WO2017169372A1 - 二軸負荷試験体、二軸負荷試験装置および二軸負荷試験方法 - Google Patents

二軸負荷試験体、二軸負荷試験装置および二軸負荷試験方法 Download PDF

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WO2017169372A1
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biaxial
test
along
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PCT/JP2017/006907
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洋一 岩本
海成 豊島
晃平 山本
藤原　博幸
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a biaxial load test body, a biaxial load test apparatus, and a biaxial load test method in which a load is applied along the axial direction of two load shafts orthogonal to each other.
  • biaxial tensile test (biaxial load test) method in which a stress-strain characteristic of a material under biaxial stress is directly measured during press part design or die design.
  • a cross specimen (biaxial load) having a main body portion in which two load axes are orthogonal to each other and four arm portions respectively extending in the axial direction of the load shaft from the main body portion. Specimen) is used.
  • slits are provided in each of the four arm portions in order to generate a uniform stress field in the axial direction of each load axis so that the main body portion is in a desired biaxial stress state.
  • the slit width When the slit width is widened, the cross-sectional defect of the arm portion becomes large, so that the slit portion is first broken and a sufficient load (load) cannot be applied to the evaluation portion. For this reason, it is necessary to make the slit width as thin as possible. In general, the slit is processed by expensive wire cutting.
  • the stress generated in the through hole in the perforated plate in which a plurality of through holes are formed such as a tube plate of a heat exchanger. It is sought to analyze. Even in a configuration in which a plurality of through holes are provided in the main body portion, it is necessary to provide slits in the four arm portions in order to generate a uniform stress field in the axial direction of each load shaft. However, in a configuration in which a plurality of through holes are provided in the main body, the tension or compression load (stress) applied to the main body flows through the ligament part excluding the through holes, so that the load is smoothly transmitted to the ligament part. It is preferable to do.
  • the present invention has been made in view of the above, and provides a biaxial load test body, a biaxial load test apparatus, and a biaxial load test method capable of smoothly transmitting a load to a ligament part excluding a through hole in a main body part.
  • the purpose is to provide.
  • a biaxial load test body has a main body portion having a plurality of through holes aligned along the axial direction of two load shafts orthogonal to each other. And four arm portions each extending from the main body portion in the axial direction of the load shaft, each of the arm portions extending along the axial direction on extension lines of the through holes aligned in the axial direction. It is provided with.
  • the arm portion since the arm portion includes the plurality of slit grooves extending along the axial direction on the extension lines of the through holes aligned in the axial direction, the load applied to the arm portion is between the slit grooves. It acts on the ligament part except the through hole in the main body part. For this reason, transmission of the load to a ligament part can be performed smoothly.
  • the center line of the slit groove is preferably located on the extension line of the through hole. According to this configuration, the center line between the slit grooves in the arm portion coincides with the center line of the ligament portion excluding the through hole in the main body portion, so that the load can be smoothly transmitted to the ligament portion.
  • the groove width of the slit groove is preferably equal to the diameter of the through hole. According to this configuration, since the slit width becomes wider than the width by wire cutting, the slit groove can be machined, and the processing cost can be reduced.
  • the present invention is a biaxial load test apparatus for performing a load test on a test body by applying a load to the test body along each axial direction of the first load axis and the second load axis orthogonal to each other.
  • a first frame having a first load portion for applying a tensile or compressive load to the test body along the axial direction of the first load axis, and a tensile force along the axial direction of the second load axis to the test body.
  • the second frame having a second load portion for applying a compressive load, the first sliding portion that slides the first frame in the axial direction of the first load axis with respect to the installation surface, and the installation surface And a second sliding portion that slides the second frame in the axial direction of the second load shaft.
  • the reaction force of the axial load applied to the test body acts on the first frame and the second frame, respectively.
  • Each of the two frames moves in the opposite direction to the load. For this reason, it is prevented that the biaxial composite load is applied to the arm portion of the test body, and a pure load along the axial direction can be applied.
  • the present invention is a biaxial load test apparatus for performing a load test on a test body by applying a load to the test body along each axial direction of a first load axis and a second load axis orthogonal to each other.
  • a frame installed on the installation surface, a first load portion for applying a tensile or compressive load to the test body along the axial direction of the first load axis, and an axial direction of the second load axis to the test body
  • a second load part for applying a load of tension or compression, a first slide part for sliding the first load part and the test body in the axial direction of the second load axis with respect to the frame, and a second load part And a second sliding portion that slides in the axial direction of the first load shaft with respect to the frame.
  • test body includes a main body portion having a plurality of through holes aligned along the axial direction of two load shafts orthogonal to each other, and four arm portions respectively extending from the main body portion in the axial direction of the load shaft.
  • the arm portion includes a plurality of slit grooves extending along the axial direction on the extension lines of the through holes aligned in the axial direction.
  • the biaxial load test method includes a step of providing a sealing plug for sealing the through hole in at least one through hole formed in the main body of the biaxial load test body described above, A step of applying a load along the axial direction of the load axis to each arm part of the load test body, and a step of applying a pulling load for pulling out the sealing plug from the through hole in a state where the load is applied. .
  • the biaxial load test method includes a step of fixing a pipe to at least one through hole formed in the main body portion of the biaxial load test body, and an arm portion of the biaxial load test body.
  • the arm portion includes a plurality of slit grooves extending along the axial direction on the extension lines of the through holes aligned in the axial direction, so that the load imposed on the arm portion is between the slit grooves. It acts on the ligament part except the through hole in the main body part. For this reason, transmission of the load to a ligament part can be performed smoothly.
  • FIG. 1 is a plan view of a cruciform specimen according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of the cross specimen.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a pull-out test of the sealing plug provided in the through hole of the cross specimen.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a leak test of a pipe provided in the through hole of the cross test specimen.
  • FIG. 5 is a plan view of a biaxial load test apparatus suitable for a biaxial load test of a cross specimen. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the operation of the biaxial load test apparatus.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the operation of the biaxial load test apparatus.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of a biaxial load test apparatus according to another embodiment.
  • FIG. 1 is a plan view of a cruciform specimen according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of the cross specimen.
  • the cross specimen (biaxial load specimen) 10 includes a main body portion 11 in which the first load axis S1 and the second load axis S2 are orthogonal to each other, and the main body portion 11 to the first load axis S1 or
  • the four arm portions 12 respectively extending along the axial direction of the second load shaft S2 and the connecting portions 13 provided on the respective arm portions 12 are integrally configured.
  • the first load axis S1 and the second load axis S2 are axes orthogonal to each other, and the four arm portions 12 extend in different directions by 90 ° with the main body portion 11 as the center.
  • Each connecting portion 13 includes a hole portion 13A to which a load unit (not shown) for applying a tensile or compressive load (load) in the axial direction of the first load shaft S1 and the second load shaft S2.
  • the main body 11 is a plate-like body formed in a substantially rectangular shape, and when a tensile or compressive load is applied in the axial direction of the first load axis S1 and the second load axis S2, the main body 11 It functions as an evaluation area for evaluating the generated stress.
  • the main body 11 is configured to imitate a tube plate of a heat exchanger, for example, and is thicker (for example, 30 mm to 150 mm) than a plate material for pressing.
  • the main-body part 11 is provided with the through-hole 14 of the plurality (5 rows (5x5) in the example of FIG. 1) arranged squarely.
  • the plurality of through-holes 14 imitate holes to which heat transfer tubes (not shown) of the heat exchanger are connected, and are aligned along the axial direction of the first load axis S1 and the second load axis S2. Is formed.
  • the through holes 14 may be at least two rows (2 ⁇ 2) or more, but are three rows (3 ⁇ 3) or more, and are centered at the intersection (center) O of the first load axis S1 and the second load axis S2. An arrangement in which the through-holes 14 are located is more preferable.
  • the arm portion 12 has a function of transmitting a load in the axial direction of the first load shaft S1 or the second load shaft S2 to the main body portion 11, and is formed to have a thickness equivalent to that of the main body portion 11.
  • the arm portion 12 is provided with a plurality of slit grooves 16 extending in the direction in which each arm portion 12 extends, that is, along the axial direction of the first load axis S1 or the second load axis S2. Yes.
  • the slit groove 16 generates a uniform stress field in the axial direction of the load axes S1 and S2 in the main body portion 11.
  • the tensile or compressive load applied to the main body part 11 is a ligament part excluding the through holes 14. 15, it is preferable to transmit the load smoothly to the ligament portion 15.
  • each slit groove 16 is an extension line LA of a line L connecting the centers of the through holes 14 aligned in the axial direction of the first load axis S1 or the second load axis S2. Located on the top. For this reason, the load applied to the arm portion 12 acts on the ligament portion 15 of the main body portion 11 through the portion 17 between the adjacent slit grooves 16, 16, thereby smoothly transmitting the load to the ligament portion 15. It can be carried out.
  • each slit groove 16 is formed so that the center line LC of the slit groove 16 coincides with the above-described extension line LA. For this reason, the portion 17 between the slit grooves 16 and 16 in the arm portion 12 is positioned in a straight line with the ligament portion 15 in the main body portion 11, so that the load can be smoothly transmitted to the ligament portion 15.
  • the groove width DA of the slit groove 16 is formed to be equal to the diameter D of the through hole 14.
  • the width DB of the portion 17 between the slit grooves 16 and 16 and the ligament width DC between the through holes 14 and 14 can be made equal.
  • the load applied to the arm portion 12 can be transmitted to the ligament portion 15 more smoothly.
  • the groove width DA of the slit groove 16 is significantly wider than the slit width by the conventional wire cutting, the slit groove can be machined, and the processing cost can be reduced.
  • the arm portion 12 is formed to be thicker than the plate material for pressing together with the main body portion 11, so that the effect of reducing the processing cost is greater.
  • the groove width DA of the slit groove 16 when the groove width DA of the slit groove 16 is increased, the cross-sectional defect increases, and the arm portion 12 may be damaged.
  • the fracture test is not performed by applying a biaxial load to the cross specimen 10, the stress generated in the through hole 14 when the load is applied is analyzed. Even if the groove width DA is made as large as the diameter D of the through hole 14, there is no problem in testing.
  • a test for evaluating the stress generated in the through hole 14 provided in the main body 11 is performed in a state in which the load in the axial direction of the first load axis S1 or the second load axis S2 is applied to the cross specimen 10. .
  • the main body 11 imitates the tube sheet of the heat exchanger. For example, during operation of the plant including the heat exchanger, stress in each direction is generated on the tube sheet of the heat exchanger.
  • a test for confirming the behavior of a predetermined through hole 14 (for example, the central through hole 14) is performed.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a pull-out test of the sealing plug provided in the through hole of the cross specimen.
  • a sealing plug 70 that seals the through hole 14 is applied to the central through hole 14 provided at the center of the main body 11 of the cross specimen 10.
  • an extraction rod 74 is connected to the upper surface side of the sealing plug 70, and the extraction rod 74 includes a reaction force table 73 placed on the main body portion 11 (ligament portion) of the cross test specimen 10, and It passes through the center hole jack 71 and the center hole load cell 72 and is fixed with a nut 75.
  • the sealing plug 70 is provided with a displacement meter 76 on the lower surface side opposite to the extraction rod 74.
  • the center hole load cell 72 measures the pull-out load value when the sealing plug 70 is displaced (begins to move) by the displacement meter 76.
  • the value of the pulling load is not measured using the center hole load cell 72, and whether the sealing plug 70 comes off (displaces) or does not come off (does not displace) in a state where a certain pulling load is applied. , Can be used as a pull-out test.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a leak test of a pipe provided in the through hole of the cross specimen.
  • a heat transfer tube (pipe) 80 is attached (fixed) to the central through hole 14 provided at the center of the main body 11 of the cross test specimen 10.
  • the heat transfer tube 80 is attached to the through hole 14 of the main body 11 by, for example, fixing means such as tube expansion, brazing, or welding. These fixing means are the same as the means for attaching the heat transfer tube to the tube plate of the heat exchanger.
  • the sealing plug 70 is attached to the inner surface of the heat transfer tube 80.
  • the container 81 is fixed to the upper surface side of the main body 11 (ligament part 15) by fixing means such as welding, pressing or bonding so as to cover one end side of the heat transfer tube 80.
  • a pipe 82 communicating with the internal space is connected to the container 81, and a pressure pump 86, a valve 83, an air vent valve 84, and a pressure gauge 85 are connected to the pipe 82.
  • An observation means such as a video camera 89 is provided below the main body 11 on the other end side of the heat transfer tube 80 with the sealing plug 70 interposed therebetween.
  • the air vent valve 84 is closed and the container 81 is filled with a fluid (for example, water) 87.
  • the fluid 87 is pressurized with a pressure pump.
  • one end side of the heat transfer tube 80 located in the container 81 is filled with the pressurized fluid 87.
  • the valve 83 is closed and the pressure of the fluid 87 is maintained.
  • the leak 88 of the pressurized fluid 87 occurs.
  • each arm 12 of the cross specimen 10 is provided with a load unit (not shown) for applying a tensile or compressive load in the axial direction. There is. For this reason, a technique for applying a load in four directions with one load unit has been proposed (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-173450).
  • a biaxial load test apparatus that can prevent a biaxial composite load from being applied to the arm portion 12 of the cross specimen 10 with a simple configuration and can apply a load independently in each axial direction. Is desired.
  • FIG. 5 is a plan view of a biaxial load test apparatus suitable for a biaxial load test of a cross specimen.
  • 6 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
  • the biaxial load test apparatus 100 includes a first load unit (first load portion) 20 that applies a tensile load to the cross specimen 10 along the axial direction X of the first load axis S1.
  • a second frame 50 having a second load unit (second load portion) 60 for applying a tensile load to the cross specimen 10 along the axial direction Y of the second load axis S2. .
  • the first frame 30 includes a pair of reaction force frames 31, 31 that are arranged at an interval in the axial direction X of the first load shaft S ⁇ b> 1, and these reaction force frames 31, 31. And four reaction force rods 32 connecting the two.
  • the reaction force frames 31, 31 have first linear bearings (first sliding portions) 34, 34 on a pair of bases 33, 33 arranged on the installation surface G. Installed.
  • the first linear bearings 34 and 34 support the first frame 30 so as to be movable by a predetermined distance (for example, 0 to 20 mm) in the axial direction X of the first load shaft S1. Therefore, the first frame 30 is configured to be slidable (slidable) on the bases 33 and 33 in the axial direction X of the first load shaft S1.
  • the first load unit 20 includes a center hole jack (first jack) 21 fixed to one reaction force frame 31, and a center hole load cell 22.
  • the center hole jack 21 is cross-shaped via a tension rod 23A.
  • the test body 10 is connected to a connecting portion 13 (FIG. 5) on one end side in the axial direction X of the first load axis S1.
  • the other reaction force frame 31 is connected to the connecting portion 13 (FIG. 5) on the other end side in the axial direction X of the first load axis S1 of the cross test body 10 via the tension rod 23B.
  • the cross test object 10 is supported by the 1st flame
  • the center hole jack 21 is a device for moving the tension rod 23A in the axial direction X of the first load axis S1 so that the tension rod 23A can advance and retreat, and the first load axis S1 is moved with respect to the cross specimen 10 via the tension rod 23A.
  • a tensile load in the axial direction X can be applied.
  • the center hole load cell 22 measures the magnitude of the tensile load applied by the center hole jack 21.
  • the second frame 50 includes a pair of reaction force frames 51, 51 arranged at intervals in the axial direction Y of the second load shaft S ⁇ b> 2, and these reaction force frames 51. , 51 and four reaction force rods 52 connected to each other. These reaction force rods 52 are provided at positions that do not interfere with the reaction force rods 32 of the first frame 30, as shown in FIG.
  • the reaction force frames 51 and 51 are installed on a pair of bases 53 and 53 arranged on the installation surface G via second linear motion bearings (second sliding portions) 54 and 54.
  • the second linear motion bearings 54 and 54 support the second frame 50 so as to be movable by a predetermined distance (for example, 0 to 20 mm) in the axial direction Y of the second load shaft S2. Therefore, the second frame 50 is configured to be slidable (slidable) on the bases 53 and 53 in the axial direction Y of the second load shaft S2.
  • the second load unit 60 includes a center hole jack (second jack) 61 fixed to one reaction force frame 51, and a center hole load cell 62.
  • the center hole jack 61 is cross-shaped via a tension rod 63A.
  • the test body 10 is connected to a connecting portion 13 (FIG. 5) on one end side in the axial direction Y of the second load axis S2.
  • the other reaction force frame 51 is connected to the connecting portion 13 (FIG. 5) on the other end side in the axial direction Y of the second load axis S2 in the cross test body 10 via the tension rod 63B.
  • the cross specimen 10 is also supported by the second frame 50 via the tension rods 63A and 63B. That is, the first frame 30 and the second frame 50 are connected via the cross specimen 10. Yes.
  • the center hole jack 61 is a device that moves the tension rod 63A in the axial direction Y of the second load axis S2 so that the tension rod 63A can advance and retreat, and the second load axis S2 is moved with respect to the cross specimen 10 via the tension rod 63A.
  • a tensile load in the axial direction Y can be applied.
  • the center hole load cell 62 measures the magnitude of the tensile load applied by the center hole jack 61.
  • FIG. 8 and 9 are schematic diagrams showing the operation of the biaxial load test apparatus.
  • the cruciform specimen 10 is connected to the first frame 30 and the second frame 50 via tension rods.
  • the center hole jack 21 applies a tensile load in the axial direction X1 of the first load axis S1 to the cross specimen 10 as shown in FIG.
  • the cruciform specimen 10 is deformed by a tensile load and tends to extend in the axial direction X1, but the second frame 50 is attached to the cruciform specimen 10 via tension rods 63A and 63B (FIG. 5). Since they are connected, extension in the axial direction X1 is restricted. For this reason, the reaction force of the tensile load applied to the cross test object 10 acts in the axial direction X2, and the first frame 30 is moved in the axial direction X2 by the first linear motion bearings 34, 34. The body 10 extends in the axial directions X1 and X2, respectively.
  • the center hole jack 61 applies a tensile load in the axial direction Y1 of the second load shaft S2 to the cross specimen 10, the cross specimen 10 is deformed by the tensile load and tends to extend in the axial direction Y1.
  • the first frame 30 is connected to the cross specimen 10 via the tension rods 23A and 23B (FIG. 5)
  • extension in the axial direction Y1 is restricted. Therefore, the reaction force of the tensile load applied to the cross test object 10 acts in the axial direction Y2, and the second frame 50 is moved in the axial direction Y2 by the second linear motion bearings 54, 54, thereby causing the cross test.
  • the body 10 extends in the axial directions Y1, Y2.
  • the biaxial load test apparatus 100 includes the first frame 30 including the first load unit 20 that applies a tensile load along the axial direction X of the first load axis S1 of the cross specimen 10.
  • the second frame 50 having the second load unit 60 for applying a tensile load along the axial direction Y of the second load axis S2 to the cross test body 10 and the first frame 30 with respect to the installation surface G are the first.
  • a first linear bearing 34 that slides in the axial direction X of the load shaft S1 and a second linear bearing 54 that slides the second frame 50 in the axial direction Y of the second load shaft S2 with respect to the installation surface G.
  • the reaction forces of the loads in the axial directions X and Y applied to the cross specimen 10 act on the first frame 30 and the second frame 50, respectively, and the first linear bearing 34 and the second linear bearing 54, the first frame 30 and The second frame 50 is moved in a direction opposite to the load, respectively. For this reason, it is possible to prevent a biaxial composite load from being applied to the arm portion 12 of the cross test object 10 and to apply a pure load along the axial directions X and Y.
  • the center of the cross specimen 10 is O does not fluctuate. For this reason, for example, when carrying out the load resistance measurement of the plug of the through-hole 14 located in the center O of the cross test body 10, or the fluid leak test, there exists an effect that observation becomes easy.
  • the first load unit 20 and the second load unit 60 are provided, the first load unit 20 and the second load unit 60 are independently operated to be different in the axial directions X and Y. A large load can be applied.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of a biaxial load test apparatus according to another embodiment.
  • the biaxial load test apparatus 150 includes a frame 110 installed on an installation surface (not shown) and a cross test specimen 10 that is pulled or stretched along the axial direction X of the first load axis S1.
  • a first load unit 20 that applies a compressive load and a second load unit 60 that applies a tensile or compressive load along the axial direction Y of the second load axis S2 to the cross specimen 10 are provided. Since the first load unit 20 and the second load unit 60 have the same configuration as described above, the description thereof is omitted.
  • FIG. 10 only the rods 23A and 63A are shown, and the rods corresponding to the rods 23B and 63B (FIG. 5) are not shown.
  • the biaxial load test apparatus 150 includes a first linear bearing (first slide) that slides the first load unit 20 and the cross specimen 10 in the axial direction Y of the second load axis S2 with respect to the frame 110.
  • (Moving parts) 120, 121, the second load unit 60 and the cross test specimen 10 are slidable in the axial direction X of the first load axis S1 with respect to the frame 110.
  • 130 and 131 One first linear bearing 120 slidably supports the jack 21 of the first load unit 20 with respect to the frame 110, and the other first linear motion bearing 121 is connected to the connecting portion 13 ( Alternatively, a rod 23B) (not shown) is slidably supported with respect to the frame 110.
  • one second linear motion bearing 130 slidably supports the jack 61 of the second load unit 60 with respect to the frame 110, and the other second linear motion bearing 131 is connected to the cross specimen 10.
  • the portion 13 (or a rod 63B not shown) is slidably supported with respect to the frame 110.
  • the cross specimen 10 is deformed to extend or shorten in the axial direction X by the load.
  • the second load unit 60 connected to the cruciform specimen 10 is moved together with the cruciform specimen 10 in the axial direction X by the second linear motion bearings 130 and 131 as the cruciform specimen 10 is deformed in the axial direction X. Move to.
  • the cross specimen 10 is deformed to extend or shorten in the axial direction Y by the load.
  • the first load unit 20 connected to the cruciform specimen 10 is deformed together with the cruciform specimen 10 in the axial direction Y by the first linear bearings 120 and 121 as the cruciform specimen 10 is deformed in the axial direction Y. Move to.
  • the biaxial load test apparatus 150 of the present embodiment is configured such that the frame 110 installed on the installation surface (not shown) and the cross test specimen 10 are pulled or stretched along the axial direction X of the first load axis S1.
  • a first load unit 20 for applying a compressive load a second load unit 60 for applying a tensile or compressive load along the axial direction Y of the second load axis S2 to the arm portion 12 of the cross specimen 10;
  • First load bearings (first sliding portions) 120 and 121 for sliding the load unit 20 and the cross specimen 10 with respect to the frame 110 in the axial direction Y of the second load shaft S2, and the first load unit 20 and the second load unit 60 move in the axial direction X or the axial direction Y with respect to the frame 110 together with the cross specimen 10.
  • the first load unit 20 and the second load unit 60 are provided, the first load unit 20 and the second load unit 60 are independently operated to be different in the axial directions X and Y. A large load can be applied.
  • the biaxial load test apparatus 100 includes a first load unit 20 that applies a tensile load along the axial direction X of the first load axis S1 of the cross specimen 10 and the cross specimen 10
  • the second load unit 60 that applies a tensile load along the axial direction Y of the two load shafts S2
  • the first load that applies not only a tensile load but also a compressive load along the axial directions X and Y is provided.
  • a unit and a second load unit may be provided.

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Abstract

十字試験体１０は、互いに直交する２本の第１荷重軸Ｓ１及び第２荷重軸Ｓ２の軸方向に沿ってそれぞれ整列した複数の貫通孔１４を有する本体部１１と、本体部１１から第１荷重軸Ｓ１または第２荷重軸Ｓ２の軸方向にそれぞれ延びる４本の腕部１２とを備え、腕部１２は、それぞれ軸方向に整列した貫通孔１４の延長線上に、該軸方向に沿って延びる複数のスリット溝１６を備えた。

Description

二軸負荷試験体、二軸負荷試験装置および二軸負荷試験方法
　本発明は、互いに直交する２本の荷重軸の軸方向に沿って荷重が加えられる二軸負荷試験体、二軸負荷試験装置および二軸負荷試験方法に関する。
　一般に、プレス部品設計や金型設計の際に、材料の二軸応力下の応力－ひずみ特性を直接計測する二軸引張試験（二軸負荷試験）方法が知られている。この種の二軸引張試験方法では、２本の荷重軸が直交する本体部と、この本体部から荷重軸の軸方向にそれぞれ延びる４本の腕部とを備えた十字試験体（二軸負荷試験体）が用いられている。従来、この十字試験体では、各荷重軸の軸方向に均等な応力場を発生させ、本体部が所望の二軸応力状態になるようにするため、４本の腕部にそれぞれスリットが設けられている（例えば、特許文献１参照）。スリット幅を広くすると、腕部の断面欠損が大きくなるため、スリットの部分が先に破断して評価部に十分な荷重（負荷）が掛けられなくなる。このため、スリット幅は極力細くする必要があり、一般に、スリットは高価なワイヤカットにより加工されている。
特開２０１４－２２８２９０号公報
　ところで、近年、上記した二軸引張試験（二軸負荷試験）方法を用いて、例えば、熱交換器の管板のように、複数の貫通孔が形成された多孔板における貫通孔に生じる応力を解析することが模索されている。本体部に複数の貫通孔を設けた構成においても、各荷重軸の軸方向に均等な応力場を発生させるために、４本の腕部にそれぞれスリットを設ける必要がある。しかし、本体部に複数の貫通孔を設けた構成では、本体部に加えられる引張もしくは圧縮の荷重（応力）は、貫通孔を除いたリガメント部を流れるため、このリガメント部にスムーズに荷重を伝達することが好ましい。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、本体部における貫通孔を除いたリガメント部にスムーズに荷重を伝達できる二軸負荷試験体、二軸負荷試験装置および二軸負荷試験方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る二軸負荷試験体は、互いに直交する２本の荷重軸の軸方向に沿ってそれぞれ整列した複数の貫通孔を有する本体部と、本体部から荷重軸の軸方向にそれぞれ延びる４本の腕部とを備え、腕部は、それぞれ軸方向に整列した貫通孔の延長線上に、該軸方向に沿って延びる複数のスリット溝を備えたことを特徴とする。
　この構成によれば、腕部は、それぞれ軸方向に整列した貫通孔の延長線上に、該軸方向に沿って延びる複数のスリット溝を備えるため、腕部に加えられた荷重は、スリット溝間を通じて、本体部における貫通孔を除いたリガメント部に作用する。このため、リガメント部への荷重の伝達をスムーズに行うことができる。
　この構成において、スリット溝の中心線は、貫通孔の延長線上に位置すること好ましい。この構成によれば、腕部におけるスリット溝間の中心線は、本体部における貫通孔を除いたリガメント部の中心線と一致するため、リガメント部への荷重の伝達をスムーズに行うことができる。
　また、スリット溝の溝幅は、貫通孔の直径と等しいことが好ましい。この構成によれば、スリット幅がワイヤカットによる幅よりも広くなるため、スリット溝を機械加工することが可能となり、加工費用の低減を実現できる。
　また、本発明は、互いに直交する第１荷重軸及び第２荷重軸の各軸方向に沿って、試験体にそれぞれ荷重を加えることにより、該試験体の負荷試験を行う二軸負荷試験装置であって、試験体に第１荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第１負荷部を有する第１フレームと、試験体に第２荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第２負荷部を有する第２フレームと、設置面に対して、第１フレームを第１荷重軸の軸方向に摺動する第１摺動部と、設置面に対して、第２フレームを第２荷重軸の軸方向に摺動する第２摺動部と、を備えたことを特徴とする。
　この構成によれば、試験体に加えられた軸方向の荷重の反力が第１フレーム及び第２フレームにそれぞれ作用し、第１摺動部及び第２摺動部によって、第１フレーム及び第２フレームがそれぞれ荷重と反対の方向に移動する。このため、試験体の腕部に二軸の合成荷重がかかることが防止され、軸方向に沿った純粋な荷重をかけることができる。
　本発明は、互いに直交する第１荷重軸及び第２荷重軸の各軸方向に沿って、試験体にそれぞれ荷重を加えることにより、該試験体の負荷試験を行う二軸負荷試験装置であって、設置面に設置されるフレームと、試験体に第１荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第１負荷部と、試験体に第２荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第２負荷部と、第１負荷部及び試験体を、フレームに対して、第２荷重軸の軸方向に摺動する第１摺動部と、第２負荷部及び試験体を、フレームに対して、第１荷重軸の軸方向に摺動する第２摺動部と、を備えたことを特徴とする。
　また、試験体は、互いに直交する２本の荷重軸の軸方向に沿ってそれぞれ整列した複数の貫通孔を有する本体部と、本体部から荷重軸の軸方向にそれぞれ延びる４本の腕部とを備え、腕部は、それぞれ軸方向に整列した貫通孔の延長線上に、該軸方向に沿って延びる複数のスリット溝を備えることが好ましい。
　また、本発明に係る二軸負荷試験方法は、上記した二軸負荷試験体の本体部に形成された少なくとも一の貫通孔に該貫通孔を封止する封止栓を設ける工程と、二軸負荷試験体の腕部にそれぞれ荷重軸の軸方向に沿った荷重を加える工程と、荷重を加えた状態で封止栓を貫通孔から引き抜く引抜き荷重を加える工程と、を備えることを特徴とする。
　この構成によれば、二軸負荷試験体の腕部にそれぞれ荷重軸の軸方向に沿った荷重を加えた状態における本体部に形成された貫通孔の変形などの挙動を正確に知ることができる。
　また、本発明に係る二軸負荷試験方法は、上記した二軸負荷試験体の本体部に形成された少なくとも一の貫通孔に配管を固着する工程と、二軸負荷試験体の腕部にそれぞれ荷重軸の軸方向に沿った荷重を加える工程と、荷重を加えた状態で、配管の一端側から配管内に、所定圧力に加圧された流体を充填する工程と、を備えることを特徴とする。
　この構成によれば、二軸負荷試験体の腕部にそれぞれ荷重軸の軸方向に沿った荷重を加えた状態における本体部に形成された貫通孔の変形などの挙動を正確に知ることができる。
　本発明によれば、腕部は、それぞれ軸方向に整列した貫通孔の延長線上に、該軸方向に沿って延びる複数のスリット溝を備えるため、腕部に課された荷重は、スリット溝間を通じて、本体部における貫通孔を除いたリガメント部に作用する。このため、リガメント部への荷重の伝達をスムーズに行うことができる。
図１は、本実施形態に係る十字試験体の平面図である。 図２は、十字試験体の部分拡大図である。 図３は、十字試験体の貫通孔に設けた封止栓の引抜き試験を説明する模式図である。 図４は、十字試験体の貫通孔に設けた配管の漏えい試験を説明する模式図である。 図５は、十字試験体の二軸負荷試験に好適な二軸負荷試験装置の平面図である。 図６は、図５のＡ－Ａ断面視図である。 図７は、図５のＢ－Ｂ断面視図である。 図８は、二軸負荷試験装置の動作を示す模式図である。 図９は、二軸負荷試験装置の動作を示す模式図である。 図１０は、別の実施形態に係る二軸負荷試験装置の模式図である。
　以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
　図１は、本実施形態に係る十字試験体の平面図である。図２は、十字試験体の部分拡大図である。十字試験体（二軸負荷試験体）１０は、図１に示すように、第１荷重軸Ｓ１及び第２荷重軸Ｓ２が直交する本体部１１と、この本体部１１から第１荷重軸Ｓ１または第２荷重軸Ｓ２の軸方向に沿ってそれぞれ延びる４つの腕部１２と、各腕部１２に設けられる連結部１３とを備えて一体に構成されている。第１荷重軸Ｓ１及び第２荷重軸Ｓ２は、互いに直交する軸であり、４つの腕部１２は、本体部１１を中心として、９０°ずつ異なる方向に延びている。また、各連結部１３は、第１荷重軸Ｓ１及び第２荷重軸Ｓ２の軸方向に引張もしくは圧縮の荷重（負荷）を加える負荷ユニット（不図示）が連結される孔部１３Ａを備える。
　本体部１１は、略矩形状に形成された板状体であり、第１荷重軸Ｓ１及び第２荷重軸Ｓ２の軸方向に引張もしくは圧縮の荷重が加えられた際に、該本体部１１に生じる応力を評価するための評価エリアとして機能する。本実施形態では、本体部１１は、例えば、熱交換器の管板を模して構成され、プレス用の板材と比較して肉厚が厚く（例えば３０ｍｍ～１５０ｍｍ）形成されている。また、本体部１１は、正方配列された複数（図１の例では５列（５×５））の貫通孔１４を備える。これら複数の貫通孔１４は、熱交換器の伝熱管（不図示）が接続される孔部を模したものであり、第１荷重軸Ｓ１及び第２荷重軸Ｓ２の軸方向に沿ってそれぞれ整列して形成されている。貫通孔１４は、少なくとも２列（２×２）以上あれば良いが、３列（３×３）以上であって、第１荷重軸Ｓ１と第２荷重軸Ｓ２の交点（中心）Ｏに中央の貫通孔１４が位置する配置がより好ましい。
　腕部１２は、第１荷重軸Ｓ１または第２荷重軸Ｓ２の軸方向の荷重を本体部１１に伝達する機能を有し、本体部１１と同等の肉厚に形成されている。腕部１２には、図１に示すように、各腕部１２が延びる方向、すなわち第１荷重軸Ｓ１または第２荷重軸Ｓ２の軸方向に沿ってそれぞれ延びる複数のスリット溝１６が設けられている。スリット溝１６は、本体部１１における各荷重軸Ｓ１，Ｓ２の軸方向に均等な応力場を発生させるものである。ここで、本体部１１に複数の貫通孔１４が設けられた構成では、図２に矢印Ｆで示すように、本体部１１に加えられる引張もしくは圧縮の荷重は、貫通孔１４を除いたリガメント部１５を流れるため、このリガメント部１５に荷重をスムーズに伝達することが好ましい。
　本実施形態では、各スリット溝１６は、図２に示すように、第１荷重軸Ｓ１または第２荷重軸Ｓ２の軸方向に整列した各貫通孔１４の中心を結んだ線Ｌの延長線ＬＡ上に位置している。このため、腕部１２に加えられた荷重は、隣接するスリット溝１６，１６間の部分１７を通じて、本体部１１のリガメント部１５に作用することにより、リガメント部１５への荷重の伝達をスムーズに行うことができる。
　また、本実施形態では、各スリット溝１６は、該スリット溝１６の中心線ＬＣが上記した延長線ＬＡと一致するように形成されている。このため、腕部１２におけるスリット溝１６，１６間の部分１７は、本体部１１におけるリガメント部１５と一直線上に位置することにより、リガメント部１５への荷重の伝達をスムーズに行うことができる。
　また、本実施形態では、図２に示すように、スリット溝１６の溝幅ＤＡは、貫通孔１４の直径Ｄと等しく形成されている。この構成では、スリット溝１６，１６間の部分１７の幅ＤＢと、貫通孔１４，１４間のリガメント幅ＤＣとを等しくすることができる。このため、腕部１２に加えられた荷重をリガメント部１５へより一層スムーズに伝達することができる。さらに、スリット溝１６の溝幅ＤＡは、従来のワイヤカットによるスリット幅よりも格段に広くなるため、スリット溝を機械加工することが可能となり、加工費用の低減を実現できる。特に、本実施形態では、腕部１２は、本体部１１と共に、プレス用の板材よりも肉厚が厚く形成されているため、加工費用の低減効果はより大きいものとなる。ここで、スリット溝１６の溝幅ＤＡを大きくすると、断面欠損が大きくなり、腕部１２の破損のおそれが生じる。本実施形態では、十字試験体１０に二軸方向の荷重をかけて破損試験を行うのではなく、荷重が加えられた際の貫通孔１４に生じる応力を解析するものであるため、スリット溝１６の溝幅ＤＡを貫通孔１４の直径Ｄと同等に大きくしても試験上の問題はない。
　次に、十字試験体１０を用いた二軸負荷試験について説明する。本実施形態では、十字試験体１０に第１荷重軸Ｓ１または第２荷重軸Ｓ２の軸方向の荷重を加えた状態で、本体部１１に設けた貫通孔１４に生じる応力を評価する試験を行う。上述のように、本体部１１は、熱交換器の管板を模したものであるため、例えば、熱交換器を含むプラントの運転中に、熱交換器の管板に各方向の応力が生じた際に、所定の貫通孔１４（例えば、中心の貫通孔１４）がどのような挙動を示すかを確認する試験を行う。
　図３は、十字試験体の貫通孔に設けた封止栓の引抜き試験を説明する模式図である。図３に示すように、十字試験体１０の本体部１１の中央に設けられた中心の貫通孔１４に、該貫通孔１４を封止する封止栓７０を施工する。次に、この封止栓７０の上面側に引抜き用ロッド７４を接続し、この引抜き用ロッド７４は、十字試験体１０の本体部１１（リガメント部）に載置された反力台７３と、センターホールジャッキ７１と、センターホールロードセル７２を貫通してナット７５で固定されている。また、封止栓７０には、引抜き用ロッド７４とは反対側の下面側に変位計７６が設置されている。
　引抜き試験は、十字試験体１０に第１荷重軸Ｓ１及び第２荷重軸Ｓ２の荷重を加えた状態で、センターホールジャッキ７１より封止栓７０に引抜き荷重を与える。そして、この変位計７６によって封止栓７０が変位（動き始める）際の引抜き荷重の値をセンターホールロードセル７２で計測する。この構成によれば、例えば、熱交換器の管板に各方向の応力が生じた際に、所定の貫通孔１４（例えば、中心の貫通孔１４）に設けた封止栓７０の耐荷重を知ることができ、また、貫通孔１４がどのように変形するかを正確に知ることができる。また、センターホールロードセル７２を用いて引抜き荷重の値を計測することに限らず、一定の引抜き荷重を加えた状態で、封止栓７０が抜ける（変位する）か、抜けない（変位しない）か、を判別することで引抜き試験とすることができる。
　また、図４は、十字試験体の貫通孔に設けた配管の漏えい試験を説明する模式図である。図４に示すように、十字試験体１０の本体部１１の中央に設けられた中心の貫通孔１４に伝熱管（配管）８０を取り付ける（固着する）。伝熱管８０は、例えば、拡管、ロウ付け、溶接等の固着手段によって、本体部１１の貫通孔１４に取り付けられている。これらの固着手段は、熱交換器の管板に伝熱管を取り付ける手段と同一である。次に、伝熱管８０の内面に封止栓７０を取り付ける。
　また、本体部１１（リガメント部１５）の上面側に伝熱管８０の一端側を覆うように容器８１を溶接、押付又は接着などの固着手段により固定する。この容器８１には、内部空間と連通する配管８２を接続し、この配管８２に加圧ポンプ８６、弁８３、エア抜き弁８４、圧力計８５を接続する。また、本体部１１の下方には、封止栓７０を挟んだ伝熱管８０の他端側にビデオカメラ８９などの観察手段を設けている。
　漏えい試験は、十字試験体１０に第１荷重軸Ｓ１及び第２荷重軸Ｓ２の荷重を加えた状態で、エア抜き弁８４を閉じ、容器８１内に流体（例えば水）８７を充填し、この流体８７を加圧ポンプで加圧する。このため、容器８１内に位置する伝熱管８０の一端側には、加圧された流体８７が充填される。そして、流体８７の圧力が所定の圧力になれば、弁８３を閉じて流体８７の圧力を保持する。封止栓７０を挟んだ伝熱管８０の他端側では、上記加圧された流体８７の漏れ８８が生じるか否かをビデオカメラ８９の撮影画像に基づき観察する。この構成によれば、例えば、熱交換器の管板に各方向の応力が生じた際に、所定の貫通孔１４（例えば、中心の貫通孔１４）に設けた伝熱管８０の挙動を正確に知ることができる。
　ところで、十字試験体１０に、第１荷重軸Ｓ１及び第２荷重軸Ｓ２の軸方向に引張もしくは圧縮の荷重を加える場合、各軸方向の荷重が合成されて十字試験体１０の腕部１２に加えられると正確な試験を行うことができない。このため、十字試験体１０の各腕部１２にそれぞれ、軸方向に引張もしくは圧縮の荷重を加える負荷ユニット（不図示）を設ける構成が想定されるが、この構成は装置構成が煩雑になる問題がある。このため、１つの負荷ユニットで４方向に荷重を加える技術が提案されている（例えば、特開昭５８－１７３４５０号公報参照）。しかし、従来の構成では、第１荷重軸Ｓ１及び第２荷重軸Ｓ２の各軸方向に独立して荷重をかけることができない問題もある。そこで、簡単な構成で、十字試験体１０の腕部１２に対して、二軸の合成荷重がかかることを防止すると共に、各軸方向に独立して荷重をかけることができる二軸負荷試験装置が望まれている。
　次に、上記した十字試験体１０を用いて二軸負荷試験を行う二軸負荷試験装置について説明する。図５は、十字試験体の二軸負荷試験に好適な二軸負荷試験装置の平面図である。図６は、図５のＡ－Ａ断面視図である。図７は、図５のＢ－Ｂ断面視図である。二軸負荷試験装置１００は、図５に示すように、十字試験体１０に第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘに沿って、引張の荷重を加える第１負荷ユニット（第１負荷部）２０を有する第１フレーム３０と、十字試験体１０に第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに沿って、引張の荷重を加える第２負荷ユニット（第２負荷部）６０を有する第２フレーム５０とを備える。
　第１フレーム３０は、図５及び図６に示すように、第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘに間隔を開けて配置される一対の反力フレーム３１，３１と、これら反力フレーム３１，３１を連結する４本の反力ロッド３２とを備えて構成される。また、反力フレーム３１，３１は、図６に示すように、設置面Ｇに配置される一対の基台３３，３３上に、第１直動ベアリング（第１摺動部）３４，３４を介して設置される。この第１直動ベアリング３４，３４は、第１フレーム３０を第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘに所定距離（例えば０～２０ｍｍ）移動可能に支持する。このため、第１フレーム３０は、基台３３，３３上を第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘにスライド（摺動）自在に構成される。
　第１負荷ユニット２０は、一方の反力フレーム３１に固定されるセンターホールジャッキ（第１ジャッキ）２１と、センターホールロードセル２２とを備え、センターホールジャッキ２１は、テンションロッド２３Ａを介して、十字試験体１０における第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘの一端側の連結部１３（図５）に連結されている。また、他方の反力フレーム３１は、テンションロッド２３Ｂを介して、十字試験体１０における第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘの他端側の連結部１３（図５）に連結されている。これにより、十字試験体１０は、テンションロッド２３Ａ，２３Ｂを介して、第１フレーム３０に支持される。
　センターホールジャッキ２１は、第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘにテンションロッド２３Ａを進退可能に移動させる装置であり、テンションロッド２３Ａを介して、十字試験体１０に対して、第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘの引張荷重を加えることができる。また、センターホールロードセル２２は、センターホールジャッキ２１が加えた引張荷重の大きさを計測するものである。
　一方、第２フレーム５０は、図５及び図７に示すように、第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに間隔を開けて配置される一対の反力フレーム５１，５１と、これら反力フレーム５１，５１を連結する４本の反力ロッド５２とを備えて構成される。これら反力ロッド５２は、図７に示すように、第１フレーム３０の反力ロッド３２と干渉しない位置に設けられている。反力フレーム５１，５１は、設置面Ｇに配置される一対の基台５３，５３上に、第２直動ベアリング（第２摺動部）５４，５４を介して設置される。この第２直動ベアリング５４，５４は、第２フレーム５０を第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに所定距離（例えば０～２０ｍｍ）移動可能に支持する。このため、第２フレーム５０は、基台５３，５３上を第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙにスライド（摺動）自在に構成される。
　第２負荷ユニット６０は、一方の反力フレーム５１に固定されるセンターホールジャッキ（第２ジャッキ）６１と、センターホールロードセル６２とを備え、センターホールジャッキ６１は、テンションロッド６３Ａを介して、十字試験体１０における第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙの一端側の連結部１３（図５）に連結されている。また、他方の反力フレーム５１は、テンションロッド６３Ｂを介して、十字試験体１０における第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙの他端側の連結部１３（図５）に連結されている。これにより、十字試験体１０は、テンションロッド６３Ａ，６３Ｂを介して、第２フレーム５０にも支持され、すなわち、第１フレーム３０と第２フレーム５０は、十字試験体１０を介して接続されている。
　センターホールジャッキ６１は、第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙにテンションロッド６３Ａを進退可能に移動させる装置であり、テンションロッド６３Ａを介して、十字試験体１０に対して、第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙの引張荷重を加えることができる。また、センターホールロードセル６２は、センターホールジャッキ６１が加えた引張荷重の大きさを計測する。
　次に、二軸負荷試験装置１００の動作について説明する。図８、図９は、二軸負荷試験装置の動作を示す模式図である。図８に示すように、十字試験体１０をテンションロッドを介して、第１フレーム３０及び第２フレーム５０にそれぞれ接続する。この状態で、センターホールジャッキ２１は、図９に示すように、十字試験体１０に第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘ１の引張荷重を加える。
　この場合、十字試験体１０は、引張荷重により変形をして軸方向Ｘ１に延びようとするが、十字試験体１０にはテンションロッド６３Ａ，６３Ｂ（図５）を介して、第２フレーム５０が接続されているため、軸方向Ｘ１への延びが規制される。このため、十字試験体１０に加えられた引張荷重の反力が軸方向Ｘ２に作用し、第１直動ベアリング３４，３４によって、第１フレーム３０が軸方向Ｘ２に移動することで、十字試験体１０は軸方向Ｘ１，Ｘ２にそれぞれ延びる。
　同様に、センターホールジャッキ６１が、十字試験体１０に第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙ１の引張荷重を加えると、十字試験体１０は、引張荷重により変形をして軸方向Ｙ１に延びようとするが、十字試験体１０にはテンションロッド２３Ａ，２３Ｂ（図５）を介して、第１フレーム３０が接続されているため、軸方向Ｙ１への延びが規制される。このため、十字試験体１０に加えられた引張荷重の反力が軸方向Ｙ２に作用し、第２直動ベアリング５４，５４によって、第２フレーム５０が軸方向Ｙ２に移動することで、十字試験体１０は軸方向Ｙ１，Ｙ２にそれぞれ延びる。
　このように、本実施形態の二軸負荷試験装置１００は、十字試験体１０の第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘに沿って、引張荷重を加える第１負荷ユニット２０を有する第１フレーム３０と、十字試験体１０に第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに沿って、引張荷重を加える第２負荷ユニット６０を有する第２フレーム５０と、設置面Ｇに対して、第１フレーム３０を第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘに摺動する第１直動ベアリング３４と、設置面Ｇに対して、第２フレーム５０を第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに摺動する第２直動ベアリング５４とを備えるため、十字試験体１０に加えられた軸方向Ｘ，Ｙの荷重の反力が第１フレーム３０及び第２フレーム５０にそれぞれ作用し、第１直動ベアリング３４及び第２直動ベアリング５４によって、第１フレーム３０及び第２フレーム５０がそれぞれ荷重と反対の方向に移動する。このため、十字試験体１０の腕部１２に二軸の合成荷重がかかることが防止され、軸方向Ｘ，Ｙに沿った純粋な荷重をかけることができる。
　また、本実施形態では、第１フレーム３０及び第２フレーム５０がそれぞれ荷重と反対の方向に移動するため、十字試験体１０に引張荷重を加えた場合であっても、十字試験体１０の中心Ｏは変動しない。このため、例えば、十字試験体１０の中心Ｏに位置する貫通孔１４のプラグの耐荷重測定や、流体の漏れ試験を行う場合に、観察が容易になるといった効果を奏する。
　また、本実施形態では、第１負荷ユニット２０及び第２負荷ユニット６０を備えるため、これら第１負荷ユニット２０及び第２負荷ユニット６０を独立して動作させることにより、軸方向Ｘ，Ｙに異なる大きさの荷重をかけることができる。
　次に、別の実施形態に係る二軸負荷試験装置１５０について説明する。図１０は、別の実施形態に係る二軸負荷試験装置の模式図である。この二軸負荷試験装置１５０は、図１０に示すように、設置面（不図示）に設置されるフレーム１１０と、十字試験体１０に第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘに沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第１負荷ユニット２０と、十字試験体１０に第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第２負荷ユニット６０とを備える。第１負荷ユニット２０及び第２負荷ユニット６０は、上記した構成と同一であるため説明を省略する。また、図１０では、ロッド２３Ａ，６３Ａのみを記載し、ロッド２３Ｂ，６３Ｂ（図５）に相当するロッドの記載を省略している。
　また、二軸負荷試験装置１５０は、第１負荷ユニット２０及び十字試験体１０を、フレーム１１０に対して、第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに摺動する第１直動ベアリング（第１摺動部）１２０，１２１と、第２負荷ユニット６０及び十字試験体１０を、フレーム１１０に対して、第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘに摺動する第２直動ベアリング（第２摺動部）１３０，１３１とを備える。一方の第１直動ベアリング１２０は、第１負荷ユニット２０のジャッキ２１をフレーム１１０に対して摺動自在に支持し、他方の第１直動ベアリング１２１は、十字試験体１０の連結部１３（もしくは不図示のロッド２３Ｂ）をフレーム１１０に対して摺動自在に支持する。
　同様に、一方の第２直動ベアリング１３０は、第２負荷ユニット６０のジャッキ６１をフレーム１１０に対して摺動自在に支持し、他方の第２直動ベアリング１３１は、十字試験体１０の連結部１３（もしくは不図示のロッド６３Ｂ）をフレーム１１０に対して摺動自在に支持する。
　この構成では、ジャッキ２１が十字試験体１０に第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘの荷重を加えると、十字試験体１０は、荷重により軸方向Ｘに伸長もしくは短縮の変形をする。この場合、十字試験体１０に接続された第２負荷ユニット６０は、十字試験体１０の軸方向Ｘへの変形に伴い、第２直動ベアリング１３０，１３１によって、十字試験体１０と共に軸方向Ｘに移動する。
　同様に、ジャッキ６１が十字試験体１０に第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙの荷重を加えると、十字試験体１０は、荷重により軸方向Ｙに伸長もしくは短縮の変形をする。この場合、十字試験体１０に接続された第１負荷ユニット２０は、十字試験体１０の軸方向Ｙへの変形に伴い、第１直動ベアリング１２０，１２１によって、十字試験体１０と共に軸方向Ｙに移動する。
　このように、本実施形態の二軸負荷試験装置１５０は、設置面（不図示）に設置されるフレーム１１０と、十字試験体１０に第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘに沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第１負荷ユニット２０と、十字試験体１０の腕部１２に第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第２負荷ユニット６０と、第１負荷ユニット２０及び十字試験体１０を、フレーム１１０に対して、第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに摺動する第１直動ベアリング（第１摺動部）１２０，１２１と、第１負荷ユニット２０及び第２負荷ユニット６０は、十字試験体１０と共に、フレーム１１０に対して、軸方向Ｘまたは軸方向Ｙに移動する。このため、十字試験体１０に二軸の合成荷重がかかることが防止され、軸方向Ｘ，Ｙに沿った純粋な荷重をかけることができる。
　また、本実施形態では、第１負荷ユニット２０及び第２負荷ユニット６０を備えるため、これら第１負荷ユニット２０及び第２負荷ユニット６０を独立して動作させることにより、軸方向Ｘ，Ｙに異なる大きさの荷重をかけることができる。
　以上、本発明の一実施形態を説明したが、本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。例えば、上記した二軸負荷試験装置１００，１５０では、試験体として、本体部１１に整列された複数の貫通孔１４が設けられた十字試験体１０を用いた構成を説明したが、貫通孔の設けられていない十字試験体を用いることもできる。また、本実施形態では、二軸負荷試験装置１００は、十字試験体１０の第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘに沿って、引張荷重を加える第１負荷ユニット２０と、十字試験体１０に第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに沿って、引張荷重を加える第２負荷ユニット６０とを備える構成としたが、軸方向Ｘ，Ｙに沿って引張荷重だけでなく、圧縮荷重を加える第１負荷ユニット及び第２負荷ユニットを備えても良い。
　１０　十字試験体（試験体、二軸負荷試験体）
　１１　本体部
　１２　腕部
　１３　連結部
　１３Ａ　孔部
　１４　貫通孔
　１５　リガメント部
　１６　スリット溝
　２０　第１負荷ユニット（第１負荷部）
　２１、６１　センターホールジャッキ（ジャッキ）
　２２、６２　センターホールロードセル
　２３Ａ、２３Ｂ、６３Ａ、６３Ｂ　テンションロッド（ロッド）
　３０　第１フレーム
　３１、５１　反力フレーム
　３２、５２　反力ロッド
　３３、５３　基台
　３４、１２０、１２１　第１直動ベアリング（第１摺動部）
　５０　第２フレーム
　５４、１３０、１３１　第２直動ベアリング（第２摺動部）
　６０　第２負荷ユニット（第２負荷部）
　１００、１５０　二軸負荷試験装置
　１１０　フレーム
　Ｇ　設置面
　ＬＡ　延長線
　ＬＣ　中心線
　Ｓ１　第１荷重軸
　Ｓ２　第２荷重軸

Claims (8)

  1. 　互いに直交する２本の荷重軸の軸方向に沿ってそれぞれ整列した複数の貫通孔を有する本体部と、前記本体部から前記荷重軸の軸方向にそれぞれ延びる４本の腕部とを備え、
    　前記腕部は、それぞれ前記軸方向に整列した前記貫通孔の延長線上に、該軸方向に沿って延びる複数のスリット溝を備えたことを特徴とする二軸負荷試験体。
  2. 　前記スリット溝の中心線は、前記貫通孔の延長線上に位置することを特徴とする請求項１に記載の二軸負荷試験体。
  3. 　前記スリット溝の溝幅は、前記貫通孔の直径と等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の二軸負荷試験体。
  4. 　互いに直交する第１荷重軸及び第２荷重軸の各軸方向に沿って、試験体にそれぞれ荷重を加えることにより、該試験体の負荷試験を行う二軸負荷試験装置であって、
    　前記試験体に前記第１荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第１負荷部を有する第１フレームと、
    　前記試験体に前記第２荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第２負荷部を有する第２フレームと、
    　設置面に対して、前記第１フレームを前記第１荷重軸の軸方向に摺動する第１摺動部と、
    　前記設置面に対して、前記第２フレームを前記第２荷重軸の軸方向に摺動する第２摺動部と、
    　を備えたことを特徴とする二軸負荷試験装置。
  5. 　互いに直交する第１荷重軸及び第２荷重軸の各軸方向に沿って、試験体にそれぞれ荷重を加えることにより、該試験体の負荷試験を行う二軸負荷試験装置であって、
    　設置面に設置されるフレームと、
    　前記試験体に前記第１荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第１負荷部と、
    　前記試験体に前記第２荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第２負荷部と、
    　前記第１負荷部及び前記試験体を、前記フレームに対して、前記第２荷重軸の軸方向に摺動する第１摺動部と、
    　前記第２負荷部及び前記試験体を、前記フレームに対して、前記第１荷重軸の軸方向に摺動する第２摺動部と、
    　を備えたことを特徴とする二軸負荷試験装置。
  6. 　前記試験体は、互いに直交する２本の荷重軸の軸方向に沿ってそれぞれ整列した複数の貫通孔を有する本体部と、前記本体部から前記荷重軸の軸方向にそれぞれ延びる４本の腕部とを備え、前記腕部は、それぞれ前記軸方向に整列した前記貫通孔の延長線上に、該軸方向に沿って延びる複数のスリット溝を備えたことを特徴とする請求項４または５に記載の二軸負荷試験装置。
  7. 　請求項１に記載の二軸負荷試験体の前記本体部に形成された少なくとも一の前記貫通孔に該貫通孔を封止する封止栓を設ける工程と、
    　前記二軸負荷試験体の前記腕部にそれぞれ前記荷重軸の軸方向に沿った荷重を加える工程と、
    　前記荷重を加えた状態で前記封止栓を前記貫通孔から引き抜く引抜き荷重を加える工程と、
    　を備えることを特徴とする二軸負荷試験方法。
  8. 　請求項１に記載の二軸負荷試験体の前記本体部に形成された少なくとも一の前記貫通孔に配管を固着する工程と、
    　前記二軸負荷試験体の前記腕部にそれぞれ前記荷重軸の軸方向に沿った荷重を加える工程と、
    　前記荷重を加えた状態で、前記配管の一端側に、所定圧力に加圧された流体を充填する工程と、
    　を備えることを特徴とする二軸負荷試験方法。
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