JPH0735668A - 超音波振動式疲労試験機 - Google Patents

超音波振動式疲労試験機

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JPH0735668A
JPH0735668A JP5199053A JP19905393A JPH0735668A JP H0735668 A JPH0735668 A JP H0735668A JP 5199053 A JP5199053 A JP 5199053A JP 19905393 A JP19905393 A JP 19905393A JP H0735668 A JPH0735668 A JP H0735668A
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ultrasonic vibration
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 材料疲労が短時間で、しかも広範な温度領域
で測定できる疲労試験機の提供。 【構成】 試験片保持具4は、温度調整可能な雰囲気炉
7内に配置され、この試験片保持具に支持される試験片
5は、超音波振動するホ−ン1から荷重および振動が付
与される。試験片5に発生した機械的振動は、導波体6
に伝達され、この導波体6の炉外端では、常温維持に温
度調整されるとともに、AEセンサ9によって電気信号
に変換される。AEセンサ9に接続された波形モニタ1
0によって、材料疲労が表示され、記録される。疲労状
態の解析および試験の継続有無の判定は、電算ユニット
11により行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波振動式疲労試験
機に関し、特に、金属、セラミックス、高分子等の各種
固体材料の疲労強度を広範囲な温度範囲にわたって短時
間で測定できるようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の振動式疲労試験機は、5
00Hz以下の低周波式に限定され、しかも、常温測定
におけるもののみであった。また、低周波式であるた
め、繰返し数が106以上となるもので、測定には長時
間を要するものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このようなことから、
振動式疲労試験機では、測定温度領域の拡大および短時
間測定を可能とした材料疲労試験機の開発が問題点にな
っていた。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の点に鑑
みなされたもので、試験片保持具に支持された試験片に
は、超音波振動するホ−ンによって荷重および振動が与
えられるように構成したものであり、また、試験片保持
具が温度調整可能な雰囲気炉内に配置されるように構成
したものである。
【0005】また、この試験片保持具には、導波体が設
けられ、この導波体の炉外端では、常温に調整されると
ともに、試験片からの機械的振動を電気信号に変換する
ためのAEセンサおよびこれに接続される波形モニタが
備えられるように構成したものである。この場合、波形
モニタには、電算ユニットが接続されることにより、解
析能力を高めたり、試験継続の有無を判定することがで
きるものである。
【0006】
【作用】本発明の超音波振動式疲労試験機は、試験片に
は、超音波振動するホ−ンによって荷重および振動が付
与されることから、材料疲労が短時間で発生するもので
ある。
【0007】また、試験片を支持する試験片保持具は、
温度調整可能な雰囲気炉内に配置されることから、広範
囲な温度領域に適用できるものである。
【0008】さらに、試験片の疲労状態は、炉外端で常
温維持された導波体に具備されたAEセンサによって、
電気信号として伝達され、波形モニタによって表示、記
録されるとともに、電算ユニットによって解析され、ま
た、試験継続の有無が判定される。
【0009】
【実施例】以下、本発明超音波振動式疲労試験機の一実
施例について、図を参照しながら説明する。
【0010】図1において、1は、超音波振動する上下
動可能なホ−ンであり、このホ−ン1の超音波振動は、
圧電送信子2からブ−スタ−3を介して与えられる。そ
して、このホ−ン1は、高靭性、耐熱性および耐寒性の
ある材料からなり、試験片保持具4に取付けた試験片5
に対して荷重および振動を与える。したがって、この試
験片5は、ホ−ン1からの超音波振動により共振させら
れ、荷重負荷から、材料疲労が短時間で発生する。そし
て、図1は、全長Lを有する試験片5に対して、三点曲
げ型による場合が例示されている。すなわち、試験片5
は、支持長さlで試験片保持具4によって両端支持さ
れ、その中央には、超音波振動する前記ホ−ン1によっ
て集中荷重が付与される。なお、超音波振動は、その振
幅が最大100μm程度であり、共振条件は、試験片5
の形状、密度、断面二次モ−メントを用いて計算できる
ものである。そして、ホ−ン1の振動および荷重による
疲労曲線は、負荷荷重の関数となる。
【0011】前記試験片保持具4は、高靭性、耐熱性お
よび耐寒性のある超硬合金、SiC,Si34、Ni基
超合金などから作製されるもので、端部には、導波体6
が設けられている。そして、この試験片保持具4は、試
験片5の使用温度条件に適合できるように温度調整可能
な雰囲気炉7内に配置される。また、前記導波体6は、
金属製またはセラミックス製からなり、導波体6の炉外
端には、常温を維持する温度調節器8が設けられてい
る。導波体6の炉外端で常温維持としたのは、前記AE
センサ9が雰囲気炉7からの熱伝導による影響を受けな
いようにしたものである。したがって、温度調節器8
は、雰囲気炉7が高温雰囲気であれば水冷ジャケット、
低温雰囲気であれば加熱器が適用される。そして、常温
維持された導波体6の炉外端には、試験片5からの機械
的振動などを電気信号に変換するAEセンサ9が備えら
れる。
【0012】前記雰囲気炉7の温度調整は、液体窒素温
度から1500℃までの温度領域が考えられ、これは、
クライオスタットおよび加熱装置の適用により容易に得
られる。また、この雰囲気炉7の雰囲気は、1気圧から
5気圧までの空気、窒素、アルゴン、ヘリウム等のガス
および10-4Torrまでの真空に維持できることが好
ましい。これも、試験片5に適用された材料の使用環境
条件からの配慮である。
【0013】また、前記AEセンサ9には、超音波の周
波数、振幅、電力を監視し、異常時の発振停止信号を出
す波形モニタ10が接続され、疲労状態が表示、記録さ
れる。そして、この波形モニタ10には、材料疲労の解
析能を高める電算ユニット11が接続される。この電算
ユニット11は、例えばパソコン11a、ディスプレイ
11bおよびプリンタ11cから構成される。
【0014】図2は、片持ち梁型の疲労試験機における
変形例を示したもので、試験片5は、突出し長さlで、
試験片保持具4に支持され、超音波振動する前記ホ−ン
1によって荷重および振動が付与される。そして、試験
片5からの機械的振動は、導波体6からAEセンサ9に
伝達されるとともに、電気信号に変換されて、波形モニ
タ10に表示され、記録される。また、電算ユニット1
1によって、演算処理、解析され、または、電算ユニッ
ト11によって、試験継続の有無の判定がなされる。そ
して、測定結果は、がプリンタ11cから、プリントア
ウトされる。
【0015】次に、本発明超音波振動式疲労試験機によ
り、図1に示される三点曲げ型による材料疲労試験を行
なった例について説明する。
【0016】試験片5は、Si34系セラミックスで、
幅4mm×厚さ3mm×長さ33mmの形状を有し、常
温および600℃における疲労曲線A,Bをそれぞれ求
めた。この結果は、図3に示されるが、いずれも材料破
壊まで2分以内であった。なお、ホ−ン1は、材質がT
i合金で、荷重については、1〜100の範囲で変動さ
せ、また、振動条件は、周波数=17.7KH z、振幅
=90μmに設定した。
【0017】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、試験片
5には、超音波振動するホ−ン1により、荷重および振
動が付与されるように構成したことから、試験片5の疲
労が短時間で測定できるものである。また、試験片5
は、所定の温度に調整された雰囲気炉7内で測定される
ことから、使用条件に一致する疲労が測定できるもので
ある。さらに、試験片5の測定は、AEセンサ9、波形
モニタ10および電算ユニット11によって行なわれる
ことから、解析能も十分高められるという利点を有す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明超音波振動式疲労試験機の一実施例を示
す概念的な説明図、
【図2】他の実施例を示す同じく概念的な説明図、
【図3】図1に示された試験機により得られた疲労曲線
図。
【符号の説明】
1 ホ−ン 4 試験片保持具 5 試験片 6 導波体 7 雰囲気炉 8 温度調節器 9 AEセンサ 10 波形モニタ 11 電算ユニット

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試験片保持具4に支持された試験片5に
    は、超音波振動するホ−ン1によって荷重及び振動が与
    えられ、これに伴って、この試験片5の疲労を測定する
    ようにした超音波振動式疲労試験機において、 導波体6を備えた前記試験片保持具4は、温度調整可能
    な雰囲気炉7に配置されるとともに、常温維持に温度調
    整されている前記導波体6の炉外端には、試験片5から
    の機械的振動を電気信号に変換するAEセンサ9が備え
    られ、このAEセンサ9に接続された波形モニタ10に
    よって前記試験片5の疲労が測定されるようにしたこと
    を特徴とする超音波振動式疲労試験機。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載された波形モニタ10に
    は、電算処理ユニット11が接続されている請求項1記
    載の超音波振動式疲労試験機。
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