JPH08128936A - 熱疲労試験機 - Google Patents

熱疲労試験機

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JPH08128936A
JPH08128936A JP26575494A JP26575494A JPH08128936A JP H08128936 A JPH08128936 A JP H08128936A JP 26575494 A JP26575494 A JP 26575494A JP 26575494 A JP26575494 A JP 26575494A JP H08128936 A JPH08128936 A JP H08128936A
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JP
Japan
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test piece
thermal expansion
actuator
load
test specimen
Prior art date
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Pending
Application number
JP26575494A
Other languages
English (en)
Inventor
Tadashi Hasegawa
忠 長谷川
Zenichi Yasuda
善一 安田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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Publication of JPH08128936A publication Critical patent/JPH08128936A/ja
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 試験片の熱膨張量を補正することで、熱膨張
量の影響を排除した真の負荷を試験片に与えることがで
きる熱疲労試験機を提供する。 【構成】 本体1は、テーブル2にサーボ弁3の開閉に
よって制御されるアクチュエータ4を取り付けてなり、
テーブル2には、支柱5a、5bによって支持されるク
ロスヘッド6が設けられている。クロスヘッド6にはロ
ードセル7を介して上方のチャック8aが取り付けら
れ、アクチュエータ4の可動ロッド4aの上端部には下
方チャック8bが取り付けられ、両チャック8a、8b
によって試験片Tが把持されている。また、試験片Tに
は、レバー式変位計9が取り付けられている。試験片T
を囲むように保温槽10が設けられ、この保温槽10に
は、試験片Tに熱サイクルを付与する加熱装置11及び
冷却装置12と、保温槽10内部温度を計測する温度セ
ンサ13とが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、試験片に熱サイクルを
付与して、材料の熱疲労度を評価する熱疲労試験機に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、熱疲労試験機では、加熱装置及び
冷却装置を備えた保温槽内に配置した試験片に対して、
アクチュエータにより予負荷を与えた後、加熱装置及び
冷却装置によって、試験片に予め設定した熱サイクルを
与える一方で、この試験片の伸び、すなわち標点間距離
が常にある値で一定となるように、アクチュエータによ
る試験片への負荷を制御する、いわゆる定歪制御が行わ
れている。
【0003】しかし、このような熱疲労試験機では、標
点間距離として検出された値には、試験片の熱膨脹によ
る変位が含まれる。したがって、アクチュエータを制御
して試験片の標点間距離が一定となるように試験片の負
荷を制御したとしても、実際には熱膨脹量と同等の伸び
を発生させるのに相当する負荷量だけ小さい負荷によっ
て、見かけ上、試験片の標点間距離が所定量に保たれる
ひずみ(変位)制御がなされてしまう。よって、試験片
には真に必要な負荷が与えられないという問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、熱疲労試験
機において、上記した問題点を解決するために創案され
たもので、その目的は、変位計等で検出した試験片の標
点間距離に対して、試験片の熱膨張量を補正するようア
クチュエータを制御することで、熱膨張量による影響を
排除した真に必要な負荷を試験片に与える熱疲労試験機
を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、試験片に負荷
を与えるアクチュエータと、試験片に加えられた負荷量
を検出する荷重検出手段と、試験片の標点間距離を測定
する変位検出手段と、試験片に予め設定した熱サイクル
を与える熱サイクル付与手段と、この熱サイクルが付与
された試験片の標点間距離が一定となるように、アクチ
ュエータを制御するアクチュエータ定歪制御手段とを備
えた熱疲労試験機において、試験片の熱膨脹量を算出す
る熱膨脹量算出手段と、この熱膨脹量に相当する試験片
の変位を前記試験片に付与するための熱膨脹補正変位発
生手段を前記アクチュエータ定歪制御手段に併せ備えた
ことを特徴とする。
【0006】
【作用】熱サイクル試験開始前にアクチュエータを作動
して試験片に予荷重を加えた後、熱サイクル付与手段を
制御して、試験片に熱サイクルを与える。そして、この
試験片の標点間距離を変位検出手段で検出し、この標点
間距離が一定となるようにアクチュエータを制御する一
方で、熱サイクル中の試験片の温度に対応した熱膨張量
を算出し、この熱膨脹量に相当する試験片の伸びを追加
的に負荷するように、前記アクチュエータを制御する。
【0007】
【実施例】図1は、本発明の実施例である熱疲労試験機
の概略構成を示し、1は試験機本体、2はテーブル、3
はサーボ弁、4はアクチュエータ、4aはアクチュエー
タの可動ロッド、5a、5bは左右の支柱、6はクロス
ヘッド、7はロードセル、8a、8bは上下のチャッ
ク、9はレバー式変位計、10は保温槽、11は加熱装
置、12は冷却装置、13は温度センサ、14はサーボ
アンプ、15はロードアンプ、16はストレインアン
プ、17は試験機コントローラ、17aはアクチュエー
タ定歪制御部、17bは熱膨脹量算出部、17cは熱膨
脹補正変位発生部、18は記憶装置、Tは試験片を示
す。
【0008】本体1は、テーブル2にサーボ弁3の開閉
によって制御されるアクチュエータ4を取り付けてな
り、テーブル2には、左右一対の支柱5a、5bと、こ
れら支柱5a、5bによって支持されるクロスヘッド6
が設けられている。このクロスヘッド6にはロードセル
7を介して上方のチャック8aが取り付けられ、アクチ
ュエータ4の可動ロッド4aの上端部には下方チャック
8bが取り付けられ、これら両チャック8a、8bによ
って試験片Tが把持されている。また、試験片Tには、
レバー式変位計9が取り付けられている。さらに、試験
片Tを囲むように保温槽10が設けられ、この保温槽1
0には、試験片Tに熱サイクルを付与する加熱装置11
及び冷却装置12と、保温槽10内部温度を計測する温
度センサ13とが設けられている。さらにまた、試験機
コントローラ17の定歪制御部17aには、上記サーボ
弁3、ロードセル7、レバー式変位計9の出力がそれぞ
れサーボアンプ14、ロードアンプ15、ストレインア
ンプ16を介して、また加熱装置11、冷却装置12及
び温度センサ13の出力が、電気的に接続され、また各
種材料の任意温度に対する熱膨張率を格納した記憶装置
18が、熱膨脹量算出部17bに接続される。さらに、
この試験機コントローラ17には熱膨脹補正変位発生部
17cが備えられている。
【0009】次に、本発明の熱疲労試験機に適用した場
合の具体的動作を、図1、図2及び図3を用いて説明す
る。図2は熱サイクルに対応する標点間距離及び荷重値
を示す図であって、(a)は試験片に与える温度サイク
ル、(b)は仮に試験片に与える荷重値を一定とした場
合の標点間距離の変化、(c)はレバー式変位計で検出
される標点間距離とそれに含まれる熱膨脹量、(d)は
所定量である標点間距離に対し、熱膨脹量を補正した
値、(e)は熱膨脹量を補正した場合及びしない場合の
荷重値の変化、をそれぞれ示し、図3は記憶装置に格納
する熱膨脹率テーブルを示す。
【0010】まず、熱サイクル試験の開始前に、アクチ
ュエータ4を作動して試験片に予荷重を加え、その後、
アクチュエータ定歪制御部17aによって、加熱装置1
1及び冷却装置12を制御して、例えば、図2(a)に
示した熱サイクルを与える。通常、温度サイクルの一周
期は、1min 程度のものである。このとき、保温槽10
内に設けた温度センサ13によって検出された温度信号
がアクチュエータ定歪制御部17aへ入力されており、
保温槽10内温度がフィードバック制御される。仮に、
ここで試験片Tに対して予荷重を与えた状態を保つと、
図2(b)に示す標点間距離の変化を示すが、本発明に
かかる熱疲労試験は、この標点間距離量が常に一定とな
るように、アクチュエータ4を制御するものである。
【0011】ところが、実際には、試験片Tの歪み、す
なわちレバー式変位計9で検出される標点間距離は、図
2(c)の斜線部に示すように、熱サイクルの付与によ
って膨脹した試験片Tの熱膨脹量を含んでおり、従来、
このような熱膨脹量を考慮する事なく、レバー式変位計
9で検出された標点間距離が、常に所定の値で一定とな
るよう、試験片Tに負荷を与えていたので、上述した問
題点(「従来技術」の項参照)が発生した。
【0012】そこで、本発明では、試験機コントローラ
17に備えられた熱膨脹量算出手段17bが、温度セン
サ13によって計測した温度に対応する試験片Tの熱膨
張率(線膨張率)を、図3に示すようにテーブル化して
記憶した記憶装置18から呼び出し、熱サイクルを付与
された試験片Tの熱膨脹量を算出する。ここで、所望す
る温度に対応する熱膨張率が記憶されていないときは、
補間法により熱膨張率を演算することで、任意の温度に
対応する熱膨張率を得るようにする。
【0013】そして、図2(d)に示すように、一定値
とする前記標点間距離に対し、さらにこの熱膨脹量に相
当する試験片の伸びが加えて得られるように、熱膨脹補
正変位発生部17cで求めたこの熱膨脹量に相当する試
験片の伸びを得るための補正荷重値を付加して、前記ア
クチュエータ4を制御することで、試験片Tに対して真
に必要な負荷を与えることができる。例えば、図2
(a)に示した温度サイクルに対応して、標点間距離
(伸び)を一定とする場合の荷重サイクルは、図2
(e)の実線に示すようになり、補正しない場合(点
線)との差は、熱膨脹量と同等の歪みを発生させるのに
必要な分の負荷量に相当する。
【0014】このような熱疲労試験を行うと、やがて試
験片Tは破断する。そして、例えば、この温度サイクル
の周期の数、すなわち、アクチュエータ4による負荷の
繰り返し回数を基準として試験片Tの強度評価を行う。
【0015】ところで、本発明の実施態様として、以下
のような実施例も含まれる。
【0016】(1)本実施例では、加熱装置11及び冷
却装置12の両方を用いて試験片に熱サイクルを付与し
たが、加熱装置11若しくは冷却装置12の一方を設
け、それをON/OFFすることで、熱サイクルを制御
してもよい。
【0017】(2)本実施例では、任意の温度に対応す
る熱膨張率をテーブル化して、記憶装置18に格納した
が、最小二乗法等により温度と熱膨張率との関係を表す
近似式を記憶装置18に格納し、随時温度値を入力する
ことで、熱膨張率を算出してもよい。
【0018】(3)本実施例では、レバー式変位計9を
用いて、試験片Tの標点間距離を検出したが、試験片T
に歪みゲージを張り付けることよって、試験片Tの歪み
(標点間距離)を検出するようにしてもよい。また、可
動ロッド4aに差動トランスを設けることで、試験片T
の標点間距離を検出してもよい。
【0019】(4)本実施例では、一定である標点間距
離に対し、さらに熱膨脹量に相当する試験片Tの伸びが
加えて得られるように、熱膨脹補正変位発生部17cで
求めた荷重値を付加してアクチュエータ4を制御した
が、はじめに、一定である標点間距離から熱膨脹量を差
し引き、この補正後の標点間距離が、常に一定となるよ
うに、アクチュエータ4を制御して試験片Tに負荷を与
えても、同様の効果が得られる。
【0020】
【発明の効果】本発明の熱疲労試験機は、アクチュエー
タを制御して試験片の標点間距離が一定となるように試
験片に負荷を与える際、所定の標点間距離を基準にし
て、さらに熱膨脹量に相当する伸びを得られるようにア
クチュエータの制御を行うため、熱疲労試験において、
真の負荷を試験片に与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である熱疲労試験機の概略構成
を示す図である。
【図2】熱サイクルに対応する歪み及び荷重値を示す図
である。
【図3】記憶装置に格納する熱膨脹率テーブルを示す図
である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試験片に負荷を与えるアクチュエータ
    と、試験片に加えられた負荷量を検出する荷重検出手段
    と、試験片の標点間距離を測定する変位検出手段と、試
    験片に予め設定した熱サイクルを与える熱サイクル付与
    手段と、この熱サイクルが付与された試験片の標点間距
    離が一定となるように、アクチュエータを制御するアク
    チュエータ定歪制御手段とを備えた熱疲労試験機におい
    て、試験片の熱膨脹量を算出する熱膨脹量算出手段と、
    この熱膨脹量に相当する試験片の変位を前記試験片に付
    与するための熱膨脹補正変位発生手段を前記アクチュエ
    ータ定歪制御手段に併せ備えたことを特徴とする熱疲労
    試験機。
JP26575494A 1994-10-28 1994-10-28 熱疲労試験機 Pending JPH08128936A (ja)

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