JPH1010027A - 被測定物の弾性定数及び減衰比の測定方法 - Google Patents

被測定物の弾性定数及び減衰比の測定方法

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JPH1010027A
JPH1010027A JP16701196A JP16701196A JPH1010027A JP H1010027 A JPH1010027 A JP H1010027A JP 16701196 A JP16701196 A JP 16701196A JP 16701196 A JP16701196 A JP 16701196A JP H1010027 A JPH1010027 A JP H1010027A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定物の弾性定数の測定方法に関するもの
で、予め定形の試験片を作成することが材料本来の特性
を失う時、あるいは定形の試験片を作成することが困難
な材料の弾性定数の測定に有効なものである。 【解決手段】 被測定物1を押圧具4により一定の静荷
重Fで部分的に一方向に押し、その際の前記被測定物1
の変形に伴う前記押圧具4の移動停止距離Xoを測定
し、前記被測定物1および押圧具4の形状、押圧具4の
弾性定数、前記静荷重の値Fなど所定の値を入力して作
成された解析モデルに、暫定的な被測定物の弾性定数を
順次変化せしめて入力し、有限要素法による構造解析プ
ログラムでの前記解析モデルにおける押圧具の移動停止
距離を算出し、その算出された停止距離と前記の測定さ
れた移動停止距離Xo とが近似した際の、前記暫定的な
被測定物の弾性定数を前記被測定物の弾性係数とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物の弾性定
数と減衰比の測定方法に関するもので、工業製品の原
料、加工食品、農産物、水産練り製品、化粧品、医薬
品、高分子などの分野において、日本工業規格で決めら
れた引張り試験あるいは曲げ試験による弾性定数および
減衰比の測定のように、予め定型の試験片を作成する事
が材料本来の特性を失う時、あるいは定型の試験片を作
成する事が困難な材料の弾性定数および減衰比の測定に
有効なものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、金属及びプラスチックなどの
工業材料の弾性定数および減衰比を測定する方法として
は、日本工業規格に定められた方法がある。この方法
は、測定に先立ち被測定物を予め定められた所定の形状
に加工する必要があるが、比較的容易に弾性定数および
減衰比を測定することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年、果実の完
熟度は果肉の減衰比及び弾性定数と強い相関を有するこ
とが解明されている。この果実の完熟度を果肉の減衰比
及び弾性定数を測定することにより推測せんとする場
合、前述の日本工業規格の測定方法では、果実では定型
試験片を作成する事が困難であり、また、測定しようと
する果実を損傷させることとなる。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、この果肉のよ
うに定型試験片を作成する事が困難なものにおいても、
定型試験片を作成することなく弾性定数あるいは減衰比
を測定せんとするもので、本発明の減衰比及び弾性定数
の測定方法は、静荷重による被測定物の変形と内部応力
の時間変化を測定し、有限要素法を用いたコンピュータ
シミュレーションにより被測定物の弾性定数と減衰比を
測定せんとするものである。
【0005】本発明によれば、被測定物を特別な試験片
に加工する必要が無く、弾性定数と減衰比を一度に解析
測定でき、前述の果実の弾性定数と減衰比の測定にも適
用できるものである。また、有限要素法では解析モデル
を層構造にすれば各層毎の弾性定数と減衰比の入力が可
能な事から被測定物の内部の弾性定数と減衰比が一様で
ない事例にも有効であり、任意形状の材料全般の弾性定
数および減衰比の測定も可能である。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、被測定物を押圧具により一定の静荷重で部分的に一
方向に押し、その際の前記被測定物の変形に伴う前記押
圧具の移動距離を移動が停止するまで経過時間毎に順次
測定し、前記被測定物および押圧具の形状、被測定物と
押圧具の接触位置、押圧具の弾性定数、前記静荷重の値
など所定の値を入力して作成された第1の解析モデル
に、暫定的な被測定物の弾性定数を入力し、有限要素法
による構造解析プログラムでの前記第1の解析モデルに
おける押圧具の移動停止距離を算出し、その算出された
移動停止距離と前記の測定された移動停止距離とが近似
するまで、前記の暫定的な弾性定数を変化せしめ、近似
した際の弾性定数を前記被測定物の弾性定数と確定する
ことを特徴とする被測定物の弾性定数の測定方法であ
り、被測定物を特別な試験片に加工する必要が無く、前
述の果実の弾性定数の測定にも適用できるものである。
【0007】本発明の請求項2に記載の発明は、被測定
物を押圧具により一定の静荷重で部分的に一方向に押
し、その際の前記被測定物の変形に伴う前記押圧具の移
動距離を移動が停止するまで経過時間毎に順次測定し、
前記被測定物および押圧具の形状、被測定物と押圧具の
接触位置、押圧具の弾性定数、前記静荷重の値など所定
の値を入力して作成された第1の解析モデルに、暫定的
な被測定物の弾性定数を入力し、有限要素法による構造
解析プログラムでの前記第1の解析モデルにおける押圧
具の移動停止距離を算出し、その算出された移動停止距
離と前記の測定された移動停止距離とが近似するまで、
前記の暫定的な弾性定数を変化せしめ、近似した際の暫
定的な弾性定数を前記被測定物の弾性定数と確定し、前
記第1の解析モデルに被測定物の比重と確定された弾性
定数と暫定的な減衰比、押圧具の比重と減衰比など所定
の値を追加した振動解析の為の第2の解析モデルを作成
し、有限要素法による振動解析プログラムで前記第2の
解析モデルにおける押圧具の経過時間毎の移動距離を算
出し、その算出された移動距離の変位と前記の測定され
た移動距離の変位が近似するまで、前記の暫定的な減衰
比を変化せしめ、近似した際の暫定的な減衰比を前記被
測定物の減衰比と確定することを特徴とした被測定物の
弾性定数および減衰比の測定方法である。
【0008】この発明によれば、被測定物を特別な試験
片に加工する必要が無く、弾性定数と減衰比を一度に解
析測定でき、前述の果実の弾性定数と減衰比の測定にも
適用できるものである。
【0009】また、有限要素法では解析モデルを層構造
にすれば各層毎の弾性定数と減衰比の入力が可能な事か
ら被測定物の内部の弾性定数と減衰比が一様でない事例
にも有効であり、任意形状の材料全般の弾性定数および
減衰比の測定も可能である。
【0010】以下、請求項1および請求項2に記載され
た本発明の実施形態について、図1から図3を用いて説
明する。図1は本発明の弾性定数および減衰比の測定方
法の実施形態の概要を模式的に示したもので、受け皿1
3上に置かれた被測定物1に荷重負荷器4が接触した状
態を測定の開始時刻t=0とし、静荷重値Fにより、時
刻がt1の時の被測定物1の変形量がX1、時刻がt2
の時の被測定物の変形量がX2になり、充分な時間を経
過すると被測定物の変位量はX0に収束する時刻歴応答
を表している。図2においては、図1の時刻歴応答をグ
ラフ化したもので、減衰比が大きくなるほど変形量がX
0に収束するまでの所要時間が長くなる事から、有限要
素法による解析モデルにおいて減衰比を0から連続的に
変化させた計算を行い測定結果と解析結果が一致する減
衰比を求める。
【0011】また、X0の大きさは被測定物1の弾性定
数と静荷重Fで決定される事から、有限要素法の解析モ
デルにおいて弾性定数を0から連続的に変化させて計算
し、測定結果と解析結果が一致する弾性定数を求める。
測定結果と解析結果の誤差が指定された範囲内に収束し
た時点で、その時の弾性定数と減衰比を被測定物1の弾
性定数と減衰比と確定する。
【0012】被測定物1の測定を開始する前に、被測定
物1と荷重負荷器4及び受け皿部分13の形状を測定
し、受け皿部13のどこに被測定物1が設置され荷重負
荷器4が被測定物1のどこを圧縮するかを決め、被測定
物1の比重を測定する事により作成された解析モデルを
用いて、次の二つの理論式を有限要素法で解き被測定物
1の弾性定数と減衰比を求める事ができる。
【0013】弾性定数Eは内部応力σとひずみεで定義
されるが、有限要素法では被測定物1を有限個の要素に
分割している事からE、σ、εはマトリックスで関係が
記述される。
【0014】
【数1】
【0015】被測定物1に加わる静荷重Fから内部応力
マトリックス[σ]は決定され、被測定物1の弾性定数
Eを与えると弾性定数マトリックス[E]は決定され、
(1)式に従いひずみマトリックス[ε]が解析され、
荷重負荷器4と接触する被測定物1の位置での変形量X
が求まる。この変形量Xが、測定した変形量の収束値X
0に一致するまで弾性定数Eの値を繰り返し変更しなが
ら計算する事により、被測定物1の弾性定数を求める事
が可能である。
【0016】被測定物1をひとつの質点mと考え、質点
mとバネk及び減衰cから構成される系に静荷重Fが負
荷された時の質点mの変位量xの時間変化は、運動方程
【0017】
【数2】
【0018】で表されるが、有限要素法では質点mを有
限個の要素に分割している事から、m、c、kおよびx
とFはマトリックスで関係が記述される。
【0019】
【数3】
【0020】(1)式で求めた被測定物1の弾性定数を
解析モデルに与える事で剛性マトリックス[k]は決定
され、事前測定した被測定物1の比重を与える事で質量
マトリックス[m]が決定され、被測定物1の減衰比c
を与えると減衰マトリックス[c]が決定される事か
ら、荷重マトリックス[F]による変位マトリックス
[x]の時間変化が解析できる。変位マトリックス
[x]の中で、荷重負荷器4と接触している場所の変形
量Xの時間変化の解析ができる。この変形量Xが、図2
に示すxの時間変化の測定値に一致するまで減衰比cの
値を繰り返し変更しながら計算する事により、被測定物
1の減衰比を求める事が可能である。
【0021】以上は、被測定物の弾性定数と減衰比が一
様として解析モデルを作成した。解析モデルを二つ以上
の物質からなる複合体モデルに拡張する事により、被測
定物の内部の弾性定数と減衰比が連続的に変化する事例
と局所的に変化する事例についても、有限要素法と非線
形最小2乗法を組み合わせる事で、大まかな考察が可能
である。
【0022】図3において、1は非定型の被測定物であ
り、被測定物1は受け皿13に設置されており、磁石6
のまわりに巻かれたコイル5に電源8から電流が流れる
事で荷重負荷器4は直線運動を行い被測定物1に圧縮負
荷を与える事ができる。9は圧縮負荷が被測定物1に生
じた事を検出する加速度センサーで、11のオシロスコ
ープにトリガ信号を与える。10はレーザー変位計であ
り、被測定物1の変形量に対応した荷重負荷器4の移動
量を検出する。コイル5に一定の直流電流が通電され荷
重負荷器4が被測定物1に接触し、この接触を加速度セ
ンサー9が検出した時点をt=0とし、被測定物1の変
形量が一定値に収束するまでの変位量を変位計10を用
いて時刻歴で検出し、電子天秤2に加えられた負荷荷重
値ともに11のオシロスコープに格納される。3はアナ
ログ/デジタル変換器であり、12は有限要素法ソフト
が使えるコンピュータであり、11のオシロスコープに
格納された被測定物1の変形量の時刻歴を取り込み、被
測定物1の弾性定数を有限要素法による構造解析プログ
ラムで計算し、さらに前記で計算された弾性定数から有
限要素法による振動解析プログラムで減衰比を計算す
る。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明の弾性定数および減
衰比の測定方法によれば、日本工業規格で規定された弾
性定数の測定の為の試験片作成が困難な材料、または試
験片を作成する事により材料が持つ本来の弾性定数と異
なる結果になる事例に対して、被測定物の形状と比重を
事前に調査し、被測定物の任意形状の試験片に静荷重を
負荷した時の変形量の時間変化を測定する事により、弾
性定数と減衰比を同時に解析できる弾性定数および減衰
比の測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の被測定物の弾性定数及び減衰比の測定
方法の実施形態における被測定物の変形の時間変化を示
す概念図
【図2】同実施形態における被測定物の変形の時間変化
における減衰の影響を示す概念図
【図3】本発明の被測定物の弾性定数及び減衰比の測定
方法に用いられる弾性定数測定装置の一例を示す構成図
【符号の説明】
1 被測定物 2 電子天秤 3 アナログ/デジタル変換器 4 荷重負荷器 5 コイル 6 磁石 7 レーザー光線用、反射テープ 8 荷重負荷器を駆動する電源 9 加速度センサー 10 レーザー変位計 11 オシロスコープ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定物を押圧具により一定の静荷重で部
    分的に一方向に押し、その際の前記被測定物の変形に伴
    う前記押圧具の移動距離を移動が停止するまで経過時間
    毎に順次測定し、前記被測定物および押圧具の形状、被
    測定物と押圧具の接触位置、押圧具の弾性定数、前記静
    荷重の値など所定の値を入力して作成された第1の解析
    モデルに、暫定的な被測定物の弾性定数を入力し、有限
    要素法による構造解析プログラムでの前記第1の解析モ
    デルにおける押圧具の移動停止距離を算出し、その算出
    された移動停止距離と前記の測定された移動停止距離と
    が近似するまで、前記の暫定的な弾性定数を変化せし
    め、近似した際の暫定的な弾性定数を前記被測定物の弾
    性定数とすることを特徴とする被測定物の弾性定数の測
    定方法。
  2. 【請求項2】被測定物を押圧具により一定の静荷重で部
    分的に一方向に押し、その際の前記被測定物の変形に伴
    う前記押圧具の移動距離を移動が停止するまで経過時間
    毎に順次測定し、前記被測定物および押圧具の形状、被
    測定物と押圧具の接触位置、押圧具の弾性定数、前記静
    荷重の値など所定の値を入力して作成された第1の解析
    モデルに、暫定的な被測定物の弾性定数を入力し、有限
    要素法による構造解析プログラムでの前記第1の解析モ
    デルにおける押圧具の移動停止距離を算出し、その算出
    された移動停止距離と前記の測定された移動停止距離と
    が近似するまで、前記の暫定的な弾性定数を変化せし
    め、近似した際の暫定的な弾性定数を前記被測定物の弾
    性定数と確定し、前記第1の解析モデルに被測定物の比
    重と確定された弾性定数と暫定的な減衰比、押圧具の比
    重と減衰比など所定の値を追加した振動解析の為の第2
    の解析モデルを作成し、有限要素法による振動解析プロ
    グラムで前記第2の解析モデルにおける押圧具の経過時
    間毎の移動距離を算出し、その算出された移動距離の変
    位と前記の測定された移動距離の変位が近似するまで、
    前記の暫定的な減衰比を変化せしめ、近似した際の暫定
    的な減衰比を前記被測定物の減衰比と確定することを特
    徴とした被測定物の減衰比の測定方法。
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