JPS6381244A - 疲労試験方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】

この発明は金属材料の繰返し負荷に対する強度評価を行
なう疲労試験における被試験材料が薄い板材である場合
の疲労試験方法に関する。

【従来技術とその問題点】

金属材料に繰返し負荷を与え続けると、その繰返しの負
荷をうけた部位にき裂が発生し、さらにそのき裂は次第
に進展して破壊に到る。これを金属の疲れという、また
金属の疲れは大別すると二つに分類される。すなわち高
サイクル疲れと低サイクル疲れとである。高サイクル疲
れとは材料の弾性範囲の繰返し負荷で、およそ１０，０
００回以上の操返しで破壊する場合をいい、低サイクル
疲れとは材料の塑性範囲の繰返し負荷で、およそ１０，
０００回以下の繰返しで破壊する場合をいう。 以下従来より一般に実施されている疲れ試験方法につい
て説明する。まず金属材料の低サイクル疲れを求める試
験としては、まず第７図に示す一般的な試験片１により
行なうことが知られている。 試験片１の形状寸法は規格化されており、試験部１ａは
試験片１の中央部で直径１０ｍの中実丸棒状に形成され
ている。試験部１ａの試験片軸方向長さを標点距離とい
い、標点距離は１２〜２０鶴である０次に第８図および
第９図により試験機１０および試験機１０に試験片１を
取付けた状態について説明する。 試験機１０には電気油圧サーボ型が多く採用され、試験
機１０は試験片１の両端をつかむ上下に配置された取付
具２ａ、　２ｂと、下側の取付具２ａに連結され、試験
片１に所定の引張、圧縮の繰返し負荷を付与するピスト
ン３と、試験片１の試験部１ａ　（標点間）に取付けら
れ、繰返し負荷による試験片１の標点間の変位を検出す
る変位計４とを備えている。そ。 して、変位計４は前述の標点間の変位を検出すると同時
に、標点間の変位値が一定の繰返し変位となるように試
験機１０を制御する。このとき試験片１はその材質のも
つ弾性範囲を超えて塑性範囲までの繰返し負荷が付与さ
れる。この試験中の試験片１の試験部１ａが受ける荷重
と変位の関係を示したのが第１０図であり、図中の縦軸
が荷重、横軸が変位である。この荷重と変位のループを
ヒステリシスループと称し、ヒステリシスループの縦軸
方向の絶対量を振幅荷重量、横軸方向の絶対量を振幅変
位量という、そして第１１図に試験片１の破断繰返数に
到るまでの振幅荷重量および振幅変位量の変化を示す。 このように疲労試験をして求められた各振幅変位量と破
断繰返数との関係をプロットしなめらがな曲線で結んだ
のが第１２図に示す低サイクル疲労試験曲線であり、縦
軸のひずみ範囲（％）は試験片の振幅変位量を標点間距
離で除した値で単位はパーセントであり、横軸は試験片
１が破断した繰返数である。 ところで低サイクル疲労試験で注意すべき要件は、この
試験が材料の塑性範囲までの繰返しであるために、試験
片１が圧縮時に座屈しないこと、すなわち試験中の試験
片１の軸線が負荷方向に常に平行になっていることであ
る。座屈しないための条件、すなわち試験中の試験片１
の軸線を試験機ｌＯの取付具２ａ、　２ｂの軸線を一致
させつづけるために、試験片１の試験部１ａの断面積が
大きく選ばれ、かつ試験片の標点距離が短くなっている
ことである。そしてこれらの要件と試験中の変位計４の
計測の容易さを勘案したのが第７図に示す試験片１の形
状である。 しかしながら５鶴以下の薄い板材の低サイクル・疲労強
度データを得ようとする場合に、上述したような中実丸
棒膨軟で標点間の直径が５ｍ以下の試験片は加工が困難
で、特に軸芯精度の所定値を確保することは極めて困難
なことである。また試が推奨している低サイクル疲労試
験における試験片の標点間の直径（ｄ）と、標点距ＩＩ
　（Ｇ、　Ｌ）との関係は、標点距離ＧＬは標点間直径
ｄ以上で、かつ標点間直径の２倍（２ｄ）以下としてい
る。すなわちｄ＝５ｍとすると１０鶴＞　Ｑ　Ｌ＞　５
　ｍであることが要求され、これを超えたＯＬでは座屈
の可能性のあることを示唆している。また通常標点距離
点上に取付けられる変位計４はその検出部４ａ、　４ｂ
（第９図）はその構造上標点距離が１０鶴以下では取付
は不可能である。 一方厚さが５鶴以下の薄い材料の低サイクル疲労試験用
試験片としては第１３図に示す゛板状の試験片が考えら
れる。この試験片１１の形状は一触に板材の引張試験に
使用されているものと類似するものであり、この試験片
１１の寸法で標点距離１２．５鶴で低サイクル疲労試験
を実施した結果はひずみ範囲０．７％以上では試験中に
座屈を起こした。低サイクル疲労強度データとして必要
なひずみ範囲はおよそ２％〜０．５％であることを考え
るとこの試験片１１では低サイクル疲労曲線を求めるこ
とができない。

【発明の目的】

この発明の目的は上述に鑑み、薄い板材の低サイクル疲
労強度データを求めるに際してその薄板が試験中に座屈
することなく精度の高い疲労強度曲線の得られる疲労試
験方法を提供することにある。

【発明の要点】

この発明の要点は上述の目的を達成するために、試験に
供される薄い金属板材料により帯状に形成された複数枚
の板材が重ね合せられるとともに試験部を残して一体化
されてなる試験体を、重ね合せ方向に繰返し曲げること
で前記試験体の試験部最外側表裏板材に一定の引張、圧
縮、ひずみ振幅を付与することを可能にし、圧縮時に板
材が座屈しないようにしたことである。

【発明の実施例】

第１図ないし第６図はこの発明による疲労試験方法の一
実施２例を示す図で、第１図および第２図は原理説明図
、第３図は試験体の側面図、正面図、第４図は試験体の
要部断面を示す正面図、第５図は試験体の拡大斜視図、
第６図は試験体の要部断面図である。はじめに第１図お
よび第２図において、断面方形状の金属棒材１２を板厚
方向に曲げ力Ｍを加えたときに、ある断面の板厚方向の
力の分布は図示のようになることは知られている。すな
わち第１図（ａｌに示すように曲げ力Ｍを加えると板厚
方向の表面（図で上側）で最大の圧縮力が、裏面（図で
下側）で最大の引張力となり、板厚の中央では力は零に
なる。なお図中では圧縮力を（＝）記号で、引張力を（
＋）記号で示している。棒材１２を第２図ｆａ）のよう
に同一量で反対方向に曲げ力Ｍを加えると、表面と裏面
とでの力は第１図＋ａｌの場合とは逆のすなわち前述で
は圧縮力（＝）であった表面では引張力（＋）でその絶
対値は同一値となる。 そこで考えられたのが第３図に示す試験体１３で、試験
体１３は帯状の板材１４の複数枚の重ね合せにより厚板
とみなせる一体化をしたものである。この試験体１３に
板厚方向に曲げ力Ｍを、そしてこの曲げ力Ｍは板厚方向
の表裏のいずれか一方の最外側板材１４に引張力と圧縮
力とが交互に加わるようにすることによって、最外側に
ある１枚の板材１４の断面には断面がほぼ一様になる引
張、圧縮の力が交互に加わることになる。すなわち試験
体１３の最外側の１枚の板材１４が、引張、圧縮の繰返
し力を受ける一般の試験片と同等のものとみなせる。そ
して板材１４の厚さｔに対して試験体１３の厚さＴとの
比ｔ／Ｔを小さくするほど板材１４の板厚方向の力の勾
配がなくなり、板材１４の全断面で、およそ均一な力を
うけることになる。 次に第４図により薄板による板材１４の重ね合せによる
試験体１３の低サイクル疲労試験方法について説明する
ｅＦ！い帯状の板材１４を複数枚重ね合せて一体化した
試験体１３を、４点支持して板厚方向に折曲げる。すな
わち試験体１３の４点支持のうち試験体１３の長手方向
の端面に近い両側の２点の支持台１５．１５は試験機３
０の取付台２１台上に固着する。 支持台１５．１５はともに試験体１３と接触する部分が
上下から挟む２個１対のローラ１６．１６を備え、試験
体１３と接触する部分は両者の接触面が最小になるよう
に、また試験体１３を拘束することないように、さらに
試験体１３の板厚方向に加わる上下方向のｔに対しても
支持できるようになっている。また４点支持の前述の支
持台１５．１５の内側に位置する２点の可動支持台１７
．１７は、その試験体１３と接触する部分が、支持台ｔ
ｓ、　ｉｓと同様に２個１対のローラ１Ｂ、　１８によ
って支持するようになっている。 そして可動支持台１７．１７の反支持側は連結片１９を
介して一体化され試験機３０のピストン２２に連結され
ている。この構成により試験体１３には試験８１Ｉ３０
のピストン２２の往復運動によって繰返しの曲げを・与
えることができる。すなわち試験体１３を構成する板材
１４に引張、圧縮の力を与えることができる。 なお板材１４の試験部１４ａは、可動支持台ＩＴ、　１
７の内側であり、４点支持曲げにあっては可動支持台Ｉ
Ｔ、　１７の内側では板材１４のどの断面も同一の力と
なることは知られていることである。 一方低サイクル疲労にあっては一定ひずみの繰返しに対
する破断繰返数を求める必要がある。したがってこの実
施例の低サイクル疲労試験にあっては、試験前に板材１
４の試験部１４ａで、その表面にひずみゲージ２５を貼
付け、さらに試験部１４ａの中央に変位を検出し電気出
力可能な変位検出器２６をセットし、ピストン２２によ
って板材１４に力を加えひずみゲージ２５の出力と変位
出力との関係を求めればよい。 試験にあたっては板材１４に与えたいひずみに相当する
変位量となるように試験機３０のピストン２２をコント
ロールすることはもちろんのこと、試験体１３を第５図
および第６図に示すように薄い板材１４を重ね合せた状
態で一体となるように試験部１４ａを除く試験体１３の
側面を溶接により固着する。さらに溶接に不安が残るよ
うな場合には試験部１４ａ以外でかつローラ１６．１８
と接触しない位置に試験体１３の板厚方向に貫通するり
−マ孔１３ａをあけ、圧入される止め治具２７で固定す
る。 なお以上の実施例では低サイクル疲労試験方法について
言及し述べてきたが、振幅荷重量を一定とする高サイク
ル疲労曲線を求める試験にあっても、その試験材が薄い
板材の引張、圧縮疲労曲線を求める場合にも適用できる
。

【発明の効果】

この発明によれば薄い金属板材料を板厚のまま。 で帯状に形成するとともに複数枚を重ね合せて一体化し
たものを試験体とし、これを板厚方向に繰返し曲げるこ
とで一定の繰返し引張り、圧縮、ひずみ振幅を最外側表
裏板材の試験部に与えることが可能な疲労試験方法の提
供ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図はこの発明による疲労試験方法の一
実施例を示す図で、第１図Ｔａｌ、（ｂ）および第２図
（ａｌ、（ｂｌは原理説明図、第３図！ａ＋、（ｂｌは
試験体の側面図および正面図、第４図は疲労試験機に試
験体をセントした要部断面を示す側面図、第５図は試験
体の斜視図、第６図は試験体の要部断面図、第７図は従
来の低サイクル疲労試験片の側面図、第８図は従来の試
験機の一例の正面図、第９図は第８図の試験片取付状態
を示す拡大図、第１０図は荷重と変位との関係を示す線
図、第１１図は振幅荷重量および振幅変位量と破断繰返
数との関係を示す線図、第１２図は低サイクル疲労曲線
図、第１３図は薄板による低サイクル疲労試験片の一例
の平面図である。 １３：試験片、１４：板材、１４ａ：試験部を第１図 （α）（ｂ） 第２図 第３図 第４図 第６図 第７図　　　　　　第８図 第９図 第１０図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）試験に供される薄い金属板材料により帯状に形成さ
   れた複数枚の板材が重ね合せられるとともに試験部を残
   して一体化されてなる試験体を、重ね合せ方向に繰返し
   曲げることで前記試験体の試験部最外側表裏板材に一定
   の引張、圧縮、ひずみ振幅を付与することを可能にした
   ことを特徴とする疲労試験方法。