JPH05223713A - 材料試験装置 - Google Patents
材料試験装置Info
- Publication number
- JPH05223713A JPH05223713A JP4031077A JP3107792A JPH05223713A JP H05223713 A JPH05223713 A JP H05223713A JP 4031077 A JP4031077 A JP 4031077A JP 3107792 A JP3107792 A JP 3107792A JP H05223713 A JPH05223713 A JP H05223713A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- test piece
- load
- ultrasonic flaw
- flaw detection
- stress
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 各種材料の荷重負荷状態における材料内部の
破壊状況を、超音波探傷法によって観察可能とする。 【目的】 試験片２に引張または圧縮の応力を加えるた
めの荷重負荷用モータ１１と試験片に作用する荷重を計
測するロードセル１７を備えた荷重負荷装置１と、試験
片周囲を水没させるための探傷用水槽３、および該水槽
上部に超音波探触子４を試験片表面に沿って二次元走査
するためのスキャナー機構を有する自動超音波探傷装置
５から構成される材料試験装置を提供することによっ
て、応力負荷状態での材料内部の破壊状況をリアルタイ
ムで検査可能とする。
破壊状況を、超音波探傷法によって観察可能とする。 【目的】 試験片２に引張または圧縮の応力を加えるた
めの荷重負荷用モータ１１と試験片に作用する荷重を計
測するロードセル１７を備えた荷重負荷装置１と、試験
片周囲を水没させるための探傷用水槽３、および該水槽
上部に超音波探触子４を試験片表面に沿って二次元走査
するためのスキャナー機構を有する自動超音波探傷装置
５から構成される材料試験装置を提供することによっ
て、応力負荷状態での材料内部の破壊状況をリアルタイ
ムで検査可能とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、各種材料の荷重負荷状
態における材料内部の変形状況を、超音波探傷法によっ
て観察・評価する装置に関する。
態における材料内部の変形状況を、超音波探傷法によっ
て観察・評価する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックスや複合材料の新素材では、
材料内部の破壊過程を知ることが、材料開発や品質保証
上特に重要である。そこで破壊過程を唯一動的に検出し
うるアコースティックエミッション（ＡＥ）法を適用し
た研究が盛んに行われており、例えば、既刊行物である
第６回アコースティック・エミッション総合コンファレ
ンス論文集ｐ２４３〜ｐ２４８には、繊維強化金属（Ｆ
ＲＭ）の引張試験にＡＥ法を適用し、検出されたＡＥ波
形の振幅や立ち上がり時間の大きさから、強化繊維の破
断開始時期を推定している例が紹介されている。
材料内部の破壊過程を知ることが、材料開発や品質保証
上特に重要である。そこで破壊過程を唯一動的に検出し
うるアコースティックエミッション（ＡＥ）法を適用し
た研究が盛んに行われており、例えば、既刊行物である
第６回アコースティック・エミッション総合コンファレ
ンス論文集ｐ２４３〜ｐ２４８には、繊維強化金属（Ｆ
ＲＭ）の引張試験にＡＥ法を適用し、検出されたＡＥ波
形の振幅や立ち上がり時間の大きさから、強化繊維の破
断開始時期を推定している例が紹介されている。
【０００３】ところで、上述したＡＥ波形の特徴と複合
材料における種々の破壊（繊維破断、繊維とマトリック
スの解離、マトリックス割れ、層間剥離等）との対応付
けを行う方法として、試料の破面観察や応力−歪曲線の
変化から、材料内部で各種の破壊がどのような順序で起
こったかを推定し、その時々で発生したＡＥの特徴を個
々の破壊と対応付けることが行われている。
材料における種々の破壊（繊維破断、繊維とマトリック
スの解離、マトリックス割れ、層間剥離等）との対応付
けを行う方法として、試料の破面観察や応力−歪曲線の
変化から、材料内部で各種の破壊がどのような順序で起
こったかを推定し、その時々で発生したＡＥの特徴を個
々の破壊と対応付けることが行われている。
【０００４】しかしこの方法は、破壊力学的に高度な知
識を要求されるほか、間接的であるため信頼性に欠ける
問題がある。従って多くの研究者は、ＡＥ計測と同時に
他の非破壊的検査方法を適用し、この問題の解決を試み
ている。例えばAwerbuch等は、ＧＦＲＰ（グラファイト
繊維強化プラスチック）の引張試験にＡＥ法を適用する
際、テレビカメラによって試験片表面における損傷の進
展状況を観察するとともに、試験前後の試験片内部を超
音波探傷法とＸ線探傷法で調べ、得られたＡＥの結果と
破壊の種類との対応付けを行っている（MaterialEvalua
tion ／４３／Ｍａｙ，１９８５，ｐ７５４〜ｐ７６
４）。
識を要求されるほか、間接的であるため信頼性に欠ける
問題がある。従って多くの研究者は、ＡＥ計測と同時に
他の非破壊的検査方法を適用し、この問題の解決を試み
ている。例えばAwerbuch等は、ＧＦＲＰ（グラファイト
繊維強化プラスチック）の引張試験にＡＥ法を適用する
際、テレビカメラによって試験片表面における損傷の進
展状況を観察するとともに、試験前後の試験片内部を超
音波探傷法とＸ線探傷法で調べ、得られたＡＥの結果と
破壊の種類との対応付けを行っている（MaterialEvalua
tion ／４３／Ｍａｙ，１９８５，ｐ７５４〜ｐ７６
４）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の方法では材料に所定の応力を加えた後、破壊状況を調
べるため試験片を試験機から取外し、超音波やＸ線等に
より探傷を行う必要があったため、除荷するために材料
内部に生じた割れや剥離が閉じてしまい探傷困難なこと
が多く、また、試験を継続する場合も試験片の取付け状
態が微妙に異なり試験の継続性が損なわれる等の問題が
あった。
の方法では材料に所定の応力を加えた後、破壊状況を調
べるため試験片を試験機から取外し、超音波やＸ線等に
より探傷を行う必要があったため、除荷するために材料
内部に生じた割れや剥離が閉じてしまい探傷困難なこと
が多く、また、試験を継続する場合も試験片の取付け状
態が微妙に異なり試験の継続性が損なわれる等の問題が
あった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の状況を
鑑みてなされたものであり、試験片に引張または圧縮の
応力を加えるための荷重負荷用モータと試験片に作用す
る荷重を計測するロードセルを備えた荷重負荷装置と、
試験片周囲を水没させるための探傷用水槽、および該水
槽上部に超音波探触子を試験片表面に沿って二次元走査
するためのスキャナー機構を有する自動超音波探傷装置
から構成される材料試験装置を提供することによって、
応力負荷状態での材料内部の破壊状況をリアルタイムで
検査可能としたものである。
鑑みてなされたものであり、試験片に引張または圧縮の
応力を加えるための荷重負荷用モータと試験片に作用す
る荷重を計測するロードセルを備えた荷重負荷装置と、
試験片周囲を水没させるための探傷用水槽、および該水
槽上部に超音波探触子を試験片表面に沿って二次元走査
するためのスキャナー機構を有する自動超音波探傷装置
から構成される材料試験装置を提供することによって、
応力負荷状態での材料内部の破壊状況をリアルタイムで
検査可能としたものである。
【０００７】
【作用】以下、図面を参照しながら、本発明の詳細につ
いて説明する。図１および図２は本発明の材料試験装置
の平面図と側面図である。試験片２を荷重負荷装置１の
掴み部１６ａ，１６ｂに取付け、荷重負荷用モータ１１
を作動させると、該モータ軸と直結したネジ軸１２が回
転し、ネジ軸１２に螺合した構造部材１３は軸受け１４
ａ，１４ｂの作用によって案内軸１５ａ，１５ｂに沿っ
て移動し、試験片２に引張または圧縮荷重を加えること
ができる。ロードセル１７で試験片に加わる荷重を計測
し、所望の荷重で荷重負荷用モータ１１を停止して荷重
を保持する。その状態で超音波探触子４をスキャナー機
構５のＹ軸スキャナー部５１ａ，５１ｂとＸ軸スキャナ
ー部５２によって、試験片表面上を二次元走査し、探傷
する。計測部６はスキャナー機構５の制御部、超音波探
傷器、探傷結果をＣスコープ表示する表示部、探傷デー
タの記憶部、上記各部の制御および演算を行うためのコ
ンピュータ部から成る。
いて説明する。図１および図２は本発明の材料試験装置
の平面図と側面図である。試験片２を荷重負荷装置１の
掴み部１６ａ，１６ｂに取付け、荷重負荷用モータ１１
を作動させると、該モータ軸と直結したネジ軸１２が回
転し、ネジ軸１２に螺合した構造部材１３は軸受け１４
ａ，１４ｂの作用によって案内軸１５ａ，１５ｂに沿っ
て移動し、試験片２に引張または圧縮荷重を加えること
ができる。ロードセル１７で試験片に加わる荷重を計測
し、所望の荷重で荷重負荷用モータ１１を停止して荷重
を保持する。その状態で超音波探触子４をスキャナー機
構５のＹ軸スキャナー部５１ａ，５１ｂとＸ軸スキャナ
ー部５２によって、試験片表面上を二次元走査し、探傷
する。計測部６はスキャナー機構５の制御部、超音波探
傷器、探傷結果をＣスコープ表示する表示部、探傷デー
タの記憶部、上記各部の制御および演算を行うためのコ
ンピュータ部から成る。
【０００８】以上のようにして本発明の装置によれば、
所望の荷重下で材料内部の破壊状況を超音波探傷に検査
することが可能となる。なお、荷重の変化速度が遅い場
合または逆に超音波探傷速度を向上させることによって
荷重を停止せずに連続的な測定も可能である。
所望の荷重下で材料内部の破壊状況を超音波探傷に検査
することが可能となる。なお、荷重の変化速度が遅い場
合または逆に超音波探傷速度を向上させることによって
荷重を停止せずに連続的な測定も可能である。
【０００９】
【実施例】以下に、本発明の一実施例について説明す
る。試験片としては、平行部の長さ５０mm、幅１５mm、
板厚２mmで、材質は疑似方向性のＣＦＲＰ（炭素繊維強
化プラスチック）で、積層構成が〔（０°／±４５°／
９０°）ｓ〕2 の計１６ply のものを用いた。本試験片
を掴み部にセットした後、荷重０の状態で予め超音波探
傷を行った結果、試験片のほぼ中央部に約２mm角の層間
剥離と推定される初期欠陥が見つかった。この試験片に
ついて引張荷重を加えながら超音波探傷を行ったとこ
ろ、上記層間剥離の大きさが拡大するとともに、約２５
kg／mm2 の応力でまず９０°層で破壊が始まり、±４５
°層，０°層へと進展し、最終的には約５０kg／mm2 で
試験片が破断した。このように初期欠陥を起点として破
壊が開始し、どの応力で各層に破壊が伝幡するかが定量
的に把握できた。
る。試験片としては、平行部の長さ５０mm、幅１５mm、
板厚２mmで、材質は疑似方向性のＣＦＲＰ（炭素繊維強
化プラスチック）で、積層構成が〔（０°／±４５°／
９０°）ｓ〕2 の計１６ply のものを用いた。本試験片
を掴み部にセットした後、荷重０の状態で予め超音波探
傷を行った結果、試験片のほぼ中央部に約２mm角の層間
剥離と推定される初期欠陥が見つかった。この試験片に
ついて引張荷重を加えながら超音波探傷を行ったとこ
ろ、上記層間剥離の大きさが拡大するとともに、約２５
kg／mm2 の応力でまず９０°層で破壊が始まり、±４５
°層，０°層へと進展し、最終的には約５０kg／mm2 で
試験片が破断した。このように初期欠陥を起点として破
壊が開始し、どの応力で各層に破壊が伝幡するかが定量
的に把握できた。
【００１０】尚、実施例に記載したものと同一寸法・材
質の試験片について従来法と比較した結果について説明
する。従来の試験片に荷重を加えた後、試験機から取外
し、超音波探傷を行った場合は引張応力４０kg／mm2 を
加えた場合に内部破壊が初めて検出されたのに対し、本
発明の方法では３２kg／mm2 で既に微少な破壊が発生し
ていることがわかった。
質の試験片について従来法と比較した結果について説明
する。従来の試験片に荷重を加えた後、試験機から取外
し、超音波探傷を行った場合は引張応力４０kg／mm2 を
加えた場合に内部破壊が初めて検出されたのに対し、本
発明の方法では３２kg／mm2 で既に微少な破壊が発生し
ていることがわかった。
【００１１】
【発明の効果】以上のように本発明の材料試験装置によ
れば、応力負荷状態での材料内部の破壊状況をリアルタ
イムで検査することが可能となり、セラミックスや複合
材料などの破壊過程を正確に把握でき、その工業的な価
値は極めて大きい。
れば、応力負荷状態での材料内部の破壊状況をリアルタ
イムで検査することが可能となり、セラミックスや複合
材料などの破壊過程を正確に把握でき、その工業的な価
値は極めて大きい。
【図１】本発明による材料試験装置の平面図。
【図２】本発明による材料試験装置の側面図。
１ 荷重負荷装置 ２ 試験片 ３ 水槽 ４ 超音波探触子 ５ スキャナー機構 ６ 計測部 １１ 荷重負荷用モータ １２ ネジ軸 １３ 構造部材 １４ａ，１４ｂ 軸受け １５ａ，１５ｂ 案内軸 １６ａ，１６ｂ 掴み部 １７ ロードセル ５１ａ，５１ｂ Ｙ軸スキャナー部 ５２ Ｘ軸スキャナー部 ５３ Ｚ軸調整部
Claims (1)
- 【請求項１】 試験片表面上で超音波探触子を二次元走
査するＣスコープ型自動超音波探傷装置と、試験片に引
張または圧縮の応力を加えるための荷重負荷装置と、試
験片周囲を水没させる水浸探傷用の水槽とを具備するこ
とにより、応力負荷中の材料内部の変形状況を超音波探
傷によって観察可能としたことを特徴とする材料試験装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4031077A JPH05223713A (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | 材料試験装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4031077A JPH05223713A (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | 材料試験装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05223713A true JPH05223713A (ja) | 1993-08-31 |
Family
ID=12321371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4031077A Pending JPH05223713A (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | 材料試験装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05223713A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001337073A (ja) * | 2000-05-26 | 2001-12-07 | Jiinesu:Kk | 炭素繊維強化プラスチック積層板のマトリックスクラック検出方法 |
| JP2013156187A (ja) * | 2012-01-31 | 2013-08-15 | Gnes Corp | 材料試験装置及び材料試験方法 |
| CN107505209A (zh) * | 2017-09-29 | 2017-12-22 | 山西省交通科学研究院 | 一种固结仪新型加荷装置及加荷方法 |
| JP2018054553A (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | ヤマハファインテック株式会社 | 超音波画像表示方法及び超音波画像表示システム |
| CN108426782A (zh) * | 2018-02-27 | 2018-08-21 | 山东科技大学 | 多场耦合作用下岩石损伤演化超声波监测装置 |
| CN113777172A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-12-10 | 江苏苏聚材料科技有限公司 | 适用于玻纤增强聚氨酯型材生产的自动质检系统及方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03272457A (ja) * | 1990-03-22 | 1991-12-04 | Agency Of Ind Science & Technol | 応力負荷型低温用超音波顕微鏡 |
-
1992
- 1992-02-18 JP JP4031077A patent/JPH05223713A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03272457A (ja) * | 1990-03-22 | 1991-12-04 | Agency Of Ind Science & Technol | 応力負荷型低温用超音波顕微鏡 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001337073A (ja) * | 2000-05-26 | 2001-12-07 | Jiinesu:Kk | 炭素繊維強化プラスチック積層板のマトリックスクラック検出方法 |
| JP4583550B2 (ja) * | 2000-05-26 | 2010-11-17 | 株式会社ジーネス | 炭素繊維強化プラスチック積層板のマトリックスクラック検出方法 |
| JP2013156187A (ja) * | 2012-01-31 | 2013-08-15 | Gnes Corp | 材料試験装置及び材料試験方法 |
| JP2018054553A (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | ヤマハファインテック株式会社 | 超音波画像表示方法及び超音波画像表示システム |
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| CN108426782A (zh) * | 2018-02-27 | 2018-08-21 | 山东科技大学 | 多场耦合作用下岩石损伤演化超声波监测装置 |
| WO2019165846A1 (zh) * | 2018-02-27 | 2019-09-06 | 山东科技大学 | 多场耦合作用下岩石损伤演化超声波监测装置 |
| CN113777172A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-12-10 | 江苏苏聚材料科技有限公司 | 适用于玻纤增强聚氨酯型材生产的自动质检系统及方法 |
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