JPS60105941A - 材料の疲れ試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は材料の疲れ試験機、特に低速長時間の疲れ試験
に好適な材料の疲れ試験機に関する。

従来、材料の荷重あるい一欧伊ずみの繰返し下における
疲れ特性を調べる方法には多くの方法が知られて、いる
。

材料の疲れ試験の中には、高温波れのように、クリープ
と疲れが重畳するクリープ疲れ試験、あるいは腐食環境
下の腐食疲れ試験等の場合、低速度繰返しで数ケ月とい
うような極めて長時間の連続試験を要するものがある。

従来の材料疲れ試験機における駆動形式としては、油水
圧シリンダとピストンを利用するもの、電動モータとカ
ムやネジ機構を使用するもの、電磁力、その他による共
振を利用するもの等が一般的である。

これらの疲れ試験機は基本的に機械的可動部を有し、長
期低速運転に対して、保守管理、運転費の面で問題が生
じ易く、そのうえ運転中の騒音や安全性の面でも問題点
が多い。特に機械可動部を多く持つものは試験機が大型
複雑化し、製作も割高となシ、長期的には故障率も高く
なる等の問題点が多かった。

本発明は前記のような問題点を解消すべくなされたもの
で、その目的は機械的可動部をなくし、簡単で、かつ長
期低速運転に適する材料の疲れ試験機を提供するにある
。

本発明の要旨は、金属棒あるいは金属管の加熱冷却によ
る熱膨張、熱収縮を駆動源とするヒートアクチュエータ
を用い、試験片のひずみまたは荷重の大きさにょシ、試
験片とは熱的に絶縁したヒートアクチュエータの加熱冷
却を制御することによって試験片に所望のひずみまたは
荷重を繰返し与えるようにしたことを特徴とする材料の
疲れ試験機にある。

本発明の試験機を図面に基づいて説明すると、第１図は
本発明の試験機の概要を示す側面図である。図中、１は
試験片で、これは通常の方法でチャック３ａ、３ｂを介
して取付けられる。

２は金属棒、好ましくは熱容量が小さく、がっ座屈に対
して強い薄肉金属管の表面に電熱線５を備え、金属棒を
加熱冷却するようにしたヒートアクチュエータで、金属
棒２の端部４ａｘ　４ｂは熱を他に伝達させないため、
断面積減少部を設けたり、放熱フィンを設けたり、ある
いは水冷、空冷等により強制冷却する。ヒートアクチュ
エータ２の上端部４ａと下チャック３ｂは、板バネ６に
よ＃）フレーム７に保持され、試験片ｌに曲げ荷重が作
用するのを防止している。板バネ６は同時にヒートアク
チュエータ２がらの対流による熱伝達を防ぐ作用をする
。

本試験機の運転に際しては、電熱線５に通す電流を試験
片１に取付けた伸び計８の信号によ）開閉させてひずみ
制御試験を、またチャック３ａに連なるロードセル９の
信号により開閉させて荷重制御試験を行ってもよい。

第１図に示す試験片１とヒートアクチュエータ２を直列
に配置するものではヒートアクチュエータ２の加熱の際
、試験片１に圧縮・冷却による引張り荷重を生ずるが、
その変化速度は電熱線５の発熱量とヒートアクチュエー
タ２の冷却方法によシ広範囲に選ぶことができる。

ヒートアクチュエータ２の温度をＴ１とＴ２の間に変化
させるとき、試験片１には原理的にほぼの相対ひずみを
生ずる。ただし、αは金属棒の熱膨張係数、　１１％　
Ａｔは試験片の有効長さと断面積、Ａ２．　Ａ２は金属
棒の有効長と断面積を表わす。フレームの剛性は十分高
いとした。

ｔｓ　／１２、Ａ　Ｉ　／Ａ−２はどちらも容易に１／
２０以下にすることができ、金属棒の材料としてステン
レス鋼を用いると、α＝　１．８　Ｘ　１　ｏ−’／ｒ
：であるから、Ｔ２−Ｔｔ　＝２００℃とすると、ｔ〉
ｏ、ｏａｃ＋となる。

一般的なひずみ制御の疲れ試験において繰返されるひず
み幅は０．００１〜０．０２程度の範囲であるから、十
分有効な疲れ試験が可能であることが分る。

第２図は本発明の試験機の構造形式の例を示すものであ
る。図は構造の変わった部分を示し、他は第１図に示す
構造で略す。

第２図ビ）は第１図に示すものと同じで、試験片１とヒ
ートアクチュエータ２を直列に連ねたものである。これ
はヒートアクチュエータ２の加熱に際し、試験片１に圧
縮が作用するものである。

第２図（ロ）は試験片１に対し、２個のヒートアクチュ
エータ２ａ、２ｂを並列に配したもので、両ヒートアク
チュエータ２ａ、２ｂの同時加熱に際し、試験片１に引
張シが作用し、ヒートアクチュエータと試験片の間の熱
の遮断が容易である利点がある。

第２図ｅ→はヒートアクチュエータ２を管構造とし、そ
の内部を貫通して他端に連なる軸により試験片ｌに力を
作用させるので、形式的には麻２図（ロ）と同様な並列
型であシ、ヒートアクチュエータの加熱の際、試験片に
引張シが作用する。

第２図に）は３個のヒートアクチュエータ２ａ。

２ｂ１２ｃを有する石盤二重型で、直列ヒートアクチュ
エータ２ａと並列ヒートアクチュエータ２ｂと２０とを
それぞれ独立に制御することによシ優れた性能を得るこ
とができる。例えば直列ヒートアクチュエータが冷却過
程にあるとき同時に並列ヒートアクチュエータを加熱し
、また逆に一方を加熱するとき同時に他方を冷却するよ
うにして、引張り圧縮の幅や速度を倍加することができ
るほか、一方を試験片に加える荷重振幅の制御に、他方
を平均荷重の制御に用いることによシ、振幅と平均値を
独立に制御するプログラム荷重試験を行うことができる
。

第２図（ホ）は直列ヒートアクチュエータ２ａと並列ヒ
ート／クチ−エータ２ｂを同軸二重構造とした腹鼓二重
型のもので、第２図に）と同じ使い方をすることができ
る。

なお、前記（イ）、（ハ）、（ホ）は複数の装置を並べ
て設置する場合に相隣り合うフレームの支柱を共有させ
ることが可能であるから、低速長時間試験に不可欠な試
験機台数の増加に有利である。

また、ヒートアクチュエータを適当な支点やレバーを組
合せ用いることにより、ねじシ形式、曲げ形式、それら
の組合せなど多様な疲れ試験形式に適用可能である。第
３図は曲げ形式、第４図はねじシ形式のものを示す。図
中の各番号は前記と同じである。

実施例 第　２　表 上記条件で第（１）式から試験片ひずみＣを計算すると
０．０１３となる。しかし試験機のチャック部の剛性を
考慮に入れると試験片有効長さに加わるひずみは計算値
の約１／２となり、実際の伸び計から検出されるひずみ
及び一定に制御するひずみは０．００６であった。第５
図、第６図にそれぞれ直列型ヒートアクチュエータの温
度Ｔ１試験片ひずみＣα時間的（１）変化を示す。試験
片ひずみはヒートアクチュエータの温度変化によって生
じるものであるから、第６図のように、ヒートアクチュ
エータの温度変化曲線と同様に曲線で変化し、１サイク
ル当シの時間も２０分程度となったが、試験片に一定の
ひずみ幅０．００６で繰返し変形を与えるという所期の
目的を達成することができた。図において、１０は試験
片伸び計取シ付け、１１は試験開始、１２は空冷、１３
は加熱、１４は引張シ、１５は圧縮を示す。

以上のように、本発明の材料の疲れ試験機は次のような
特長を有する。

１）機械的可動部を有しないため、無騒音、無公害で長
期間メンテナンスフリーで稼働できる。

２）構造的に簡単であるため、小型、軽量化でき、限ら
れた設置面積に多数の試験機を収容できる。

３）試験機の製作費、運転経費ともに大巾に切下げ得る
。

４）試験片温度はヒートアクチュエータ温度とは、独立
に制御可能である。

５）クリープ疲れ試験のように、１サイクル最大１０時
間、線試験時間１万時間というような長期間試験も経済
的にできる。

６）応力腐食割れのような腐食環境下の試験も行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の試験機の概要図、第２図（イ）、（ロ
）、ｅ→、に）、（ホ）は本発明の試験機の構造形式図
、第３図及び第４図はそれぞれ、曲げ形式、ねじシ形式
を付加した図、第５図は試験時におけるヒートアクチュ
エータの時間的温度変化図、第一６図は試験時における
試験片ひずみの時間的変化図を示す。 ■試験片 ２．２ａ、２ｂｂ　２ｃ　：ヒートアクチュエータ３ａ
、３ｂ：チャック ４ａ、４ｂ：ヒートアクチュエータ端部５：電熱線 ６：板バネ ７：フレーム ８：伸び計 ９：ロードセル １０：試験片伸び針取付は時 １１：試験開始 １２：空　冷 １３：加　熱 １４：引張り １５：圧　縮 特許出願人 科学技術庁金属材料技術研究所長 御　（圀 ＞２１ｎ 葎３場 牙４　□□□

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属棒あるいは金属管の加熱冷却による熱膨張、熱収縮
   を駆動源とするヒートアクチュエータを用い、試験片の
   ひずみまたは荷重の大きさによシ、試験片とは熱的に絶
   縁したヒートアクチュエータの加熱冷却を制御すること
   によって試験片に所望のひずみまたは荷重を繰返し与え
   るようにしたことを特徴とする材料の疲れ試験機