JPH0579960A - 画像データを用いた破壊靱性測定装置 - Google Patents
画像データを用いた破壊靱性測定装置Info
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- JPH0579960A JPH0579960A JP26871991A JP26871991A JPH0579960A JP H0579960 A JPH0579960 A JP H0579960A JP 26871991 A JP26871991 A JP 26871991A JP 26871991 A JP26871991 A JP 26871991A JP H0579960 A JPH0579960 A JP H0579960A
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 シェブロン型以外の任意形状のノッチを有す
る試験片であっても破壊靱性を正確に測定し得る破壊靱
性測定装置を提供することを目的とする。 【構成】 曲げ試験により破断された試験片のノッチが
施された破断面２の形状を画像データとして読み取るた
めの画像データ読取装置３と、該画像データ読取装置３
で読み取られた破断面２の形状を複数の微小区分に区分
して解析することにより破断面２の形状係数Ｙ* を求め
て破壊靱性ＫICを算出する演算処理装置とから構成され
ている。
る試験片であっても破壊靱性を正確に測定し得る破壊靱
性測定装置を提供することを目的とする。 【構成】 曲げ試験により破断された試験片のノッチが
施された破断面２の形状を画像データとして読み取るた
めの画像データ読取装置３と、該画像データ読取装置３
で読み取られた破断面２の形状を複数の微小区分に区分
して解析することにより破断面２の形状係数Ｙ* を求め
て破壊靱性ＫICを算出する演算処理装置とから構成され
ている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は脆性材料の破壊靭性を適
切に測定し得る画像データを用いた破壊靱性測定装置に
関する。
切に測定し得る画像データを用いた破壊靱性測定装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、破壊靱性の測定手段としては、シ
ェブロンノッチ法（ＣＮ法）が既知である。かかるＣＮ
法は、図７に示すように、矩形断面を有する試験片１に
シェブロンノッチ２Ａを設け、ポンチ８及びダイ９によ
り３点または４点曲げ試験をし、その最大荷重Ｐ max
と、亀裂進展に伴い変化するノッチ断面の形状係数Ｙ*
の最小値Ｙ*min、及び試験片の矩形断面の幅Ｂ、高さＡ
により破壊靱性ＫICを決定するものである。このＣＮ法
は、亀裂長さを測定する必要がなく、最大荷重Ｐ maxを
測定するだけでよいという利点がある。
ェブロンノッチ法（ＣＮ法）が既知である。かかるＣＮ
法は、図７に示すように、矩形断面を有する試験片１に
シェブロンノッチ２Ａを設け、ポンチ８及びダイ９によ
り３点または４点曲げ試験をし、その最大荷重Ｐ max
と、亀裂進展に伴い変化するノッチ断面の形状係数Ｙ*
の最小値Ｙ*min、及び試験片の矩形断面の幅Ｂ、高さＡ
により破壊靱性ＫICを決定するものである。このＣＮ法
は、亀裂長さを測定する必要がなく、最大荷重Ｐ maxを
測定するだけでよいという利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のシェブロンノッチ法では、試験片に施されるノッチ
形状が、図８に示すようなシェブロン型に限定されてお
り、これ以外の比較的加工が容易な他のノッチ形状につ
いては対応できないという難点があった。本発明は、上
記従来の難点を解消し、シェブロン型以外のノッチを有
する試験片であっても破壊靱性を正確に測定し得る破壊
靱性測定装置を提供することを目的としている。
来のシェブロンノッチ法では、試験片に施されるノッチ
形状が、図８に示すようなシェブロン型に限定されてお
り、これ以外の比較的加工が容易な他のノッチ形状につ
いては対応できないという難点があった。本発明は、上
記従来の難点を解消し、シェブロン型以外のノッチを有
する試験片であっても破壊靱性を正確に測定し得る破壊
靱性測定装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に提案された本発明に係る画像データを用いた破壊靱性
測定装置は、曲げ試験により破断された試験片のノッチ
が施された破断面の形状を画像データとして読み取るた
めの画像データ読取装置と、該画像データ読取装置で読
み取られた破断面の形状を複数の微小区分に区分して解
析することにより破断面の形状係数を求めて破壊靱性を
算出する演算処理装置とから構成されている。
に提案された本発明に係る画像データを用いた破壊靱性
測定装置は、曲げ試験により破断された試験片のノッチ
が施された破断面の形状を画像データとして読み取るた
めの画像データ読取装置と、該画像データ読取装置で読
み取られた破断面の形状を複数の微小区分に区分して解
析することにより破断面の形状係数を求めて破壊靱性を
算出する演算処理装置とから構成されている。
【０００５】
【作用】上記構成を特徴とする画像データを用いた破壊
靱性測定装置においては、曲げ試験により破断された試
験片のノッチが施された破断面の形状を、画像データ読
取装置で読み取った後に、当該画像データに基づいて破
断面の形状を演算処理装置で複数の微小区分に区分して
その形状係数を求めることができる。而して、かかる微
小区分に区分する解析手法によれば、ノッチ破断面は各
微小区分の集合として考えられるから、ノッチ形状がシ
ェブロン型以外の任意の形状のノッチであっても、読み
込んだ画像データを解析することによってその全体の形
状係数は各微小区分毎に求められる所定の数値から算出
できる。従って、演算処理装置は当該形状係数に基づ
き、試験片のノッチ形状を問うことなく、試験片の破壊
靱性を算出することができる。
靱性測定装置においては、曲げ試験により破断された試
験片のノッチが施された破断面の形状を、画像データ読
取装置で読み取った後に、当該画像データに基づいて破
断面の形状を演算処理装置で複数の微小区分に区分して
その形状係数を求めることができる。而して、かかる微
小区分に区分する解析手法によれば、ノッチ破断面は各
微小区分の集合として考えられるから、ノッチ形状がシ
ェブロン型以外の任意の形状のノッチであっても、読み
込んだ画像データを解析することによってその全体の形
状係数は各微小区分毎に求められる所定の数値から算出
できる。従って、演算処理装置は当該形状係数に基づ
き、試験片のノッチ形状を問うことなく、試験片の破壊
靱性を算出することができる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明に係る破壊靱性測定装置の一実
施例について図面を参照して説明する。図１は全体の概
略構成を示す説明図である。先ず試験片１のノッチの破
断面２の形状を画像データとして読み取るための画像デ
ータ読取装置３は、図７に示す如き曲げ試験が完了して
テーブル５上に載置された試験片１の破断面２をモニタ
ーして画像データに変換するカメラ３ａを具備し、その
後段にはカメラ３ａから画像データを受信して破断面２
の形状を測定する画像処理装置３ｂが接続されている。
画像データ読取装置３には表示装置４ａを備えた演算処
理装置４が接続されているが、当該演算処理装置４は画
像データ読取装置３で読み取り測定された破断面２の形
状に関する画像データを演算処理して、後述する手法で
破断面２の形状係数Ｙ* を解析し、最大荷重Ｐ max、及
び試験片形状から最終的な破壊靭性ＫICの数値を算出し
て、表示装置４ａに表示すべく構成されたものである。
施例について図面を参照して説明する。図１は全体の概
略構成を示す説明図である。先ず試験片１のノッチの破
断面２の形状を画像データとして読み取るための画像デ
ータ読取装置３は、図７に示す如き曲げ試験が完了して
テーブル５上に載置された試験片１の破断面２をモニタ
ーして画像データに変換するカメラ３ａを具備し、その
後段にはカメラ３ａから画像データを受信して破断面２
の形状を測定する画像処理装置３ｂが接続されている。
画像データ読取装置３には表示装置４ａを備えた演算処
理装置４が接続されているが、当該演算処理装置４は画
像データ読取装置３で読み取り測定された破断面２の形
状に関する画像データを演算処理して、後述する手法で
破断面２の形状係数Ｙ* を解析し、最大荷重Ｐ max、及
び試験片形状から最終的な破壊靭性ＫICの数値を算出し
て、表示装置４ａに表示すべく構成されたものである。
【０００７】次に、破壊靱性測定の実際のデータ処理を
説明すると、先ず図２に示すような任意の形状のノッチ
が形成された試験片１の破断面２が画像データ読取装置
３で読み取られて、その形状が測定されると、当該破断
面２の形状は演算処理装置４で複数ｎ個の微小区分に区
分される。ここで、このうち一つの区分（スライスモデ
ル）を取り出せば、当該区分は幅△Ｚで、傾きΦの形状
をしたノッチ破断面として仮定でき、スライスモデルに
おける有効板厚を決定する所定の係数ｋ（後述する）を
各スライス区分毎に求めることができる。ノッチ破断面
全体は、これら幅△Ｚの各スライス区分の集合した断面
として捉えることができ、ノッチ破断面がシェブロン型
以外であっても、その形状係数Ｙ* を算出可能である。
すなわち、これらの点を更に解り易くするために破壊靭
性の算出に至る一連の解析を具体的に説明すると、先ず
図３に示すように、亀裂がａまで進展したときの亀裂長
さｂは、α＝ａ／Ａの関数として表され、 ｂ＝ｆ（α) である。また、この亀裂をΔａだけ進展させるのに必要
なエネルギ−ΔＵは次式で表される。 ΔＵ＝（Ｐ2／２Ａ）（ｄｃ／ｄα）Δａ さらに、亀裂面積をΔＤ＝ｂ・Δａだけ増大させるのに
必要なエネルギ−ΔＶは、次式で表される。 ΔＶ＝［（１−ν2）ＫI 2／Ｅ］ｂ・Δａ 亀裂進展中に、加えられた荷重Ｐが、全て亀裂進展に使
用されたとすると、ΔＵ＝ΔＶであるから、応力拡大係
数ＫI は、数１に示すものとなる。
説明すると、先ず図２に示すような任意の形状のノッチ
が形成された試験片１の破断面２が画像データ読取装置
３で読み取られて、その形状が測定されると、当該破断
面２の形状は演算処理装置４で複数ｎ個の微小区分に区
分される。ここで、このうち一つの区分（スライスモデ
ル）を取り出せば、当該区分は幅△Ｚで、傾きΦの形状
をしたノッチ破断面として仮定でき、スライスモデルに
おける有効板厚を決定する所定の係数ｋ（後述する）を
各スライス区分毎に求めることができる。ノッチ破断面
全体は、これら幅△Ｚの各スライス区分の集合した断面
として捉えることができ、ノッチ破断面がシェブロン型
以外であっても、その形状係数Ｙ* を算出可能である。
すなわち、これらの点を更に解り易くするために破壊靭
性の算出に至る一連の解析を具体的に説明すると、先ず
図３に示すように、亀裂がａまで進展したときの亀裂長
さｂは、α＝ａ／Ａの関数として表され、 ｂ＝ｆ（α) である。また、この亀裂をΔａだけ進展させるのに必要
なエネルギ−ΔＵは次式で表される。 ΔＵ＝（Ｐ2／２Ａ）（ｄｃ／ｄα）Δａ さらに、亀裂面積をΔＤ＝ｂ・Δａだけ増大させるのに
必要なエネルギ−ΔＶは、次式で表される。 ΔＶ＝［（１−ν2）ＫI 2／Ｅ］ｂ・Δａ 亀裂進展中に、加えられた荷重Ｐが、全て亀裂進展に使
用されたとすると、ΔＵ＝ΔＶであるから、応力拡大係
数ＫI は、数１に示すものとなる。
【数１】 数１において、Ｅはヤング率、νはポアソン比、Ｃはコ
ンプライアンス。Ｃ′は無次元化されたコンプライアン
スで、Ｃ' ＝Ｂ・Ｅ・Ｃ／（１−ν）2 である。この式
のカッコをまとめれば、形状係数Ｙ* は、 Ｙ* ＝｛(1/2b)( ｄＣ' ／ｄα｝1/2 ・・・・・（１） Ｙ* を用いてＫI を表すと、次式となる。 ＫI ＝Ｐ・Ｙ*／(Ａ・Ｂ）1/2 破壊靱性ＫICは、荷重Ｐが最大で形状係数Ｙ* が最小の
ときのＫI と等しいから、ＫICは、次式で得られる。 ＫIC＝（Ｐmax・Ｙ*min）／（Ａ・Ｂ）1/2 ・・・・・（２）
ンプライアンス。Ｃ′は無次元化されたコンプライアン
スで、Ｃ' ＝Ｂ・Ｅ・Ｃ／（１−ν）2 である。この式
のカッコをまとめれば、形状係数Ｙ* は、 Ｙ* ＝｛(1/2b)( ｄＣ' ／ｄα｝1/2 ・・・・・（１） Ｙ* を用いてＫI を表すと、次式となる。 ＫI ＝Ｐ・Ｙ*／(Ａ・Ｂ）1/2 破壊靱性ＫICは、荷重Ｐが最大で形状係数Ｙ* が最小の
ときのＫI と等しいから、ＫICは、次式で得られる。 ＫIC＝（Ｐmax・Ｙ*min）／（Ａ・Ｂ）1/2 ・・・・・（２）
【０００８】従って、破壊靱性ＫICを求めるには、上記
式（１）の形状係数Ｙ* を求めればよいが、このＹ* は
コンプライアンスＣを計算することにより決定でき、本
発明では以下の如く解析される。先ず、試験片断面を板
厚△Ｚの微小幅でｎ個に区分すると、クラックのストレ
ート部にｍ個、傾斜部に（ｎ−ｍ）個のスライス区分が
存在する。そして、各スライス区分のコンプライアンス
ＣS は、クラックの長さをＸ、板厚を△Ｚ＝Ｂ／ｎ、ξ
＝ｘ／Ａより、 ＣS （ξ）＝Ｃ（ξ）（Ｂ／△Ｚ） ・・・・・（３） となる。ここで、Ｃ（ξ）は、板厚Ｂ、相対クラック長
さξ、スパンＳにおけるストレートスルークラックのコ
ンプライアンスである。しかし、傾斜部ではスライス相
互のせん断力の影響を受けるため板厚を有効板厚に換算
する必要があり、そのためには、次式を適用すればよ
い。 ＣS （ξ）＝Ｃ（ξ）（Ｂ／△Ｚ’） ・・・・・（４） 但し、△Ｚ’＝ｋ△Ｚである。ｋは各スライスの傾斜角
φに左右される数値で、実験式の値として求められ、そ
の具体的な値は、数２に示す通りである。
式（１）の形状係数Ｙ* を求めればよいが、このＹ* は
コンプライアンスＣを計算することにより決定でき、本
発明では以下の如く解析される。先ず、試験片断面を板
厚△Ｚの微小幅でｎ個に区分すると、クラックのストレ
ート部にｍ個、傾斜部に（ｎ−ｍ）個のスライス区分が
存在する。そして、各スライス区分のコンプライアンス
ＣS は、クラックの長さをＸ、板厚を△Ｚ＝Ｂ／ｎ、ξ
＝ｘ／Ａより、 ＣS （ξ）＝Ｃ（ξ）（Ｂ／△Ｚ） ・・・・・（３） となる。ここで、Ｃ（ξ）は、板厚Ｂ、相対クラック長
さξ、スパンＳにおけるストレートスルークラックのコ
ンプライアンスである。しかし、傾斜部ではスライス相
互のせん断力の影響を受けるため板厚を有効板厚に換算
する必要があり、そのためには、次式を適用すればよ
い。 ＣS （ξ）＝Ｃ（ξ）（Ｂ／△Ｚ’） ・・・・・（４） 但し、△Ｚ’＝ｋ△Ｚである。ｋは各スライスの傾斜角
φに左右される数値で、実験式の値として求められ、そ
の具体的な値は、数２に示す通りである。
【数２】 他方、幅ｂのフラットな部分では、△Ｚ＝ｂ／ｍ、ξ＝
αであるから、上記式（３）は次のようになる。 ＣS （α）＝Ｃ（α）（Ｂ／ｂ）ｍ ・・・・・（５） ここで、Ｃ（α）も上記Ｃ（ξ）と同様にストレートス
ルークラックのコンプライアンスである。これら式
（４）（５）により、ｎ個に区分されたスライス区分の
全てについてコンプライアンスを算出でき、また破断面
２の全体としての１／Ｃ’は、数３の通りとなる。
αであるから、上記式（３）は次のようになる。 ＣS （α）＝Ｃ（α）（Ｂ／ｂ）ｍ ・・・・・（５） ここで、Ｃ（α）も上記Ｃ（ξ）と同様にストレートス
ルークラックのコンプライアンスである。これら式
（４）（５）により、ｎ個に区分されたスライス区分の
全てについてコンプライアンスを算出でき、また破断面
２の全体としての１／Ｃ’は、数３の通りとなる。
【数３】 従って、これらコンプライアンスはノッチ破断面の具体
的形状を問わず求めることができることとなる。尚、ス
トレートスルークラックのコンプライアンスを数４に、
ノッチやクラックのないときのコンプライアンスＣ0を
数５に示す。
的形状を問わず求めることができることとなる。尚、ス
トレートスルークラックのコンプライアンスを数４に、
ノッチやクラックのないときのコンプライアンスＣ0を
数５に示す。
【数４】
【数５】 以上のようにしてコンプライアンスが求められた後は、
式（１）によりノッチ破断面２の全体についての形状係
数Ｙ* が簡単に求められ、演算処理装置４はかかる手法
により形状係数Ｙ* を算出した後、式（２）によって最
終的な破壊靱性ＫICの値を算出し、その測定が終了す
る。
式（１）によりノッチ破断面２の全体についての形状係
数Ｙ* が簡単に求められ、演算処理装置４はかかる手法
により形状係数Ｙ* を算出した後、式（２）によって最
終的な破壊靱性ＫICの値を算出し、その測定が終了す
る。
【０００９】尚、曲げ試験で得られる荷重〜変位曲線を
図４に、形状係数Ｙ*とαの関係を図５に示す。また、
図６は本発明が適用できるノッチ形状の他の具体例を示
すが、本発明はこれらの形状に限定されるものではな
い。
図４に、形状係数Ｙ*とαの関係を図５に示す。また、
図６は本発明が適用できるノッチ形状の他の具体例を示
すが、本発明はこれらの形状に限定されるものではな
い。
【００１０】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
係る画像データを用いた破壊靱性測定装置によれば、試
験片に施されるノッチがシェブロン型以外の任意の形状
のノッチであっても、試験片の破壊靱性を正確に測定で
きるという優れた効果が得られる。また、本発明では試
験片の破断面の形状を画像データを用いて演算処理する
ことによりデ−タ処理するため、迅速な解析が可能とな
る利点もある。
係る画像データを用いた破壊靱性測定装置によれば、試
験片に施されるノッチがシェブロン型以外の任意の形状
のノッチであっても、試験片の破壊靱性を正確に測定で
きるという優れた効果が得られる。また、本発明では試
験片の破断面の形状を画像データを用いて演算処理する
ことによりデ−タ処理するため、迅速な解析が可能とな
る利点もある。
【図１】本発明に係る画像データを用いた破壊靱性測定
装置の一実施例を示す説明図。
装置の一実施例を示す説明図。
【図２】試験片のノッチ破断面を示す正面図。
【図３】試験片の亀裂進展中のノッチ断面を示す正面
図。
図。
【図４】曲げ試験時の荷重−変位曲線線図。
【図５】ノッチ破断面の形状係数Ｙ*とαの関係を示す
説明図。
説明図。
【図６】試験片に形成されるノッチ形状の他の例を示す
断面図。
断面図。
【図７】破壊靭性測定における曲げ試験を示す斜視図。
【図８】シェブロン型のノッチを示す試験片の説明図。
１ 試験片 ２ 破断面 ３ 画像データ読取装置 ３ａ カメラ ３ｂ 画像データ処理装置 ４ 演算処理装置 ４ａ 表示装置
Claims (1)
- 【請求項１】 曲げ試験により破断された試験片のノ
ッチが施された破断面の形状を画像データとして読み取
るための画像データ読取装置と、該画像データ読取装置
で読み取られた破断面の形状を複数の微小区分に区分し
て解析することにより破断面の形状係数を求めて破壊靱
性を算出する演算処理装置とから構成されてなることを
特徴とする画像データを用いた破壊靱性測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26871991A JPH0579960A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 画像データを用いた破壊靱性測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26871991A JPH0579960A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 画像データを用いた破壊靱性測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0579960A true JPH0579960A (ja) | 1993-03-30 |
Family
ID=17462403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26871991A Withdrawn JPH0579960A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 画像データを用いた破壊靱性測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0579960A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9917222B2 (en) | 2011-09-30 | 2018-03-13 | Bengbu Design & Research Institute For Glass Industry | Frameless solar module with mounting holes |
-
1991
- 1991-09-19 JP JP26871991A patent/JPH0579960A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9917222B2 (en) | 2011-09-30 | 2018-03-13 | Bengbu Design & Research Institute For Glass Industry | Frameless solar module with mounting holes |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981203 |