JP2012068190A - Impact strength evaluation device, method, and program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a product impact strength evaluation device capable of easily evaluating impact strength of an object with high accuracy.SOLUTION: A product impact strength evaluation device includes: storage means 21 that stores time series acceleration data corresponding to impact strength at a damaged portion of an object which can be obtained from an impact test for each of two impact pulses having different waveforms; eigen frequency acquisition means 23 that calculates an impact response spectrum for each impact pulse by using the time series acceleration data and acquires the eigen frequency at the damaged portion from the two impact response spectra; and Damage Boundary Curve (DBC) derivation means 24 that calculates transmission acceleration at the damaged portion by using the acquired eigen frequency and derives a damage boundary curve at the damaged portion from the eigen frequency and the transmission acceleration.

Description

本発明は、衝撃強さ評価装置、方法およびプログラムに関し、より詳しくは、家電製品、大型機械、医療関連機器等の各種製品の衝撃強さを評価する衝撃強さ評価装置、方法およびプログラムに関する。   The present invention relates to an impact strength evaluation apparatus, method, and program, and more particularly to an impact strength evaluation apparatus, method, and program for evaluating impact strength of various products such as home appliances, large machines, and medical equipment.

製品の衝撃強さを評価するため、ＪＩＳ Ｚ０１１９「包装及び製品設計のための製品衝撃強さ試験方法」に規定されているように、製品の損傷境界曲線（ＤＢＣ：Damage Boundary Curve）を導出することが従来から行われており、緩衝包装設計や製品設計等に利用されている。また、従来の製品衝撃強さの評価法として、非特許文献１においては、ＤＢＣを導出するＤＢＣ評価法が類型化されており、例えば、製品の許容加速度あるいは許容速度変化と固有振動数とを測定し、測定結果に基づいてＤＢＣを導出する「Ａｃ・ｆｃ法」や「ΔＶｃ・ｆｃ法」が提案されている。非特許文献２には、製品の破損部位別にＤＢＣを描画することにより、製品の改良指針を作成することが開示されている。   In order to evaluate the impact strength of a product, a product damage boundary curve (DBC) is derived as specified in JIS Z0119 “Product Impact Strength Test Method for Packaging and Product Design”. In the past, it has been used for buffer packaging design and product design. In addition, as a conventional method for evaluating product impact strength, Non-Patent Document 1 categorizes DBC evaluation methods for deriving DBC. For example, the allowable acceleration or allowable speed change of a product and the natural frequency are calculated. “Ac · fc method” and “ΔVc · fc method” for measuring and deriving DBC based on the measurement result have been proposed. Non-Patent Document 2 discloses that an improvement guideline for a product is created by drawing a DBC for each damaged part of the product.

中嶋隆勝、「輸送包装のための製品衝撃強さ評価に関する研究」、神戸商船大学博士論文、（２００３）Nakashima Takakatsu, “Study on Evaluation of Product Impact Strength for Transport Packaging”, Kobe Mercantile University Doctoral Dissertation, (2003) 中嶋隆勝、「製品衝撃強さ試験の改正に向けた取り組み −破損部位別ＤＢＣによる製品改良指針の作成−」、日本包装学会誌、Ｖｏｌ．１９、Ｎｏ．２（２０１０）Takakatsu Nakajima, “Efforts for Revision of Product Impact Strength Test-Creation of Product Improvement Guidelines by DBC by Damaged Sites”, Journal of Japan Packaging Society, Vol. 19, no. 2 (2010)

ところが、製品の破損部位は、衝撃試験により破損して初めて明らかになるため、破損部位の固有振動数が予め必要になる従来の衝撃評価方法では、ＤＢＣの導出が困難であるという問題があった。   However, since the damaged part of the product becomes apparent only after being damaged by an impact test, there is a problem that it is difficult to derive DBC with the conventional impact evaluation method that requires the natural frequency of the damaged part in advance. .

例えば、ＪＩＳ Ｚ０１１９の許容速度変化試験において、衝撃パルスの有効作用時間は、供試品の破損し易い部分の固有振動数に応じて算出される基準値以下にすることが必要とされているため、破損部位の固有振動数が不明のままでは評価を正確に行うことができないおそれがあった。すなわち、許容速度変化試験においては、衝撃パルスの有効作用時間De(ms)が、De≦1000/(2πfc)を満足しなければならないが（fcは、供試品の損傷しやすい部分の固有振動数(Hz)）、fcの値は試験が終わらないとわからないため、有効作用時間を適切に設定できないおそれがあった。   For example, in the allowable speed change test of JIS Z0119, the effective action time of the shock pulse is required to be equal to or less than the reference value calculated according to the natural frequency of the easily damaged part of the specimen. If the natural frequency of the damaged part remains unknown, there is a possibility that the evaluation cannot be performed accurately. That is, in the permissible speed change test, the effective action time De (ms) of the shock pulse must satisfy De ≦ 1000 / (2πfc) (fc is the natural vibration of the easily damaged part of the EUT) Number (Hz)), and the value of fc is not known until the test is completed, so there is a possibility that the effective action time cannot be set appropriately.

また、固有振動数fcを計測してＤＢＣを求める非特許文献１に開示された方法では、実際に破損する部位を予め予測するのが困難であることから、特に破損のおそれがある部位が製品中に多数存在する場合に、作業が煩雑で時間がかかるものとなっていた。   Further, in the method disclosed in Non-Patent Document 1 in which DBC is obtained by measuring the natural frequency fc, it is difficult to predict in advance the part that is actually damaged. When there are many of them, the work is complicated and time-consuming.

更に、ＪＩＳ Ｚ０１１９の許容加速度試験においては、許容速度変化試験により得られた許容速度変化の１．６倍以上の速度変化となるように衝撃台の落下高さを設定する必要があるため、許容速度変化が大きな値となった場合、速度変化が衝撃試験機の仕様を超えるおそれや現実の速度変化と乖離するおそれがあり、ＤＢＣの導出を精度良く行うことができないという問題があった。許容加速度試験においては、できる限り方形波に近い台形波の衝撃パルスを使用することも要求されるが、理想的な方形波の衝撃パルスを実際に印加することは不可能であるため、この点も評価精度の低下を招く要因となっていた。   Furthermore, in the allowable acceleration test of JIS Z0119, it is necessary to set the drop height of the impact table so that the speed change is 1.6 times or more of the allowable speed change obtained by the allowable speed change test. When the speed change becomes a large value, there is a possibility that the speed change may exceed the specifications of the impact tester or may deviate from the actual speed change, and there is a problem that DBC cannot be derived with high accuracy. In the allowable acceleration test, it is also required to use a trapezoidal shock pulse that is as close to a square wave as possible, but it is impossible to actually apply an ideal square wave shock pulse. Was also a factor that caused a drop in evaluation accuracy.

そこで、本発明は、対象物の衝撃強さの評価を容易に高精度で行うことができる製品の衝撃強さ評価装置、方法およびプログラムを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a product impact strength evaluation apparatus, method, and program capable of easily and accurately evaluating the impact strength of an object.

本発明の前記目的は、衝撃試験により得られる対象物の破損部位の衝撃強さに対応する時系列加速度データを、波形が異なる２つの衝撃パルスのそれぞれについて記憶する記憶手段と、前記時系列加速度データを用いて前記各衝撃パルスに対する衝撃応答スペクトルを算出し、２つの前記衝撃応答スペクトルから前記破損部位の固有振動数を取得する固有振動数取得手段と、取得した前記固有振動数を用いて前記破損部位の伝達加速度を算出し、前記固有振動数および伝達加速度から前記破損部位の損傷境界曲線を導出するＤＢＣ導出手段とを備える衝撃強さ評価装置により達成される。   The object of the present invention is to store time series acceleration data corresponding to the impact strength of a damaged part of an object obtained by an impact test for each of two impact pulses having different waveforms, and the time series acceleration. Using the data, the impact response spectrum for each impact pulse is calculated, the natural frequency acquisition means for acquiring the natural frequency of the damaged part from the two impact response spectra, and the acquired natural frequency This is achieved by an impact strength evaluation apparatus comprising DBC deriving means for calculating a transmission acceleration of a damaged part and deriving a damage boundary curve of the damaged part from the natural frequency and the transmission acceleration.

また、本発明の前記目的は、衝撃試験により得られる対象物の破損部位の衝撃強さに対応する時系列加速度データを、波形が異なる２つの衝撃パルスのそれぞれについて記憶する記憶手段から前記時系列加速度データを読み出して、前記各衝撃パルスに対する衝撃応答スペクトルを算出し、２つの前記衝撃応答スペクトルから前記破損部位の固有振動数を取得するステップと、取得した前記固有振動数を用いて前記破損部位の伝達加速度を算出し、前記固有振動数および伝達加速度から前記破損部位の損傷境界曲線を導出するステップとを備える衝撃強さ評価方法により達成される。   Further, the object of the present invention is to provide time series acceleration data corresponding to the impact strength of the damaged part of the object obtained by the impact test from the storage means for storing each of the two impact pulses having different waveforms. Reading acceleration data, calculating an impact response spectrum for each impact pulse, obtaining the natural frequency of the damaged site from the two impact response spectra, and using the acquired natural frequency, the damaged site And a step of deriving a damage boundary curve of the damaged portion from the natural frequency and the transmission acceleration.

また、本発明の前記目的は、上記の衝撃強さ評価方法をコンピュータに実行させるための衝撃強さ評価プログラムにより達成される。   The object of the present invention is achieved by an impact strength evaluation program for causing a computer to execute the impact strength evaluation method.

本発明によれば、対象物の衝撃強さの評価を容易に高精度で行うことができる製品の衝撃強さ評価装置、方法およびプログラムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the impact strength evaluation apparatus of the product, method, and program which can evaluate the impact strength of a target object easily with high precision can be provided.

本発明の一実施形態に係る衝撃強さ評価装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the impact strength evaluation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 許容速度変化試験および許容加速度試験の試験結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the test result of an allowable speed change test and an allowable acceleration test. 対象物をモデル化した概念図である。It is the conceptual diagram which modeled the target object. 固有振動数を取得する方法を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the method of acquiring a natural frequency. 損傷境界曲線および付加情報の表示画面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the display screen of a damage boundary curve and additional information.

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る衝撃強さ評価装置の概略構成図である。図１に示すように、衝撃強さ評価装置１は、衝撃パルス発生装置１０と、評価装置本体２０とを備えている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an impact strength evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the impact strength evaluation apparatus 1 includes an impact pulse generator 10 and an evaluation apparatus body 20.

衝撃パルス発生装置１０は、自由落下式の衝撃試験機であり、例えばＪＩＳ Ｚ０１１９（２００２）に開示された構成を採用することができる。衝撃パルス発生装置１０は、受け台１１の上面に起立するガイド１２に沿って衝撃台１３を落下させることができ、評価対象となる製品等の対象物Ｗを衝撃台１３に固定して所望の高さから落下させることにより、対象物Ｗに衝撃パルスを与えることができる。受け台１１の上面には衝撃波形発生装置１４が設けられており、正弦半波や台形波などの所望の種類の衝撃パルスを衝撃台１３上に発生させることができる。対象物Ｗに印加される加速度は、衝撃台１３に固定された加速度ピックアップ１５によりリアルタイムに検出され、時系列加速度データとして評価装置本体２０の記憶部２１に格納することができる。衝撃パルス発生装置１０は、正弦半波、台形波、方形波、のこぎり波など異種のパルスや、同種のパルスであっても作用時間が異なるパルスなど、波形が異なる２以上の衝撃パルスを発生可能な構成であれば、本実施形態とは異なる衝撃発生機構を備えるものであってもよい。具体的には、強制落下式、シリンダ式、振り子式などの各種衝撃試験機の他、振動試験機などを使用することができる。   The shock pulse generator 10 is a free-falling impact tester, and can adopt, for example, the configuration disclosed in JIS Z0119 (2002). The shock pulse generator 10 can drop the shock base 13 along the guide 12 standing on the upper surface of the cradle 11, and the object W such as a product to be evaluated is fixed to the shock base 13 and desired. An impact pulse can be applied to the object W by dropping from the height. An impact waveform generator 14 is provided on the upper surface of the cradle 11, and a desired type of impact pulse such as a sine half wave or a trapezoidal wave can be generated on the impact base 13. The acceleration applied to the object W can be detected in real time by the acceleration pickup 15 fixed to the impact table 13, and can be stored in the storage unit 21 of the evaluation apparatus body 20 as time-series acceleration data. The shock pulse generator 10 can generate two or more shock pulses with different waveforms, such as different pulses such as sine half wave, trapezoidal wave, square wave, and sawtooth wave, or even the same type of pulse, but with different action times. If it is a simple structure, you may provide the impact generation | occurrence | production mechanism different from this embodiment. Specifically, a vibration tester can be used in addition to various impact testers such as a forced drop type, a cylinder type, and a pendulum type.

評価装置本体２０は、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、ＰＤＡなどのコンピュータにより構成され、上述した記憶部２１の他、入力部２２、固有振動数取得部２３、ＤＢＣ導出部２４および出力部２５を備えている。入力部２２は、キーボードやマウスなどを例示することができ、出力部２５は、ディスプレイやプリンタなどを例示することができる。固有振動数取得部２３は、記憶部２１に格納された対象物Ｗの時系列加速度データから対象物Ｗの破損部位の固有振動数を取得し、ＤＢＣ導出部２４は、取得した固有振動数から当該破損部位の損傷境界曲線を導出する。固有振動数取得部２３およびＤＢＣ導出部２４は、ＣＰＵ等の演算手段により実現可能である。評価装置本体２０の上記各構成要素は、一部が外付けのハードウェアにより実現される構成であってもよい。   The evaluation apparatus body 20 is configured by a computer such as a personal computer, a portable information terminal, or a PDA, and includes an input unit 22, a natural frequency acquisition unit 23, a DBC derivation unit 24, and an output unit 25 in addition to the storage unit 21 described above. ing. Examples of the input unit 22 include a keyboard and a mouse, and examples of the output unit 25 include a display and a printer. The natural frequency acquisition unit 23 acquires the natural frequency of the damaged portion of the object W from the time-series acceleration data of the object W stored in the storage unit 21, and the DBC derivation unit 24 calculates the natural frequency from the acquired natural frequency. A damage boundary curve of the damaged part is derived. The natural frequency acquisition unit 23 and the DBC derivation unit 24 can be realized by a calculation unit such as a CPU. Each of the components of the evaluation apparatus main body 20 may be configured to be partially realized by external hardware.

次に、上記の衝撃強さ評価装置１を用いて対象物Ｗの衝撃強さを評価する方法を説明する。まず、衝撃パルス発生装置１０により、波形が異なる２つの衝撃パルスのそれぞれについて、対象物Ｗの衝撃試験を行う。波形が異なる衝撃パルスとしては、正弦半波、台形波、方形波、のこぎり波など異種のパルスや、同種のパルスであっても作用時間が異なるパルスなどを例示することができる。本実施形態においては、２つの衝撃パルスとして正弦半波および台形波を使用し、ＪＩＳ Ｚ０１１９の規定に準じて、許容速度変化試験および許容加速度試験を行う。   Next, a method for evaluating the impact strength of the object W using the impact strength evaluation apparatus 1 will be described. First, the impact test of the object W is performed for each of two impact pulses having different waveforms by the impact pulse generator 10. Examples of shock pulses having different waveforms include different types of pulses such as a sine half wave, trapezoidal wave, square wave, and sawtooth wave, and pulses having different action times even if they are the same type of pulse. In this embodiment, a sine half wave and a trapezoidal wave are used as two shock pulses, and an allowable speed change test and an allowable acceleration test are performed in accordance with JIS Z0119.

許容速度変化試験については、衝撃パルスにより対象物Ｗに印加される速度変化を徐々に大きくしていき、対象物Ｗの破損の有無を確認する。本発明においては、後述するように損傷部位の固有振動数を計算により求めることができることから、損傷境界曲線が衝撃パルスの作用時間の関数として得られるため、補正可能である。したがって、ＪＩＳ Ｚ０１１９に規定された有効作用時間に関する条件を特に考慮する必要はない。衝撃パルスの印加によりリアルタイムで検出される対象物Ｗの加速度は、評価装置本体２０に入力されて記憶部２１に記憶される。作業者は、対象物Ｗのいずれかの箇所が破損した場合に、入力部２２の入力操作により、破損が現れなかった最後に加えた速度変化の時系列加速度データを、当該破損部位の衝撃強さに対応するものとして、当該破損部位に関連付けて記憶部２１に格納する。破損のおそれがある部位が複数存在する場合には、一か所が破損しても試験を終了せず速度変化が十分大きな値になるまで試験を継続し、破損部位が発生する毎に、破損が現れなかった最後に加えた速度変化の時系列加速度データを、当該破損部位に関連付けて記憶部２１に記憶する。   In the allowable speed change test, the speed change applied to the object W by the shock pulse is gradually increased to check whether the object W is damaged. In the present invention, since the natural frequency of the damaged part can be obtained by calculation as will be described later, the damage boundary curve is obtained as a function of the operation time of the shock pulse and can be corrected. Therefore, it is not necessary to consider in particular the conditions relating to the effective action time defined in JIS Z0119. The acceleration of the object W detected in real time by the application of the shock pulse is input to the evaluation apparatus body 20 and stored in the storage unit 21. If any part of the object W is damaged, the operator can input the time-series acceleration data of the speed change that was last applied by the input operation of the input unit 22 to show the impact strength of the damaged part. Corresponding to this, it is stored in the storage unit 21 in association with the damaged part. If there are multiple parts that may be damaged, continue the test until the speed change becomes sufficiently large without ending the test even if one part is damaged. Is stored in the storage unit 21 in association with the damaged site.

許容加速度試験は、衝撃パルスにより対象物Ｗに印加される加速度を徐々に大きくしていく。衝撃パルスの印加によりリアルタイムで検出される対象物Ｗの加速度は、評価装置本体２０に入力されて記憶部２１に記憶される。作業者は、上記の許容速度変化試験で破損した部位が破損する毎に、入力部２２の入力操作により、破損が現れなかった最後に加えた加速度の時系列加速度データを、当該破損部位の衝撃強さに対応するものとして、当該破損部位に関連付けて記憶部２１に記憶する。本発明においては、ＪＩＳ Ｚ０１１９に規定されているように、上記許容速度変化試験の少なくとも１．６倍以上の速度変化という条件は、必ずしも満足する必要がない。   In the allowable acceleration test, the acceleration applied to the object W by the shock pulse is gradually increased. The acceleration of the object W detected in real time by the application of the shock pulse is input to the evaluation apparatus body 20 and stored in the storage unit 21. Every time the damaged part is damaged in the above-described allowable speed change test, the operator uses the input operation of the input unit 22 to input the time-series acceleration data of the acceleration that was last applied without any damage to the impact of the damaged part. The information corresponding to the strength is stored in the storage unit 21 in association with the damaged portion. In the present invention, as defined in JIS Z0119, the condition that the speed change is at least 1.6 times the allowable speed change test is not necessarily satisfied.

こうして、記憶部２１には、波形が異なる２つの衝撃パルス（正弦半波および台形波の衝撃パルス）のそれぞれについて、対象物Ｗの各破損部位の衝撃強さに対応する時系列加速度データが格納される。衝撃強さに対応する時系列加速度データは、本実施形態のように破損が現れなかった時系列加速度データを選択することが好ましいが、破損時の時系列加速度データを選択することも可能である。   Thus, the storage unit 21 stores time-series acceleration data corresponding to the impact strength of each damaged portion of the object W for each of two impact pulses (sine half-wave and trapezoidal impact pulses) having different waveforms. Is done. As the time-series acceleration data corresponding to the impact strength, it is preferable to select time-series acceleration data in which no breakage occurs as in the present embodiment, but it is also possible to select time-series acceleration data at the time of breakage. .

図２は、上記の許容速度変化試験および許容加速度試験の試験結果を表示する表示画面の一例を示している。図２に示すように、許容速度変化試験および許容加速度試験のいずれも、６回の試験（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６）が行われ、時系列加速度データに基づき算出された加速度（最大整形加速度）、作用時間および速度変化が表示されている。本例では、試験終了後に４つの部位（部位Ａ〜Ｄ）が破損しており、破損部位毎に、各試験で破損したか否かが「○」または「×」で表示されている。例えば、部位Ａは、許容速度変化試験のＮｏ．５で破損し、許容加速度試験のＮｏ．４で破損したため、部位Ａの衝撃強さに対応する時系列加速度データとして、許容速度変化試験のＮｏ．４および許容加速度試験のＮｏ．３の各時系列加速度データが、記憶部２１に格納される。本例では破損部位が4か所であったため、部位Ａ〜Ｄの４つの表示欄を備えているが、この欄の数は実際に損傷した箇所の数に応じて増減する。   FIG. 2 shows an example of a display screen that displays test results of the allowable speed change test and the allowable acceleration test. As shown in FIG. 2, in both the allowable speed change test and the allowable acceleration test, six tests (No. 1 to No. 6) are performed, and the acceleration calculated based on the time-series acceleration data (maximum shaped acceleration) ), Action time and speed change are displayed. In this example, four parts (parts A to D) are damaged after the test is completed, and “◯” or “X” is displayed for each damaged part as to whether or not each part was damaged in each test. For example, the part A is the No. of the allowable speed change test. No. 5 in the allowable acceleration test. No. 4 in the allowable speed change test as time-series acceleration data corresponding to the impact strength of the part A. 4 and allowable acceleration test no. Each time-series acceleration data of 3 is stored in the storage unit 21. In this example, since there are four damaged parts, four display columns A to D are provided, but the number of the columns increases or decreases according to the number of actually damaged parts.

次に、固有振動数取得部２３は、記憶部２１に記憶された時系列加速度データに対してＳＲＳ解析（衝撃応答スペクトル解析）を行うことにより、各衝撃パルスに対する衝撃応答スペクトルを算出する。破損部位が例えば４か所である場合、図３に概念図で示すように、各破損部位Ａ〜Ｄは、対象物Ｗに対する１自由度系の集合体と仮定することができ、それぞれ異なる固有振動数を有している。本発明によれは、後述するように各破損部位の固有振動数を、取得した衝撃応答スペクトルから演算により求めることができる。   Next, the natural frequency acquisition unit 23 calculates an impact response spectrum for each impact pulse by performing SRS analysis (impact response spectrum analysis) on the time-series acceleration data stored in the storage unit 21. For example, when the number of broken parts is four, each broken part A to D can be assumed to be a set of one-degree-of-freedom systems with respect to the object W as shown in the conceptual diagram of FIG. Has a frequency. According to the present invention, as will be described later, the natural frequency of each damaged part can be obtained by calculation from the acquired impact response spectrum.

破損部位ｉの損傷強さに対応する破損部位ｉの伝達加速度をａｃｉ、対象物Ｗの入力加速度をＡｉとして、衝撃の伝達率をＴｒｉとすると、Ｔｒｉは、破損部位ｉの固有振動数ｆｃｉと衝撃パルスの作用時間Ｔｉとの積であるｆｃｉ・Ｔｉの関数で表現できることから、次の数式１が成り立つ。 The transmission acceleration ac i of the broken portion i corresponding to damage the strength of the broken portion i, the input acceleration A i of the object W, when the transmission rate of the shock and Tr i, Tr i is unique broken portion i Since it can be expressed by a function of fc i · T i , which is the product of the frequency fc i and the shock pulse action time T i , the following Equation 1 is established.

〔数１〕
ａｃｉ／Ａｉ ＝ Ｔｒｉ（ｆｃｉ・Ｔｉ） [Equation 1]
ac i / A i = Tr i (fc i · T i)

本実施形態においては、許容速度変化試験および許容加速度試験により取得した各破損部位iにおける２つの時系列加速度データから、２つの衝撃応答スペクトルを算出することができる。これら２つの衝撃応答スペクトルは、破損部位ｉの伝達加速度ａｃｉおよび固有振動数ｆｃｉが一致していると考えられるから、上記の数式１から次の数式２が導かれる。 In the present embodiment, two impact response spectra can be calculated from two time-series acceleration data at each breakage site i acquired by the allowable speed change test and the allowable acceleration test. Since it is considered that these two impact response spectra have the same transmission acceleration ac i and natural frequency fc i of the damaged part i, the following formula 2 is derived from the above formula 1.

〔数２〕
ＡｉＡｃ／ＡｉΔＶｃ＝ＴｒｉΔＶｃ（ｆｃｉ・ＴｉΔＶｃ）／ＴｒｉＡｃ（ｆｃｉ・ＴｉＡｃ） [Equation 2]
AiAc / AiΔVc = TriΔVc (fc i · T iΔVc ) / TriAc (fc i · T iAc )

上記の数式２において、添え字のΔＶｃ、Ａｃは、それぞれ許容速度変化試験および許容加速度試験を表している。数式２のＡｉＡｃ、ＡｉΔＶｃ、ＴｉΔＶｃ、ＴｉＡｃ、ＴｒｉΔＶｃ、ＴｒｉＡｃは、いずれも時系列加速度データから得られることから、未知数はｆｃｉのみである。したがって、数式２からｆｃｉを探索することができる。ｆｃｉの関数が多峰性関数であり、多峰解が存在する場合には、最小のｆｃｉが固有振動数となる。例えば、ｆｃとＴｒｉΔＶｃ／ＴｒｉＡｃとの関係が図４に示すように表される場合、ＴｒｉΔＶｃ／ＴｒｉＡｃ＝１．２５の場合のｆｃは、約２００Ｈｚである。ｆｃｉは、プロットデータを周波数の小さいものから順に辿る線形探索により探索することが可能であるが、二分探索、深さ優先探索、幅優先探索など多峰性関数の解を探索するアルゴリズムとして公知のものを使用することもできる。 In the above formula 2, the suffixes ΔVc and Ac represent the allowable speed change test and the allowable acceleration test, respectively. Equation 2 A iAc, A iΔVc, T iΔVc , T iAc, Tr iΔVc, Tr iAc , since the both obtained from time series acceleration data, unknown is only fc i. Therefore, fc i can be searched from Equation 2. When the function of fc i is a multimodal function and a multimodal solution exists, the minimum fc i is the natural frequency. For example, when the relationship between fc and Tri_ΔVc / Tri_Ac is expressed as shown in FIG. 4, fc in the case of Tri_ΔVc / Tri_Ac = 1.25 is about 200 Hz. fc i can be searched by a linear search in which plot data is traced in order from the smallest frequency, but is known as an algorithm for searching for a solution of a multimodal function such as a binary search, a depth-first search, and a breadth-first search. Things can also be used.

こうして、破損部位ｉにおける固有振動数ｆｃｉが明らかになれば、上記の数式１から破損部位ｉの伝達加速度ａｃｉを求めることができる。ＤＢＣ導出部２４は、作業者が入力部２２を介して選択した衝撃パルスの種類に基づき、ｆｃｉとａｃｉから、公知の手法により損傷境界曲線（ＤＢＣ）を導出する。例えば、正弦半波衝撃パルスが選択された場合、破損部位ｉの損傷境界曲線は、次の数式３および４により描画することができる。 Thus, if the natural frequency fc i at the damaged part i is clarified, the transmission acceleration ac i of the damaged part i can be obtained from the above equation 1. The DBC deriving unit 24 derives a damage boundary curve (DBC) from fc i and ac i by a known method based on the type of shock pulse selected by the operator via the input unit 22. For example, when a sine half-wave shock pulse is selected, the damage boundary curve of the damaged site i can be drawn by the following equations 3 and 4.

〔数３〕
Ａｉ（Ｔ）＝ａｃｉ／ＴｒＨＳ（ｆｃｉ・Ｔ）
〔数４〕
ΔＶｉ（Ｔ）＝（２／π）・Ａｉ（Ｔ）・Ｔ [Equation 3]
A i (T) = ac i / Tr HS (fc i · T)
[Equation 4]
ΔV i (T) = (2 / π) · A i (T) · T

ここで、ＴｒＨＳは、衝撃パルスが正弦半波の理想波形である場合の衝撃応答スペクトルである。理想波形の衝撃パルスの衝撃応答スペクトルは、例えば、ＪＩＳ Ｚ０１１９（２００２）に開示されており、正弦半波や方形波など種々の理想波形の衝撃パルスの衝撃応答スペクトルを、予め記憶部２１等に格納しておくことができる。また、Ｔは、正弦半波の衝撃パルスの作用時間である。選択された衝撃パルスが方形波である場合、破損部位ｉの損傷境界曲線は、次の数式５および６により描画することができる（ＴｒＳＱは、衝撃パルスが方形波の理想波形である場合の衝撃応答スペクトル）。 Here, Tr HS is an impact response spectrum when the impact pulse has an ideal waveform of a half sine wave. The shock response spectrum of an ideal waveform shock pulse is disclosed in, for example, JIS Z0119 (2002). The shock response spectrum of various ideal waveform shock pulses such as a sine half wave and a square wave is stored in advance in the storage unit 21 or the like. Can be stored. T is the operating time of a sine half-wave shock pulse. When the selected shock pulse is a square wave, the damage boundary curve of the damaged site i can be drawn by the following equations 5 and 6 (Tr SQ is the case where the shock pulse is an ideal waveform of a square wave) Impact response spectrum).

〔数５〕
Ａｉ（Ｔ）＝ａｃｉ／ＴｒＳＱ（ｆｃｉ・Ｔ）
〔数６〕
ΔＶｉ（Ｔ）＝Ａｉ（Ｔ）・Ｔ [Equation 5]
A i (T) = ac i / Tr SQ (fc i · T)
[Equation 6]
ΔV i (T) = A i (T) · T

出力部２５は、作業者の選択により作成された損傷境界曲線を画面表示したり、或いは、紙媒体等に印刷する。こうして、対象物Ｗを保護する緩衝材の有無や種類によって対象物Ｗに想定される衝撃パルスの種類に応じた損傷境界曲線を得ることができ、緩衝包装設計や製品設計等に活用することができる。   The output unit 25 displays the damage boundary curve created by the operator's selection on the screen or prints it on a paper medium or the like. In this way, a damage boundary curve corresponding to the type of shock pulse assumed for the object W can be obtained depending on the presence or absence of the buffer material that protects the object W, and can be used for buffer packaging design, product design, and the like. it can.

このように、本実施形態の衝撃強さ評価方法によれば、対象物Ｗにおける破損のおそれがある部位が不明であっても、波形が異なる２つの衝撃パルスを用いて衝撃試験を行い、実際の衝撃パルスの衝撃応答スペクトルを用いて、破損した部位の固有振動数を計算により求めることができる。２つの衝撃パルスの波形は、衝撃試験や固有振動数の算出を容易にする観点から本実施形態のように正弦半波および台形波を用いることが好ましいが、固有振動数を算出可能な他の形状の組み合わせであってもよい。本発明によれば、衝撃試験で印加する衝撃パルスが理想的な方形波でなくても評価精度を担保できることから、ＪＩＳに規定された試験方法や、破損部位の固有振動数の計測が必要な従来の評価方法に比べて、作業性が良好になると共に、衝撃強さを高精度で評価することができる。   As described above, according to the impact strength evaluation method of the present embodiment, even if the portion of the object W that may be damaged is unknown, an impact test is performed using two impact pulses having different waveforms. The natural frequency of the damaged part can be obtained by calculation using the shock response spectrum of the shock pulse. As the waveforms of the two shock pulses, it is preferable to use a sine half wave and a trapezoidal wave as in this embodiment from the viewpoint of facilitating the impact test and the calculation of the natural frequency, but other waveforms that can calculate the natural frequency are used. It may be a combination of shapes. According to the present invention, since the evaluation accuracy can be ensured even if the shock pulse applied in the impact test is not an ideal square wave, the test method specified in JIS and the measurement of the natural frequency of the damaged part are required. Compared to conventional evaluation methods, workability is improved and impact strength can be evaluated with high accuracy.

ＤＢＣ導出部２４は、上述した損傷境界曲線の導出と共に、対象物Ｗの改良指針となり得る他の情報を算出するようにしてもよい。例えば、補正された許容速度変化ΔＶｃ（＝ａｃ／（２πｆｃ））、設定された反発係数ｅ（例えば、０．８）に対する緩衝材無しで破損しない最大高さｈ（＝（１/２）×｛ΔＶｃ／（１＋ｅ）｝２／ｇ（重力加速度））、補正された許容加速度Ａｃ（＝ａｃ／２）などを算出し、出力部２５により画面表示や印刷するようにしてもよい。対象物Ｗの４か所（破損部位Ａ〜Ｄ）について、損傷境界曲線および上記付加情報を表示した表示画面の一例を、図５に示す。 The DBC derivation unit 24 may calculate other information that can serve as an improvement guideline for the object W along with the derivation of the damage boundary curve described above. For example, the corrected maximum allowable speed change ΔVc (= ac / (2πfc)) and the set maximum resilience coefficient e (for example, 0.8) without a cushioning material h (= (1/2) × {ΔVc / (1 + e)} 2 / g (gravity acceleration)), corrected allowable acceleration Ac (= ac / 2), and the like may be calculated and displayed or printed by the output unit 25. FIG. 5 shows an example of a display screen on which the damage boundary curve and the additional information are displayed at four locations (damage sites A to D) of the object W.

図５に示すように、損傷境界曲線は、破損部位別（破損部位Ａ〜Ｄ）に表示されており、例えば製品の設計担当者が製品を改良する際に、優先して改良すべき部位や、特に改良の必要がない部位を明らかにすることができる。また、付加情報として、上記の補正された許容速度変化（補正許容速度変化）ΔＶｃ、最大高さ（許容落下高さ）ｈ、補正された許容加速度（補正許容加速度）Ａｃも併せて表示することで、改良指針としての活用を容易に行うことができる。   As shown in FIG. 5, the damage boundary curve is displayed for each broken part (broken parts A to D). For example, when a product designer improves a product, Thus, it is possible to clarify a portion that does not require improvement. Further, as the additional information, the corrected allowable speed change (corrected allowable speed change) ΔVc, the maximum height (allowable drop height) h, and the corrected allowable acceleration (corrected allowable acceleration) Ac are also displayed. Therefore, it can be easily used as an improvement guideline.

本実施形態の衝撃強さ評価装置１は、衝撃パルス発生装置１０と評価装置本体２０とを備えているが、外部の衝撃試験機などにより時系列加速度データを取得することが可能であれば、評価装置本体２０のみから構成することも可能である。この場合、外部の衝撃試験機から時系列加速度データを有線または無線により評価装置本体２０に読み込んだり、或いは、時系列加速度データを記憶したＵＳＢメモリやＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体を記憶部２１として機能させることができる。また、固有振動数取得部２３およびＤＢＣ導出部２４の機能については、コンピュータプログラムにより実行することが可能であり、このプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布したり記録媒体に記録して、コンピュータに実行させることができる。   The impact strength evaluation device 1 of the present embodiment includes the impact pulse generator 10 and the evaluation device main body 20, but if time series acceleration data can be acquired by an external impact tester or the like, It is also possible to configure only the evaluation apparatus main body 20. In this case, time series acceleration data is read from an external impact tester into the evaluation apparatus main body 20 by wire or wirelessly, or a recording medium such as a USB memory or a CD-ROM storing time series acceleration data is used as the storage unit 21. Can function. The functions of the natural frequency acquisition unit 23 and the DBC derivation unit 24 can be executed by a computer program. This program can be distributed via a network such as the Internet or recorded on a recording medium. It can be executed by a computer.

１ 衝撃強さ評価装置
１０ 衝撃パルス発生装置
２０ 評価装置本体
２１ 記憶部
２２ 入力部
２３ 固有振動数取得部
２４ ＤＢＣ導出部
２５ 出力部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Impact strength evaluation apparatus 10 Shock pulse generator 20 Evaluation apparatus main body 21 Storage part 22 Input part 23 Natural frequency acquisition part 24 DBC derivation part 25 Output part

Claims (5)

衝撃試験により得られる対象物の破損部位の衝撃強さに対応する時系列加速度データを、波形が異なる２つの衝撃パルスのそれぞれについて記憶する記憶手段と、
前記時系列加速度データを用いて前記各衝撃パルスに対する衝撃応答スペクトルを算出し、２つの前記衝撃応答スペクトルから前記破損部位の固有振動数を取得する固有振動数取得手段と、
取得した前記固有振動数を用いて前記破損部位の伝達加速度を算出し、前記固有振動数および伝達加速度から前記破損部位の損傷境界曲線を導出するＤＢＣ導出手段とを備える衝撃強さ評価装置。 Storage means for storing time-series acceleration data corresponding to the impact strength of the damaged part of the object obtained by the impact test for each of two impact pulses having different waveforms;
A natural frequency acquisition means for calculating a shock response spectrum for each shock pulse using the time-series acceleration data, and acquiring the natural frequency of the damaged part from the two shock response spectra;
An impact strength evaluation device comprising: DBC deriving means for calculating a transmission acceleration of the damaged part using the acquired natural frequency and deriving a damage boundary curve of the damaged part from the natural frequency and the transmission acceleration. 前記記憶手段は、２つの衝撃パルスの前記時系列加速度データを、複数の破損部位のそれぞれについて記憶し、
前記固有振動数取得手段は、前記破損部位毎に固有振動数を取得する請求項１に記載の衝撃強さ評価装置。 The storage means stores the time-series acceleration data of two shock pulses for each of a plurality of damaged portions,
The impact strength evaluation apparatus according to claim 1, wherein the natural frequency acquisition unit acquires a natural frequency for each damaged portion. 対象物に衝撃パルスを与えて前記時系列加速度データを生成する衝撃パルス発生装置を更に備える請求項１または２に記載の衝撃強さ評価装置。   The impact strength evaluation apparatus according to claim 1, further comprising an impact pulse generation device that generates the time-series acceleration data by applying an impact pulse to an object. 衝撃試験により得られる対象物の破損部位の衝撃強さに対応する時系列加速度データを、波形が異なる２つの衝撃パルスのそれぞれについて記憶する記憶手段から前記時系列加速度データを読み出して、前記各衝撃パルスに対する衝撃応答スペクトルを算出し、２つの前記衝撃応答スペクトルから前記破損部位の固有振動数を取得するステップと、
取得した前記固有振動数を用いて前記破損部位の伝達加速度を算出し、前記固有振動数および伝達加速度から前記破損部位の損傷境界曲線を導出するステップとを備える衝撃強さ評価方法。 The time-series acceleration data corresponding to the impact strength of the damaged part of the object obtained by the impact test is read from storage means for storing each of the two impact pulses having different waveforms, and each of the impacts is read out. Calculating an impact response spectrum with respect to a pulse, and obtaining a natural frequency of the damaged portion from the two impact response spectra;
An impact strength evaluation method comprising: calculating a transmission acceleration of the damaged part using the acquired natural frequency and deriving a damage boundary curve of the damaged part from the natural frequency and the transmission acceleration. 請求項４に記載の衝撃強さ評価方法をコンピュータに実行させるための衝撃強さ評価プログラム。   An impact strength evaluation program for causing a computer to execute the impact strength evaluation method according to claim 4.
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