JPH0566182A

JPH0566182A - 供試体の破断点検出方法

Info

Publication number: JPH0566182A
Application number: JP25710691A
Authority: JP
Inventors: Osamu Matsui; 修松井; Takeshi Dai; 武志大
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1991-09-09
Filing date: 1991-09-09
Publication date: 1993-03-19
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: JPH0820345B2

Abstract

(57)【要約】【目的】破断領域での荷重が徐々に低下する延性に富
む材質の供試体であっても、その破断点を精度よく検出
する。【構成】記録された荷重−伸び曲線をその記録と逆に
たどり、荷重−伸び曲線上における各測定点の荷重−変
位データに基づき今回と前回の荷重および伸びデータか
ら荷重−伸びの勾配を順次に求め、今回と前回の勾配の
角度差が基準角度差以上の点を破断点とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、引張り，曲げなどの材
料試験において、供試体の破断点を検出する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】供試体に圧縮力や引張力などの負荷を与
え、そのときの荷重と変位を測定し、この測定データに
基づいて荷重−変位曲線（Ｓ−Ｓ曲線）を記録したり、
供試体の機械的性質，特性などを求めるようにした材料
試験機が知られている。従来、このような材料試験機に
おいて、供試体の破断点を検出する場合は、例えば荷重
計および伸び計により検出された荷重および伸びデータ
をデータ処理部で演算することにより、単位時間当りの
荷重の減少量が大きく変化する点（これは経験的に予め
決められる）を求め、この点を破断点と見なしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、材料試験、
例えば引張試験を行う場合、供試体に連続的に増加する
引張荷重を加え、荷重と同時に供試体の伸びを測定して
荷重−伸び曲線（Ｓ−Ｓ曲線）を記録するが、このＳ−
Ｓ曲線は試験される供試体の材質によって異なってく
る。

【０００４】図６は、軟鋼のような材質の供試体を引張
試験したときのＳ−Ｓ曲線である。この図６から明らか
なように、降伏点Ｐ１を過ぎ、最大荷重Ｍ１点を過ぎる
と、供試体はＰ２点で破断し、荷重は急激に低下する。
これに対し、プラスチックのような延性に富む材質のＳ
−Ｓ曲線は、図７に示すように、最大荷重Ｍ２点を過ぎ
てＰ３点から破断域に入っても、その荷重は徐々に低下
する曲線となる。

【０００５】このため、図７に示すようなＳ−Ｓ曲線を
持つ供試体の破断点を上述する従来方法（荷重減少率に
より検出する方法）により検出しようとしても、実際の
破断点Ｐ３を検出するのが困難であり、往々にして荷重
がゼロとなる点Ｐ４を破断点として誤検出してしまう問
題があった。

【０００６】本発明の目的は、破断領域での荷重が徐々
に低下する延性に富む材質の供試体であっても、その破
断点を精度よく検出できる供試体の破断点検出方法を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明方法は、記録され
た荷重−変位曲線をその記録と逆にたどることにより、
荷重−変位曲線上における各計測点の今回と前回の荷重
−変位から荷重−変位の勾配を順次求め、この順次求め
られる今回と前回の勾配の角度差を算出し、この角度差
が設定値以上のときにその計測点を破断点として判定す
ることにより、上記目的を達成できる。

【０００８】

【作用】荷重−変位曲線をその記録と逆にたどることに
より、各計測点の荷重−変位データが順次取り込まれ、
これにより各計測点の今回と前回間の荷重−変位の勾配
が求められる。そして、求められた今回と前回の勾配と
の角度差が設定値と比較され、設定値以上のときに検出
した計測点が破断点として検出される。

【０００９】

【実施例】図１〜図５により本発明の一実施例を説明す
る。図２は、本発明による供試体の破断点検出方法が適
用される材料試験機全体の構成を示すブロック図であ
る。ここで、材料試験機は、例えば昇降するクロスヘッ
ドと固定テーブルとの間に上下一対の把持具を介して供
試体を把持し、クロスヘッドの昇降によって供試体を負
荷するものである。荷重計１１は、供試体（不図示）に
負荷される引張力，圧縮力などの荷重を検出し相応する
荷重信号を出力する。伸び計１２は、供試体の標点間の
伸びを検出し相応する伸び信号を出力する。荷重計１１
および伸び計１２から出力される荷重信号および伸び信
号は、それぞれの増幅器１３，１４により増幅され、さ
らにそれぞれのＡ−Ｄコンバ−タ１５，１６によりデジ
タル信号に変換されて制御回路１７に送られる。

【００１０】制御回路１７は、全体を制御し管理する中
央処理装置（以下ＣＰＵという）１７１と、リードオン
メモリ（以下ＲＯＭという）１７２と、ランダムアクセ
スメモリ（以下ＲＡＭという）１７３と、入力インタフ
ェース１７４および出力インタフェース１７５を備え、
これらはバス１７６を介してＣＰＵ１７１に接続されて
いる。ＲＯＭ１７２には、図３，図４に相当する破断点
検出のためのプログラム等が格納され、また、ＲＡＭ１
７３には、ＣＰＵ１５１での演算結果および外部からの
入力データ等が格納される。入力インタフェース１７４
には、Ａ−Ｄコンバ−タ１５，１６が接続される。出力
インタフェース１７５には、Ｄ−Ａコンバ−タ１８を介
してプリンタ１９が接続され、さらに、ＣＲＴ等からな
る表示装置２０が接続される。プリンタ１９は、制御回
路１７で処理された荷重データＷおよび伸びデータδか
ら図６または図７に示す荷重−伸び曲線を描いたり、最
大降伏荷重，最少降伏荷重，耐力などを数値として記録
出力する。また、表示装置２０には、プリンタ１９と同
様のデータが表示されるとともに、処理プログラムなど
が表示される。

【００１１】次に、図３および図４に示すフローチャー
トを参照して供試体の破断検出動作を説明する。供試体
に対する引張試験が開始されると、図３および図４に示
す破断検出処理プログラムがスタートする。まず、供試
体に連続的に増加する引張荷重が加えられると、供試体
に負荷される荷重は荷重計１１により検出され、供試体
の伸びは伸び計１２により検出される。これらの荷重信
号および伸び信号はそれぞれの増幅器１３，１４により
増幅された後、それぞれのＡ−Ｄコンバ−タ１５，１６
に入力することにより、所定の周期でサンプリングさ
れ、デジタル信号に変換される。サンプリングされた荷
重データＷおよび伸びデータδはステップＳ１で順次制
御回路１７のＲＯＭ１７３に取り込まれる。

【００１２】次のステップＳ２では、制御回路１７に取
り込まれた現在の荷重データＷｎと、これより１つ前に
サンプリングした（単位時間ｔ前に測定した）荷重デー
タＷｎ_-1とを読み出す。次のステップＳ３では、（Ｗｎ
_-1）−Ｗｎ＝Δｗの演算を行うことにより、単位時間
（サンプリング周期）当りの荷重変化（荷重の減少量）
Δｗを求める。そして、次のステップＳ４において、供
試体が破断したと見なす単位時間当りの基準の荷重変化
量ｗとΔｗとを比較し、ｗ＜Δｗかを判定する。ｗ＜Δ
ｗであると判定されたときは、供試体が破断したと判断
してステップＳ６に進み、材料試験機を停止する。ま
た、ｗ＜Δｗでないと判定されたときはステップＳ５に
移行して現在の荷重データＷｎ＝０かを判定する。すな
わち、供試体が破断領域に達しているにも拘らず、荷重
変化量Δｗが基準変化量ｗ以上に達せずに荷重がゼロ付
近になったかを判断する。ここで、Ｗｎ＝０でないと判
定されたときはステップＳ２に戻り、ステップＳ２以下
の処理を繰り返す。また、Ｗｎ＝０であると判定された
ときはステップＳ６に進み、材料試験機を停止させて図
４に示す処理に移行する。なお、ステップＳ５からステ
ップＳ６に進むときの供試体の荷重−伸び曲線は図７に
示すグラフに相当する。

【００１３】図４は、図７あるいは図６に示すＳ−Ｓ曲
線をデータ記録時と逆にたどってくることにより、荷重
−伸びによる勾配を求め、この勾配変化が設定値以上に
なった点を破断点とする処理フローである。図４におい
て、ステップＳ７では、制御回路１７内にソフト的に構
成されるカウンタの内容をリセットする。その後、ステ
ップＳ８において、現在（最後に取り込んだ）の荷重デ
ータＷｎとこれに対応する伸びデータδｎ、およびこれ
より１つ前の前回の荷重データ（Ｗｎ_-1）とこれに対応
する伸びデータ（δｎ_-1）により勾配（αｎ_-c)を求め
る。すなわち、図１に示す荷重−伸び曲線上における荷
重データＷｎと伸びデータδｎとの交点Ｐｎと、荷重デ
ータ（Ｗｎ_-1）と伸びデータ（δｎ_-1）との交点Ｐｎ_-1
とを結ぶ線分Ｌｎの勾配（αｎ_-c)を算出する。

【００１４】次のステップＳ９では、前回の荷重データ
〔Ｗｎ−（₁＋ｃ）〕とこれに対応する伸びデータ〔δ
ｎ−（₁＋ｃ）〕、および前々回の荷重データ〔Ｗｎ−
（₂＋ｃ）〕とこれに対応する伸びデータ〔δｎ−（₂＋
ｃ）〕より勾配〔αｎ＋（₁＋ｃ）〕を求める。すなわ
ち、図１に示す荷重−伸び曲線上における交点Ｐｎ_-1と
Ｐｎ_-2とを結ぶ線分Ｌｎ_-1の勾配〔αｎ−（₁＋ｃ）〕
を算出する。そして、次のステップＳ１０におい、勾配
〔αｎ−ｃ〕と勾配〔αｎ−（₁＋ｃ）〕との角度差が
破断点と見なす勾配の基準角度差Δαより大きいか否か
を判定する。ここで、両勾配の角度差が基準角度差Δα
より大きいと判定されたときはステップＳ１１に進み、
供試体の破断点ＰをＰｎ_-1とし、そのときの荷重（Ｗｎ
_-1）を検出する。

【００１５】一方、ステップＳ１０において、否定され
た場合は、ステップＳ１２に進み、カウンタを＋１だけ
インクリメントする。そして、次のステップＳ１３にお
いて、検出回数が予め設定された回数ｘ（ｘ＜ｎ、ｎ：
試験による総検出回数）か否かを判定する。否定された
ときはステップＳ９に戻り、図１に示す荷重−伸び曲線
上の交点Ｐｎ_-2以前の荷重データおよび伸びデータから
求められる勾配について基準角度差Δαと順次比較し破
断点の検出処理を行う。また、検出回数が設定値ｘに達
しても破断点と見なされる勾配が検出できない場合は、
ステップＳ１４において、破断点ＰをＰｎとし、その荷
重Ｗｎを検出する。図５は、この場合の荷重曲線であ
る。

【００１６】このように本実施例においては、供試体に
連続的に増加する荷重を加え、このときの荷重および伸
びを荷重計および伸び計により破断域に達するまで測定
して荷重−伸び曲線を記録し、その後、荷重−伸び曲線
をその記録と逆にたどることにより、荷重−伸び曲線上
における各測定点の今回と前回の荷重および伸びデータ
から荷重−伸びの勾配を順次に求め、この順次求められ
る今回と前回の勾配の角度差が基準角度差以上かを判定
して破断点を検出できるようにしたので、荷重が徐々に
低下する延性に富む材質の供試体であっても、その破断
点を確実に、かつ容易に検出できるとともに、図７に示
す荷重−伸び曲線の供試体に適用すれば、その破断点
を、より精度よく検出することができる。また、図６に
示すような荷重−伸び曲線の供試体の破断点Ｐ２も、図
３，４の処理により同様に検出できる。さらに上記実施
例では、引張試験について述べたが、曲げ試験（荷重−
撓み）、圧縮試験（荷重−歪）等においても適用でき
る。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、供
試体に負荷される荷重およびこれによる供試体の変位を
破断まで計測して荷重−変位曲線を記録し、この荷重−
変位曲線をその記録と逆にたどることにより、荷重−変
位曲線上における各計測点の今回と前回の荷重および変
位から荷重−変位の勾配を順次求め、この順次求められ
る今回と前回の勾配の角度差が設定値以上のときにその
測定点が破断点として判定するようにしたので、破断領
域での荷重が徐々に低下する材質の供試体であっても、
その破断点を精度よく容易に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による破断点検出方法を説明する図であ
る。

【図２】本発明方法による供試体の破断点検出システム
の全体構成を示すブロック図である。

【図３】本実施例における破断点の検出手順を示すフロ
ーチャートである。

【図４】本実施例における破断点の検出手順を示すフロ
ーチャートである。

【図５】急激な勾配が見つけられなかった場合の荷重−
伸び曲線を示すグラフである。

【図６】材料試験機の荷重−伸び曲線の一例を示すグラ
フである。

【図７】材料試験機の荷重−伸び曲線の他の例を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１１荷重計１２伸び計１５，１６Ａ−Ｄコンバ−タ１７制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】供試体に負荷される荷重と供試体の変位
をそれぞれ検出し、前記検出された荷重および変位を破
断まで計測して荷重−変位曲線を記録し、この荷重−変
位曲線から破断点を検出する破断点検出方法において、
前記荷重−変位曲線をその記録と逆にたどることによ
り、荷重−変位曲線上における各計測点の今回と前回の
荷重−変位から荷重−変位の勾配を順次求め、この順次
求められる今回と前回の勾配の角度差を算出し、この角
度差が設定値以上のときにその計測点を破断点として判
定するようにしたことを特徴とする供試体の破断点検出
方法。