JP2009250866A - Testing device, testing method of fatigue test, and crack evolution testing method - Google Patents

Testing device, testing method of fatigue test, and crack evolution testing method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a testing device, testing method, and crack evolution testing method for performing the crack evolution testing method by a compliance method by enlarging the testing frequency of the test load for loading the fatigue test piece. <P>SOLUTION: The test device imparts a load to the test piece with a prescribed test frequency. At the time for measuring the aperture displacement of the test piece (aperture displacement measuring time) t1 while using a clip gauge, the test frequency is reduced to the aperture displacement measurement frequency (the clip gauge is able to follow to the change of the aperture displacement) for measuring the test force using a load cell, as well as measuring the aperture displacement of the test piece using the clip gauge. When the measurement of the aperture displacement is finished (at the time t2), the testing frequency is returned to the original frequency. By repeating the measurement for measuring the aperture displacement, the fatigue testing is performed. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、コンプライアンス法によるき裂長を算出するき裂進展試験装置、その試験装置を使用した疲労試験の試験方法およびき裂進展試験方法に関する。   The present invention relates to a crack growth test apparatus for calculating a crack length by a compliance method, a test method for a fatigue test using the test apparatus, and a crack growth test method.

疲労試験中にクリップゲージによって疲労試験片の所定箇所の開口量を測定し、その開口量から疲労試験中に発生するき裂の長さを求める疲労き裂伝播試験方法が知られている（たとえば、特許文献１）。
特開平８−６２１１２号公報 A fatigue crack propagation test method is known in which the opening amount of a predetermined portion of a fatigue test piece is measured by a clip gauge during a fatigue test, and the length of a crack generated during the fatigue test is obtained from the opening amount (for example, Patent Document 1).
JP-A-8-62112

疲労試験を短時間に終了させるため、疲労試験片に負荷する試験荷重の試験周波数を大きくする場合がある。このような場合、クリップゲージは開口量の変化に追随することができず、疲労試験中に発生するき裂の長さを求めることができないという問題点がある。   In order to complete the fatigue test in a short time, the test frequency of the test load applied to the fatigue test piece may be increased. In such a case, there is a problem that the clip gauge cannot follow the change in the opening amount and cannot determine the length of the crack generated during the fatigue test.

（１）請求項１の発明の試験装置は、試験片に試験力を負荷するアクチュエータと、試験片に試験力を負荷するときの試験周波数を制御する試験周波数制御手段と、試験片に形成された略Ｕ字型凹部の開口変位を開口変位計で測定する開口変位測定制御手段と、試験片に負荷された試験力を検出するロードセルと、開口変位測定制御手段によって測定された開口変位と、ロードセルにより検出された試験力とに基づいて、コンプライアンス法により試験片のき裂長を算出するき裂長算出手段とを備え、開口変位測定制御手段は、試験周波数制御手段が試験周波数を減少させた後に試験片の開口変位を測定することを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の試験装置において、試験周波数制御手段は、開口変位測定制御手段により試験片の開口変位が測定されるとき、所定の減少速度以下の周波数変更速度で試験周波数を減少させることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項２に記載の試験装置において、開口変位測定制御手段は、さらにロードセルにより検出された試験力が安定した後に試験片の開口変位を測定することを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、所定の試験周波数で略Ｕ字型凹部が形成された試験片に試験力を負荷し、試験片における略Ｕ字型凹部の開口変位を測定し、試験片に負荷された試験力を検出し、開口変位および検出された試験力に基づいてコンプライアンス法により試験片のき裂長を算出する疲労試験の試験方法にあって、試験片の開口変位を測定するときに試験周波数を減少させることを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項４に記載の疲労試験の試験方法において、試験周波数を減少させるとき、所定の減少速度以下の周波数変更速度で試験周波数を減少させることを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、請求項５に記載の疲労試験の試験方法において、開口変位測定制御手段は、さらに検出された試験力が安定した後に試験片の開口変位を測定することを特徴とする。
（７）請求項７の発明のき裂進展試験方法は、き裂進展試験片に所定試験力、所定試験周波数で所定時間負荷を与える第１工程と、開口変位計測時刻になると所定試験周波数を開口変位計測周波数まで低減して開口変位を測定する第２工程とを繰り返し行うことを特徴とする。 (1) The test apparatus of the invention of claim 1 is formed on the test piece, an actuator for applying a test force to the test piece, a test frequency control means for controlling the test frequency when the test force is applied to the test piece. An opening displacement measurement control means for measuring the opening displacement of the substantially U-shaped recess with an opening displacement meter, a load cell for detecting a test force loaded on the test piece, an opening displacement measured by the opening displacement measurement control means, Crack length calculating means for calculating the crack length of the test piece by the compliance method based on the test force detected by the load cell, and the opening displacement measurement control means is configured so that the test frequency control means reduces the test frequency. The opening displacement of the test piece is measured.
(2) The invention of claim 2 is the test apparatus according to claim 1, wherein the test frequency control means has a frequency equal to or less than a predetermined decrease rate when the opening displacement of the test piece is measured by the opening displacement measurement control means. The test frequency is decreased at the changing speed.
(3) The invention of claim 3 is the test apparatus according to claim 2, wherein the opening displacement measurement control means further measures the opening displacement of the test piece after the test force detected by the load cell is stabilized. And
(4) The invention of claim 4 applies a test force to a test piece in which a substantially U-shaped recess is formed at a predetermined test frequency, measures the opening displacement of the substantially U-shaped recess in the test piece, and When measuring the opening displacement of a test piece in a fatigue test method in which the test force loaded on the test piece is detected and the crack length of the test piece is calculated by the compliance method based on the opening displacement and the detected test force. The test frequency is decreased.
(5) The invention of claim 5 is characterized in that, in the fatigue test method of claim 4, when the test frequency is decreased, the test frequency is decreased at a frequency change speed equal to or less than a predetermined decrease speed. .
(6) According to a sixth aspect of the invention, in the fatigue test test method according to the fifth aspect, the opening displacement measurement control means further measures the opening displacement of the test piece after the detected test force is stabilized. Features.
(7) The crack growth test method of the invention of claim 7 includes a first step of applying a load for a predetermined time with a predetermined test force and a predetermined test frequency to the crack extension test piece, and a predetermined test frequency at the time of measuring the opening displacement. The second step of measuring the aperture displacement by reducing to the aperture displacement measurement frequency is repeatedly performed.

本発明によれば、試験片に負荷する試験力の試験周波数を大きくした場合でも、クリップゲージは試験片の開口変位を計測し、疲労試験中に発生するき裂の長さを求めることができる。   According to the present invention, even when the test frequency of the test force applied to the test piece is increased, the clip gauge can measure the opening displacement of the test piece and obtain the length of the crack generated during the fatigue test. .

−第１の実施形態−
図１〜図４を参照して本発明の第１の実施形態におけるき裂進展試験装置（以下、試験装置と呼ぶ）について説明する。この試験装置は、コンプライアンス法により試験片のき裂長を算出する。つまり、試験片のコンプライアンスを算出し、そのコンプライアンスから試験片のき裂長を算出する。図１に示す試験装置は、試験装置本体１０と、本体１０を駆動制御する制御系２０と、本体１０の駆動源である油圧を供給する油圧系３０とで構成される。 -First embodiment-
A crack growth test apparatus (hereinafter referred to as a test apparatus) in the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This test apparatus calculates the crack length of the test piece by the compliance method. That is, the compliance of the test piece is calculated, and the crack length of the test piece is calculated from the compliance. The test apparatus shown in FIG. 1 includes a test apparatus main body 10, a control system 20 that drives and controls the main body 10, and a hydraulic system 30 that supplies hydraulic pressure that is a drive source of the main body 10.

試験装置本体１０は、ベッド１０１と、このベッド１０１に立設する一対の支柱１０２と、これらの支柱１０２に横架するクロスヘッド１０３と、クロスヘッド１０３に設置されたロードセル１０４と、ロードセル１０４に連結される上部試験治具１０５と、ベッド１０１を貫通直立するピストンロッド１０６と、ピストンロッド１０６の上端に設けられ下部試験治具１０７と、ピストンロッド１０６を上下に駆動するアクチュエータ１０８と、ピストンロッド１０６の上下方向の変位量を検出するストローク検出器１０９と、アクチュエータ１０８を駆動制御するサーボバルブ１１０とを備える。   The test apparatus main body 10 includes a bed 101, a pair of support columns 102 erected on the bed 101, a crosshead 103 extending horizontally on the support columns 102, a load cell 104 installed on the crosshead 103, and a load cell 104. An upper test jig 105 to be connected, a piston rod 106 that stands upright through the bed 101, a lower test jig 107 provided at the upper end of the piston rod 106, an actuator 108 that drives the piston rod 106 up and down, and a piston rod A stroke detector 109 that detects the amount of displacement in the vertical direction 106 and a servo valve 110 that drives and controls the actuator 108 are provided.

試験片ＴＰは、荷重ピン１１１，１１２により上部試験治具１０５および下部試験治具１０７に固定される。アクチュエータ１０８によりピストンロッド１０６が上下動して試験片ＴＰが負荷される。そして、試験片ＴＰに負荷された試験力はロードセル１０４により検出される。また、試験片ＴＰの略Ｕ字型凹部（試験片ＴＰの形状については後述する）の幅の変位（以下、開口変位と呼ぶ）を測定するために、略Ｕ字型凹部にクリップゲージ１１３の検出レバーが係止されている。   The test piece TP is fixed to the upper test jig 105 and the lower test jig 107 by load pins 111 and 112. The piston rod 106 is moved up and down by the actuator 108 to load the test piece TP. Then, the test force loaded on the test piece TP is detected by the load cell 104. In addition, in order to measure the displacement (hereinafter referred to as opening displacement) of the width of the substantially U-shaped concave portion (the shape of the test piece TP will be described later) of the test piece TP, the clip gauge 113 is provided in the substantially U-shaped concave portion. The detection lever is locked.

制御系２０は、制御回路２１、操作パネル２２、表示モニタ２３などを備えている。制御回路２１は、マイクロコンピュータとその周辺部品から構成される。制御回路２１は、ロードセル１０４から出力される試験力信号と、ストローク検出器１０９から出力されるピストンロッド１０６の変位信号とに基づいて、サーボバルブ１１０を制御する制御信号を出力し、所定の試験条件（試験力、試験周波数など）で試験が行えるようにアクチュエータ１０８を制御する。また、クリップゲージ１１３から出力される、試験片ＴＰの略Ｕ字型凹部の開口変位に基づいて、試験片ＴＰのき裂長さを算出する。   The control system 20 includes a control circuit 21, an operation panel 22, a display monitor 23, and the like. The control circuit 21 includes a microcomputer and its peripheral components. The control circuit 21 outputs a control signal for controlling the servo valve 110 based on the test force signal output from the load cell 104 and the displacement signal of the piston rod 106 output from the stroke detector 109, and performs a predetermined test. The actuator 108 is controlled so that the test can be performed under conditions (test force, test frequency, etc.). Further, the crack length of the test piece TP is calculated based on the opening displacement of the substantially U-shaped recess of the test piece TP output from the clip gauge 113.

操作パネル２２は、試験条件などを入力するための操作部材である。表示モニタ２３は、試験サイクルと試験片ＴＰのき裂長さとの関係を示す折れ線グラフや試験サイクルと試験片ＴＰのコンプライアンスとの関係を示す折れ線グラフなどを表示する。   The operation panel 22 is an operation member for inputting test conditions and the like. The display monitor 23 displays a line graph showing the relationship between the test cycle and the crack length of the test piece TP, a line graph showing the relationship between the test cycle and the compliance of the test piece TP, and the like.

油圧系３０は、油圧を発生する油圧源３１と、油圧を蓄えるアキュムレータ３２とを有する。アキュムレータ３２と試験装置本体１０のサーボバルブ１１０とは、油圧パイプで接続しており、サーボバルブ１１０の開度に応じて、アキュムレータ３２に蓄積されている油圧が試験装置本体１１０のアクチュエータ１０８に供給され、アクチュエータ１０８が作動する。   The hydraulic system 30 includes a hydraulic pressure source 31 that generates hydraulic pressure and an accumulator 32 that stores the hydraulic pressure. The accumulator 32 and the servo valve 110 of the test apparatus body 10 are connected by a hydraulic pipe, and the hydraulic pressure accumulated in the accumulator 32 is supplied to the actuator 108 of the test apparatus body 110 according to the opening of the servo valve 110. Then, the actuator 108 operates.

図２を参照してき裂進展試験用の試験片ＴＰについて説明する。試験片ＴＰは矩形形状の平板であり、試験片ＴＰの一辺の端中間が略Ｕ字型凹部４１に切欠されている。略Ｕ字型凹部４１を挟んで対峙する位置に、試験片ＴＰの肉厚方向に貫通する貫通孔４２，４３が形成されている。疲労試験を行うとき、この貫通孔４２，４３に上述の荷重ピン１１１，１１２が挿入され、試験片ＴＰは、図２に示す矢印の方向に所定の試験力が与えられ、この試験力により略Ｕ字型凹部４１の底部からき裂４４が発生する。クリップゲージ１１３は、略Ｕ字型凹部４１の幅４５の変位（開口変位）を測定する。   A test piece TP for a crack growth test will be described with reference to FIG. The test piece TP is a rectangular flat plate, and an end middle of one side of the test piece TP is cut out in a substantially U-shaped recess 41. Through holes 42 and 43 penetrating in the thickness direction of the test piece TP are formed at positions facing each other across the substantially U-shaped recess 41. When the fatigue test is performed, the load pins 111 and 112 are inserted into the through holes 42 and 43, and the test piece TP is given a predetermined test force in the direction of the arrow shown in FIG. A crack 44 is generated from the bottom of the U-shaped recess 41. The clip gauge 113 measures the displacement (opening displacement) of the width 45 of the substantially U-shaped recess 41.

以上の試験装置１による疲労試験は以下のように行う。
図３（ａ）に示すように、試験装置１は、所定の試験周波数（たとえば、１０Ｈｚ）で試験片ＴＰに負荷を与える。クリップゲージ１１３を使用して試験片ＴＰの開口変位を測定する時刻（開口変位測定時刻）ｔ１になると、試験周波数、を開口変位測定周波数（クリップゲージ１１３が開口変位の変化に追従することができる試験周波数、たとえば、０．１Ｈｚに低減する。なお、開口変位測定時刻は所定時間間隔（たとえば、５分間隔）で設定される。そして、ロードセル１０４を使用して試験力を測定するとともに、クリップゲージ１１３を使用して試験片ＴＰの開口変位を測定する。開口変位の測定を終了すると（時刻ｔ２）と、試験周波数を元の周波数（たとえば、１０Ｈｚ）に戻す。このような試験周波数の変更と開口変位の測定とを繰り返すことにより疲労試験が行われる。 The fatigue test by the above test apparatus 1 is performed as follows.
As shown in FIG. 3A, the test apparatus 1 applies a load to the test piece TP at a predetermined test frequency (for example, 10 Hz). When the clip gauge 113 is used to measure the opening displacement of the test piece TP (opening displacement measurement time) t1, the test frequency is changed to the opening displacement measuring frequency (the clip gauge 113 can follow the change of the opening displacement. The test frequency is reduced to 0.1 Hz, for example, and the opening displacement measurement time is set at a predetermined time interval (for example, every 5 minutes), and the test force is measured using the load cell 104 and the clip The opening displacement of the test piece TP is measured using the gauge 113. When the measurement of the opening displacement is completed (time t2), the test frequency is returned to the original frequency (for example, 10 Hz). The fatigue test is performed by repeating the measurement of the opening displacement.

図３（ｂ）に示すように、各サンプル時刻で測定した試験力および開口変位で決まる測定点をプロットすると、試験力−開口変位グラフが描かれる。これらの測定点について回帰分析を行い、回帰直線５１の傾きを算出する。この回帰直線５１の傾きが試験片ＴＰのコンプライアンスとなる。試験片ＴＰのコンプライアンス、試験片ＴＰの形状により定まる定数、試験片ＴＰの厚さおよび試験片ＴＰの弾性率に基づいて、試験片ＴＰのき裂長さを算出する。以上のようにして算出した試験片ＴＰのき裂長さを、試験時間または試験サイクルを横軸としてプロットした折れ線グラフを表示モニタ２３に表示する。これにより、ユーザは疲労試験の途中経過または試験結果を認識できる。   As shown in FIG. 3B, when the measurement points determined by the test force and the opening displacement measured at each sample time are plotted, a test force-opening displacement graph is drawn. Regression analysis is performed on these measurement points, and the slope of the regression line 51 is calculated. The slope of the regression line 51 becomes the compliance of the test piece TP. The crack length of the test piece TP is calculated based on the compliance of the test piece TP, the constant determined by the shape of the test piece TP, the thickness of the test piece TP, and the elastic modulus of the test piece TP. A line graph in which the crack length of the test piece TP calculated as described above is plotted with the test time or test cycle as the horizontal axis is displayed on the display monitor 23. Thereby, the user can recognize the progress of the fatigue test or the test result.

次に、本発明の第１の実施形態における試験力および開口変位の測定処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。図４の処理は、ユーザが疲労試験を開始するスイッチ操作を行うとスタートするプログラムにより、制御回路２１において実行される。   Next, the test force and opening displacement measurement process in the first embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. The process of FIG. 4 is executed in the control circuit 21 by a program that starts when the user performs a switch operation to start a fatigue test.

ステップＳ４０１では、現在の時刻が開口変位測定時刻であるか否かを判定する。開口変位測定時刻は、疲労試験開始時刻に基づいて、所定時間間隔で設定される。現在の時刻が開口変位測定時刻である場合はステップＳ４０１が肯定判定され、ステップＳ４０２へ進む。現在の時刻が開口変位測定時刻でない場合はステップＳ４０１が否定判定され、スタートへリターンする。ステップＳ４０２では、試験周波数を所定の周波数から開口変位測定周波数へ減少させる。   In step S401, it is determined whether or not the current time is the opening displacement measurement time. The opening displacement measurement time is set at predetermined time intervals based on the fatigue test start time. If the current time is the opening displacement measurement time, an affirmative determination is made in step S401 and the process proceeds to step S402. If the current time is not the opening displacement measurement time, a negative determination is made in step S401, and the process returns to the start. In step S402, the test frequency is decreased from a predetermined frequency to the aperture displacement measurement frequency.

ステップＳ４０３では、試験力をロードセル１０４で測定するとともに、その測定を行ったときの試験片ＴＰの開口変位をクリップゲージ１１３で測定する。ステップＳ４０４では、所定数の測定が完了し、測定を終了できるか否かを判定する。測定を終了できる場合はステップＳ４０４が肯定判定され、ステップＳ４０５へ進む。測定を終了できない場合はステップＳ４０４が否定判定され、ステップＳ４０３に戻る。ステップＳ４０５では、試験周波数を所定の周波数に戻す。そして、スタートへリターンする。   In step S403, the test force is measured with the load cell 104, and the opening displacement of the test piece TP when the measurement is performed is measured with the clip gauge 113. In step S404, it is determined whether a predetermined number of measurements are completed and the measurement can be completed. If the measurement can be completed, an affirmative determination is made in step S404, and the process proceeds to step S405. If the measurement cannot be completed, a negative determination is made in step S404, and the process returns to step S403. In step S405, the test frequency is returned to a predetermined frequency. Then, return to the start.

以上の第１の実施形態による試験装置１では次のような作用効果を奏する。
コンプライアンス法によるき裂進展試験途中において、クリップゲージ１１３により試験片ＴＰの開口変位を計測する所定期間、試験周波数を開口変位測定周波数へ低下させるようにした。これにより、クリップゲージ１１３の開口変位計測が追従することができない試験周波数で疲労試験を行うことにより疲労試験時間を短縮しても、正しくき裂進展を測定できる。とくに、高温炉内で疲労試験を行う場合、高温炉の熱からクリップゲージを保護するため、クリップゲージの検出レバーを長くする必要がある。このような場合、クリップゲージの開口変位計側が追従することができる試験周波数はさらに小さくなるため、高温炉内で行う疲労試験に第１の実施形態による発明は好適である。 The test apparatus 1 according to the first embodiment described above has the following operational effects.
During the crack growth test by the compliance method, the test frequency was lowered to the opening displacement measurement frequency for a predetermined period in which the opening displacement of the test piece TP was measured by the clip gauge 113. Thereby, even if the fatigue test time is shortened by conducting a fatigue test at a test frequency at which the opening displacement measurement of the clip gauge 113 cannot follow, the crack propagation can be measured correctly. In particular, when conducting a fatigue test in a high temperature furnace, it is necessary to lengthen the clip gauge detection lever in order to protect the clip gauge from the heat of the high temperature furnace. In such a case, since the test frequency that can be followed by the opening displacement meter side of the clip gauge is further reduced, the invention according to the first embodiment is suitable for a fatigue test performed in a high-temperature furnace.

−第２の実施形態−
図５および図６を参照して本発明の第２の実施形態におけるき裂進展試験装置（以下、試験装置と呼ぶ）について説明する。第２の実施形態における試験装置では、所定の試験周波数から開口変位測定周波数へ試験周波数を減少させるとき、試験周波数を徐々に減少させる。第２の実施形態における試験装置の構成は、第１の実施形態における試験装置１の形態と同様であるので、第２の実施形態における試験装置の構成の説明は省略する。 -Second Embodiment-
A crack growth test apparatus (hereinafter referred to as a test apparatus) in the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the test apparatus according to the second embodiment, when the test frequency is decreased from the predetermined test frequency to the aperture displacement measurement frequency, the test frequency is gradually decreased. Since the configuration of the test apparatus in the second embodiment is the same as that of the test apparatus 1 in the first embodiment, description of the configuration of the test apparatus in the second embodiment is omitted.

第２の実施形態における試験装置では、疲労試験を以下のようにして行う。
図５に示すように、試験周波数を所定の試験周波数（たとえば、１０Ｈｚ）から開口変位測定周波数（たとえば、１Ｈｚ）に毎秒１Ｈｚの周波数変更速度で、徐々に減少させる。そして、試験周波数が開口変位測定周波数まで減少したとき（時刻ｔ３）、試験力をロードセル１０４で測定するとともに、その測定を行ったときの試験片ＴＰの開口変位をクリップゲージ１１３で測定する。試験片ＴＰの開口変位測定が終了すると（時刻ｔ４）、再び試験周波数を元の試験周波数まで徐々に戻す。 In the test apparatus according to the second embodiment, the fatigue test is performed as follows.
As shown in FIG. 5, the test frequency is gradually decreased from a predetermined test frequency (for example, 10 Hz) to an opening displacement measurement frequency (for example, 1 Hz) at a frequency change rate of 1 Hz per second. When the test frequency decreases to the opening displacement measurement frequency (time t3), the test force is measured by the load cell 104, and the opening displacement of the test piece TP when the measurement is performed is measured by the clip gauge 113. When the measurement of the opening displacement of the test piece TP is completed (time t4), the test frequency is gradually returned to the original test frequency again.

次に、本発明の第２の実施形態における試験力および開口変位の測定処理について、図６のフローチャートを参照して説明する。図６の処理は、ユーザが疲労試験を開始するスイッチ操作を行うとスタートするプログラムにより、制御回路２１において実行される。第１の実施形態における試験力および開口変位の測定処理（図４参照）と同じ処理のステップには同じ符号を付し、第１の実施形態における試験力および開口変位の測定処理と異なる部分を主に説明する。   Next, the test force and aperture displacement measurement process in the second embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. The process of FIG. 6 is executed in the control circuit 21 by a program that starts when the user performs a switch operation to start a fatigue test. The same reference numerals are assigned to the same processing steps as the test force and opening displacement measurement process (see FIG. 4) in the first embodiment, and the steps different from the test force and opening displacement measurement process in the first embodiment are described. Mainly explained.

ステップＳ６０１では、現在の時刻が開口変位測定準備時刻であるか否かを判定する。開口変位測定準備時刻は、試験周波数の減少を開始する時刻であり、疲労試験開始時刻に基づいて、所定時間間隔（たとえば、５分間隔）で設定される。現在の時刻が開口変位測定準備時刻である場合はステップＳ６０１が肯定判定され、ステップＳ６０２へ進む。現在の時刻が開口変位測定準備時刻でない場合はステップＳ６０１が否定判定され、スタートへリターンする。ステップＳ６０２では、試験周波数を毎秒１Ｈｚの周波数変更速度で減少させる。   In step S601, it is determined whether or not the current time is the opening displacement measurement preparation time. The opening displacement measurement preparation time is a time at which the test frequency starts decreasing, and is set at a predetermined time interval (for example, every 5 minutes) based on the fatigue test start time. If the current time is the opening displacement measurement preparation time, an affirmative determination is made in step S601, and the process proceeds to step S602. If the current time is not the opening displacement measurement preparation time, a negative determination is made in step S601, and the process returns to the start. In step S602, the test frequency is decreased at a frequency change rate of 1 Hz per second.

ステップＳ６０３では、試験周波数が開口変位測定周波数であるか否かを判定する。試験周波数が開口変位測定周波数である場合はステップＳ６０３が肯定判定され、ステップＳ４０３へ進む。試験周波数が開口変位測定周波数でない場合はステップＳ６０３が否定判定され、ステップＳ６０２に戻る。   In step S603, it is determined whether the test frequency is the opening displacement measurement frequency. If the test frequency is the opening displacement measurement frequency, an affirmative determination is made in step S603 and the process proceeds to step S403. If the test frequency is not the aperture displacement measurement frequency, a negative determination is made in step S603, and the process returns to step S602.

以上の第２の実施形態による試験装置では、第１の実施形態の試験装置による作用効果の他に次のような作用効果を奏する。
所定の試験周波数から開口変位測定周波数へ試験周波数を減少させるとき、試験周波数を徐々に減少させるようにした。これにより、試験周波数を減少するときに生ずる試験力のオーバーシュート（試験力が必要以上に大きくなること）を抑制することができる。制御回路２１は一定の試験力が試験片ＴＰに負荷されるようにアクチュエータ１０８を制御するが、試験周波数が急に減少すると、制御しきれなくなる。試験力のオーバーシュートが大きいと、そのオーバーシュートにより試験片ＴＰのき裂がさらに進行し、疲労試験の精度が悪くなるという問題が発生する。 The test apparatus according to the second embodiment described above exhibits the following operational effects in addition to the operational effects of the test apparatus according to the first embodiment.
When the test frequency is decreased from the predetermined test frequency to the aperture displacement measurement frequency, the test frequency is gradually decreased. Thereby, it is possible to suppress the overshoot of the test force that occurs when the test frequency is reduced (the test force is increased more than necessary). The control circuit 21 controls the actuator 108 so that a constant test force is applied to the test piece TP. However, if the test frequency is suddenly reduced, the control circuit 21 cannot be controlled. If the overshoot of the test force is large, the crack of the test piece TP further proceeds due to the overshoot, which causes a problem that the accuracy of the fatigue test is deteriorated.

−第３の実施形態−
図７および図８を参照して本発明の第３の実施形態におけるき裂進展試験装置（以下、試験装置と呼ぶ）について説明する。第３の実施形態における試験装置では、所定の試験周波数から開口変位測定周波数へ試験周波数を徐々に減少させた後、試験片ＴＰに負荷する試験力が安定するまで開口変位の測定を待機する。ここで、試験力の安定は、開口変位測定周波数における試験力の振幅が、所定の試験周波数における試験力の振幅（図３（ａ）参照）と同じ状態になることである。そして、試験力が安定した後に試験片ＴＰの開口変位を測定する。第３の実施形態における試験装置の構成は、第１の実施形態における試験装置１の形態と同様であるので、第３の実施形態における試験装置の構成の説明は省略する。 -Third embodiment-
A crack growth test apparatus (hereinafter referred to as a test apparatus) in the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the test apparatus according to the third embodiment, the test frequency is gradually decreased from the predetermined test frequency to the opening displacement measurement frequency, and then the opening displacement measurement is waited until the test force applied to the test piece TP is stabilized. Here, the stability of the test force is that the amplitude of the test force at the opening displacement measurement frequency is in the same state as the amplitude of the test force at a predetermined test frequency (see FIG. 3A). Then, after the test force is stabilized, the opening displacement of the test piece TP is measured. Since the configuration of the test apparatus in the third embodiment is the same as that of the test apparatus 1 in the first embodiment, description of the configuration of the test apparatus in the third embodiment is omitted.

第３の実施形態における試験装置では、疲労試験を以下のようにして行う。
図７に示すように、時刻が開口変位測定準備時刻（ｔ５）になると、試験周波数を所定の試験周波数（たとえば、１０Ｈｚ）から開口変位測定周波数（たとえば、１Ｈｚ）に毎秒１Ｈｚずつの割合で、徐々に減少させる。そして、試験周波数が開口変位測定周波数まで減少した（時刻ｔ６）後、ロードセル１０４で測定した試験力が安定するまで待機する。試験力が安定すると（時刻ｔ７）、試験片ＴＰの開口変位をクリップゲージ１１３で測定する。試験片ＴＰの開口変位測定が終了すると（時刻ｔ８）、再び試験周波数を元の試験周波数に戻す。 In the test apparatus according to the third embodiment, the fatigue test is performed as follows.
As shown in FIG. 7, when the time is the opening displacement measurement preparation time (t5), the test frequency is changed from a predetermined test frequency (for example, 10 Hz) to the opening displacement measurement frequency (for example, 1 Hz) at a rate of 1 Hz per second. Decrease gradually. Then, after the test frequency is reduced to the opening displacement measurement frequency (time t6), the process waits until the test force measured by the load cell 104 is stabilized. When the test force is stabilized (time t7), the opening displacement of the test piece TP is measured by the clip gauge 113. When the measurement of the opening displacement of the test piece TP is completed (time t8), the test frequency is returned to the original test frequency again.

次に、本発明の第３の実施形態における試験力および開口変位の測定処理について、図８のフローチャートを参照して説明する。図８の処理は、ユーザが疲労試験を開始するスイッチ操作を行うとスタートするプログラムにより、制御回路２１において実行される。第２の実施形態における試験力および開口変位の測定処理（図６参照）と同じ処理のステップには同じ符号を付し、第２の実施形態における試験力および開口変位の測定処理と異なる部分を主に説明する。   Next, the test force and opening displacement measurement process in the third embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. The process of FIG. 8 is executed in the control circuit 21 by a program that starts when the user performs a switch operation to start a fatigue test. The same reference numerals are assigned to the same processing steps as the test force and opening displacement measurement process (see FIG. 6) in the second embodiment, and the steps different from the test force and opening displacement measurement process in the second embodiment are designated. Mainly explained.

ステップＳ６０３が肯定判定されるとステップＳ８０１へ進む。ステップＳ８０１では、ロードセル１０４で測定した試験力が安定しているか否かを判定する。試験力が安定している場合はステップＳ８０１が肯定判定され、ステップＳ４０３へ進む。試験力が安定していない場合はステップＳ８０１を繰り返す。   If a positive determination is made in step S603, the process proceeds to step S801. In step S801, it is determined whether or not the test force measured by the load cell 104 is stable. If the test force is stable, an affirmative determination is made in step S801 and the process proceeds to step S403. If the test force is not stable, step S801 is repeated.

以上の第３実施形態による試験装置では、第１の実施形態の試験装置による作用効果および第２の実施形態の試験装置による作用効果の他に次のような作用効果を奏する。
所定の試験周波数から開口変位測定周波数へ試験周波数を減少させた後、試験片ＴＰに負荷される試験力が安定してから試験片ＴＰの開口変位および試験片ＴＰに負荷されている試験力を測定するようにした。これにより、開口変位および試験力の測定精度を向上させることができる。 The test apparatus according to the third embodiment described above has the following functions and effects in addition to the functions and effects of the test apparatus of the first embodiment and the functions and effects of the test apparatus of the second embodiment.
After the test frequency is decreased from the predetermined test frequency to the opening displacement measurement frequency, the test force applied to the test piece TP is stabilized, and then the opening displacement of the test piece TP and the test force applied to the test piece TP are changed. It was made to measure. Thereby, the measurement accuracy of the opening displacement and the test force can be improved.

−変形例−
以上の実施形態の材料試験機を次のように変形することができる。
（１）第２の実施形態では、直線的に試験周波数を減少させたが、ｌｏｇ曲線（ｙ＝−ｌｏｇ（ｘ））のように最初は急激に試験周波数を減少させ、徐々に試験周波数の減少速度を遅くするようにしてもよい。このように試験周波数を減少させることによっても試験力のオーバーシュートを抑制することができる。 -Modification-
The material testing machine of the above embodiment can be modified as follows.
(1) In the second embodiment, the test frequency is linearly decreased. However, the test frequency is first decreased rapidly and gradually increased as shown in the log curve (y = −log (x)). The decrease rate may be slowed down. Thus, the test force overshoot can also be suppressed by reducing the test frequency.

（２）第２の実施形態では、連続的に試験周波数を減少させたが、以下のように段階的に試験周波数を減少させてもよい。試験周波数を所定周波数（たとえば、１Ｈｚ）減少させた後、試験力が安定するまで待機する。試験力が安定したら試験周波数をさらに所定周波数減少させる。そして、試験力が安定するまで待機する。これを試験周波数が開口変位測定周波数になるまで繰り返す。これにより、試験力のオーバーシュートをさらに抑制することができる。 (2) In the second embodiment, the test frequency is continuously decreased. However, the test frequency may be decreased step by step as follows. After the test frequency is decreased by a predetermined frequency (for example, 1 Hz), the process waits until the test force is stabilized. When the test force is stabilized, the test frequency is further decreased by a predetermined frequency. Then, it waits until the test force is stabilized. This is repeated until the test frequency reaches the aperture displacement measurement frequency. Thereby, the overshoot of the test force can be further suppressed.

（３）第２の実施形態における試験周波数の周波数変更速度は、試験力のオーバーシュートを抑制できる所定の減少速度以下の周波数変更速度であれば、１Ｈｚ／秒に限定されない。 (3) The frequency change speed of the test frequency in the second embodiment is not limited to 1 Hz / second as long as the frequency change speed is equal to or less than a predetermined decrease speed that can suppress overshoot of the test force.

（４）第３の実施形態における試験力が安定したか否かの判定で、開口変位測定周波数における試験力の最大値が、所定の試験周波数（たとえば、１０Ｈｚ）で疲労試験を行っているときの最大試験力の値に対して±１０％の範囲内になったとき（たとえば、所定の試験周波数における最大試験力が１０ｋＮの場合、９ｋＮ以上、１１ｋＮ以下の最大試験力になったとき）、開口変位測定周波数における試験力が安定したと判定するようにしてもよい。試験力がほぼ安定すれば、開口変位および試験力の測定精度について問題はなく、また、完全に試験力が一致するまで開口変位の測定を待機していると待機時間が長くなってしまうからである。 (4) When determining whether or not the test force in the third embodiment is stable, when the maximum value of the test force at the opening displacement measurement frequency is performing a fatigue test at a predetermined test frequency (for example, 10 Hz) When the maximum test force is within a range of ± 10% (for example, when the maximum test force at a predetermined test frequency is 10 kN, the maximum test force is 9 kN or more and 11 kN or less). It may be determined that the test force at the opening displacement measurement frequency is stable. If the test force is almost stable, there will be no problem with the measurement accuracy of the aperture displacement and test force, and the waiting time will be longer if waiting for the measurement of the aperture displacement until the test force completely matches. is there.

（５）第３の実施形態で、試験力が安定するまで開口変位の測定を待機する代りに、所定時間、開口変位の測定を待機するようにしてもよい。試験力が安定する待機時間を経験的に定めることができるとともに、試験力が安定したか否かを判定する処理が不必要になるからである。 (5) In the third embodiment, instead of waiting for the measurement of the opening displacement until the test force is stabilized, the measurement of the opening displacement may be waited for a predetermined time. This is because the standby time during which the test force is stabilized can be determined empirically, and processing for determining whether the test force is stable is unnecessary.

（６）試験片ＴＰの開口変位を測定できる開口変位計であればクリップゲージに限定されない。 (6) The opening gauge is not limited to the clip gauge as long as it can measure the opening displacement of the test piece TP.

実施形態と変形例の一つ、もしくは複数を組み合わせることも可能である。変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。   It is also possible to combine one or a plurality of embodiments and modifications. It is possible to combine the modified examples in any way.

以上の説明はあくまで一例であり、本発明は上記実施形態の構成に何ら限定されるものではない。   The above description is merely an example, and the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment.

本発明の第１の実施形態におけるき裂進展試験装置の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the crack growth test apparatus in the 1st Embodiment of this invention. 試験片を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a test piece. 本発明の第１の実施形態における疲労試験を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fatigue test in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態における試験力および開口変位の測定処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the measurement process of the test force and opening displacement in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態における疲労試験を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fatigue test in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態における試験力および開口変位の測定処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the measurement process of the test force and opening displacement in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態における疲労試験を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fatigue test in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態における試験力および開口変位の測定処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the measurement process of the test force and opening displacement in the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ き裂進展試験装置 １０ 試験装置本体
２０ 制御系 ２１ 制御回路
２２ 操作パネル ２３ 表示モニタ
３０ 油圧系 ３１ 油圧源
３２ アキュムレータ ４１ 略Ｕ字型凹部
４２，４３ 貫通孔 ４４ き裂
１０４ ロードセル １０５，１０７ 試験治具
１０６ ピストンロッド １０８ アクチュエータ
１０９ ストローク検出器 １１０ サーボバルブ
１１１，１１２ 荷重ピン １１３ クリップゲージ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crack growth test apparatus 10 Test apparatus main body 20 Control system 21 Control circuit 22 Operation panel 23 Display monitor 30 Hydraulic system 31 Hydraulic source 32 Accumulator 41 Substantially U-shaped recessed part 42, 43 Through-hole 44 Crack 104 Load cell 105, 107 Test Jig 106 Piston rod 108 Actuator 109 Stroke detector 110 Servo valve 111, 112 Load pin 113 Clip gauge

Claims (7)

試験片に試験力を負荷するアクチュエータと、
前記試験片に試験力を負荷するときの試験周波数を制御する試験周波数制御手段と、
前記試験片に形成された略Ｕ字型凹部の開口変位を開口変位計で測定する開口変位測定制御手段と、
前記試験片に負荷された試験力を検出するロードセルと、
前記開口変位測定制御手段によって測定された開口変位と、前記ロードセルにより検出された試験力とに基づいて、コンプライアンス法により前記試験片のき裂長を算出するき裂長算出手段とを備え、
前記開口変位測定制御手段は、前記試験周波数制御手段が前記試験周波数を減少させた後に前記試験片の開口変位を測定することを特徴とする試験装置。 An actuator for applying a test force to the test piece;
Test frequency control means for controlling a test frequency when a test force is applied to the test piece;
An aperture displacement measurement control means for measuring an aperture displacement of a substantially U-shaped recess formed in the test piece with an aperture displacement meter;
A load cell for detecting a test force loaded on the test piece;
Based on the opening displacement measured by the opening displacement measurement control means and the test force detected by the load cell, and a crack length calculating means for calculating the crack length of the test piece by a compliance method,
The opening displacement measurement control means measures the opening displacement of the test piece after the test frequency control means decreases the test frequency. 請求項１に記載の試験装置において、
前記試験周波数制御手段は、前記開口変位測定制御手段により前記試験片の開口変位が測定されるとき、所定の減少速度以下の周波数変更速度で試験周波数を減少させることを特徴とする試験装置。 The test apparatus according to claim 1,
The test frequency control means decreases the test frequency at a frequency change speed equal to or lower than a predetermined reduction speed when the opening displacement of the test piece is measured by the opening displacement measurement control means. 請求項２に記載の試験装置において、
前記開口変位測定制御手段は、さらに前記ロードセルにより検出された試験力が安定した後に前記試験片の開口変位を測定することを特徴とする試験装置。 The test apparatus according to claim 2,
The opening displacement measurement control means further measures the opening displacement of the test piece after the test force detected by the load cell is stabilized. 所定の試験周波数で略Ｕ字型凹部が形成された試験片に試験力を負荷し、
前記試験片における略Ｕ字型凹部の開口変位を測定し、
前記試験片に負荷された試験力を検出し、
前記開口変位および前記検出された試験力に基づいてコンプライアンス法により前記試験片のき裂長を算出する疲労試験の試験方法にあって、
前記試験片の開口変位を測定するときに試験周波数を減少させることを特徴とする疲労試験の試験方法。 A test force is applied to a test piece having a substantially U-shaped recess formed at a predetermined test frequency,
Measure the opening displacement of the substantially U-shaped recess in the test piece,
Detecting the test force loaded on the specimen;
A fatigue test method for calculating a crack length of the test piece by a compliance method based on the opening displacement and the detected test force,
A test method for a fatigue test, wherein the test frequency is decreased when measuring the opening displacement of the test piece. 請求項４に記載の疲労試験の試験方法において、
試験周波数を減少させるとき、所定の減少速度以下の周波数変更速度で試験周波数を減少させることを特徴とする疲労試験の試験方法。 In the test method of the fatigue test according to claim 4,
A test method for fatigue testing, characterized in that, when the test frequency is decreased, the test frequency is decreased at a frequency change speed equal to or lower than a predetermined decrease speed. 請求項５に記載の疲労試験の試験方法において、
前記開口変位測定制御手段は、さらに前記検出された試験力が安定した後に前記試験片の開口変位を測定することを特徴とする疲労試験の試験方法。 In the fatigue test method according to claim 5,
The test method for a fatigue test, wherein the opening displacement measurement control means further measures an opening displacement of the test piece after the detected test force is stabilized. き裂進展試験片に所定試験力、所定試験周波数で所定時間負荷を与える第１工程と、
開口変位計測時刻になると前記所定試験周波数を開口変位計測周波数まで低減して前記開口変位を測定する第２工程とを繰り返し行うことを特徴とするき裂進展試験方法。 A first step for applying a predetermined test force at a predetermined test frequency to a crack propagation test piece for a predetermined time;
A crack growth test method characterized by repeatedly performing the second step of measuring the opening displacement by reducing the predetermined test frequency to the opening displacement measuring frequency at the opening displacement measurement time.
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