JPS61149839A - 疲労試験装置 - Google Patents

疲労試験装置

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JPS61149839A
JPS61149839A JP27250484A JP27250484A JPS61149839A JP S61149839 A JPS61149839 A JP S61149839A JP 27250484 A JP27250484 A JP 27250484A JP 27250484 A JP27250484 A JP 27250484A JP S61149839 A JPS61149839 A JP S61149839A
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JP
Japan
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test piece
reflecting mirror
beam splitter
interference
notch
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JP27250484A
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Mitsuo Yamashita
満男 山下
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • G01N3/02Details
    • G01N3/06Special adaptations of indicating or recording means
    • G01N3/068Special adaptations of indicating or recording means with optical indicating or recording means
    • GPHYSICS
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N2203/0058Kind of property studied
    • G01N2203/006Crack, flaws, fracture or rupture
    • G01N2203/0062Crack or flaws
    • G01N2203/0066Propagation of crack
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    • G01N2203/06Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/0641Indicating or recording means; Sensing means using optical, X-ray, ultraviolet, infrared or similar detectors

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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は切シ欠きを有する疲労試験片のき裂の発生を検
知する装置に関する。
〔従来技術とその問題点〕
一般に例えば金属材料からなる応力集中部をもった各種
機器の構成部材について疲労強度設計を行なう場合、使
用される材料の切シ欠きをつけた試験片を用いて繰り返
し荷重を負荷することによプ試験片の切シ欠き底にき裂
が発生するまでの寿命でその材料を評価し設計資料とす
ることが屡々行なわれている◎このような切り欠きを有
する試験片の疲労試経を行なう際にはき裂の発生Kl!
L。
た荷重のサイクル数を何らかの方法で検知しなければな
らない。これに対して従来き裂の発生は目視によって確
認するかもしくは試験片に一定の電流を通電しき裂の発
生成長に伴なう切シ欠き近傍の電圧変化を検出すること
により行なわれている。
しかしながら、目視によってき裂発生時点を定めるのは
、疲労試験が長時間にわたる試験であるために常時監視
を継続することは不可能であシ、試験機のカウンターに
表示される繰夛返しサイクル数と的確に対応して捕える
ことができず、したがってき裂発生時点の測定サイクル
数は試験毎にかなシばらつきを生ずる。また電位差法は
腐食環境中における疲労試験、とくに腐食因子をもった
水中に試験片を置いて実施する場合に、試験片に通電す
るための端子の絶縁やリード線の取シ出しなどがむつか
しく測定が容易でないなどの欠点を有する。
〔発明の目的〕
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであフ、その目
的は切シ欠きを有する疲労試験片の切シ欠き底における
き裂発生寿命を大気中のみならず水中でも正確に検知す
ることができる試験装置を提供することKある。
〔発明の要点〕
本発明は切シ欠き底にき裂が発生すると切シ欠き部の開
口量が大きくなることに着目し、切シ欠きをはさんでビ
ームスプリッタ−と反射鏡を設はレーザー光を用いてそ
の反射鏡ともう一方の試験機に固定した反射鏡とからの
反射光の干渉により、切り欠きをはさむ2点間の距離を
所定の繰)返し荷重サイクルの間隔または繰り返しサイ
クル毎に検出器に出力させて、切シ欠き部の開口量変化
から、試験片のき裂発生寿命サイクル数を検出するよう
Kll成したものである。
〔発明の実施例〕
以下本発明を実施例に基づき説明する。
はじめに第1図に疲労試験片1の片側に設けた切)欠き
2の近傍に本発明に係るビームスプリッタ−3と反射鏡
4を取シつけた状態を部分的な斜視図で示す。ビームス
プリッタ−3は枠5に嵌めてねじ6で試験片1に固定し
、同様に反射鏡4も枠7に嵌めてねじ8で試験片lに固
定するが、ビームスプリッタ−3と反射鏡4は、試験片
1に形成した平板状平行部の側面中央に設けられた切シ
欠き2をはさんで対向するように配置する。ただしビー
ムスプリッタ−3のみ試験片lの長手方向に対して45
°の傾斜をもつように固定する。なお試験片lの全体の
形状は以下に記載する第2図において明らかにしである
次に第2図は本発明における切シ欠き部の開口量測定原
理を説明するために上記試験片を試験機に取シつけたと
きの要部の機成を示した概念図であシ、第1図と共通部
分を同一符号で表わしである。第2図においてビームス
プリーター3および反射鏡4を備、えた切シ欠き2を有
する試験片1はその駆動側端を試験機のピストン9に試
験片装着治具lOにより固定し、他端を試験機のクロス
へラド11に試験片装着治具12で固定する。第2図は
水中における疲労試験の場合を示しておシ、試験片1は
水を満した透明のアクリル製水槽13に浸漬された状態
となっている。試験に用いられる水は水槽13内を循環
するように水槽13の外壁に給水口14のおよび排水口
14bを設けである。
また本発明では反射鏡4のほかに同種の反射鏡15およ
び16が試験片の近傍に備えられ、これらの反射鏡はそ
れぞれクロスヘッド11に固定した支柱17から分岐す
る支持腕18および18mの先端に゛例えば接着剤など
で貼着して取シつけられる。
反射鏡15の鏡面は試験片lの長手方向に45°の傾斜
をもつようにするが、ビームスプリッタ−3に対しては
鏡面が互に垂直となる方向にすることと、ビームスプリ
ッタ−3の真上に適当な間隔をもって位置することが盛
装である。これに対して反射ml 6Fi鏡面が試験片
1の長手方向に対して平行であってビームスグリツタ3
の真横になるように適当な距離をおいて配置する。−力
木発明の装置では水槽13の外部にレーザ光発生器19
を備え、レーザ光発生器19から出射したレーザ光祉水
槽13を透過して反射鏡15に至シ、ここで反射してビ
ームスプリッタ−3に到達してビームスプリッタ−3を
通過したレーザ光が二つのビームに分岐するようになっ
ている@すなわち分岐したレーザ光の一方は直進して反
射鏡4に達し、他方は反射鏡161C達して、それぞれ
反射したレーザー光は再びビームスプリッタ3を経て水
槽13の外部に設けた検出装置20に入射する。この際
反射鏡4と反射鏡16で反射した二つのレーザ光はそれ
ぞれの光路差によって干渉を生ずる0この干渉の状況を
検出装置20に画像記録する0したかッて前に述べたビ
ームスプリッタ−3と反射鏡4.15.16の相対的な
配置と取シつけのための条件は換言すればレーザ光の進
路について以上の関係が保てるようにすればよい。
このようにして試験片lに繰り返し荷重が加わると試験
片1に固定されているビームスプリッタ−3と反射鏡4
はわずかに荷重方向に動くが反射鏡15と16はそれぞ
れ支柱17からの支持腕18m、  18bKよりクロ
スヘラドIIK固定されているので動くことはない。し
たがって反射鏡4および反射鏡16から反射する両ビー
ムの干渉による明暗は切り欠き2をはさんで配置したビ
ームスプリッタ−3と反射鏡4の間の距離が変動すると
その変動に応じて変化する。すなわち切ル欠き2の開口
量の変化は前記した記録画像と比較して解析することK
よシ、干渉に基づくビームの明暗の変化から求めること
ができる0例えばステンレス製の厚さ5■、巾20mm
の平板部を有する試験片に引張シ圧縮1 tonの繰り
返し荷重を加え九場合ビームスプリッタ−3と反射鏡4
の距離dt−10v−mllc設定したときその変化量
は次のように計算さ導体レーザを用いると波長的0.8
μmであるからほぼ6回明暗の変化が生ずる。切シ欠き
底におけるき裂発生の有無は所定の開口量に対しである
荷重点で監視すればよいが最大荷重点においてのみビー
ムの明暗を監視して判断するのがよい。例えば上記ステ
ンレス試験片の場合では±1 tonの繰り返し荷重を
加えると1サイクル中衛重変化に合わせて引張シ圧縮に
わたシ12回の明暗が繰り返されるが、各サイクル中の
最大荷重点においてのみ検出すると切シ欠き底にき裂が
入るまで同一の干渉状態が保たれる。この検出を自動的
に正確に実施するため、レーザ発生器19から出射した
レーザビームが最大荷重点においてのみ検出装置20に
入射するように、疲労試験機の後述する波形発生器から
出力される繰り返し荷重の周期と同期する開閉器21を
設けである。
続いて第3図は疲労試験機を含めて装置全体としての作
動を説明するための概略構成図であって第1図、第2図
と共通部分は同一符号で表わしである。第3図において
試験片1に所定の繰り返し荷重が負荷されるように波形
発生器22から出力する電気信号が制御ユニット23を
経て試験機のアクチュエータ24を駆動する0試験片1
に負荷され九荷重は試験機のクロスへラド11に設けら
れたロードセル25で検出された後、計測ユニット26
で計測され、その信号が再び制御ユニット23にフィー
ドバックされる・波形発生器22から出力される波形信
号は同時に信号発生器27にも入力され、前記したよう
にレーザービームの干渉を最大荷重点で検出する丸めに
、繰り返し荷重と同期させて開閉器21にその電気信号
が送られる。干渉を生じたレーザビームが検出装置20
に入射されてビームの明暗を記憶し、さらに信号飽理装
置28でビームの明暗の変化に基づく切シ欠き部の開口
量が演算される0この演算結果を表示装置29に記録し
表示する@このようにしてあらかじめ設定した切り欠き
部の開口量が変化した時点で制御ユニット23にパルス
信号を送シ繰り返し荷重を停止する0このとき試験機に
備えた図示してないカウンターにより試験片にき裂が発
生するまでの繰り返し荷重のサイクル数、すなわちき裂
発生寿命を正しく求めることができる。
以上説明してきたごとく、本発明の装置は、二つのレー
ザビームによって生ずる干渉の変化と試験片の切シ欠き
部の開口量とを対応させて、き裂発生時点を電気的に検
出するように構成したものであ勺、大気中は勿論、水中
の疲労試験においても測定に必要な電気的接続個所を水
槽内に持ち込む必要がないからいずれの場合も試験片切
シ欠き部のき裂発生寿命を正確に検出することができる
0〔発明の効果〕 材料に繰り返し応力を与える疲労試験を行なうとき、応
力集中が起きやすいように、試験片に切シ欠きを付して
切シ欠き底でき裂を生じるようKし、き裂が入るまでの
繰り返し荷重サイクル数で材料の疲労強度指標を得るこ
とが通常行なわれておシ、従来目視まえは電位差法など
に依存していたのに対し、本発明では実施例で説明した
ように、試験片に切シ欠き部をはさんで対向するビーム
スグリツタと反射鏡を取シつけ、レーザビームを用いて
ビームスプリッタを通してこの反射鏡から反射するビー
ムとこれとは別に試験機に支柱を介して取りつけた反射
鏡から反射するビームとの切シ乏 欠き開口量の大き1に伴って異なる干渉の明暗の変化を
検出装置に記録するとともに、荷重サイクルに同期して
最大荷重点においてのみ開口量に対応する干渉の変化が
検出装置に入射し、これらはいずれも自動的に作動する
ように試験装置を構成したために、あらかじめ設定した
切り欠き開口量はレーザビームの干渉の変化によって適
確に捕えることができ、荷重サイクルとの対応が容易に
正確に求められ、き裂発生寿命のばらつきを生ずること
なく測定の信頼性が高い0しかも本発明の装置によれば
水中の疲労試験においても、レーザビームは透明な水槽
を透過するから、電気的な接続個所などを試験片を浸漬
した水槽の外部に設置することが可能とな9、き裂発生
寿命を測定するのになんの支障も生じないという大きな
利点をもっている。
【図面の簡単な説明】
第1図は試験片のビームスプリッタ−と反射鏡の取りつ
け状態を示す斜視図、第2図は切シ欠き開口量の測定原
理を設置するためのレーザビーム経路と周辺装置を示し
た概念図、第3図は装置全体の概略構成図である。 1・・・・・・試験片、2・・・・・・切り欠き、3・
・・・・・ビームスプリッタ−、4,15,16・・・
・・・反射鏡、 10.12・・・・・・試験片装着治
具、13・・・・・・水槽、19・・・・・・レーザ発
生器、20・・・・・・検出装置、  21・・・・・
・開閉器、22・・・・・・波形発生器、23・・・・
・・制御ユニット、24・・・・・・アクチェエータ、
25・・・・・・ロードセル、26・・・・・・計測ユ
ニット、27・・・・・・信号発生器、28・・・・・
・信号処理装第1図 z3 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)切り欠きの開口面を形成する疲労試験片平行部の側
    面上で前記切り欠きをはさんで両側にそれぞれ固定した
    前記試験片の長手方向に対して鏡面が45°の傾斜を有
    するビームスプリッター(3)および前記試験片の長手
    方向に対して鏡面が垂直となるように位置する第1の反
    射鏡(4)、 疲労試験機のクロスヘッドに支柱と支持腕を介して取り
    つけた鏡面が前記試験片の長手方向に対して45°傾き
    前記ビームスプリッターの鏡面に対しては垂直となるよ
    うに位置する第2の反射鏡(15)および鏡面が前記試
    験片の長手方向に対して平行となるように位置する第3
    の反射鏡(16)、前記試験片に負荷する繰り返し荷重
    を定める波形発生器(22)、 該波形発生器からの信号を受けて前記試験機のアクチュ
    エータを駆動する制御ユニット(23)、前記試験機の
    ロードセルで検出した荷重信号を計測し、前記制御ユニ
    ットにフィードバックする計測ユニット(26)、 前記波形発生器からの信号を受けて出力する信号発生器
    (27)、 該信号発生器からの出力を受けて前記試験片に加わる繰
    り返し荷重と同期して最大荷重点で作動する開閉器(2
    1)、 該開閉器を経てレーザビームが前記第2の反射鏡に達す
    るように出射されるレーザ発生器(19)、前記第2の
    反射鏡で反射したレーザビームを受けて前記スプリッタ
    ーにより2分されたビームをそれぞれ反射する前記第1
    および第3の反射鏡からの二つのビームの干渉の変化を
    記録する検出装置(20)、 該検出装置に記録された前記干渉の変化を演算処理する
    信号処理装置(28)、 前記演算処理の結果を表示する表示装置(29)、とを
    備えたことを特徴とする疲労試験装置。
JP27250484A 1984-12-24 1984-12-24 疲労試験装置 Pending JPS61149839A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2013140065A1 (fr) * 2012-03-21 2013-09-26 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Système de mesure d'une zone d'écartement dans un substrat

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