JPS5826552B2 - 捩り振動による内部摩擦測定装置 - Google Patents
捩り振動による内部摩擦測定装置Info
- Publication number
- JPS5826552B2 JPS5826552B2 JP52142604A JP14260477A JPS5826552B2 JP S5826552 B2 JPS5826552 B2 JP S5826552B2 JP 52142604 A JP52142604 A JP 52142604A JP 14260477 A JP14260477 A JP 14260477A JP S5826552 B2 JPS5826552 B2 JP S5826552B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibration
- internal friction
- torsional vibration
- measuring device
- torsional
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- Expired
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
金属試片に振動を与えると、その振動は摩擦、空気抵抗
など外的要因によって減衰するのみならず、金属試片自
体の内部で振動のエネルギーを吸収する内部摩擦現象に
よっても減衰する。
など外的要因によって減衰するのみならず、金属試片自
体の内部で振動のエネルギーを吸収する内部摩擦現象に
よっても減衰する。
この現象を評価する指標は種々あるが、一般に、次式（
１）によって定義される内部摩擦値Ｑ とが多い。
１）によって定義される内部摩擦値Ｑ とが多い。
を用いると
ことに、Ａｏ、Ａｎはそれぞれ振動開始時点及びｎ周期
後の振動振幅であり、πは円周率である。
後の振動振幅であり、πは円周率である。
内部摩擦は材料自体の内部の状態を反映し、従って内部
摩擦の測定によって、後者に関する有力な知見が数多く
得られるのは衆知のことである。
摩擦の測定によって、後者に関する有力な知見が数多く
得られるのは衆知のことである。
たとえば、鋼材中に炭素又は窒素原子などが固溶してい
るとき、振動数一定の条件下で温度を変えつつ内部摩擦
を連続的に測定すると、特定の温度で内部摩擦値が上昇
し、スネーク・ピークと呼ばれるピーク状の挙動を示す
が、このピーク値が前記固溶炭素、又は固溶窒素原子の
存在量に比例することから、内部摩擦測定は、鋼中固溶
炭素・窒素原子の極めて有力な定量測定手段を提供する
。
るとき、振動数一定の条件下で温度を変えつつ内部摩擦
を連続的に測定すると、特定の温度で内部摩擦値が上昇
し、スネーク・ピークと呼ばれるピーク状の挙動を示す
が、このピーク値が前記固溶炭素、又は固溶窒素原子の
存在量に比例することから、内部摩擦測定は、鋼中固溶
炭素・窒素原子の極めて有力な定量測定手段を提供する
。
さて、金属材料の内部摩擦を測定する方法は、種々考案
されているが、その主なものは、板状の試片を一端固定
又は二点吊りとし、これに横振動を与えてその減衰を測
定するか、或いは、線状若しくは短冊状の試片の一端を
固定して、これに捩り振動を与えてその減衰を測定する
ものである。
されているが、その主なものは、板状の試片を一端固定
又は二点吊りとし、これに横振動を与えてその減衰を測
定するか、或いは、線状若しくは短冊状の試片の一端を
固定して、これに捩り振動を与えてその減衰を測定する
ものである。
この画法はそれぞれ一長一短があって、目的とする測定
の条件に応じて取捨選択すべきは勿論である。
の条件に応じて取捨選択すべきは勿論である。
たとえば、鋼材中に固溶する炭素・窒素原子の定量測定
の目的で、スネーク・ピークを測定する場合、板状試料
の横振動では一般に振動数が高く、スネーク・ピークの
ピーク温度が常温よりも遥かに高（、測定中に固溶原子
を析出してしまう恐れがある。
の目的で、スネーク・ピークを測定する場合、板状試料
の横振動では一般に振動数が高く、スネーク・ピークの
ピーク温度が常温よりも遥かに高（、測定中に固溶原子
を析出してしまう恐れがある。
これに対し、捩り振動法では、その振動数が一般にＩＨ
２付近にあり、非常に低いために、スネーク・ピークの
ピーク温度も又低く、前記したよう、な誤差の恐れはな
い。
２付近にあり、非常に低いために、スネーク・ピークの
ピーク温度も又低く、前記したよう、な誤差の恐れはな
い。
しかしながら、捩り振動法は実際の測定に際して相当に
繁雑且つデリケイトな操作を必要とし、工業的実施には
不利な点が多かった。
繁雑且つデリケイトな操作を必要とし、工業的実施には
不利な点が多かった。
この欠点を除くために、捩り振動法の自動化が重要であ
り、たとえば特願昭４７−１５０９６（特公昭５３４０
１１４号公報参照）によって一応の解決をみている。
り、たとえば特願昭４７−１５０９６（特公昭５３４０
１１４号公報参照）によって一応の解決をみている。
しかし、捩り振動法の測定精度向上を妨げる重大な因子
の□つとして、捩り振動子系の横振動の問題がある。
の□つとして、捩り振動子系の横振動の問題がある。
即ち、捩り振動子系は本質的に横揺れを受は易く、これ
が本来測定にかかるべき捩り振動のモードに重畳するた
め、振動の波形が乱れて、著しく測定の精度を低下せし
めるのであるが、更に、内部摩擦測定を工業的目的で実
施する場合には、対象材料が必ずしも捩り振動軸に関し
て完全な対称性を有しているとは限らず、断面形状が真
円ではなく長方形である場合、又は、試料長手方向に関
しても完全な直線性を有さす、ある程度の反りを持つ場
合などが少くなく、これらの悪条件が横揺れの振動を助
長し、測定の精度を低下せしめることが多いのである。
が本来測定にかかるべき捩り振動のモードに重畳するた
め、振動の波形が乱れて、著しく測定の精度を低下せし
めるのであるが、更に、内部摩擦測定を工業的目的で実
施する場合には、対象材料が必ずしも捩り振動軸に関し
て完全な対称性を有しているとは限らず、断面形状が真
円ではなく長方形である場合、又は、試料長手方向に関
しても完全な直線性を有さす、ある程度の反りを持つ場
合などが少くなく、これらの悪条件が横揺れの振動を助
長し、測定の精度を低下せしめることが多いのである。
これを図によって説明するに、一般に減衰振動は、例え
ば第１図ａの如き形状をとるものであって、この場合、
ある時刻での振幅Ａｏと、それからｎ番目、例えば２０
番目の振動の振幅Ａ２０を計測し、前出（１）式からと
して、内部摩擦値Ｑ−’を定めることができる。
ば第１図ａの如き形状をとるものであって、この場合、
ある時刻での振幅Ａｏと、それからｎ番目、例えば２０
番目の振動の振幅Ａ２０を計測し、前出（１）式からと
して、内部摩擦値Ｑ−’を定めることができる。
しかし、若し試片の形状が反っていたりして、第１図す
の如く横揺れ振動が重畳して来る場合は、（２）式から
定められた内部摩擦値は著しく精度を欠くと言わなけれ
ばならない。
の如く横揺れ振動が重畳して来る場合は、（２）式から
定められた内部摩擦値は著しく精度を欠くと言わなけれ
ばならない。
蓋し、（２）式におけるＡＯ，Ａ２ｏの計測が極めて不
確かとなるからである。
確かとなるからである。
この横揺れ振動の問題は、捩り振動法による内部摩擦測
定における永年の懸案であって、その対策としては専ら
横揺れの低減に腐心していた。
定における永年の懸案であって、その対策としては専ら
横揺れの低減に腐心していた。
すなわち振子が横に揺れぬようオイルダンパーを使用す
るとか、装置全体の架台を極端に大形化、重量化して、
振動を減らすとか、外界の振動が少い夜間に測定を行う
とか、種々の対策が講じられている。
るとか、装置全体の架台を極端に大形化、重量化して、
振動を減らすとか、外界の振動が少い夜間に測定を行う
とか、種々の対策が講じられている。
しかしながら、例えばオイルダンパーを使用する場合に
は、振子の捩り振動自身に対する抵抗が増大する欠点が
ある等、それぞれ難点があり、適切な対策がなかった。
は、振子の捩り振動自身に対する抵抗が増大する欠点が
ある等、それぞれ難点があり、適切な対策がなかった。
そこで本発明者らは、この点に関し種々実験研究を重ね
た結果、前記のような極端な対策を施すことなく、高い
精度で内部摩擦値、Ｑ−１を与え得るような、捩り振動
による内部摩擦測定装置の発明に成功した。
た結果、前記のような極端な対策を施すことなく、高い
精度で内部摩擦値、Ｑ−１を与え得るような、捩り振動
による内部摩擦測定装置の発明に成功した。
すなわち本発明は、線状若しくは短冊状金属試片に捩り
振動を与える振動子系、該振動子系に強制振動を付与し
、且つ任意振動振幅に達した後、該強制振動を停止し自
由振動に移行せしめる機構、振動子系の振動を電気的出
力に変換する機構を有する内部摩擦測定装置において、
その出力波形を変換することにより、捩り振動の複素基
本周波数成分のみを取出して試片の内部摩擦を算出する
機構を有することを特徴とする内部摩擦測定装置に関す
るのである。
振動を与える振動子系、該振動子系に強制振動を付与し
、且つ任意振動振幅に達した後、該強制振動を停止し自
由振動に移行せしめる機構、振動子系の振動を電気的出
力に変換する機構を有する内部摩擦測定装置において、
その出力波形を変換することにより、捩り振動の複素基
本周波数成分のみを取出して試片の内部摩擦を算出する
機構を有することを特徴とする内部摩擦測定装置に関す
るのである。
以下、実施例について、その構成の詳細を説明する。
第２図は本発明にかかる方法を実施すべき捩り振動によ
る内部摩擦測定装置の一例であって、線状若しくは短冊
状の金属試片８の下端をチャックにより固定し、上方を
断熱用ガラス丸棒を介してモリブデン丸棒７に接続し、
さらに、水平に取付げられた慣性枠６及び検出コイル４
を経て、タングステン細線３によって懸垂し、その他端
にはバランス錘２を取付け、以上を以て捩り振動子系を
構成している。
る内部摩擦測定装置の一例であって、線状若しくは短冊
状の金属試片８の下端をチャックにより固定し、上方を
断熱用ガラス丸棒を介してモリブデン丸棒７に接続し、
さらに、水平に取付げられた慣性枠６及び検出コイル４
を経て、タングステン細線３によって懸垂し、その他端
にはバランス錘２を取付け、以上を以て捩り振動子系を
構成している。
慣性枠６の両端には、慣性能率を加減する錘５および鉄
又はニッケルなどの強磁性金属片１３が付してあり、こ
れに対向配置する電磁石の励起電流を、振動子系の固有
振動に同期して変化させることにより、振動子を強制振
動せしめる。
又はニッケルなどの強磁性金属片１３が付してあり、こ
れに対向配置する電磁石の励起電流を、振動子系の固有
振動に同期して変化させることにより、振動子を強制振
動せしめる。
また、コイル４は永久磁石Ｎ、Ｓの磁極間に位置してお
り、振動子系の振動から、交流電圧を出力として取出し
ている。
り、振動子系の振動から、交流電圧を出力として取出し
ている。
第２図の他の部位について言えば、１はペルジャーで、
振動子系を含む空間を真空とし、振動に対する空気抵抗
を排除するのを目的とし、外筒９は試料の温度均一性向
上のため、銅などの熱伝導事大なる金属から成り、さら
に、シリコンオイル槽１１．ヒーター１２および冷却パ
イプ１０は試料温度を幅広く制御するのを目的とする。
振動子系を含む空間を真空とし、振動に対する空気抵抗
を排除するのを目的とし、外筒９は試料の温度均一性向
上のため、銅などの熱伝導事大なる金属から成り、さら
に、シリコンオイル槽１１．ヒーター１２および冷却パ
イプ１０は試料温度を幅広く制御するのを目的とする。
第３図は、第２図の装置からの出力をフィード・バック
して、振動を持続させるとともに内部摩擦値を求める機
構のブロック・ダイヤグラムをしめす。
して、振動を持続させるとともに内部摩擦値を求める機
構のブロック・ダイヤグラムをしめす。
まず、振動子系の捩り振動は、検出コイルによって電気
的出力に変換され、増幅器を経てリミツタに入り、あら
かじめ規定されている電圧振幅に達する迄は、リレーを
閉成して励振コイルへフィード・バックし、振動を発振
せしめる。
的出力に変換され、増幅器を経てリミツタに入り、あら
かじめ規定されている電圧振幅に達する迄は、リレーを
閉成して励振コイルへフィード・バックし、振動を発振
せしめる。
上記出力が、あらかじめ規定されている電圧振幅に達し
たときは、リミッタの作用により、リレーが開放され、
自由減衰振動に移行する。
たときは、リミッタの作用により、リレーが開放され、
自由減衰振動に移行する。
捩り振動の出力波形は、タイマーの作用によって、のち
に述べるような減衰振動波形の解析に十分な時間だけ、
右記式記録計に記録される。
に述べるような減衰振動波形の解析に十分な時間だけ、
右記式記録計に記録される。
以上、＝連の動作はタイマーの作用により、温度の変化
とともに、ブ定時間毎に繰り返される。
とともに、ブ定時間毎に繰り返される。
右記式記録計に記録されたデータは、第１図に例示した
ようなものであり、これからも式（１）又は（２）によ
って内部摩擦値Ｑ−’を求めることは可能であるが、先
に述べたように理由により、本実施例においては、出力
波形の全域解析を行なった。
ようなものであり、これからも式（１）又は（２）によ
って内部摩擦値Ｑ−’を求めることは可能であるが、先
に述べたように理由により、本実施例においては、出力
波形の全域解析を行なった。
第３図のブロック・ダイヤグラムに示すように、出力デ
ータはディジタル化され、１２ ｍ５ｅｃ毎に２”＝２
０４８個の標本値が採取される。
ータはディジタル化され、１２ ｍ５ｅｃ毎に２”＝２
０４８個の標本値が採取される。
波形解析により、複素基本周波数成分のみを取出す方法
としては、フーリエ変換を用いた。
としては、フーリエ変換を用いた。
即ち、前記したように、実際の出力波形は捩り振動に基
く基本周波数成分に加えて、横揺れに基く振動成分、お
よび不規則な雑音成分から成るが、出力波形にフーリエ
変換を施すと、そのフーリエ成分は、約１．５Ｈｚの基
本周波数に対応する鋭いピークと、約０．２Ｈｚの横揺
れの周波数に対応するピークとに明瞭に分離され、さら
に、不規則な雑音成分は、フーリエ成分としては、一様
なバック・グラウンドとなって区別きれるので、基本周
波数成分のみが容易に取出され、その実数部分が基本周
波数、虚数部分が内部摩擦値を与える。
く基本周波数成分に加えて、横揺れに基く振動成分、お
よび不規則な雑音成分から成るが、出力波形にフーリエ
変換を施すと、そのフーリエ成分は、約１．５Ｈｚの基
本周波数に対応する鋭いピークと、約０．２Ｈｚの横揺
れの周波数に対応するピークとに明瞭に分離され、さら
に、不規則な雑音成分は、フーリエ成分としては、一様
なバック・グラウンドとなって区別きれるので、基本周
波数成分のみが容易に取出され、その実数部分が基本周
波数、虚数部分が内部摩擦値を与える。
２０４８点のフーリエ変換を行うのは膨大な計算を要す
るが、高速度の電子計算機によって処理すると極めて容
易であって、本実施例では、■測定温度点について２０
４８点の標本値から、基本周波数と内部摩擦値とを求め
るのに要した時間は、６秒間であった。
るが、高速度の電子計算機によって処理すると極めて容
易であって、本実施例では、■測定温度点について２０
４８点の標本値から、基本周波数と内部摩擦値とを求め
るのに要した時間は、６秒間であった。
このようにして求められた内部摩擦値を、第３図のブロ
ック・ダイヤグラムに示されるように、同時に採取され
た温度データに対してＸ−Ｙプロッターに作図せしめる
ことによって、内部摩擦値の温度による変化、たとえば
スネーク・ピークなどが極めて容易に得られる。
ック・ダイヤグラムに示されるように、同時に採取され
た温度データに対してＸ−Ｙプロッターに作図せしめる
ことによって、内部摩擦値の温度による変化、たとえば
スネーク・ピークなどが極めて容易に得られる。
第４図は、６００℃から水中に焼入れた極軟鋼のスネー
ク・ピークを本実施例の方法によって作図したものであ
る。
ク・ピークを本実施例の方法によって作図したものであ
る。
本図においては、測定温度点数１００であるが、この１
００点の計算に要した時間は約１０分であった。
００点の計算に要した時間は約１０分であった。
これは式（１）を用いて、第１図の如き減衰曲線を解析
する方法に比して、著しい精度向上をもたらすものであ
る詐りでなく、労力節減、所要時間の短縮への寄与も又
極めて犬である。
する方法に比して、著しい精度向上をもたらすものであ
る詐りでなく、労力節減、所要時間の短縮への寄与も又
極めて犬である。
本実施例においては、捩り振動の複素基本周波数成分の
みを取出す方法として、フーリエ変換を用いたが、必ず
しもその方法はフーリエ変換にのみ限定する要はなく、
使用する計算機の能力・特性に応じて、いかなる計算方
法を使用するも任意であって、要は、式（１）の如く、
振動振幅値のみに基いて内部摩擦値を算出するのでなく
、波形そのものの解析により、複素基本周波数成分を分
離して取出すにあることは勿論である。
みを取出す方法として、フーリエ変換を用いたが、必ず
しもその方法はフーリエ変換にのみ限定する要はなく、
使用する計算機の能力・特性に応じて、いかなる計算方
法を使用するも任意であって、要は、式（１）の如く、
振動振幅値のみに基いて内部摩擦値を算出するのでなく
、波形そのものの解析により、複素基本周波数成分を分
離して取出すにあることは勿論である。
本発明の効果は、測定精度の向上、労力節減、所要時効
の短縮に著効あるのみならず、横揺れ振動等の妨害要素
を容易に除去し得ることから、試料形状、装着に関する
厳密な条件を大幅に緩和し得るものであって、内部摩擦
測定の工業的応用性を著しく拡大し得るものである。
の短縮に著効あるのみならず、横揺れ振動等の妨害要素
を容易に除去し得ることから、試料形状、装着に関する
厳密な条件を大幅に緩和し得るものであって、内部摩擦
測定の工業的応用性を著しく拡大し得るものである。
第１図は金属試片捩り振動の減衰の態様を示す図、第２
図は本発明実施例に基く内部摩擦測定装置の概略図、第
３図は同上における振動持続、記録、データ採取、内部
摩擦値算出等の各機構の間の関係を示すブロック・ダイ
ヤグラム、第４図は、本実施例によるスネーク−ピーク
測定結果例である。 ４・・・・・・検出コイル、６・・・・・・慣性枠、７
・・・・・・モリブデン丸棒、８・・・・・・金属資料
片、１０・・・・・・冷却パイプ、１１・・・・・・シ
リコンオイル槽、１２・・・・・・ヒータ。
図は本発明実施例に基く内部摩擦測定装置の概略図、第
３図は同上における振動持続、記録、データ採取、内部
摩擦値算出等の各機構の間の関係を示すブロック・ダイ
ヤグラム、第４図は、本実施例によるスネーク−ピーク
測定結果例である。 ４・・・・・・検出コイル、６・・・・・・慣性枠、７
・・・・・・モリブデン丸棒、８・・・・・・金属資料
片、１０・・・・・・冷却パイプ、１１・・・・・・シ
リコンオイル槽、１２・・・・・・ヒータ。
Claims (1)
- １ 線状若しくは短冊状金属試片に捩り振動を与える振
動子系、該振動子系に強制振動を付与し且つ任意振動振
幅に達した後、該強制振動を停止し自由振動に移行せし
める機構、振動子系の振動を電気的出力に変換する機構
を有する内部摩擦測定装置において、その出力波形を変
換することにより、捩り振動の複素基本周波数成分のみ
を取出して試片の内部摩擦を算出する機構を有すること
を特徴とする内部摩擦測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52142604A JPS5826552B2 (ja) | 1977-11-30 | 1977-11-30 | 捩り振動による内部摩擦測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52142604A JPS5826552B2 (ja) | 1977-11-30 | 1977-11-30 | 捩り振動による内部摩擦測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5476197A JPS5476197A (en) | 1979-06-18 |
| JPS5826552B2 true JPS5826552B2 (ja) | 1983-06-03 |
Family
ID=15319169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52142604A Expired JPS5826552B2 (ja) | 1977-11-30 | 1977-11-30 | 捩り振動による内部摩擦測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5826552B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0277637A (ja) * | 1988-09-13 | 1990-03-16 | Resuka:Kk | 粘弾性測定装置 |
| CN102374967B (zh) * | 2005-09-28 | 2014-11-05 | 独立行政法人科学技术振兴机构 | 双路型切变应力测定方法及装置 |
| CN107076639B (zh) * | 2014-09-05 | 2019-09-24 | Abb瑞士股份有限公司 | 监测涡轮发电机中的扭转振荡 |
| CN116539519A (zh) * | 2023-07-07 | 2023-08-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种结构样件内耗动态测量装置及系统 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4885189A (ja) * | 1972-02-10 | 1973-11-12 |
-
1977
- 1977-11-30 JP JP52142604A patent/JPS5826552B2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4885189A (ja) * | 1972-02-10 | 1973-11-12 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5476197A (en) | 1979-06-18 |
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