JPS6161618B2 - - Google Patents
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- JPS6161618B2 JPS6161618B2 JP9476082A JP9476082A JPS6161618B2 JP S6161618 B2 JPS6161618 B2 JP S6161618B2 JP 9476082 A JP9476082 A JP 9476082A JP 9476082 A JP9476082 A JP 9476082A JP S6161618 B2 JPS6161618 B2 JP S6161618B2
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- G—PHYSICS
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、疲労によるクラツクの進展速度を求
めるための材料試験方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a material testing method for determining the growth rate of cracks due to fatigue.
一般に、材料に疲労、すなわち繰返荷重を加え
ると、材料が有するクラツク、すなわちき裂が
序々に進展していきついには破壊に至ることが知
られている。従つて、特定の材料についてこの疲
労クラツクの進展に関する試験データが判つてい
ると、実際の構造物におけるクラツクの成長挙動
と破壊に至る過程を定量的に扱うことができるよ
うになり、例えば初期クラツク寸法から限界クラ
ツク寸法に成長するまでの荷重繰返数、すなわち
寿命を求めることができる。これは構造物の安全
設計などを行う上で極めて有用なものである。 It is generally known that when fatigue, ie, repeated loading, is applied to a material, cracks in the material gradually develop, eventually leading to fracture. Therefore, if test data regarding the development of fatigue cracks for a specific material is known, it becomes possible to quantitatively treat the growth behavior of cracks and the process leading to failure in actual structures. From the dimensions, it is possible to determine the number of load repetitions until the crack grows to the critical crack dimension, that is, the life. This is extremely useful for safety design of structures.
一般に、上記クラツク進展速度を求める試験を
行う場合、第1図に示すような形状のコンパクト
引張標準試験片と呼ばれる試験片1が用いられ、
各所の寸法はW=1としたとき、H=0.6W、H1
=0.275W,D=0.25W,L=1.25W、板厚B=W/4
〜W/20にそれぞれ設定される。なお、試験片1にあ
けられている孔1′は試験片1に引張荷重を加え
るためのものである。 Generally, when conducting a test to determine the crack growth rate, a test piece 1 called a compact tensile standard test piece having a shape as shown in Fig. 1 is used.
The dimensions of each part are when W = 1, H = 0.6W, H 1
= 0.275W, D = 0.25W, L = 1.25W, and plate thickness B = W/4 to W/20, respectively. Note that the hole 1' drilled in the test piece 1 is for applying a tensile load to the test piece 1.
そして、この試験を行う場合、材料のクラツク
先端付近に分布する応力の強さの程度を示す係数
という意味から応力係数と呼ばれ、「応力」×「√
長さ」=「力」×「(長さ)〓〓」なる次元をもつ係数
Kが導入される。 When performing this test, the stress coefficient is called a coefficient that indicates the intensity of the stress distributed near the crack tip of the material.
A coefficient K having the dimension “length”=“force”ד(length)〓〓 is introduced.
ところで、クラツク1に加えられている荷重F
が第2図aに示すように時間的に変動すると、そ
れに応じ応力拡大係数Kも第2図bに示すように
時間的に変化する。そして今、荷重Fの変動幅及
び応力拡大係数の変動幅をそれぞれΔF及びΔK
とすると、ΔFが第3図aのように一定であつて
も、クラツク長さaが第3図bのように増大すれ
ば、ΔKは第3図cに示すように変化する。 By the way, the load F applied to crack 1
When the stress intensity factor K changes over time as shown in FIG. 2a, the stress intensity factor K also changes over time as shown in FIG. 2b. Now, the fluctuation range of load F and the fluctuation range of stress intensity factor are ΔF and ΔK, respectively.
Then, even if ΔF is constant as shown in FIG. 3a, if the crack length a increases as shown in FIG. 3b, ΔK changes as shown in FIG. 3c.
上記ΔKを計算するための計算式としてパウリ
等は、
ΔK=Fmax−Fmin/BW〓
〔4.55−40.32(a/w)+41.47(a/w)2
−1698(a/w)3+3781(a/w)4
−4287(a/w)5+2017(a/w)
6〕 ……(1)
なる式を提案している。なお、式中B及びWは第
1図の試験片1のそれぞれの寸法、Fmax及び
Fminはそれぞれ最大及び最小荷重を示す。この
式(1)中、試験片1の形状によつて定まる定数をま
とめてkで表わすと、式(1)は
ΔK=(Fmax−Fmin)・k・f(a) ……(2)
と書くことができるようになる。 Pauli et al.'s calculation formula for calculating the above ΔK is as follows: ΔK=Fmax−Fmin/BW〓 [4.55−40.32(a/w)+41.47(a/w) 2 −1698(a/w) 3 +3781( a/w) 4 -4287(a/w) 5 +2017(a/w)
6 ] ...(1) is proposed. In the formula, B and W are the respective dimensions of test piece 1 in Fig. 1, Fmax and
Fmin indicates the maximum and minimum loads, respectively. In equation (1), if the constants determined by the shape of test piece 1 are collectively expressed as k, equation (1) becomes ΔK=(Fmax−Fmin)・k・f(a) ……(2) Be able to write.
上述の説明から明らかなようにΔKは、最大荷
重Fmaxのときの最大応力拡大係数Fmaxと、最
小荷重Fminのときの最小応力拡大係数Kminとの
差であり、Kmax、Kminはそれぞれ、
Kmax=Fmax・K・f(a)
Kmin=Fmin・k・f(a)
で表わされる。そして、これらの比をRとし、
R=Kmax/Kmin=Fmax/Fmin
とすると、上記式(2)から
ΔK=Fmax(1−R)・k・f(a)
Fmax=ΔK/(1−R)・{1/k・f(a)}……(3)
Fmin=R・Fmax
=R/(1−R)・{ΔK/k・f(a)}……(
4)
のようになる。 As is clear from the above explanation, ΔK is the difference between the maximum stress intensity factor Fmax at the maximum load Fmax and the minimum stress intensity factor Kmin at the minimum load Fmin, and Kmax and Kmin are respectively, Kmax=Fmax・K・f(a) It is expressed as Kmin=Fmin・k・f(a). Then, if these ratios are R and R=Kmax/Kmin=Fmax/Fmin, then from the above formula (2), ΔK=Fmax(1-R)・k・f(a) Fmax=ΔK/(1-R )・{1/k・f(a)}……(3) Fmin=R・Fmax=R/(1−R)・{ΔK/k・f(a)}……(
4) It will look like this.
上記式から判るように、R,ΔK及びaを指定
することにより、FmaxとFminを決定すること
ができるので、RとΔKを一定に保ちながら繰返
荷重を加え、そのときのクラツク長さaを順次測
定することにより、特定のΔKにおけるクラツク
進展速度da/dNを求めることができる。また、
クラツク長さaは、材料のバネ定数の逆数との間
に特定の関係があり、試験片のクラツク開口の変
位とそのときの荷重の大きさとにより求められ
る。従つて、多数のΔKにおけるクラツク進展速
度da/dNを求めることによつて、特定の材料に
ついて一定のRに関し、第4図に示すような疲労
クラツク進展曲線が得られる。 As can be seen from the above formula, Fmax and Fmin can be determined by specifying R, ΔK, and a. Therefore, by applying repeated loads while keeping R and ΔK constant, the crack length a By sequentially measuring , it is possible to determine the crack growth rate da/dN at a specific ΔK. Also,
The crack length a has a specific relationship with the reciprocal of the spring constant of the material, and is determined by the displacement of the crack opening of the test piece and the magnitude of the load at that time. Therefore, by determining the crack growth rate da/dN at a large number of ΔKs, a fatigue crack growth curve as shown in FIG. 4 can be obtained for a particular material at a constant R.
5図は、上記クラツク進展速度を求めるための
試験を行う材料試験装置の原理を示し、試験片1
はアクチユエータ2の可動部材2aとロードセル
3との間に挾持され、試験片1の側面に近接して
開口変位検出器4が位置されてあり、開口変位検
出器4の一対の接触子4aが試験片1の側面に当
接させてある。ロードセル3と変位検出器4とに
よつてそれぞれ発生される荷重信号と変位信号
は、マイクロプロセツサなどからなる信号処理装
置5に送出される。信号処理装置5は、上記荷重
信号及び変位信号とキーボード6からの信号とに
基き、アクチユエータ2を作動するための信号を
サーボバルブ2bに、信号処理結果をプリントア
ウト或はブラウン管表示するための信号を出力装
置7に送出する。 Figure 5 shows the principle of the material testing device that conducts the test to determine the crack growth rate.
is held between the movable member 2a of the actuator 2 and the load cell 3, and an aperture displacement detector 4 is positioned close to the side surface of the test piece 1. It is brought into contact with the side surface of piece 1. Load signals and displacement signals respectively generated by the load cell 3 and displacement detector 4 are sent to a signal processing device 5 comprising a microprocessor or the like. The signal processing device 5 sends a signal to actuate the actuator 2 to the servo valve 2b, and a signal to print out or display the signal processing result on a cathode ray tube, based on the load signal and displacement signal and the signal from the keyboard 6. is sent to the output device 7.
従来は、第5図の装置を使用してda/dNを求
める場合、所定長さの初期クラツクを有する試験
片1に、荷重比Rと応力拡大係数の変動幅ΔKと
を最初から指定して繰返荷重を加えるようにして
いた。このように最初からΔKを指定する方法を
とると、クラツクの進展が予想外に早く、急速に
破断に至る様になつたり、或は何時まで経つても
クラツクの進展が起らないという様な状況が発生
するようになり、スムースな試験を行うことがで
きない。特に進展速度が早い場合には危険が伴い
好ましくない。 Conventionally, when determining da/dN using the apparatus shown in Fig. 5, the load ratio R and the variation width ΔK of the stress intensity factor were specified from the beginning for the test piece 1 having an initial crack of a predetermined length. I tried to apply repeated loads. If you use this method of specifying ΔK from the beginning, the crack may progress unexpectedly and quickly reach rupture, or the crack may not progress no matter how long it takes. A situation has arisen that makes it impossible to conduct a smooth test. Particularly when the rate of progress is fast, this is dangerous and undesirable.
本発明は上述した従来の問題を解消し、試験を
スムースに実行できるようにした材料試験方法を
提供しようとするものである。 The present invention aims to solve the above-mentioned conventional problems and provide a material testing method that allows tests to be carried out smoothly.
以下本発明を図面を参照しながら説明する。 The present invention will be explained below with reference to the drawings.
まず、所定長さの初期クラツクを有する試験片
1を第5図に示すようにセツトする。なお、この
工程は、所定長さまで至つていないクラツクを有
する試験片1をセツトし、その後公知の開口変位
法と呼ばれる方法で所定長さまでクラツクを進展
させる工程で置換えることができる。 First, a test piece 1 having an initial crack of a predetermined length is set as shown in FIG. Note that this step can be replaced by a step in which a test piece 1 having a crack that has not reached a predetermined length is set, and then the crack is grown to a predetermined length using a method known as the aperture displacement method.
次に、キーボード6を操作して一定の荷重比
R、最大荷重Fmaxなど指定する信号を信号処理
装置5に加えて荷重制御をスタートさせる。この
ことにより、試験片1には1〜20Hzの繰返荷重が
加えられ、ロードセル3及び変位検出器4からは
それぞれ荷重信号と変位信号とが発生され、これ
らが信号処理装置5に印加されるようになる。信
号処理装置5は、まず荷重信号と変位信号とによ
り公知の方法でクラツク長さaを計算し、続いて
この計算したクラツク長さaと荷重信号とによつ
て応力拡大係数の変動幅ΔKを上記式(1)に基いて
計算する。そしてそれぞれの計算結果はモニター
のため出力装置7にプリント或は表示される。こ
の計算はキーボード6によつて指定した所定の荷
重繰返数毎に行われてモニターに供される。 Next, by operating the keyboard 6, signals specifying a constant load ratio R, maximum load Fmax, etc. are applied to the signal processing device 5 to start load control. As a result, a cyclic load of 1 to 20 Hz is applied to the test piece 1, and a load signal and a displacement signal are generated from the load cell 3 and the displacement detector 4, respectively, and these are applied to the signal processing device 5. It becomes like this. The signal processing device 5 first calculates the crack length a using a known method using the load signal and the displacement signal, and then calculates the variation range ΔK of the stress intensity factor using the calculated crack length a and the load signal. Calculated based on the above formula (1). Each calculation result is printed or displayed on the output device 7 for monitoring. This calculation is performed every predetermined number of load repetitions specified by the keyboard 6 and is provided for monitoring.
上述の荷重制御では、第6図aに示すようにス
タート時点t1以後試験片1に一定振幅の片振荷重
Fが加えられるようになり、この結果試験片1の
疲労が進み、そのクラツク長さaが第6図cに示
すように進展するようになる。これに伴い応力拡
大係数ΔKも第6図bに示すように増大するよう
になる。これらはプリントアウトなどによつてモ
ニターできるようになつているので、オペレータ
はこれを見てΔKが所望の値となつた例えば時点
t2で、荷重制御からΔK制御に切換えることがで
きる。このΔKを一定にしたΔK制御では、試験
片1に加える最大荷重Fmaxと最小荷重Fmin
は、ΔK,R及びaに基き上記式(3)及び(4)よりそ
れぞれ信号処理装置5によつて順次計算されて求
められる。 In the above-mentioned load control, as shown in Fig. 6a, a constant amplitude oscillating load F is applied to the test piece 1 after the start time t1, and as a result, fatigue of the test piece 1 progresses and its crack length decreases. The phase (a) begins to develop as shown in FIG. 6(c). Along with this, the stress intensity factor ΔK also increases as shown in FIG. 6b. These can be monitored by printing them out, so the operator can check them to determine, for example, the point in time when ΔK has reached the desired value.
At t2 , it is possible to switch from load control to ΔK control. In ΔK control with this ΔK constant, the maximum load Fmax and minimum load Fmin applied to test piece 1 are
are determined by being sequentially calculated by the signal processing device 5 from the above equations (3) and (4) based on ΔK, R and a, respectively.
時点t2以後のΔK制御では、クラツク長さaの
増加は第6図aからも判るように直線的で、クラ
ツク進展速度da/dNが一定になつている。そし
てこのda/dNはaの変化率を計算することによ
つて求めることができる。 In the ΔK control after time t2 , the increase in the crack length a is linear, as can be seen from FIG. 6a, and the crack growth rate da/dN remains constant. And this da/dN can be obtained by calculating the rate of change of a.
上述した説明では、試験のスタートで荷重制御
を開始させ、ΔKを増大するようにしているが、
この代りに変位制御を開始させるようにすれば、
ΔKを第6図bに破線で示すように減小させるこ
とができる。この場合も、ΔKをモニターし、所
定の値となつたところでΔK制御に切換えること
ができる。 In the above explanation, load control is started at the start of the test to increase ΔK, but
If you start displacement control instead,
ΔK can be reduced as shown by the dashed line in FIG. 6b. In this case as well, it is possible to monitor ΔK and switch to ΔK control when it reaches a predetermined value.
なお、第7図は上述した本発明の方法を簡略化
して示すフローチヤートである。 Incidentally, FIG. 7 is a flowchart showing the method of the present invention described above in a simplified manner.
本発明は上述したように荷重制御又は変位制御
時におけるΔKの変化をモニターし、ΔKが所定
値に達したところでΔK制御をスタートさせるよ
うにしているため、最初からΔK制御を行うもの
に比べスムースな材料試験を行えるという極めて
優れた効果が御られる。 As described above, the present invention monitors changes in ΔK during load control or displacement control, and starts ΔK control when ΔK reaches a predetermined value, so it is smoother than when ΔK control is performed from the beginning. This has the extremely excellent effect of allowing material testing to be carried out.
第1図はコンパクト引張標準試験片を示す平面
図、第2図aは荷重の時間的変動を示すグラフ、
第2図bは第2図aの荷重のときの応力拡大係数
の時間的変動を示すグラフ、第3図a乃至cは荷
重、クラツク長さ及び応力拡大係数の関係を示す
グラフ、第4図はクラツク進展曲線の一例を示す
グラフ、第5図は本発明の方法に使用する材料試
験装置の原理図、第6図a乃至cは本発明の方法
を実行したときの荷重、応動拡大係数の変動幅及
びクラツク長さの関係を示すグラフ、並びに第7
図は本発明の方法を簡略化して示すフローチヤー
ト図である。
Fig. 1 is a plan view showing a compact tensile standard test piece, Fig. 2 a is a graph showing temporal variation of load,
Figure 2b is a graph showing the temporal variation of the stress intensity factor under the load shown in Figure 2a, Figures 3a to c are graphs showing the relationship between load, crack length and stress intensity factor, and Figure 4. is a graph showing an example of a crack development curve, Fig. 5 is a diagram of the principle of the material testing device used in the method of the present invention, and Figs. Graph showing the relationship between fluctuation width and crack length, and the seventh
The figure is a simplified flowchart of the method of the present invention.
Claims (1)
片に荷重制御又は変位制御により一定荷重比の繰
返荷重を加え、このときの前記試験片の開口の変
位と前記試験片に加えられている荷重とを検出
し、この検出した変位と荷重とによつてクラツク
長さを算出し、この算出クラツク長さと前記検出
荷重とにより応力拡大係数の変動幅を算出し、こ
の算出変動幅をモニターし、モニターしている前
記算出変動幅が任意の値になつたところでその変
動幅を一定に保つ制御を開始させ、この制御時に
おけるクラツク長さを算出することを特徴とする
材料試験方法。1. A test piece with an initial crack opened on one side is subjected to a repeated load at a constant load ratio by load control or displacement control, and the displacement of the opening of the test piece at this time and the load applied to the test piece are and calculating a crack length based on the detected displacement and load, calculating a variation range of the stress intensity factor based on the calculated crack length and the detected load, and monitoring this calculated variation range, A material testing method characterized in that when the calculated fluctuation range being monitored reaches an arbitrary value, control is started to keep the fluctuation range constant, and a crack length during this control is calculated.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9476082A JPS58211626A (en) | 1982-06-04 | 1982-06-04 | Material testing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9476082A JPS58211626A (en) | 1982-06-04 | 1982-06-04 | Material testing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58211626A JPS58211626A (en) | 1983-12-09 |
JPS6161618B2 true JPS6161618B2 (en) | 1986-12-26 |
Family
ID=14119051
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9476082A Granted JPS58211626A (en) | 1982-06-04 | 1982-06-04 | Material testing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58211626A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11123681B2 (en) | 2017-05-17 | 2021-09-21 | Entegris, Inc. | Fluidized granular absorbent bed filter |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4574642A (en) * | 1984-11-23 | 1986-03-11 | The Firestone Tire & Rubber Company | Apparatus for automated crack growth rate measurement |
US4911017A (en) * | 1989-04-21 | 1990-03-27 | The Goodyear Tire & Rubber Company | Multiple sample automated cut growth analysis |
KR100485894B1 (en) * | 2002-05-31 | 2005-04-29 | 현대모비스 주식회사 | Correlative analysis testing apparatus for hide-shaping airbag cover of instrument panel |
-
1982
- 1982-06-04 JP JP9476082A patent/JPS58211626A/en active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11123681B2 (en) | 2017-05-17 | 2021-09-21 | Entegris, Inc. | Fluidized granular absorbent bed filter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS58211626A (en) | 1983-12-09 |
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