   超音波疲労試験装置において、超音波電源にコンデンサ
   を並列接続した超音波振動子とコイルを直列接続し、同
   コンデンサの容量と上記超音波振動子の制動容量の呈す
   る合成容量が、超音波振動子耐圧の余裕度となるように
   コンデンサの容量を設定し、同合成容量と上記コイルの
   インダクタンスが超音波振動子並列共振周波数近傍で直
   列共振するよるように同コイルを調整し、超音波電源か
   らみた負荷側の電圧および電流位相が零となり、電圧が
   定電圧となるように超音波電源を設定し、超音波振動子
   の負荷変動に起因して、超音波電源出力電流が設定値以
   上になったとき、若しくはアクチュエータによる加圧、
   引張応力が設定値以下になったとき、同試験を停止する
   ことを特長とした超音波疲労試験装置。