JPS61193067A - 鋳鉄品の評価方法及び装置 - Google Patents

鋳鉄品の評価方法及び装置

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JPS61193067A
JPS61193067A JP60034119A JP3411985A JPS61193067A JP S61193067 A JPS61193067 A JP S61193067A JP 60034119 A JP60034119 A JP 60034119A JP 3411985 A JP3411985 A JP 3411985A JP S61193067 A JPS61193067 A JP S61193067A
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deterioration
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克彦 本庄
Keiichi Sudo
佳一 須藤
Junichi Masuda
順一 増田
Kishio Arita
紀史雄 有田
Koichi Takayama
高山 康一
Chiharu Nagano
長野 千治
Yoshitaka Koide
小出 美孝
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/045Analysing solids by imparting shocks to the workpiece and detecting the vibrations or the acoustic waves caused by the shocks
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
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    • G01N2291/0258Structural degradation, e.g. fatigue of composites, ageing of oils

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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】 4産業上の利用分野ン 本発明は鋳鉄材、鋳鉄製品の品種、引張強さ。
劣化の程度を、振動法を用い非破壊で評価する方法及び
装置に関する。
(従来の技術〉 鋳鉄材は例えばJIS orro/rねずみ鋳鉄品」に
より、ねずみ鋳鉄品7種から6種までが定められ、 F
Olo、 FO/J″、 FO20,FO2J−、Fo
、30゜FCj3r  の記号で表わされている。これ
らの記号中の数字は、直径30mの鋳放し材の引張強さ
にもとすいている。
これら鋳鉄品の試験は引張試験、抗折試験、化学分析な
ど、破壊を伴う試験が用いられ、非破壊でその品種や引
張強さを測定する方法や装置はなかった。
また鋳鉄品の劣化の測定法としては、試料に励起された
訪導電流が発生したクラックによって変化することを利
用する渦電流法、クラック付近に浸透液を塗布して目視
にょシ判定する浸透法、入射した超音波のクラックから
の反射を利用する超音波法、クラックの発生、進展によ
って伝播するアコースティック・エミッシ冒ン(肚)数
を計数するAE法などがあった。また振動解析を用いる
方法、装置としては主として構造物の解析用のものがあ
った。
4発明が解決しようとする問題点ン このように従来の方法では、鋳鉄品の引張強さを測定す
るには破壊試験によらざるを得す、劣化の測定を非破壊
で行なう方法も熟練を要し、操作性よく短時間で測定す
るという面で欠ける点があった。更に引張強さと劣化を
非破壊で同時に測定する方法はなかった。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもの
で、振動解析法によって、鋳鉄品の材質。
引張強さ、劣化の程度を非破壊で、かつ同時に測定する
方法及び装置を提供するものである。
〈問題点を解決するための手段〉 本発明においては、鋳鉄品に打撃を加えて振動を生ぜし
め、その共振周波数から引張強さを計算し表示させ、振
動振幅の減衰率から引張強さ及び鋳鉄品の品種を判定し
、更に共振周波数の低周波数側への移動量から劣化の程
度を計算し、表示させる。
第1図は本発明装置の構成を示す図であって、lは鋳鉄
品、λはハンマーなどの打撃用具、3は鋳鉄品の機械的
振動を電気信号にかえる振動プローブで加速度ピックア
ップコイルなどが利用できる。1AFi増幅器、jは波
形解析器で、増幅器グの出力から鋳鉄品の振動の周波数
を測定する周波数測定部6と振幅を時間と共に測定する
波形測定部7からなっている。rは周波数測定部、波形
測定部による測定結果を記憶し、また常数環など所要の
データを記憶するフロッピーディスクなどのメモリ部、
りは測定結果より引張強さ、減衰率などを計算する演算
部でマイクロコンピュータを用いる。IOはプリンタな
どの出力部である。鋳鉄品lはスポンジなどのクッシl
ン材//上におくことが望ましい。
く作 用ン 鋳鉄品lに打撃を与えると、その形状に応t−M+′1 共振振動数で撮動する。共振周波数÷はfi=(旦)2
(−)!′(1) t   ρ人 で与えられる。但し、iは振動の次数、tは鋳鉄品の長
さ、■は断面2次モーメント、人は断面積、Eはヤング
率、ρは密度、λiは常数でλ、=447JO。
λ、=7?j3、λ、 = / 0.タタ6、・・・ 
である。更に鋳鉄の場合、引張強さσとヤング率Eとは
McEteeMooreの式 %式%(2) によって関係づけられているので、あらかじめ。
鋳鉄品の形状、密度及びλを第1図のメモリ部tに記憶
させておいて、共振周波数を測定すれば、引張強さσは
(1)、 C2)から得られる1 ρA  Z 4  
 t、s2      (3)σ=(而・了・(、−7
)・f目 を第1図の演算部りで計算して、その結果を共振周波数
と共に出力部IO上に打ちだすことができる。
打撃によって生じた鋳鉄品の共振振動は減衰振動に移る
が、その減衰率が鋳鉄品の品種、引張強さによって異る
ことが本発明者によって見出された。鋳鉄品lの振動の
減衰率を波形解析器jで測定することにより、鋳鉄品l
の引張強さ9品種を判定し、その結果全表示できる。
更に本発明者は鋳鉄品の共振周波数が、その荷重履歴に
よって低周波数側へ移動すること、それが荷重履歴によ
って生じたクラックによるものであることを見出した。
健全な鋳鉄品の共振周波数またはあらかじめ作製した検
量線をメモリ部tに記憶させ、劣化試料の共振周波数を
それらと比較すれば、劣化の程度を知ることができ、ま
た履歴荷重を破断荷重との比で定量化して出力すること
もてきる。
〈実施例〉 千 以上実施例にもとすいて詳細に説明する。
(実施例/) 共振周波数から引張強さを測定した。
JISGJ″joi  ねずみ鋳鉄品のうち、Pop!
FO20,Fo、30の丸棒から試料を作成した。試料
は長さ≠tpom、直径32■の丸棒を切削して厚さ2
0−の板状としたものである。各試料をスポンジ上にの
せ、ハンマで打撃を加え、その振動をプルーブ3によっ
て電気信号にかえ、共振周波数を測定した。あらかじめ
試料の長さ、断面積。
断面2次モーメント、密度、λをメモリ部♂に記憶させ
ておき、演算部りにおいて(3)式によって共振周波数
Nから引張強さσを計算した。得られた結果を第2図に
示す。計算結果は規格値と良く一致している。
(実施例2) 共振振幅の減衰から鋳鉄品の引張強さ1品種を判定しな
。試料として実施例/と同一形状2寸法のものを使用し
た。鋳鉄品に打撃を加え、振動を生じさせた時の振動波
形を模式的に第3図に示す。
振幅は打撃を受けた後、ある時間を径て最大値に達し、
その後減衰振動に移る。PC/j、 FO20。
FCl2  各試料について、振動の波形全測定I−す
振幅の包絡線を第μ図に示す。同じねずみ鋳鉄であって
も、品種によって減衰の様子が全く異なる。
第3図または第弘図において、振幅が最大となる時間@
 1=0、その時の振幅t”oとすれば、以後の減衰振
動の振幅u(t)は時間tと共にu(tl−u e−α
t O(4) に従って減小する。αは減衰率である。(4)式よりα
” −tn −(5) t  u(t) となるので、波形測定部6で測定された減衰波形にもと
すいて、演算部りで減衰率αを計算し、出力させる。こ
のようにして得られたFO/j、 1020、  FC
l2の減衰率を第1表に示す。
第  l  表 表に見られるように、減衰率は鋳鉄の品種によって異な
るので、減衰率から品種、ひいては引張強さを判定でき
る。
(実施例3) 共振周波数の低周波側への移動から、鋳鉄材の劣化の程
度を測定した。実施例/と同一形状1寸法の試料を作製
し、まず通常の抗折試験機を用いて抗折試験を行なった
。最大抗折荷重はFO/J−で弘20kpf 、 FO
20で700kPf%FOj Oでり00klfであっ
た。次に同じ抗折試験機により、F01!では100k
lFから弘00kyfまでJ’0kffきざみで、PC
20CはJOOkyfからis J’ Ok%’t テ
/ 00klFきざみで、FCl2では弘!Okgf、
 1.00klF、 7!0kjif、lrり0kyf
  で、あらかじめ曲げ荷重を与えた。
これらの各試料の共振周波数を第1図の装置で測定した
ところ、共振周波数は、履歴荷重と共に低周波数側へ移
動することがわかった。
荷重履歴のない鋳鉄材の共振周波数をあらかじめ測定し
てメモリ部rに記憶しておく。履歴荷重を与えた鋳鉄材
の共振周波数を測定して荷重履歴のない時の共振周波数
との差△fを演算部りで計算して出力部10で出力する
。第5図は履歴荷重と△fとの関係を示したもので、△
fは履歴荷重と共に増加し、またその増加の様子は鋳鉄
の品種によって異る。第5図の△f−履歴荷重曲線を検
量線として、鋳鉄品の共振周波数からその鋳鉄品の荷重
履歴を知ることができる。この荷重履歴は鋳鉄品の劣化
の程度を示すものであることが次の実験事実から示され
る。各試料に履歴荷重としての曲げ荷Ml−加える際、
同時にアコースティックエミッション(AE)を測定す
る。第4図はその結果、第7図は第5図と第を図から求
めた△fとAB数の関係を示すものである。よく知られ
ているようにAB数は試片に発生するクラック量すなわ
ちクラック面積に比例するので、荷重履歴による共振周
波数の低周波側への移動量△fはクラックの発生量、劣
化に対応するものである。
FO/j、FO20,FCl2の各種別毎に荷重履歴の
ない場合、及び既知の履歴荷重を与えた場合の共振周波
数を測定し、各種別毎に履歴荷重、共振周波数、△f値
の表(以下履歴荷重表という)をメモリ部に記憶させて
おく。品種のわかっている鋳鉄品の共振周波数を測定し
、演算部でこの履歴荷重表を参照して履歴荷重を出力部
より出力することができる。また履歴荷重■の破断荷重
(W!+ )に対するioo分比を劣化度として出力す
ることもできる。
(実施例≠) 共振周波数と振幅減衰率から鋳鉄品の材質と劣化の程度
を測定した。試料の形状9寸法は実施例1と同じである
実施例3と同様に、各試料に履歴荷重としての曲げ荷重
■を加えた後、打撃によって振動を発生させ、その減衰
振動部における減衰率を測定した。
第を図はその結果を示したもので、履歴荷重は規格化す
るため、F01!、FOJO,FOJOのそれぞれにつ
いて、抗折荷重(破断性1K (WB))に対する10
0分比で表しである。第r図で注目すべきことは、共振
周波数は前述したように履歴荷重に依存するが、減訳率
は履歴に影響されずはy品種によって一定なことである
。先に減衰率によって鋳鉄品の引張強さ1品種を判定で
きることを述べたが、荷重履歴を有する鋳鉄品について
も減衰率から品種を判定できる。
第り図はFC/J″、FOJO,FOJOの各種につい
て、荷重履歴のないもの、第を図に示した履歴荷重を加
えたものの共振周波数と減衰率を一平面上に示したもの
である。鋳鉄品はその品種によって、この共振周波数−
減衰率平面上で、互いに分離した集団を形成しておシ、
このことを利用して品種。
経歴の未知な鋳鉄材の評価が可能になる。
−例として第1O図に示すフローチャートにもとすいて
、評価法を説明する。鋳鉄品より所定の形状の試験片を
切シ出して、打撃を加え、振動させる。試験片に接触さ
せた振動プループにより機械的振動を電気信号にかえ増
幅し、周波数及び減衰波形を測定する。この測定値と、
メモリ部にあらかじめ記憶させておいた所要のデータを
用い、演算部において引張強さ、減衰率、共振周波数の
移動量△fを計算する。共振周波数fが300<f<#
0 の範囲ならpols、 3ao〈r<3りOなら1
020.3りo<r<≠20ならFOJOと予備的に判
断し、共振周波数がこの範囲外であればエラとする。以
下3oo<t<、3aoの場合について説明する。計算
された減衰率αがt〈α<//であればFO/J−と判
定し、αがこの範囲外であればエラとする。pairと
判定すると履歴荷重表のうちpairO表を選択して表
を参照し、Δf値より履歴荷重圀を判定し、劣化度とし
てWの破断荷重(WB)に対するioo分比を計算する
◎判定された品種、引張強さ、劣化度、共振周波数を減
衰率その他所型の事項全出力して測定は終了する。
FC20,FOJOの場合も同様である。このようにし
て共振周波数、減衰率から試験片の品種、引張強さ、劣
化度を知ることができる。
なお、第1O図及びそれにもとず〈説明において、共振
周波数について3oo<t<3≠0゜3弘o<t<3り
0.Jりoくt<≠20などが用いられているが、これ
は実施例1で具体的に述べた鋳鉄品の形状2寸法に対応
するものであシ、試験片の形状1寸法に応じた標準デー
タを準備し、用いることができる。また丸棒、板などの
試験片でなく、鉄蓋その他鋳鉄製品そのものについて、
標準データを求めておき、未知の製品の材質9強度。
劣化度などを判定することができる。
〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明は振動解析によって鋳鉄品
の引張強さと劣化程度を非破壊で同時に評価できるので
、マンホールの鉄蓋、管その他鋳鉄製品の材質、劣化度
の判定及び履歴荷重からの寿命予測など広く利用するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成を示す図、第一図は共振周波数と
引張強さの関係を示す図、第3図は鋳鉄品の減衰撮動の
模式図、第μ図は振動波形の包路線図、第5図は荷重履
歴による共振周波数の移動量を示す図、第6図は荷重と
肚数を示す図、第7図は共振周波数の移動量とAF!数
の関係を示す図、第r図は履歴荷重と減衰率の関係を示
す図、第り図は鋳鉄品の共振周波数と減衰率を示す図、
第10図は測定のフローチャートの7例である。 l・・・鋳鉄品、コ・・・打撃用ノ・ンマ、3・・・振
動プルーブ、≠・・・増幅器、!・・・波形解析器、6
・・・周波数測定部、7・・・波形測定部、り・・・メ
モリ部、io・・・演算部、/l・・・出力部。 耳/囚 RESt)NANr FREQLIENCY、 f (
Hz)環2図 纂3呵 TIME、f  (S) 4m ρ         没に       10ill)
tρAO,W (klf) 箸5区 乙θAD 、W  (/l)”すl) 第6閉

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)鋳鉄品に振動を生ぜしめ、その振幅の減衰率より
    引張強さと鋳鉄品の品種を、共振周波数より劣化の程度
    を評価することを特徴とする鋳鉄品の評価方法。
  2. (2)鋳鉄品に振動を生ぜしめる手段と、前記振動を電
    気信号に変換する手段と、前記電気信号より振動の周波
    数を測定する手段と、前記電気信号より振動波形を測定
    する手段と、前記測定結果を記憶するメモリ部と、前記
    測定結果より引張強さ、減衰率、劣化度を計算し、品種
    を判定する演算部と、前記計算結果を出力する出力手段
    とからなることを特徴とする鋳鉄品の評価装置。
JP60034119A 1985-02-21 1985-02-21 鋳鉄品の評価方法及び装置 Granted JPS61193067A (ja)

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Cited By (3)

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