JPH11108901A - 衝撃音によるクラッド材のヤング率測定方法及び装置 - Google Patents
衝撃音によるクラッド材のヤング率測定方法及び装置Info
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- JPH11108901A JPH11108901A JP9270950A JP27095097A JPH11108901A JP H11108901 A JPH11108901 A JP H11108901A JP 9270950 A JP9270950 A JP 9270950A JP 27095097 A JP27095097 A JP 27095097A JP H11108901 A JPH11108901 A JP H11108901A
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/028—Material parameters
- G01N2291/02827—Elastic parameters, strength or force
Abstract
(57)【要約】
【課題】 常温のみならず、高温又は低温においても、
クラッド材自体からその構成材料のヤング率を直接測定
することができるクラッド材のヤング率測定方法及び装
置を提供する 【解決手段】 異なる材質からなる２層Ａ，Ｂが互いに
接合されたクラッド材から長方形断面の試験片１を準備
し、試験片をチャンバー２内に自由振動可能に吊り下
げ、物体を試験片に衝突させて衝撃音を発生させ、発生
した衝撃音を周波数分析して試験片の固有振動数を求
め、この固有振動数から試験片の等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂ
ｙを算出し、この等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙから２層のヤ
ング率Ｅ1 ，Ｅ 2 を算出する。チャンバーは、加熱又は
冷却可能であり、チャンバー内を所定の温度に保持し、
発生した衝撃音をチャンバー内に連通する検出口を通し
てチャンバーの外部から検出するようになっている。
クラッド材自体からその構成材料のヤング率を直接測定
することができるクラッド材のヤング率測定方法及び装
置を提供する 【解決手段】 異なる材質からなる２層Ａ，Ｂが互いに
接合されたクラッド材から長方形断面の試験片１を準備
し、試験片をチャンバー２内に自由振動可能に吊り下
げ、物体を試験片に衝突させて衝撃音を発生させ、発生
した衝撃音を周波数分析して試験片の固有振動数を求
め、この固有振動数から試験片の等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂ
ｙを算出し、この等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙから２層のヤ
ング率Ｅ1 ，Ｅ 2 を算出する。チャンバーは、加熱又は
冷却可能であり、チャンバー内を所定の温度に保持し、
発生した衝撃音をチャンバー内に連通する検出口を通し
てチャンバーの外部から検出するようになっている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、衝撃音により、ク
ラッド材を構成する材料のヤング率を測定する測定方法
及び装置に関する。
ラッド材を構成する材料のヤング率を測定する測定方法
及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭素繊維／炭素マトリックス複合材料
（以下、Ｃ／Ｃ複合材料という）は、２０００℃以上の
高温で使用できる材料として、宇宙構造物などへの利用
に注目されている。しかしかかる複合材料は、空気中で
使用する場合には４００℃程度から酸化するので、ＣＶ
Ｄなどによって、複合材料の少なくとも片面に炭化珪素
（ＳｉＣ）などのセラミックス耐熱層を形成して使用す
る必要がある。また、このような積層構造の複合材料
（以下、クラッド材）を高温で使用するためには、高温
における縦弾性定数（ヤング率）を正確に測定する必要
がある。
（以下、Ｃ／Ｃ複合材料という）は、２０００℃以上の
高温で使用できる材料として、宇宙構造物などへの利用
に注目されている。しかしかかる複合材料は、空気中で
使用する場合には４００℃程度から酸化するので、ＣＶ
Ｄなどによって、複合材料の少なくとも片面に炭化珪素
（ＳｉＣ）などのセラミックス耐熱層を形成して使用す
る必要がある。また、このような積層構造の複合材料
（以下、クラッド材）を高温で使用するためには、高温
における縦弾性定数（ヤング率）を正確に測定する必要
がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】縦弾性定数の測定は、
通常、引張試験によって行われる。この引張試験では試
験片に張力を加え、その張力（応力σ）と伸び（歪み
ε）の関係から、σ＝Ｅεの関係式を適用して縦弾性定
数Ｅ（以下ヤング率という）を求める。しかし、かかる
引張試験では、脆い材料（例えば、セラミックス耐熱
層、コーティング材）のヤング率は測定できない問題点
があった。
通常、引張試験によって行われる。この引張試験では試
験片に張力を加え、その張力（応力σ）と伸び（歪み
ε）の関係から、σ＝Ｅεの関係式を適用して縦弾性定
数Ｅ（以下ヤング率という）を求める。しかし、かかる
引張試験では、脆い材料（例えば、セラミックス耐熱
層、コーティング材）のヤング率は測定できない問題点
があった。
【０００４】また、引張試験が可能な延性材料であって
も、その高温におけるヤング率の測定は、原理的には可
能であっても、大型の加熱炉等を必要とし、一般には非
常に困難であった。更に、かかるクラッド材の構成材料
のヤング率をクラッド材自体から直接測定することは従
来できなかった。そのため、セラミックス層を有するク
ラッド材では、個々の構成材料の高温におけるヤング率
の測定は、実質的に不可能と考えられていた。
も、その高温におけるヤング率の測定は、原理的には可
能であっても、大型の加熱炉等を必要とし、一般には非
常に困難であった。更に、かかるクラッド材の構成材料
のヤング率をクラッド材自体から直接測定することは従
来できなかった。そのため、セラミックス層を有するク
ラッド材では、個々の構成材料の高温におけるヤング率
の測定は、実質的に不可能と考えられていた。
【０００５】本発明は、かかる問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち、本発明の主目的は、
クラッド材自体からその構成材料のヤング率を直接測定
することができるクラッド材のヤング率測定方法及び装
置を提供することにある。また、本発明の別の目的は、
常温のみならず、高温又は低温においても、クラッド材
の構成材料のヤング率を直接測定することができるクラ
ッド材のヤング率測定方法及び装置を提供することにあ
る。
創案されたものである。すなわち、本発明の主目的は、
クラッド材自体からその構成材料のヤング率を直接測定
することができるクラッド材のヤング率測定方法及び装
置を提供することにある。また、本発明の別の目的は、
常温のみならず、高温又は低温においても、クラッド材
の構成材料のヤング率を直接測定することができるクラ
ッド材のヤング率測定方法及び装置を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の発明者等は、高
温又は低温における弾性係数を高精度に測定する手段と
して、「衝撃音による固体材料の弾性係数計測方法及び
その装置」を創案し出願した（特公平８−２０３４３号
公報）。本発明は、かかる手段を更に発展させたもので
ある。
温又は低温における弾性係数を高精度に測定する手段と
して、「衝撃音による固体材料の弾性係数計測方法及び
その装置」を創案し出願した（特公平８−２０３４３号
公報）。本発明は、かかる手段を更に発展させたもので
ある。
【０００７】すなわち、本発明によれば、異なる材質か
らなる２層Ａ，Ｂが互いに接合されたクラッド材から長
方形断面の試験片を準備し、試験片をチャンバー内に自
由振動可能に吊り下げ、物体を試験片に衝突させて衝撃
音を発生させ、発生した衝撃音を周波数分析して試験片
の固有振動数を求め、この固有振動数から試験片の等価
曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙを算出し、この等価曲げ剛性Ｂｘ，
Ｂｙから２層のヤング率Ｅ1 ，Ｅ2 を算出する、ことを
特徴とする衝撃音によるクラッド材のヤング率測定方法
が提供される。また、前記チャンバーは、加熱又は冷却
可能であり、該チャンバー内を所定の温度に保持し、発
生した衝撃音をチャンバー内に連通する検出口を通して
チャンバーの外部から検出する、ことが好ましい。
らなる２層Ａ，Ｂが互いに接合されたクラッド材から長
方形断面の試験片を準備し、試験片をチャンバー内に自
由振動可能に吊り下げ、物体を試験片に衝突させて衝撃
音を発生させ、発生した衝撃音を周波数分析して試験片
の固有振動数を求め、この固有振動数から試験片の等価
曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙを算出し、この等価曲げ剛性Ｂｘ，
Ｂｙから２層のヤング率Ｅ1 ，Ｅ2 を算出する、ことを
特徴とする衝撃音によるクラッド材のヤング率測定方法
が提供される。また、前記チャンバーは、加熱又は冷却
可能であり、該チャンバー内を所定の温度に保持し、発
生した衝撃音をチャンバー内に連通する検出口を通して
チャンバーの外部から検出する、ことが好ましい。
【０００８】上記本発明の方法によれば、物体を試験片
に衝突させるだけで衝撃音を発生させて所望の計測がで
きるので、環境的にも空間的にも制約があるチャンバー
（炉室又は冷却室）内に特別な装置を設ける必要がなく
極めて簡単な計測手段とすることができる。また、チャ
ンバー内に連通する検出口を通してチャンバーの外部か
ら衝撃音を検出するので、炉室・冷却室内のような環境
的に厳しい場所に設けることが現実には困難である衝撃
音検出用のマイクロホンを炉室・冷却室の外部に設置す
ることが可能となり、高温・低温の試験片から発生する
衝撃音をマイクロホンで測定することができる。
に衝突させるだけで衝撃音を発生させて所望の計測がで
きるので、環境的にも空間的にも制約があるチャンバー
（炉室又は冷却室）内に特別な装置を設ける必要がなく
極めて簡単な計測手段とすることができる。また、チャ
ンバー内に連通する検出口を通してチャンバーの外部か
ら衝撃音を検出するので、炉室・冷却室内のような環境
的に厳しい場所に設けることが現実には困難である衝撃
音検出用のマイクロホンを炉室・冷却室の外部に設置す
ることが可能となり、高温・低温の試験片から発生する
衝撃音をマイクロホンで測定することができる。
【０００９】更に本発明の方法によれば、発生した衝撃
音から固有振動数を求め、この固有振動数から試験片の
等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙ（数５，（１５）（１６））を
算出し、この等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙから２層のヤング
率Ｅ1 ，Ｅ2 を算出するので、クラッド材自体から、常
温のみならず、高温又は低温においても、その構成材料
のヤング率を直接測定することができる。
音から固有振動数を求め、この固有振動数から試験片の
等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙ（数５，（１５）（１６））を
算出し、この等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙから２層のヤング
率Ｅ1 ，Ｅ2 を算出するので、クラッド材自体から、常
温のみならず、高温又は低温においても、その構成材料
のヤング率を直接測定することができる。
【００１０】本発明の好ましい実施形態によれば、２層
Ａ，Ｂの厚さｈ1,ｈ2 と等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙから
（数２）により２層のヤング率Ｅ1 ，Ｅ2 を算出する。
Ａ，Ｂの厚さｈ1,ｈ2 と等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙから
（数２）により２層のヤング率Ｅ1 ，Ｅ2 を算出する。
【００１１】
【数２】
【００１２】この方法により、試験片の質量，外形寸法
のほかに２層Ａ，Ｂの厚さｈ1,ｈ2を測定するだけで、
等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙから容易にかつ正確に２層のヤ
ング率Ｅ1 ，Ｅ2 を算出することができる。
のほかに２層Ａ，Ｂの厚さｈ1,ｈ2を測定するだけで、
等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙから容易にかつ正確に２層のヤ
ング率Ｅ1 ，Ｅ2 を算出することができる。
【００１３】また、本発明によれば、異なる材質からな
る２層Ａ，Ｂが互いに接合されたクラッド材から取り出
した長方形断面の試験片を加熱又は冷却可能なチャンバ
ーと、試験片をチャンバー内に自由振動可能に吊り下げ
る吊下げ部材と、チャンバー内を所定の温度に保持する
温度調節器と、球形の物体を試験片に衝突するように案
内するガイドチューブと、衝突により発生した衝撃音を
チャンバー内に連通する検出口を通してチャンバーの外
部から検出するマイクロホンと、検出した衝撃音を周波
数分析して試験片の固有振動数を求めるアナライザー
と、この固有振動数から試験片を均質材と仮定して試験
片の等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙを算出し、更に等価曲げ剛
性Ｂｘ，Ｂｙから２層のヤング率Ｅ1 ，Ｅ2 を算出する
演算器と、を備えたことを特徴とする衝撃音によるクラ
ッド材のヤング率測定装置が提供される。
る２層Ａ，Ｂが互いに接合されたクラッド材から取り出
した長方形断面の試験片を加熱又は冷却可能なチャンバ
ーと、試験片をチャンバー内に自由振動可能に吊り下げ
る吊下げ部材と、チャンバー内を所定の温度に保持する
温度調節器と、球形の物体を試験片に衝突するように案
内するガイドチューブと、衝突により発生した衝撃音を
チャンバー内に連通する検出口を通してチャンバーの外
部から検出するマイクロホンと、検出した衝撃音を周波
数分析して試験片の固有振動数を求めるアナライザー
と、この固有振動数から試験片を均質材と仮定して試験
片の等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙを算出し、更に等価曲げ剛
性Ｂｘ，Ｂｙから２層のヤング率Ｅ1 ，Ｅ2 を算出する
演算器と、を備えたことを特徴とする衝撃音によるクラ
ッド材のヤング率測定装置が提供される。
【００１４】この装置により、上述した本発明の方法を
容易に実施することができ、クラッド材自体から、常温
のみならず、高温又は低温における構成材料のヤング率
を短時間に正確に直接測定することができる。
容易に実施することができ、クラッド材自体から、常温
のみならず、高温又は低温における構成材料のヤング率
を短時間に正確に直接測定することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。図１は、本発明によるヤング率測定装置の全体構成
図である。この図において、１は２枚の試験片、２は試
験片を加熱又は冷却可能なチャンバー、３は試験片１を
チャンバー２内に自由振動可能に吊り下げる吊下げ部材
（糸）、４はチャンバー２内を所定の温度に保持する温
度調節器、５は球形の物体（ボール）、６はボール５を
試験片１に衝突するように案内するガイドチューブ、７
は衝撃音をチャンバー内に連通する検出口２ａを通して
チャンバーの外部から検出するマイクロホン、８は検出
した衝撃音を周波数分析して試験片の固有振動数を求め
るアナライザー、９は、この固有振動数から試験片を均
質材と仮定して試験片の等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙを算出
し、更に等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙから２層のヤング率Ｅ
1 ，Ｅ2 を算出する演算器である。なお、物体とは、例
えば剛球（金属球）又はセラミック球である。
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。図１は、本発明によるヤング率測定装置の全体構成
図である。この図において、１は２枚の試験片、２は試
験片を加熱又は冷却可能なチャンバー、３は試験片１を
チャンバー２内に自由振動可能に吊り下げる吊下げ部材
（糸）、４はチャンバー２内を所定の温度に保持する温
度調節器、５は球形の物体（ボール）、６はボール５を
試験片１に衝突するように案内するガイドチューブ、７
は衝撃音をチャンバー内に連通する検出口２ａを通して
チャンバーの外部から検出するマイクロホン、８は検出
した衝撃音を周波数分析して試験片の固有振動数を求め
るアナライザー、９は、この固有振動数から試験片を均
質材と仮定して試験片の等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙを算出
し、更に等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙから２層のヤング率Ｅ
1 ，Ｅ2 を算出する演算器である。なお、物体とは、例
えば剛球（金属球）又はセラミック球である。
【００１６】図２は、本発明によるヤング率測定方法を
示すフロー図である。この図に示すように、本発明の方
法は、（ａ）１枚の中間層と２枚の表面層とからなるク
ラッド材から長方形断面の試験片１を準備し、試験片１
を加熱又は冷却可能なチャンバー２内に自由振動可能に
吊り下げ、チャンバー２内を所定の温度に保持する第１
ステップ１１と、（ｂ）物体５を試験片１に衝突させて
衝撃音を発生させ、この衝撃音をチャンバー内に連通す
る検出口２ａを通してチャンバーの外部から検出する第
２ステップ１２と、（ｃ）検出した衝撃音を周波数分析
して試験片の固有振動数を求め、この固有振動数から試
験片を均質材と仮定して試験片の等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂ
ｙを算出し、更に等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙから２層のヤ
ング率Ｅ 1 ，Ｅ2 を算出する第３ステップ１３とからな
る。
示すフロー図である。この図に示すように、本発明の方
法は、（ａ）１枚の中間層と２枚の表面層とからなるク
ラッド材から長方形断面の試験片１を準備し、試験片１
を加熱又は冷却可能なチャンバー２内に自由振動可能に
吊り下げ、チャンバー２内を所定の温度に保持する第１
ステップ１１と、（ｂ）物体５を試験片１に衝突させて
衝撃音を発生させ、この衝撃音をチャンバー内に連通す
る検出口２ａを通してチャンバーの外部から検出する第
２ステップ１２と、（ｃ）検出した衝撃音を周波数分析
して試験片の固有振動数を求め、この固有振動数から試
験片を均質材と仮定して試験片の等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂ
ｙを算出し、更に等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙから２層のヤ
ング率Ｅ 1 ，Ｅ2 を算出する第３ステップ１３とからな
る。
【００１７】図３は、本発明を適用するクラッド材の模
式図であり、（Ａ）は梁の形状、（Ｂ）は梁の断面、
（Ｃ）は応力分布を示している。この図に示すように、
本発明では、２層Ａ，Ｂの厚さｈ1,ｈ2 のクラッド材を
対象とする。また、試験片１の幅をｗ、長さをｌとし、
直交軸ｘ，ｙ，ｚを図のように定義する。
式図であり、（Ａ）は梁の形状、（Ｂ）は梁の断面、
（Ｃ）は応力分布を示している。この図に示すように、
本発明では、２層Ａ，Ｂの厚さｈ1,ｈ2 のクラッド材を
対象とする。また、試験片１の幅をｗ、長さをｌとし、
直交軸ｘ，ｙ，ｚを図のように定義する。
【００１８】図２の第１ステップ１１では、図３に示し
た試験片１を２つ準備し、耐熱性又は耐寒性を有する糸
３により２本の試験片１をチャンバー２内に水平に吊り
下げる。この際、試験片１の両端部を２本の糸３で吊り
下げることにより、試験片１を自由振動可能に吊り下げ
ることができる。チャンバー２は、加熱室又は冷却室で
あり、下側に取り付けた熱電対により試験片１の温度を
測定し温度調節器４により所望の温度に保持することが
できる。
た試験片１を２つ準備し、耐熱性又は耐寒性を有する糸
３により２本の試験片１をチャンバー２内に水平に吊り
下げる。この際、試験片１の両端部を２本の糸３で吊り
下げることにより、試験片１を自由振動可能に吊り下げ
ることができる。チャンバー２は、加熱室又は冷却室で
あり、下側に取り付けた熱電対により試験片１の温度を
測定し温度調節器４により所望の温度に保持することが
できる。
【００１９】第２ステップ１２では、球形のボール５を
ガイドチューブ６を通してチャンバー２の外部から落下
させ、試験片１に衝突させる。この衝突で発生する衝撃
音は検出口２ａを通して外部に配置されたマイクロホン
７によりチャンバーの外部から検出される。第３ステッ
プ１３では、先ず検出した衝撃音を周波数分析して試験
片の固有振動数ｆH1, ｆV1を求める。この周波数分析
は、高速フーリエ変換を用いてフーリエスペクトルを求
めることによる。次いで、この固有振動数ｆH1, ｆV1か
ら試験片１を均質材と仮定して等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙ
を算出する。この算出には、（１５）（１６）式を用い
る。最後に、この等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙから（２２）
（２３）式で２層のヤング率Ｅ1 ，Ｅ2 を算出する。
ガイドチューブ６を通してチャンバー２の外部から落下
させ、試験片１に衝突させる。この衝突で発生する衝撃
音は検出口２ａを通して外部に配置されたマイクロホン
７によりチャンバーの外部から検出される。第３ステッ
プ１３では、先ず検出した衝撃音を周波数分析して試験
片の固有振動数ｆH1, ｆV1を求める。この周波数分析
は、高速フーリエ変換を用いてフーリエスペクトルを求
めることによる。次いで、この固有振動数ｆH1, ｆV1か
ら試験片１を均質材と仮定して等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙ
を算出する。この算出には、（１５）（１６）式を用い
る。最後に、この等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙから（２２）
（２３）式で２層のヤング率Ｅ1 ，Ｅ2 を算出する。
【００２０】次に等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙと、これから
２層のヤング率Ｅ1 ，Ｅ2 を算出する方法について説明
する。なお、以下の説明において、ρＡは、式中では上
に棒線を付して等価材に関することを表しているが、説
明文ではこれを省略する。
２層のヤング率Ｅ1 ，Ｅ2 を算出する方法について説明
する。なお、以下の説明において、ρＡは、式中では上
に棒線を付して等価材に関することを表しているが、説
明文ではこれを省略する。
【００２１】（二層梁の中立軸に関するモーメント）図
３において、梁の幅をｗ、梁の中立面のｘ軸からの距離
をｅ、梁に曲げモーメントが作用するときの曲率半径を
Ｒ、層Ａ，Ｂの応力をσ1 ，σ2 、ひずみをε1 ，ε2
とする。Euler-Bernoulli 梁と仮定すれば、各層内のひ
ずみは、（数３）の式（１）によって表され、各層内の
応力は式（２）で表される。更に、梁に残留応力がない
ものとしてこれを無視すると、梁の軸方向には外部から
荷重が作用しないので、式（３）が成り立つ。この式
（１）〜（３）から式（４）が得られる。
３において、梁の幅をｗ、梁の中立面のｘ軸からの距離
をｅ、梁に曲げモーメントが作用するときの曲率半径を
Ｒ、層Ａ，Ｂの応力をσ1 ，σ2 、ひずみをε1 ，ε2
とする。Euler-Bernoulli 梁と仮定すれば、各層内のひ
ずみは、（数３）の式（１）によって表され、各層内の
応力は式（２）で表される。更に、梁に残留応力がない
ものとしてこれを無視すると、梁の軸方向には外部から
荷重が作用しないので、式（３）が成り立つ。この式
（１）〜（３）から式（４）が得られる。
【００２２】
【数３】
【００２３】次に、中立軸に関する曲げモーメントＭｘ
は、（数４）の式（５）で与えられ、これを式（４）に
代入すると式（６）が得られ、更にｙ軸に関する曲げモ
ーメントをＭｙとすると、式（７）が得られる。ここ
で、等価曲げ剛性Ｂｘは、梁の中立軸に関する曲げ剛性
であり、等価曲げ剛性Ｂｙはｙ軸に関する曲げ剛性であ
る。
は、（数４）の式（５）で与えられ、これを式（４）に
代入すると式（６）が得られ、更にｙ軸に関する曲げモ
ーメントをＭｙとすると、式（７）が得られる。ここ
で、等価曲げ剛性Ｂｘは、梁の中立軸に関する曲げ剛性
であり、等価曲げ剛性Ｂｙはｙ軸に関する曲げ剛性であ
る。
【００２４】
【数４】
【００２５】（梁の振動）梁のｘ，ｙ方向の変位をｕ，
ｖとして、長手方向の座標をｚとすると、撓み線の方程
式は、（数５）の式（８）（９）で表され、振動方程式
は式（１０）（１１）で表される。ここで、ρＡは二層
梁（クラッド材）の単位長さあたりの質量であり、層
Ａ，Ｂの密度をρ1 ，ρ2 とすると、式（１２）で与え
られる。従って、梁のｎ次の曲げ固有振動数は、式（１
３）（１４）によって与えられ、曲げ剛性は、式（１
５）（１６）によって与えられる。
ｖとして、長手方向の座標をｚとすると、撓み線の方程
式は、（数５）の式（８）（９）で表され、振動方程式
は式（１０）（１１）で表される。ここで、ρＡは二層
梁（クラッド材）の単位長さあたりの質量であり、層
Ａ，Ｂの密度をρ1 ，ρ2 とすると、式（１２）で与え
られる。従って、梁のｎ次の曲げ固有振動数は、式（１
３）（１４）によって与えられ、曲げ剛性は、式（１
５）（１６）によって与えられる。
【００２６】
【数５】
【００２７】（ヤング率の計算）ωxn（＝２πｆxn）と
ωyn（＝２πｆHn）は、上述したように衝撃音によって
測定できるので、（数５）より等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙ
が求められる。従って、式（６）（７）より２層のヤン
グ率Ｅ1 ，Ｅ2 を計算することができる。すなわち、式
（６）（７）から式（１７）が得られ、式（１８）のよ
うに定義して式（１７）（７）よりＥ2 を消去すれば、
式（１９）が得られる。更に、この二次方程式の各係数
を式（２０）のようにおけば、この方程式は式（２１）
となるので、ヤング率Ｅ1 は式（２２）で与えられ、ま
た、ヤング率Ｅ2 は式（７）より式（２３）で与えられ
る。
ωyn（＝２πｆHn）は、上述したように衝撃音によって
測定できるので、（数５）より等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙ
が求められる。従って、式（６）（７）より２層のヤン
グ率Ｅ1 ，Ｅ2 を計算することができる。すなわち、式
（６）（７）から式（１７）が得られ、式（１８）のよ
うに定義して式（１７）（７）よりＥ2 を消去すれば、
式（１９）が得られる。更に、この二次方程式の各係数
を式（２０）のようにおけば、この方程式は式（２１）
となるので、ヤング率Ｅ1 は式（２２）で与えられ、ま
た、ヤング率Ｅ2 は式（７）より式（２３）で与えられ
る。
【００２８】
【数６】
【００２９】
【実施例】以下、本発明の方法及び装置に基づき、実際
に行った実験例を結果と共に説明する。圧力容器用鋼材
（ＳＰＶ３１５）とチタン合金（ＴＰ２７０）のクラッ
ド材から、鋼材、チタン合金の各部分とクラッド材事態
の３種類の角棒状試験片を準備し、上述した装置を用い
室温において衝撃音によるヤング率の測定を行った。な
お、クラッド材試験片の各層の厚さは遊尺顕微鏡によっ
て測定した。（表１）は各試験片の寸法及び物性値であ
る。
に行った実験例を結果と共に説明する。圧力容器用鋼材
（ＳＰＶ３１５）とチタン合金（ＴＰ２７０）のクラッ
ド材から、鋼材、チタン合金の各部分とクラッド材事態
の３種類の角棒状試験片を準備し、上述した装置を用い
室温において衝撃音によるヤング率の測定を行った。な
お、クラッド材試験片の各層の厚さは遊尺顕微鏡によっ
て測定した。（表１）は各試験片の寸法及び物性値であ
る。
【００３０】
【表１】
【００３１】また、衝撃音から求めた固有振動数は（表
２）の通りであり、更にこの固有振動数から本発明の方
法により（表３）に示すヤング率が求められた。
２）の通りであり、更にこの固有振動数から本発明の方
法により（表３）に示すヤング率が求められた。
【００３２】
【表２】
【００３３】
【表３】
【００３４】（表３）から明らかなように、鋼材及びチ
タン合金の単一材からなる試験片から求めたヤング率
と、クラッド材から求めたヤング率の値はほぼ一致して
いる。従って、本発明による方法及び装置により、クラ
ッド材自体からその構成材料のヤング率を直接測定する
ことができることが確認された。また、この試験は常温
で実施したが、本発明の方法及び装置は、常温のみなら
ず、高温又は低温においても、同様に適用することがで
きる。
タン合金の単一材からなる試験片から求めたヤング率
と、クラッド材から求めたヤング率の値はほぼ一致して
いる。従って、本発明による方法及び装置により、クラ
ッド材自体からその構成材料のヤング率を直接測定する
ことができることが確認された。また、この試験は常温
で実施したが、本発明の方法及び装置は、常温のみなら
ず、高温又は低温においても、同様に適用することがで
きる。
【００３５】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更でき
ることは勿論である。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更でき
ることは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】上述したように、本発明の衝撃音による
クラッド材のヤング率測定方法及び装置は、クラッド材
自体からその構成材料のヤング率を直接測定することが
でき、かつ常温のみならず、高温又は低温においても適
用できる、等の優れた効果を有する。
クラッド材のヤング率測定方法及び装置は、クラッド材
自体からその構成材料のヤング率を直接測定することが
でき、かつ常温のみならず、高温又は低温においても適
用できる、等の優れた効果を有する。
【図１】本発明によるヤング率測定装置の全体構成図で
ある。
ある。
【図２】本発明によるヤング率測定方法を示すフロー図
である。
である。
【図３】本発明を適用するクラッド材の模式図である。
１ 試験片 ２ チャンバー ２ａ 検出口 ３ 吊下げ部材（糸） ４ 温度調節器 ５ 物体（ボール） ６ ガイドチューブ ７ マイクロホン ８ アナライザー ９ 演算器 １１ 第１ステップ １２ 第２ステップ １３ 第３ステップ
Claims (4)
- 【請求項１】 異なる材質からなる２層Ａ，Ｂが互いに
接合されたクラッド材から長方形断面の試験片を準備
し、試験片をチャンバー内に自由振動可能に吊り下げ、
物体を試験片に衝突させて衝撃音を発生させ、発生した
衝撃音を周波数分析して試験片の固有振動数を求め、こ
の固有振動数から試験片の等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙを算
出し、この等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙから２層のヤング率
Ｅ1 ，Ｅ 2 を算出する、ことを特徴とする衝撃音による
クラッド材のヤング率測定方法。 - 【請求項２】 前記チャンバーは、加熱又は冷却可能で
あり、該チャンバー内を所定の温度に保持し、発生した
衝撃音をチャンバー内に連通する検出口を通してチャン
バーの外部から検出する、ことを特徴とする請求項１に
記載の衝撃音によるクラッド材のヤング率測定方法 - 【請求項３】 ２層Ａ，Ｂの厚さｈ1,ｈ2 と等価曲げ剛
性Ｂｘ，Ｂｙから（数１）により２層のヤング率Ｅ1 ，
Ｅ2 を算出する、ことを特徴とする請求項１又は２に記
載の衝撃音によるクラッド材のヤング率測定方法。 【数１】 - 【請求項４】 異なる材質からなる２層Ａ，Ｂが互いに
接合されたクラッド材から取り出した長方形断面の試験
片を加熱又は冷却可能なチャンバーと、試験片をチャン
バー内に自由振動可能に吊り下げる吊下げ部材と、チャ
ンバー内を所定の温度に保持する温度調節器と、球形の
物体を試験片に衝突するように案内するガイドチューブ
と、衝突により発生した衝撃音をチャンバー内に連通す
る検出口を通してチャンバーの外部から検出するマイク
ロホンと、検出した衝撃音を周波数分析して試験片の固
有振動数を求めるアナライザーと、この固有振動数から
試験片を均質材と仮定して試験片の等価曲げ剛性Ｂｘ，
Ｂｙを算出し、更に等価曲げ剛性Ｂｘ，Ｂｙから２層の
ヤング率Ｅ1 ，Ｅ2 を算出する演算器と、を備えたこと
を特徴とする衝撃音によるクラッド材のヤング率測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9270950A JPH11108901A (ja) | 1997-10-03 | 1997-10-03 | 衝撃音によるクラッド材のヤング率測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9270950A JPH11108901A (ja) | 1997-10-03 | 1997-10-03 | 衝撃音によるクラッド材のヤング率測定方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11108901A true JPH11108901A (ja) | 1999-04-23 |
Family
ID=17493284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9270950A Pending JPH11108901A (ja) | 1997-10-03 | 1997-10-03 | 衝撃音によるクラッド材のヤング率測定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11108901A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010531996A (ja) * | 2007-06-27 | 2010-09-30 | コーニング インコーポレイテッド | 共振による非中実セラミック材料の弾性率測定のための方法及び装置 |
| JP2011242320A (ja) * | 2010-05-20 | 2011-12-01 | Naigai Kogyo Co Ltd | 集成材強度測定方法 |
| CN109813597A (zh) * | 2017-11-22 | 2019-05-28 | 株式会社岛津制作所 | 材料试验机及握持力检测方法 |
| CN112525738A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-19 | 浙江水利水电学院 | 一种基于接触热载荷的法向刚度定量试验装置及试验方法 |
-
1997
- 1997-10-03 JP JP9270950A patent/JPH11108901A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010531996A (ja) * | 2007-06-27 | 2010-09-30 | コーニング インコーポレイテッド | 共振による非中実セラミック材料の弾性率測定のための方法及び装置 |
| JP2011242320A (ja) * | 2010-05-20 | 2011-12-01 | Naigai Kogyo Co Ltd | 集成材強度測定方法 |
| CN109813597A (zh) * | 2017-11-22 | 2019-05-28 | 株式会社岛津制作所 | 材料试验机及握持力检测方法 |
| CN109813597B (zh) * | 2017-11-22 | 2021-08-17 | 株式会社岛津制作所 | 材料试验机及握持力检测方法 |
| CN112525738A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-19 | 浙江水利水电学院 | 一种基于接触热载荷的法向刚度定量试验装置及试验方法 |
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