JP6049378B2 - 疲労試験装置 - Google Patents
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Description
また、疲労試験の際には、試験片がつかみ部において滑らないことが重要であり、例えば、特許文献1には、疲労試験装置のつかみ部に凹凸を形成し、試験片をより安定的に固定する方法が開示されている。
その結果、試験片を固定する際には、固定治具に形成された凹部に試験片のつかみ部を嵌合させてからネジなどで締めつけられて固定されるが、荷重負荷方向における試験片と固定治具の凹部との間に寸法公差等に起因する間隙が生じており、この間隙がつかみ部に滑りを発生させていることを見出した。
本発明は、上記の知見に基づき完成させたものであって、その要旨は以下の通りである。
また、本発明の疲労試験装置は、高温下で試験対象物に対して引張・圧縮荷重を付加する荷重負荷手段を備えた疲労試験装置であって、前記試験対象物の一方側に形成され、前記引張・圧縮方向と垂直方向に延びるフランジ部を有した第一つかみ部と嵌合する第一凹部を有し、前記引張・圧縮荷重が付加される方向と垂直方向に延びるネジにより前記第一つかみ部が固定される第一固定治具と、前記試験対象物の他方側に形成され、前記引張・圧縮方向と垂直方向に延びるフランジ部を有した第二つかみ部が嵌合する第二凹部を有し、前記引張・圧縮荷重が付加される方向と垂直方向に延びるネジにより第二つかみ部が固定される第二固定治具と、前記第一つかみ部のフランジ部の前記他方側の端面と前記第一凹部との間の間隙に設けられて、その線膨張係数が、前記第一固定治具の線膨張係数よりも大きい第一スペーサと、前記第二つかみ部のフランジ部の前記一方側の端面と前記第二凹部との間の間隙に設けられて、その線膨張係数が、前記第二固定治具の線膨張係数よりも大きい第二スペーサと、を備える。
スペーサを平板形状にすることによって、スペーサが、固定治具の凹部と試験対象物の端面と面で接触し広範囲にわたって間隙を埋めることができるので、つかみ部における滑りを確実に抑制し、疲労試験の測定精度をより向上させることができる。
まず、本実施形態に係る疲労試験装置1に用いられる試験片100(試験対象物)の形状について説明する。図1(a)、(b)に示すように、本実施形態に係る試験片100は、板状型試験片であり、くびれ部110と、つかみ部120と、を有している。
本実施形態に係る疲労試験装置1は、図2及び図3に示すように、ロードフレーム10と、このロードフレーム10の中央から下方に向けて延在するベース部20と、ベース部20の下方に配置され試験片100を固定するための固定治具30と、試験片100に対して荷重を負荷する荷重負荷手段40と、試験片100の伸びを測定する伸び計50と、この伸び計50に接続された伝達棒60と、これらの部材を覆うように配置された圧力容器70と、を備えている。
なお、図2及び図3においては、圧力容器70の外方については図示が省略されている。
ここで、試験片100の線膨張係数(熱膨張係数)は、上記の固定治具30の線膨張係数(熱膨張係数)よりも大きいことが好ましい。
図4及び図5に示すように、試験片100は、第一つかみ部121(上側)が第一固定治具31に固定されており、第二つかみ部122(下側)が第二固定治具32に固定されている。第一固定治具31及び第二固定治具32には、試験片100を固定するための第一凹部36及び第二凹部37が形成されており、この凹部35の内方において、試験片100の位置決めと固定の機能を兼ねた位置決め治具81を介してネジ82で固定されている。本実施形態においては、第一つかみ部121及び第二つかみ部122はそれぞれ6本のネジ82で固定されている。
ここで、スペーサ90の線膨張係数(熱膨張係数)は、固定治具30の線膨張係数(熱膨張係数)よりも大きいことが好ましい。
また、図7に示すように、フランジ部123の下側と固定治具30との間にスペーサ290を介在させても良い。
本実施例においては、上述の構成の疲労試験装置を用いて疲労試験を実施した。試験片、固定治具、スペーサの材質を以下のように設定した。
疲労試験装置の固定治具(第一固定治具及び第二固定治具)の材質は、SUS410とした。
スペーサ(第一スペーサ、第二スペーサ)の材質は、SUS304とし、厚さを0.15mmに設定した。
なお、SUS316の線膨張係数は約17.5×10−6mm/mm℃、SUS410の線膨張係数は約11.5×10−6mm/mm℃、SUS304の線膨張係数は18.4×10−6mm/mm℃である。
となる。このとき、試験片のつかみ部、固定治具、スペーサの荷重負荷方向の膨張長さΔLは、
ΔL=(20℃における長さ)×ΔT×(線膨張係数)
で求められる。
ΔL1=0.15(mm)×305(℃)×18.4×10−6(mm/mm℃)=0.00084(mm)
となる。
ΔL2=L0×ΔT×(線膨張係数)=43(mm)×305(℃)×17.5×10−6(mm/mm℃)=0.23(mm)
となる。ここで、L0は、試験片のつかみ部の長さ(43mm)である。
また、第一固定治具及び第二固定治具のそれぞれの膨張長さΔL3も同様に、昇温することによって膨張し、ΔL3は、
ΔL3=43(mm)×305(℃)×11.5×10−6(mm/mm℃)=0.15(mm)
となる。なお、ここでは、第一固定治具及び第二固定治具の20℃における長さを43mmとして計算している。
また、第一スペーサと第一つかみ部、及び第二スペーサと第二つかみ部の膨張の長さは、0.00084mm+0.23mm=0.23084mmとなる。
したがって、スペーサを固定治具と試験片との間に介在させることによって、昇温後に固定治具と試験片との間の間隙を埋めることができ、疲労試験中のつかみ部における滑りの発生を抑制可能となる。
なお、この疲労試験においては、試験片の弾性限界を超え、試験片が塑性変形するまで荷重を負荷し、引張と圧縮の荷重を負荷している。すなわち、図8の荷重−変位曲線は、低サイクル疲労試験で引張・圧縮荷重を負荷した際の荷重−変位曲線の1サイクルを示している。また、図8(b)においては、理解しやすいように試験片のつかみ部において滑りが発生した段階までを図示しており、荷重−変位曲線の1サイクル全てを示しているわけではない。
30 固定治具
31 第一固定治具
32 第二固定治具
35 凹部
36 第一凹部
37 第二凹部
40 荷重負荷手段
90、190、290 スペーサ
91 第一スペーサ
92 第二スペーサ
100 試験片(試験対象物)
121 第一つかみ部
122 第二つかみ部
Claims (4)
- 高温下で試験対象物に対して引張・圧縮荷重を付加する荷重負荷手段を備えた疲労試験装置であって、
前記試験対象物の一方側に形成された第一つかみ部と嵌合する第一凹部を有し、前記引張・圧縮荷重が付加される方向と垂直方向に延びるネジにより前記第一つかみ部が固定される第一固定治具と、
前記試験対象物の他方側に形成された第二つかみ部が嵌合する第二凹部を有し、前記引張・圧縮荷重が付加される方向と垂直方向に延びるネジにより第二つかみ部が固定される第二固定治具と、
前記第一つかみ部の前記一方側の端面と当該一方側の端面に対向する前記第一凹部の面との間の間隙に設けられて、その線膨張係数が、前記第一固定治具の線膨張係数よりも大きい第一スペーサと、
前記第二つかみ部の前記他方側の端面と当該他方側の端面に対向する前記第二凹部の面との間の間隙に設けられて、その線膨張係数が、前記第二固定治具の線膨張係数よりも大きい第二スペーサと、を備えることを特徴とする疲労試験装置。 - 高温下で試験対象物に対して引張・圧縮荷重を付加する荷重負荷手段を備えた疲労試験装置であって、
前記試験対象物の一方側に形成され、前記引張・圧縮方向と垂直方向に延びるフランジ部を有した第一つかみ部と嵌合する第一凹部を有し、前記引張・圧縮荷重が付加される方向と垂直方向に延びるネジにより前記第一つかみ部が固定される第一固定治具と、
前記試験対象物の他方側に形成され、前記引張・圧縮方向と垂直方向に延びるフランジ部を有した第二つかみ部が嵌合する第二凹部を有し、前記引張・圧縮荷重が付加される方向と垂直方向に延びるネジにより第二つかみ部が固定される第二固定治具と、
前記第一つかみ部のフランジ部の前記他方側の端面と前記第一凹部との間の間隙に設けられて、その線膨張係数が、前記第一固定治具の線膨張係数よりも大きい第一スペーサと、
前記第二つかみ部のフランジ部の前記一方側の端面と前記第二凹部との間の間隙に設けられて、その線膨張係数が、前記第二固定治具の線膨張係数よりも大きい第二スペーサと、
を備える疲労試験装置。 - 前記スペーサは、平板形状であることを特徴とする請求項1に記載の疲労試験装置。
- 前記第一スペーサ及び前記第二スペーサは、前記引張・圧縮方向の両側面のうち少なくとも一方が凸状の断面円弧状の面からなる請求項1又は2に記載の疲労試験装置。
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