JPH05302880A

JPH05302880A - 疲労試験装置

Info

Publication number: JPH05302880A
Application number: JP11047692A
Authority: JP
Inventors: Kenji Wakashima; 健司若島; Masashi Nakadai; 雅士中代; Masaki Kitagawa; 正樹北川
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1992-04-28
Publication date: 1993-11-16

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】試験片の歪を非接触的に測定すると共に、試
験装置および試験片の小型化さらには測定精度の向上を
容易に達成する疲労試験装置。【構成】微小試験片３２が装着されて該試験片に繰返
し応力を付加する装着装置と、試験片周囲を不活性ガス
雰囲気又は真空に保つ少なくとも一部が透明な覆壁２４
と、試験片の側方に設けられ、該試験片およびその周囲
に向けてレーザビームを照射するレーザビーム発振器２
８と該レーザビームを受光するレーザビーム受振器３０
とからなるレーザ変位計とを具備する。【効果】レーザ変位計を使用することで非接触的に試
験片の歪を検出することができるので、微小な試験片を
小型で簡易な試験装置にて測定することができ、容易に
正確なデータを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はボイラやジェットエンジ
ン等で用いられる機器の実機からの微小サンプル採取に
よる材料データの収集および実機の余寿命を予測するの
に使用する疲労試験装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】火力発電設備、原子力発電設備等の大型
プラント、ジェットエンジンやロケットエンジン等の部
品の寿命延長を図るため、または各種新素材や複合材料
の評価をする為にかかる材料の強度を測定することは極
めて重要なことである。従来、測定物である材料の歪を
測定するには、例えばストレインゲージのような歪検出
材を貼り付けた伸び計治具を試験片の両端を引張る試験
装置に取り付け、該試験片を引張り、歪検出治具（スト
レインゲージ）により試験片の歪を測定する方法等が採
られていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法では試験装置が複雑となり、かつ歪検出治具を装着す
るためのスペースが必要であり、微小試験片の測定の際
に取り付けることは困難であった。また、雰囲気を高温
状態にして各材料の評価をするには、従来は試験装置ご
と高温チャンバ内に設置して試験を行なっていた。しか
しながら、この方法においては高温チャンバを試験装置
の一部と解すれば、実質的に非常に大きな試験装置とな
り、非常に不便であった。また、高温を保つための消費
エネルギも大きく、さらには試験装置自体の耐久性およ
び精度を劣化させてしまうものであった。また、微小試
験片を大気中にさらして試験を行なうと、試験片が酸化
し易く、試験片が酸化すると正規の断面積が減少してし
まう。断面積が減少すると、通常寸法（例：直径１ｃｍ
以上）の場合はほとんど問題でなかったが、微小試験片
（例：直径５ｍｍ）の場合、真応力が相当に増加して破
断時間が短くなってしまい正確な試験ができないことに
なる。

【０００４】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、試験片の歪を非接触的に測定すると共に、試
験装置および試験片の小型化さらには測定精度の向上を
容易に達成する疲労試験装置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の疲労試験装置
は、（１）微小な試験片が装着されて該試験片に繰返し応力
を付加する装着装置（２）試験片周囲を不活性ガス雰囲気又は真空に保つ少
なくとも一部が透明な覆壁（３）試験片の側方に設けられ、試験片およびその周
囲に向けてレーザビームを照射するレーザビーム発振
器、レーザビームを受光するレーザビーム受振器とか
らなるレーザ変位計を具備することを特徴とするものである。

【０００６】請求項２記載の疲労試験装置は、請求項１
記載の疲労試験装置において、試験片の側方近傍に試験
片を加熱する赤外線放射加熱炉が設けられていることを
特徴とするものである。

【０００７】

【作用】本発明では、微小試験片を装着装置に装着し、
試験片の周囲を覆壁にて気密に保持すると共に内部を真
空にし、またはさらに該内部に不活性ガスを注入して不
活性ガス雰囲気とし、真空中または不活性ガス雰囲気中
で上記試験片の疲労試験を行うものである。試験片の疲
労試験を、真空中または不活性ガス雰囲気中で行うこと
により、試験片の酸化のおそれがなく、酸化による減肉
の効果を受けずに疲労試験を行なうことが可能となり、
材料強度の正確な評価および、実機の余寿命を正確に予
測することができる。また、測定には、レーザビーム発
振器が発光したレーザビームの、変位する装着装置によ
って遮られることで変化するレーザビーム受振器への到
達量の変化を測定するレーザ変位計を使用するものであ
るから、試験片に対して非接触的に試験を行なうことが
でき、誤差要因を排除でき、容易に正確な測定をするこ
とができる。また、試験片の加熱には、試験片の側方部
に設けられた赤外線放射加熱炉を使用するものであるか
ら、試験片の周囲のみを効率的に加熱することができ
る。従って試験装置の小型化を実現することができる。

【０００８】

【実施例】本発明の一実施例である疲労試験装置を図１
に示す。図１に示す疲労試験装置１０は、下端で試験片
３２を掴持する上部ロッド２２と、上部ロッド２２に装
着したロードセル１４と、上端で試験片３２を掴持する
下部ロッド２０と、下部ロッド２０を介して試験片３２
に繰返し応力を付加するアクチュエータ１２とからなる
装着装置と、試験片３２の側方に設けられた覆壁２４
と、覆壁２４の外側方に設けられた赤外線放射加熱炉２
６と、さらに赤外線放射加熱炉２６の外側方に設けられ
たレーザビーム発振器２８とレーザビーム受振器３０と
からなるレーザ変位計とから概略構成される。尚、符号
１６は下部ロッド２０を往復運動自在に支持する円筒状
の下部ロッド支持体であり、符号１８は上部ロッド２２
を往復運動自在に支持する円筒状の上部ロッド支持体で
ある。アクチュエータ１２及びロードセル１４はそれぞ
れ下部ロッド２０と上部ロッド２２を作動させ、ロッド
２０，２２に掴持された試験片３２を引張ったり、圧縮
したりして試験片３２に繰り返し応力を付加する。

【０００９】試験片３２の側方に設けられた筒状の覆壁
２４は試験片３２を外部から遮断し、試験片３２の周囲
を気密にし、不活性ガス雰囲気または真空に保つ。従っ
て、図１では覆壁３２は両ロッド支持体１６，１８に固
定されているが、例えばアクチュエータ１２等の他の各
種部材に固定されていても構わない。また、覆壁２４は
少なくとも赤外線とレーザビームが透過する材質でなけ
ればならず、透明石英ガラスが好適である。尚、レーザ
ビームの通過部分だけが、レーザビームを透過する材質
で構成されているのであっても良い。さらに、試験片３
２を加熱するにあたり、覆壁２４も加熱されるので、該
加熱温度に耐えられる程度の耐熱性を有したものでなけ
ればならない。

【００１０】さらに、覆壁２４の外側部に設けられた赤
外線放射加熱炉２６は試験片３２を加熱するものであ
る。赤外線放射加熱炉２６にはスリットが形成され、レ
ーザビーム発振器２８からのレーザビームは該スリット
を通過して試験片３２に照射するように構成されてい
る。

【００１１】さらに、赤外線放射加熱炉２６の外側部に
設けられたレーザ変位計はレーザビーム発振器２８とレ
ーザビーム受振器３０とからなり、レーザビーム受振器
３０はレーザビーム発振器２８から発光されたレーザビ
ームを受光し、接続されているコンピュータ（図示略）
に電気信号として送信する。

【００１２】本実施例の疲労試験装置１０において疲労
試験を行なう方法を以下に記す。まず、試験片３２を装
着装置の上部ロッド２２の下端と下部ロッド２０の上端
に装着する。次に、覆壁２４で囲まれた試験片周囲部３
４を気密状態にする。そして、真空ポンプ（図示略）に
て試験片周囲部３４を真空にした後、ガスボンベ（図示
略）から試験片周囲部３４に不活性ガスを充填する。不
活性ガスにはアルゴンガスが最適であるが、アルゴンガ
スの他にもネオンガスや、さらには加熱温度が超高温で
なければ窒素ガス等も使用できる。また、不活性ガスを
充填させず、真空中で試験を行なうこともできる。試験
を不活性ガス雰囲気中もしくは真空中で行なうことで、
微小の試験片３２が酸化の影響を受けることなく高温疲
労試験を実施することができ、実機の余寿命を正確に予
測することができる。因に、微小の試験片３２を大気中
で試験すると、微小の試験片３２が酸化の影響を受ける
ことになる。試験片３２が酸化の影響を受けると、酸化
減肉の効果を受けるので、実機の余寿命を正確に予測す
ることができないことになる。

【００１３】次に赤外線放射加熱炉２６にて試験片３２
を加熱する。無論、常温時における試験データで十分な
場合には赤外線放射加熱炉２６を作動させる必要、もし
くは赤外線放射加熱炉２６を設ける必要は全くない。試
験片３２が所望の温度に達したならば、ロードセル１４
またはアクチュエータ１２を作動させて、試験片３２を
引張ったり、または圧縮し、試験片３２に繰り返し応力
を付加する。この際、レーザ変位計は作動させておく。
レーザ変位計では、レーザ発振器２８でレーザビームを
試験片３２に向けて照射し、そしてレーザビーム受振器
３０で該レーザビームを受光する。この際、試験片３２
の両端は両ロッド２０，２２に装着されているが、試験
片３２は微小であることからレーザビームは試験片３２
のある範囲では試験片３２の周部を通過してほとんどの
レーザビームがレーザビーム受振器３０に到達するが、
両ロッド２０，２２に当たる範囲に照射するレーザビー
ムは該ロッド２０，２２の幅が広いためにこれらに遮ら
れ、受振器３０に到達しない。従って、試験片３２の伸
縮に応じて受振器３０に到達するレーザビームの量が変
化する。即ち、図２に示すように、レーザビーム発振器
２８から照射された一定幅Ｗ1のレーザビームは試験片
３２の長さに応じて短くなった幅Ｗ2のレーザビームと
してレーザビーム受振器３０に到達する。従って、レー
ザビーム受振器３０でレーザビームの幅Ｗ2、即ちレー
ザビームの量を測定し、その経時変化から試験片３２の
歪量を検出することのできるものである。

【００１４】本実施例の疲労試験装置１０を使用するな
らば、試験片３２になんら検出治具を装着するものでは
なく、非接触的に試験片の歪を検出することができるの
で、微小な試験片を小型で簡易な試験装置で測定するこ
とができ、容易に正確なデータを得ることができる。ま
た、試験片の極周囲のみを加熱するものであるので、試
験装置の小型化を図ることができ、また加熱するために
消費するエネルギも小さくて済むものである。しかも、
高温にさらされる試験装置の部分も小さくて済み、耐久
性および精度が向上する。また、試験片周囲部３４を不
活性ガス又は真空に置換して行なえるので、試験片３２
が酸化することもなく、正確な試験データを得ることが
できる。

【００１５】

【発明の効果】本発明の疲労試験装置によれば、試験片
になんら検出治具を装着するものではなく、レーザ変位
計を使用することで非接触的に試験片の歪を検出するこ
とができるので、微小な試験片を小型で簡易な試験装置
にて測定することができ、容易に正確なデータを得るこ
とができる。また、試験片周囲部は覆壁にて気密が保た
れ試験片周囲部を不活性ガス又は真空に置換して試験を
行なえるので、試験片が酸化することもなく、正確な試
験データを得ることができる。また、試験片の側方部に
設けた赤外線放射加熱炉を使用することで試験片の極周
囲のみを加熱することができ、試験装置の小型化を図る
ことができ、また加熱するために消費するエネルギも小
さくて済むものである。しかも、高温にさらされる試験
装置の部分も小さくて済み、耐久性および精度が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の疲労試験装置の側面図である。

【図２】レーザビームの幅の変化を示す側面図である。

【符号の説明】１０疲労試験装置１２アクチュエータ２０下部ロッド２２上部ロッド２４覆壁２６赤外線放射加熱炉２８レーザビーム発振器３０レーザビーム受振器３２微小試験片３４試験片周囲部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微小な試験片が装着されて該試験片に繰
り返し応力を付加する装着装置と、試験片周囲を不活性
ガス雰囲気又は真空に保つ少なくとも一部が透明な覆壁
と、試験片の側方に設けられ、該試験片およびその周囲
に向けてレーザビームを照射するレーザビーム発振器と
該レーザビームを受光するレーザビーム受振器とからな
るレーザ変位計とを具備することを特徴とする疲労試験
装置。
【請求項２】請求項１記載の疲労試験装置において、
試験片の側方近傍に試験片を加熱する赤外線放射加熱炉
が設けられていることを特徴とする疲労試験装置。