JP2021076402A - Method and apparatus for specifying fatigue limit stress - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、疲労限度応力の特定方法及び特定装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for specifying a fatigue limit stress.
引張と圧縮の繰り返し荷重を測定対象物に加え、測定対象物を赤外線カメラで撮影し、赤外線カメラで得られた温度データから散逸エネルギーを計測し、疲労破壊が進展するか否か特定する方法が特許文献1に開示されている。
A method of applying a repeated load of tension and compression to the object to be measured, photographing the object to be measured with an infrared camera, measuring the dissipated energy from the temperature data obtained by the infrared camera, and identifying whether fatigue failure progresses or not. It is disclosed in
また、順次増加する引張と圧縮の繰り返し荷重を所定の基本周波数で測定対象物に加え、測定対象物を量子型赤外線カメラで撮影し、量子型赤外線カメラで撮影した温度画像から散逸エネルギーを計測して、測定対象物の疲労限度応力を特定する方法が、特許文献2〜4に開示されている。特許文献2及び3では、温度の第2高調波成分を散逸エネルギーとして取得し、散逸エネルギーが急増する応力振幅を疲労限度応力として特定する方法が開示されている。特許文献4では、温度の基本周波数振幅と第2高調波振幅との関係から、測定対象物の疲労限度応力を特定する方法が開示されている。
In addition, a repeating load of tension and compression that gradually increases is applied to the object to be measured at a predetermined basic frequency, the object to be measured is photographed with a quantum infrared camera, and the dissipated energy is measured from the temperature image taken by the quantum infrared camera. A method for specifying the fatigue limit stress of the object to be measured is disclosed in
その他、安価に疲労限度応力を特定する試みとして、セラミックコンデンサーの容量の温度依存性を利用して、測定対象物の平均温度の上昇量を計測し、平均温度上昇量と応力振幅との関係において、平均温度上昇量が急増する応力振幅を疲労限度応力として特定する方法が非特許文献1に開示されている。また、熱型赤外線カメラを用いて、同様に測定対象物の平均温度の上昇量を計測し、平均温度上昇量と応力振幅との関係において、平均温度上昇量が急増する応力振幅を疲労限度応力として特定する方法が非特許文献2に開示されている。
In addition, as an attempt to identify the fatigue limit stress at low cost, the amount of increase in the average temperature of the object to be measured is measured using the temperature dependence of the capacitance of the ceramic capacitor, and the relationship between the amount of increase in the average temperature and the stress amplitude is measured. Non-Patent
また、非特許文献3において、高価な量子型赤外線カメラ及び安価な熱型赤外線カメラを用いて、温度の第2高調波振幅及び平均温度上昇量を計測し、それぞれの場合における疲労限度応力の特定精度が検討されている。その結果、平均温度上昇量は熱伝導の影響を受け易いため、疲労限度応力を精度良く特定するためには温度の第2高調波振幅を用いる必要があることと、高価な量子型赤外線カメラでは温度の第2高調波振幅を計測できるが、安価な熱型赤外線カメラでは温度の第2高調波振幅を計測するのに感度が不十分であることが報告されている。 Further, in Non-Patent Document 3, the second harmonic amplitude and the average temperature rise of the temperature are measured by using an expensive quantum infrared camera and an inexpensive thermal infrared camera, and the fatigue limit stress in each case is specified. Accuracy is being considered. As a result, since the average temperature rise is easily affected by heat conduction, it is necessary to use the second harmonic amplitude of temperature in order to accurately identify the fatigue limit stress, and in an expensive quantum infrared camera, Although it is possible to measure the second harmonic amplitude of temperature, it has been reported that an inexpensive thermal infrared camera is insufficiently sensitive to measure the second harmonic amplitude of temperature.
また、非特許文献4には機械構造用炭素鋼S25Cの引張圧縮疲労限度応力が開示されており、非特許文献5には散逸エネルギー(温度の第2高調波)から機械構造用炭素鋼S45Cの疲労限度応力を特定する方法が開示されている。
Further, Non-Patent Document 4 discloses the tensile compressive fatigue limit stress of the carbon steel S25C for mechanical structure, and Non-Patent
上記のように疲労限度応力を精度良く特定するためには温度の第2高調波成分から散逸エネルギーを計測する必要があり、従来技術では、温度の第2高調波成分を計測するためには、高価な量子型赤外線カメラを使用しなければならなかった。更に、赤外線カメラを用いる場合、測定対象物の表面の放射率を向上させるため、試験前に測定対象物の表面に黒体化塗料を塗布する必要があった。これらは、疲労限度応力を安価かつ簡便に特定する上で課題となっていた。 As described above, in order to accurately identify the fatigue limit stress, it is necessary to measure the dissipated energy from the second harmonic component of temperature. In the prior art, in order to measure the second harmonic component of temperature, I had to use an expensive quantum infrared camera. Further, when an infrared camera is used, it is necessary to apply a blackbody paint to the surface of the object to be measured before the test in order to improve the emissivity of the surface of the object to be measured. These have been problems in identifying the fatigue limit stress inexpensively and easily.
そこで、本発明は、高価な量子型赤外線カメラを用いることなく散逸エネルギーを計測して、量子型赤外線カメラを用いる場合よりも安価かつ簡便に測定対象物の疲労限度応力を特定することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to measure the dissipated energy without using an expensive quantum infrared camera and to specify the fatigue limit stress of the object to be measured cheaper and more easily than when the quantum infrared camera is used. To do.
本発明に係る疲労限度応力特定装置は、順次増加する引張と圧縮の繰り返し荷重を所定の周波数で測定対象物に加える加振機と、前記測定対象物に貼り付けて熱流束を測定する熱流センサと、前記熱流センサにより測定された熱流束を周波数解析して、前記所定の周波数の第2高調波の周波数成分から散逸エネルギーを計測する解析装置と、を備え、前記散逸エネルギーの計測結果から前記測定対象物の疲労限度応力を特定することを特徴とする。 The fatigue limit stress specifying device according to the present invention includes a vibration exciter that applies a repeatedly increasing tensile and compressive load to a measurement object at a predetermined frequency, and a heat flow sensor that is attached to the measurement object to measure heat flux. And an analyzer that frequency-analyzes the heat flux measured by the heat flow sensor and measures the dissipated energy from the frequency component of the second harmonic of the predetermined frequency. It is characterized by specifying the fatigue limit stress of the object to be measured.
引張と圧縮の繰り返し荷重を所定の周波数で測定対象物に加えた際に、散逸エネルギーは塑性変形に起因する不可逆な発熱により生じる。金属疲労による微視的な塑性変形が生じた場合、塑性変形による不可逆な発熱は、引張と圧縮の繰り返し荷重の1周期の間に、最大引張負荷時と最大圧縮負荷時の2回に渡って顕著に生じる。このように引張と圧縮の繰り返し荷重の1周期の間に2回生じる顕著な発熱は、熱流束の時系列データを周波数解析して、繰り返し荷重の第2高調波の周波数成分を抽出することで計測できる。この熱流束の第2高調波成分は温度の第2高調波成分に対応するため、熱流センサを用いることにより、散逸エネルギーを計測することができる。そして、熱流センサは量子型赤外線カメラよりも安価であり、赤外線カメラと異なり黒体化塗料を塗布しなくても熱流束を測定できる。そのため、このように熱流センサを用いて散逸エネルギーを計測することにより、量子型赤外線カメラを用いる場合よりも安価かつ簡便に測定対象物の疲労限度応力を特定することができる。 When a repeated tension and compression load is applied to the object to be measured at a predetermined frequency, the dissipated energy is generated by irreversible heat generation due to plastic deformation. When microscopic plastic deformation occurs due to metal fatigue, the irreversible heat generation due to plastic deformation occurs twice during one cycle of repeated tension and compression loads, at maximum tensile load and maximum compressive load. It occurs prominently. In this way, the remarkable heat generation that occurs twice during one cycle of the repeated load of tension and compression is caused by frequency analysis of the time series data of the heat flux and extracting the frequency component of the second harmonic of the repeated load. Can be measured. Since the second harmonic component of this heat flux corresponds to the second harmonic component of temperature, the dissipated energy can be measured by using a heat flow sensor. The heat flow sensor is cheaper than the quantum infrared camera, and unlike the infrared camera, the heat flux can be measured without applying a blackbody coating. Therefore, by measuring the dissipated energy using the heat flow sensor in this way, it is possible to specify the fatigue limit stress of the object to be measured more inexpensively and easily than when using the quantum infrared camera.
本発明の疲労限度応力特定装置の一態様において、前記散逸エネルギーが急増する際の応力振幅を前記測定対象物の疲労限度応力として特定してもよい。 In one aspect of the fatigue limit stress specifying device of the present invention, the stress amplitude when the dissipated energy rapidly increases may be specified as the fatigue limit stress of the measurement object.
この態様によれば、熱流センサにより熱流束の第2高調波成分を測定して、散逸エネルギーが急増する際すなわち熱流束の第2高調波振幅が急増する際の応力振幅を前記測定対象物の疲労限度応力として特定することができる。 According to this aspect, the second harmonic component of the heat flux is measured by the heat flow sensor, and the stress amplitude when the dissipated energy suddenly increases, that is, when the second harmonic amplitude of the heat flux rapidly increases is the measurement object. It can be specified as the fatigue limit stress.
本発明の疲労限度応力特定装置の一態様において、前記熱流センサは少なくとも0.008mV/W・m−2以上の感度を有しているとよい。 In one aspect of the fatigue limit stress specifying device of the present invention, the heat flow sensor is preferably having a sensitivity of at least 0.008 mV / Wm-2 or more.
この態様によれば、熱流束の第2高調波振幅の急増を検知できる感度を熱流センサが有するため、熱流束の第2高調波振幅の変動から測定対象物の疲労限度応力を特定することができる。 According to this aspect, since the heat flow sensor has a sensitivity capable of detecting a rapid increase in the second harmonic amplitude of the heat flux, it is possible to specify the fatigue limit stress of the object to be measured from the fluctuation of the second harmonic amplitude of the heat flux. it can.
本発明の疲労限度応力特定装置の一態様において、前記熱流センサは周波数が10Hzである第2高調波の周波数成分を測定できる応答性を有しているとよい。 In one aspect of the fatigue limit stress specifying device of the present invention, it is preferable that the heat flow sensor has a responsiveness capable of measuring the frequency component of the second harmonic having a frequency of 10 Hz.
この態様によれば、引張と圧縮の繰り返し荷重を5Hzの周波数で測定対象物に加えた際に熱流束の第2高調波(10Hz)の周波数成分を測定して測定対象物の疲労限度応力を特定することができる。 According to this aspect, when a repeated load of tension and compression is applied to the object to be measured at a frequency of 5 Hz, the frequency component of the second harmonic (10 Hz) of the heat flux is measured to determine the fatigue limit stress of the object to be measured. Can be identified.
本発明に係る疲労限度応力特定方法は、順次増加する引張と圧縮の繰り返し荷重を所定の周波数で測定対象物に加え、前記測定対象物に貼り付けた熱流センサで熱流束を測定し、前記熱流センサにより測定された熱流束を周波数解析して、前記所定の周波数の第2高調波の周波数成分から散逸エネルギーを計測し、前記散逸エネルギーの計測結果から前記測定対象物の疲労限度応力を特定することを特徴とする。 In the method for specifying fatigue limit stress according to the present invention, a repeatedly increasing tensile and compressive load is applied to an object to be measured at a predetermined frequency, the heat flux is measured by a heat flow sensor attached to the object to be measured, and the heat flow is measured. The heat flux measured by the sensor is frequency-analyzed, the dissipated energy is measured from the frequency component of the second harmonic of the predetermined frequency, and the fatigue limit stress of the measurement object is specified from the measurement result of the dissipated energy. It is characterized by that.
引張と圧縮の繰り返し荷重を所定の周波数で測定対象物に加えた際に、散逸エネルギーは塑性変形に起因する不可逆な発熱により生じる。金属疲労による微視的な塑性変形が生じた場合、塑性変形による不可逆な発熱は、引張と圧縮の繰り返し荷重の1周期の間に、最大引張負荷時と最大圧縮負荷時の2回に渡って顕著に生じる。このように引張と圧縮の繰り返し荷重の1周期の間に2回生じる顕著な発熱は、熱流束の時系列データを周波数解析して、繰り返し荷重の第2高調波の周波数成分を抽出することで計測できる。この熱流束の第2高調波成分は温度の第2高調波成分に対応するため、熱流センサを用いることにより、散逸エネルギーを計測することができる。そして、熱流センサは量子型赤外線カメラよりも安価であり、赤外線カメラと異なり黒体化塗料を塗布しなくても熱流束を測定できる。そのため、このように熱流センサを用いて散逸エネルギーを計測することにより、量子型赤外線カメラを用いる場合よりも安価かつ簡便に測定対象物の疲労限度応力を特定することができる。 When a repeated tension and compression load is applied to the object to be measured at a predetermined frequency, the dissipated energy is generated by irreversible heat generation due to plastic deformation. When microscopic plastic deformation occurs due to metal fatigue, irreversible heat generation due to plastic deformation occurs twice during one cycle of repeated tension and compression loads, at maximum tensile load and maximum compressive load. It occurs prominently. In this way, the remarkable heat generation that occurs twice during one cycle of the repeated load of tension and compression is caused by frequency analysis of the time series data of the heat flux and extracting the frequency component of the second harmonic of the repeated load. Can be measured. Since the second harmonic component of this heat flux corresponds to the second harmonic component of temperature, the dissipated energy can be measured by using a heat flow sensor. The heat flow sensor is cheaper than the quantum infrared camera, and unlike the infrared camera, the heat flux can be measured without applying a blackbody coating. Therefore, by measuring the dissipated energy using the heat flow sensor in this way, it is possible to specify the fatigue limit stress of the object to be measured more inexpensively and easily than when using the quantum infrared camera.
本発明の疲労限度応力特定方法の一態様において、前記散逸エネルギーが急増する際の応力振幅を前記測定対象物の疲労限度応力として特定してもよい。 In one aspect of the fatigue limit stress specifying method of the present invention, the stress amplitude when the dissipated energy rapidly increases may be specified as the fatigue limit stress of the object to be measured.
この態様によれば、熱流センサにより熱流束の第2高調波成分を測定して、熱流束の第2高調波振幅が急増する際すなわち散逸エネルギーが急増する際の応力振幅を前記測定対象物の疲労限度応力として特定することができる。 According to this aspect, the second harmonic component of the heat flux is measured by the heat flow sensor, and the stress amplitude when the second harmonic amplitude of the heat flux rapidly increases, that is, when the dissipated energy rapidly increases, is measured. It can be specified as the fatigue limit stress.
本発明の疲労限度応力特定方法の一態様において、前記熱流センサは少なくとも0.008mV/W・m−2以上の感度を有しているとよい。 In one aspect of the fatigue limit stress identification method of the present invention, the heat flow sensor is preferably having a sensitivity of at least 0.008 mV / Wm-2 or more.
この態様によれば、熱流束の第2高調波振幅の急増を検知できる感度を熱流センサが有するため、熱流束の第2高調波振幅の変動から測定対象物の疲労限度応力を特定することができる。 According to this aspect, since the heat flow sensor has a sensitivity capable of detecting a rapid increase in the second harmonic amplitude of the heat flux, it is possible to specify the fatigue limit stress of the object to be measured from the fluctuation of the second harmonic amplitude of the heat flux. it can.
本発明の疲労限度応力特定方法の一態様において、前記熱流センサは周波数が10Hzである第2高調波の周波数成分を測定できる応答性を有しているとよい。 In one aspect of the fatigue limit stress specifying method of the present invention, it is preferable that the heat flow sensor has a responsiveness capable of measuring the frequency component of the second harmonic having a frequency of 10 Hz.
この態様によれば、引張と圧縮の繰り返し荷重を5Hzの周波数で測定対象物に加えた際に熱流束の第2高調波(10Hz)の周波数成分を測定して測定対象物の疲労限度応力を特定することができる。 According to this aspect, when a repeated load of tension and compression is applied to the object to be measured at a frequency of 5 Hz, the frequency component of the second harmonic (10 Hz) of the heat flux is measured to determine the fatigue limit stress of the object to be measured. Can be identified.
本開示の実施形態の疲労限度応力特定装置10の構成について説明する前に、図1及び図2を参照しながら、散逸エネルギーの計測原理について以下に説明する。
Before explaining the configuration of the fatigue limit
図1に示すように、金属製の試験片Pの表面に貼り付けた熱流センサ1では、試験片Pが発熱した場合に正の熱流束が測定され、試験片Pが吸熱した場合に負の熱流束が測定される。断熱状態で試験片Pに荷重を加えた場合、圧縮荷重で発熱が生じ、引張荷重で吸熱が生じることが熱弾性効果として知られている。このため、図2の一点鎖線aで示す引張と圧縮の正弦波状の繰り返し荷重を試験片2に加えた場合、図2の実線bで示す熱弾性効果に起因する熱流束が測定されると考えられる。これに加えて、金属疲労による微視的な塑性変形が生じた場合、塑性変形による不可逆な発熱は、最大引張負荷時と最大圧縮負荷時の2回に渡って顕著に生じるため、図2の点線cで示す塑性変形に起因する熱流束が測定されると考えられる。
As shown in FIG. 1, the
このため、熱流センサ1を用いて得られる熱流束の時系列データを周波数解析し、繰り返し荷重と同じ周波数成分から熱弾性効果に起因する熱流束成分を抽出でき、繰り返し荷重の2倍の周波数成分から塑性変形に起因する熱流束成分を抽出できる。このように熱流センサ1を用いることにより、温度の第2高調波に相当する成分を熱流束の第2高調波成分として計測できれば、量子型赤外線カメラを用いて温度の第2高調波振幅から散逸エネルギーを計測する場合と同様に、熱流センサ1を用いて熱流束の第2高調波振幅から散逸エネルギーを計測することができる。
Therefore, the time-series data of the heat flux obtained by using the
熱流束とは、単位時間に単位面積を通過する熱量であり、単位にはW/m2が用いられる。熱流束は、熱流束が平面状の熱流センサ1を貫通するとき、熱流束の大きさに比例した熱流センサ1の両面に生じる温度差を検出することによって測定できる。熱流センサ1の熱伝導率がλ(W/mK)で厚さがd(m)であり、熱流センサ1の表裏両面間の温度差をΔTとすると、熱流束Q(W/m2)は、以下の式1で求められる。
The heat flux is the amount of heat that passes through a unit area in a unit time, and W / m 2 is used as the unit. The heat flux can be measured by detecting the temperature difference that occurs on both sides of the
Q=(λ/d)・ΔT ・・・ 式1
Q = (λ / d) ・ ΔT ・ ・ ・
そのため、熱流センサ1の熱伝導率λ及び厚さdが既知であれば、温度差ΔTを測定することによって熱流束Qを求めることができる。本実施形態の疲労限度応力特定装置10に用いる熱流センサ1は、表裏両面間の温度差ΔTに比例する電圧を出力する複数の熱電素子を直列に接続することによって感度を向上させている。
Therefore, if the thermal conductivity λ and the thickness d of the
このように疲労限度応力特定装置10に熱流センサ1を用いずに、接触式の温度センサとして、白金等の測温抵抗体やサーミスタや熱電対などを用いることも考えられる。しかし、測温抵抗体は応答性が悪く、電流を流すことによる自己発熱が生じる上、振動や衝撃に弱いため、測定対象物に継続して振動を加える疲労限度応力の試験に用いることは適切ではない。また、サーミスタも電流を流すことによる自己発熱が生じる上、振動や衝撃に弱いため、測定対象物に振動を加え続ける疲労限度応力の試験に用いることは適切ではない。熱電対は振動や衝撃に強く応答性が良いものの、複数の熱電素子を直列に接続した熱流センサ1よりも感度が低い。そのため、本実施形態の疲労限度応力特定装置10では、熱流センサ1を用いて熱流束を測定する。
As described above, it is conceivable to use a resistance temperature detector such as platinum, a thermistor, a thermocouple, or the like as a contact type temperature sensor without using the
次に、本実施形態の疲労限度応力特定装置10の構成について、図3を参照しながら説明する。図3に示すように、疲労限度応力特定装置10は、熱流センサ1、電気油圧サーボ式疲労試験機3、量子型赤外線カメラ4、データ収集記録装置5及び解析装置6を備える。電気油圧サーボ式疲労試験機3は、測定対象物となる試験片2に引張と圧縮の繰り返し荷重を加える加振機である。量子型赤外線カメラ4としてFLIR製のSC6000が用いられており、熱流センサ1としてDENSO製のEnergy Eyeが用いられている。試験片2に貼り付けられた熱流センサ1の感度は0.0083mV/W・m−2である。なお、量子型赤外線カメラ4は、量子型赤外線カメラ4を用いて温度の第2高調波振幅から散逸エネルギーを計測する場合と同様に、熱流センサ1を用いて熱流束の第2高調波振幅から散逸エネルギーを計測して疲労限度応力を特定することができるか評価するために設けられている。
Next, the configuration of the fatigue limit
試験片2は、図4に示す形状と寸法となるように機械構造用炭素鋼S25Cの供試材から作製されている。図4に示すように、試験片2は、長さ70mm、幅10mm、厚さ2.5mmの平板形状であり、半径25mmでR加工された2箇所のR部が形成されていることにより、中央部が括れて幅が狭くなっており、最小となる部分では幅が6mmとなっている。
The
引張と圧縮の繰り返し荷重を試験片2に加える電気油圧サーボ式疲労試験機3は、室温かつ大気中において、図5に示す負荷条件で、応力振幅を規定の負荷繰り返し数(1300サイクル)に達するごとに階段状に増加させていく。そして、このように試験片2に繰り返し荷重を加えながら、図3に示すように、試験片2に向かって設置した量子型赤外線カメラ4を用いて試験片2の表面の温度を測定し、その裏面に貼り付けた熱流センサ1を用いて熱流束を測定する。熱流センサ1は図6に示すように試験片2の中央部に両面テープを用いて貼り付けられる。そして、データ収集記録装置5は、熱流センサ1の出力電圧から感度定数(0.0083mV/W・m−2)を用いて熱流束に変換して熱流束の値を記録する。なお、量子型赤外線カメラ4により温度を測定する試験片2の温度測定面には、放射率向上のため黒体化塗料が塗布されている。
The electro-hydraulic servo-type fatigue tester 3 that applies a repeated tension and compression load to the
疲労限度応力特定装置10は、図7に示す測定条件で温度及び熱流束をそれぞれ測定する。熱流センサ1のセンサ部サイズが5mm×5mmであるため、温度の時系列データも5mm×5mmの範囲内の平均値を各時刻の温度の代表値として、温度及び熱流束の評価範囲を統一する。再現性確認のため、図3に示す形状と寸法の2本の試験片2(以下、試験片A及び試験片Bと呼ぶ)を作製して、温度及び熱流束をそれぞれ測定した。
The fatigue limit
解析装置6により、試験片Aの応力振幅が40MPa及び300MPaで熱流束の時系列データを周波数解析した結果をそれぞれ図8及び図9に示す。図8及び図9に示すように、40MPaと300MPaのいずれの応力振幅においても、繰り返し荷重と同じ周波数(5Hz)でスペクトルのピークが確認できる(以下、熱流束の基本波と呼ぶ)。更に、図9に示すように、応力振幅が300MPaでは、繰り返し荷重の2倍の周波数(10Hz)においても、スペクトルのピークが確認できる(以下、熱流束の第2高調波と呼ぶ)。非特許文献4に記載された機械構造用炭素鋼S25Cの引張圧縮疲労限度応力の文献値は209〜222MPaであるから、40MPaは疲労限度応力未満の応力振幅に相当し、300MPaは疲労限度応力以上の応力振幅に相当し、熱流束の基本波及び第2高調波の成分が熱弾性効果及び塑性変形に起因する成分にそれぞれ相当すると考えられる。
The results of frequency analysis of the time series data of the heat flux by the
試験片A及びBの各応力振幅で得られた、熱流束の第2高調波振幅の測定結果を図10に示し、温度の第2高調波振幅の測定結果を図11に示す。図10に示すように、熱流束の第2高調波振幅は、試験開始後は概ね一定で、応力振幅が240MPa付近を境に急増した。また、図11に示すように、温度の第2高調波振幅も熱流束の第2高調波振幅と同様に、試験開始後は概ね一定で、応力振幅が240MPa付近を境に急増した。更に、各応力振幅で得られた熱流束の第2高調波振幅と温度の第2高調波振幅との関係を図12に示す。図12に示すように、熱流束の第2高調波振幅と温度の第2高調波振幅との間には強い正の相関がある。これらのことから、高価な量子型赤外線カメラ4を用いて計測される温度の第2高調波に相当する成分を、熱流束の第2高調波成分により評価できることが分かる。 FIG. 10 shows the measurement results of the second harmonic amplitude of the heat flux obtained at each stress amplitude of the test pieces A and B, and FIG. 11 shows the measurement results of the second harmonic amplitude of the temperature. As shown in FIG. 10, the second harmonic amplitude of the heat flux was substantially constant after the start of the test, and the stress amplitude rapidly increased around 240 MPa. Further, as shown in FIG. 11, the second harmonic amplitude of the temperature was also substantially constant after the start of the test, and the stress amplitude rapidly increased around 240 MPa, similarly to the second harmonic amplitude of the heat flux. Further, FIG. 12 shows the relationship between the second harmonic amplitude of the heat flux obtained at each stress amplitude and the second harmonic amplitude of the temperature. As shown in FIG. 12, there is a strong positive correlation between the second harmonic amplitude of the heat flux and the second harmonic amplitude of the temperature. From these facts, it can be seen that the component corresponding to the second harmonic of the temperature measured by using the expensive quantum infrared camera 4 can be evaluated by the second harmonic component of the heat flux.
更に、非特許文献5に示される機械構造用炭素鋼S45Cの散逸エネルギー(温度の第2高調波振幅)が急増する応力振幅と耐久試験で得られた疲労限度応力とが良く一致すること、温度及び熱流束の第2高調波振幅が急増する応力振幅(240MPa)が非特許文献4に示される機械構造用炭素鋼S25Cの引張圧縮疲労限度応力の文献値と概ね一致することを考慮すると、熱流束の第2高調波振幅から疲労限度応力を精度良く特定できると評価できる。
Further, the stress amplitude at which the dissipated energy (second harmonic amplitude of temperature) of the mechanical structural carbon steel S45C shown in
疲労限度応力特定装置10において、解析装置6は、散逸エネルギーが急増する際の応力振幅を疲労限度応力として特定する。例えば、図10に示す熱流束の第2高調波振幅の測定データが得られた場合は、解析装置6は、熱流束の第2高調波振幅が急増する応力振幅である240MPaを疲労限度応力として特定する。
In the fatigue limit
このように疲労限度応力特定装置10は、熱流センサ1を用いて散逸エネルギーを計測し、測定対象物の疲労限度応力を特定することができる。熱流センサ1は量子型赤外線カメラ4よりも安価であり、測定対象物に黒体化塗料を塗布しなくても熱流束を測定できる。そのため、疲労限度応力特定装置10は、このように熱流センサ1を用いて散逸エネルギーを計測することにより、量子型赤外線カメラ4を用いる場合よりも安価かつ簡便に測定対象物の疲労限度応力を特定することができる。
In this way, the fatigue limit
また、熱流センサ1は0.008mV/W・m−2以上の感度を有しており、図10に示すように熱流束の第2高調波振幅の急増を検知できるため、熱流センサ1を用いた疲労限度応力特定装置10は、測定対象物の疲労限度応力を特定することができる。
Further, since the
また、熱流センサ1は周波数が10Hzである第2高調波の周波数成分を測定できる応答性を有しているため、疲労限度応力特定装置10は、引張と圧縮の繰り返し荷重を5Hzの周波数で測定対象物に加えた際に熱流束の第2高調波(10Hz)の周波数成分を測定して測定対象物の疲労限度応力を特定することができる。
Further, since the
<実施形態の補足>
本開示の疲労限度応力特定装置は、上述した形態に限定されず、本開示の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。例えば、上述の実施形態では、熱流センサによる測定データと量子型赤外線カメラによる測定データとを比較するために量子型赤外線カメラも備えているが、量子型赤外線カメラを備えていない形態であってもよい。また、熱流センサはDENSO製のEnergy Eyeに限定されず、同程度の感度や応答性を有する他社製の熱流センサを用いてもよい。また、上述の形態では、各応力振幅の負荷繰り返し数を1300サイクルとしているが、各応力振幅の負荷繰り返し数はもっと少ない数であってもよい。
<Supplement to the embodiment>
The fatigue limit stress specifying device of the present disclosure is not limited to the above-described form, and can be implemented in various forms within the scope of the gist of the present disclosure. For example, in the above-described embodiment, the quantum infrared camera is also provided in order to compare the measurement data by the heat flow sensor with the measurement data by the quantum infrared camera, but even in the embodiment without the quantum infrared camera. Good. Further, the heat flow sensor is not limited to the Energy Eye manufactured by DENSO, and a heat flow sensor manufactured by another company having the same sensitivity and responsiveness may be used. Further, in the above-described embodiment, the number of load repetitions of each stress amplitude is set to 1300 cycles, but the number of load repetitions of each stress amplitude may be a smaller number.
1 熱流センサ、2 試験片、3 電気油圧サーボ式疲労試験機、4 量子型赤外線カメラ、5 データ収集記録装置、6 解析装置、10 疲労限度応力特定装置。
1 Heat flow sensor, 2 Test piece, 3 Electro-hydraulic servo type fatigue tester, 4 Quantum type infrared camera, 5 Data collection / recording device, 6 Analysis device, 10 Fatigue limit stress identification device.
Claims (8)
前記測定対象物に貼り付けて熱流束を測定する熱流センサと、
前記熱流センサにより測定された熱流束を周波数解析して、前記所定の周波数の第2高調波の周波数成分から散逸エネルギーを計測する解析装置と、
を備え、
前記散逸エネルギーの計測結果から前記測定対象物の疲労限度応力を特定することを特徴とする疲労限度応力特定装置。 A vibration exciter that applies a repeating load of tension and compression that gradually increases to the object to be measured at a predetermined frequency,
A heat flow sensor that is attached to the object to be measured and measures the heat flux,
An analyzer that frequency-analyzes the heat flux measured by the heat flow sensor and measures the dissipated energy from the frequency component of the second harmonic of the predetermined frequency.
With
A fatigue limit stress specifying device, characterized in that the fatigue limit stress of the object to be measured is specified from the measurement result of the dissipated energy.
前記散逸エネルギーが急増する際の応力振幅を前記測定対象物の疲労限度応力として特定することを特徴とする疲労限度応力特定装置。 The fatigue limit stress specifying device according to claim 1.
A fatigue limit stress specifying device, characterized in that the stress amplitude when the dissipated energy rapidly increases is specified as the fatigue limit stress of the measurement object.
前記熱流センサは少なくとも0.008mV/W・m−2以上の感度を有することを特徴とする疲労限度応力特定装置。 The fatigue limit stress specifying device according to claim 2.
The fatigue limit stress specifying device, wherein the heat flow sensor has a sensitivity of at least 0.008 mV / W · m- 2 or more.
前記熱流センサは周波数が10Hzである第2高調波の周波数成分を測定できる応答性を有することを特徴とする疲労限度応力特定装置。 The fatigue limit stress specifying device according to claim 3.
The fatigue limit stress identification device is characterized in that the heat flow sensor has a responsiveness capable of measuring a frequency component of a second harmonic having a frequency of 10 Hz.
前記測定対象物に貼り付けた熱流センサで熱流束を測定し、
前記熱流センサにより測定された熱流束を周波数解析して、前記所定の周波数の第2高調波の周波数成分から散逸エネルギーを計測し、
前記散逸エネルギーの計測結果から前記測定対象物の疲労限度応力を特定することを特徴とする疲労限度応力特定方法。 A repeating load of increasing tension and compression is applied to the object to be measured at a predetermined frequency.
The heat flux is measured by the heat flow sensor attached to the measurement object, and the heat flux is measured.
The heat flux measured by the heat flow sensor is frequency-analyzed, and the dissipated energy is measured from the frequency component of the second harmonic of the predetermined frequency.
A method for specifying a fatigue limit stress, which comprises specifying the fatigue limit stress of the object to be measured from the measurement result of the dissipated energy.
前記散逸エネルギーが急増する際の応力振幅を前記測定対象物の疲労限度応力として特定することを特徴とする疲労限度応力特定方法。 The method for specifying fatigue limit stress according to claim 5.
A method for specifying a fatigue limit stress, which comprises specifying the stress amplitude when the dissipated energy suddenly increases as the fatigue limit stress of the object to be measured.
前記熱流センサは少なくとも0.008mV/W・m−2以上の感度を有することを特徴とする疲労限度応力特定方法。 The method for specifying fatigue limit stress according to claim 6.
A method for identifying fatigue limit stress, wherein the heat flow sensor has a sensitivity of at least 0.008 mV / W · m- 2 or more.
前記熱流センサは周波数が10Hzである第2高調波の周波数成分を測定できる応答性を有することを特徴とする疲労限度応力特定方法。
The method for specifying fatigue limit stress according to claim 7.
The fatigue limit stress identification method, wherein the heat flow sensor has a responsiveness capable of measuring a frequency component of a second harmonic having a frequency of 10 Hz.
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---|---|---|---|
JP2019201203A JP2021076402A (en) | 2019-11-06 | 2019-11-06 | Method and apparatus for specifying fatigue limit stress |
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