JP6914077B2 - Strain gauge for measuring stress intensity factor with crack monitoring function, stress intensity factor calculation method and crack monitoring method - Google Patents
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Description
本発明は、き裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージおよび応力拡大係数算出方法に関し、より詳細には、部材中に発生したき裂(亀裂)の破壊力学パラメータの一つである応力拡大係数を簡易に測定するために煩雑なき裂長さ測定作業を不要となすと共にき裂の進展状況を監視し得るよう設計した専用のひずみゲージおよびその応力拡大係数測定用ひずみゲージを測定対象とするき裂先端部に添着し、応力拡大係数を簡単に且つ精度よく求め得る応力拡大係数算出方法およびき裂監視方法に関する。 The present invention relates to a stress gauge for measuring a stress intensity factor and a method for calculating a stress intensity factor having a crack monitoring function, and more specifically, is one of the fracture mechanics parameters of a crack (crack) generated in a member. A dedicated strain gauge designed to eliminate the need for complicated crack length measurement work to easily measure the stress intensity factor and to monitor the progress of cracks, and a strain gauge for measuring the stress intensity factor are used as measurement targets. The present invention relates to a stress intensity factor calculation method and a crack monitoring method, which are attached to the crack tip and can easily and accurately obtain a stress intensity factor.
従来、機器、構造物に存在するき裂(亀裂)に作用する応力拡大係数(「K値」と呼び、き裂を成長させる原動力となる破壊力学パラメータで、開口モードKIとせん断モードKII、KIIIがある)を求める場合、多くの仮定を用いた計算となり、また、煩雑な計算が必要となる。
このような応力拡大係数測定用ひずみゲージの従来技術として、特開昭63−24103号公報(以下、「特許文献1」という)に開示された技術がある。
この特許文献1に記載された応力拡大係数計測用ひずみゲージは、図15に示すように、紙や合成樹脂等の絶縁物で形成された矩形のシート状をなすベース1の中央には、直径がdの開口2が形成されている。この開口2の中心から半径r1の円周上には、それぞれ半円弧状をなすゲージグリッド3、4が形成され、これらゲージグリッド3、4の両端にはそれぞれリード線5、6が接続されている。同様に、開口2の中心から半径r2の円周上には、それぞれ半円弧状をなすゲージグリッド7、8が形成され、これらゲージグリッド7、8の両端にはそれぞれリード線9、10が接続されている。
ゲージグリッド3、4の測定方向とゲージグリッド7、8の測定方向とが相互に直角をなすように、これらゲージグリッド3、4、7、8のグリッドパターンが設定されている。
Conventionally, equipment, stress intensity factor acting on crack (cracks) that Ki present in the structure (referred to as "K value", in fracture mechanics parameters will drive to grow the crack, opening mode K I and shear mode K II , K III ), the calculation uses many assumptions, and complicated calculation is required.
As a conventional technique of such a strain gauge for measuring a stress intensity factor, there is a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-24103 (hereinafter referred to as "
As shown in FIG. 15, the strain gauge for measuring the stress intensity factor described in
The grid patterns of the
このように構成された特許文献1のひずみゲージは、応力拡大係数を算出するために、煩雑な計算をしなければならず、例えば、前もってき裂長さに対応した表(またはグラフ)を作っておき、この表と測定したき裂長さを使い、計算しなければならない、という難点がある。
上記表と測定したひずみ値を使わなければ、応力拡大係数は、算出できなかった。
他の先行技術として、多数枚のロゼット型ゲージを、き裂回りに貼り付け、測定したひずみ値から応力拡大係数を算出する方法がある。
しかしながら、この多数枚のロゼット型ゲージを添着する厄介さがあると共に、採取したひずみ値のデータ量が多くなり、その処理に多大の労力を必要とするばかりでなく、小型化を図り難いため、小さな領域における測定が困難である、といった問題があった。
このような問題に対処すべく、本件出願人は、求める応力拡大係数の解析式に適合するよう、き裂回りのひずみを検出し得るパターンが形成された専用の小型の応力拡大係数測定用ひずみゲージを特開2015−138020号公報(以下、「特許文献2」という)にて提案した。
上記特許文献2に係る発明は、図16に示す構成となっている。図16に示された応力拡大係数測定用ひずみゲージは、次のような構成よりなる。
The strain gauge of
The stress intensity factor could not be calculated without using the above table and the measured strain values.
As another prior art, there is a method in which a large number of rosette type gauges are attached around the crack and the stress intensity factor is calculated from the measured strain value.
However, it is troublesome to attach this large number of rosette type gauges, and the amount of collected strain value data is large, which requires a lot of labor for processing and is difficult to miniaturize. There was a problem that it was difficult to measure in a small area.
In order to deal with such a problem, the Applicant has formed a dedicated small stress intensity factor measuring strain in which a pattern capable of detecting the strain around the crack is formed so as to match the desired stress intensity factor analysis formula. The gauge has been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-138020 (hereinafter referred to as "
The invention according to
軸中心Oから放射方向に延びる基準軸OXと、前記軸中心Oから半径が異なる第1の円弧部と第2の円弧部と、前記第1、第2の円弧部より所定間隔離れて外側に位置し、前記軸中心Oからの半径が異なる第3の円弧部と第4の円弧部と、前記基準軸OXを対称として所定の角度をもって放射方向に延びる第1および第2の放射軸OR1およびOR2とを仮想したとき、
前記基準軸OXと前記第1および第2の放射軸OR1およびOR2と、前記第1の円弧部と前記第2の円弧部とで囲まれる扇形状の第1および第2の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第1および第2のゲージグリッド部G1およびG2と、
前記基準軸OXと前記第1および第2の放射軸OR1およびOR2と、前記第3の円弧部と前記第4の円弧部とで囲まれる扇形状の第3および第4の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第3および第4のゲージグリッド部G3およびG4と、
前記第1のゲージグリッド部G1の各端に接続された第1の一対の接続端子T1−1、T1−2と、
前記第2のゲージグリッド部G2の各端に接続された第2の一対の接続端子T2−1、T2−2と、
前記第3のゲージグリッド部G3の各端と接続された第3の一対の接続端子T3−1、T3−2と、
前記第4のゲージグリッド部G4の各端と接続された第4の一対の接続端子T4−1、T4−2と、
前記第1および第2のゲージグリッド部G1およびG2並びに前記第3および第4のゲージグリッド部G3およびG4と、前記第1および第2の接続端子T1−1、T1−2およびT2−1、T2−2並びに前記第3および第4の接続端子T3−1、T3−2およびT4−1、T4−2が一体的に添着されてなる絶縁基板BPとからなるひずみゲージであって、
被測定対象物に生じたき裂先端部に前記軸中心Oを合致させると共に前記き裂部の方向と前記基準軸OXとを合致させて前記絶縁基板BPを前記被測定対象物に添着し、前記き裂回りのひずみを測定し、応力拡大係数を算出し得るように構成したものである。
The reference axis OX extending in the radial direction from the axis center O, the first arc portion and the second arc portion having different radii from the axis center O, and the outer side at a predetermined interval from the first and second arc portions. The third arc portion and the fourth arc portion that are located and have different radii from the axis center O, and the first and second radial axes OR1 and that extend in the radial direction at a predetermined angle with the reference axis OX as symmetry. When virtualizing with OR2
Formed in the fan-shaped first and second regions surrounded by the reference axis OX, the first and second radiation axes OR1 and OR2, and the first arc portion and the second arc portion, respectively. The first and second gauge grid portions G1 and G2, which have a sensitive portion in the radial direction,
Formed in the fan-shaped third and fourth regions surrounded by the reference axis OX, the first and second radiation axes OR1 and OR2, and the third arc portion and the fourth arc portion, respectively. The third and fourth gauge grid portions G3 and G4, which have a sensitive portion in the radial direction,
A pair of first connection terminals T1-1 and T1-2 connected to each end of the first gauge grid portion G1 and
A pair of second connection terminals T2-1 and T2-2 connected to each end of the second gauge grid portion G2,
A pair of third connection terminals T3-1 and T3-2 connected to each end of the third gauge grid portion G3, and
A pair of fourth connection terminals T4-1 and T4-2 connected to each end of the fourth gauge grid portion G4, and
The first and second gauge grid portions G1 and G2, the third and fourth gauge grid portions G3 and G4, and the first and second connection terminals T1-1, T1-2 and T2-1, A strain gauge composed of T2-2 and an insulating substrate BP to which the third and fourth connection terminals T3-1, T3-2, T4-1, and T4-2 are integrally attached.
The axis center O is aligned with the crack tip generated in the object to be measured, and the direction of the crack is aligned with the reference axis OX, and the insulating substrate BP is attached to the object to be measured. It is configured so that the strain around the crack can be measured and the stress intensity factor can be calculated.
このように構成された特許文献2によれば、求める応力拡大係数の解析式に適合するよう、き裂回りのひずみを検出し得るパターンが形成された専用の小型の応力拡大係数測定用ひずみゲージを提供することができる。
更に、特許文献2に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いた場合、煩雑なき裂長さ測定作業が不要で、簡易な測定作業で、き裂回りのひずみ値が得られ、得られたひずみ値から、現場で電卓程度の計算で、簡単に且つ制度よく応力拡大係数を求められる応力拡大係数算出方法を提供することができる。
以下に、上記特許文献2に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いた場合の、き裂の発見から対処までの流れを図17〜図19を示し、本発明で改善する課題について説明する。
According to
Further, when the strain gauge for measuring the stress intensity factor according to
Hereinafter, the flow from crack detection to countermeasures when the strain gauge for measuring stress intensity factor according to
(1) き裂の発見
先ず、第1に、定期的な目視検査や過流探傷試験などの非破壊検査によってき裂を発見する。
(2) 拡大応力係数算出
次いで、図16、図17(b)に示すように、発見したき裂の先端に対してひずみゲージの軸中心Oを合致させて被測定対象物に添着する。
(1) Detection of cracks First, first, cracks are detected by non-destructive inspection such as regular visual inspection and overflow flaw detection test.
(2) Calculation of stress intensity factor Next, as shown in FIGS. 16 and 17 (b), the axial center O of the strain gauge is aligned with the tip of the found crack and attached to the object to be measured.
第1〜第4のひずみゲージS1〜S4それぞれを後述する図5(a)〜(d)に示すように、一辺に挿入したホイートストンブリッジ回路BCをひずみ測定器M、例えば、本件出願人の製造・販売に係る動ひずみ測定器EDX−3000Bに接続し、構造物が受ける荷重変化〔図17(a)〕に伴って第1〜第4のゲージグリッド部G1〜G4に相当する第1〜第4のひずみゲージS1〜S4それぞれで検出されるひずみを測定する〔図17(b)〕。測定した4つのひずみを用いて応力拡大係数を算出する〔図17(d)〕。応力拡大係数算出の流れを図17(a)、(b)、(c)、(d)に示す。 As shown in FIGS. 5 (a) to 5 (d), each of the first to fourth strain gauges S1 to S4 will be described later. -The first to first gauge grid portions G1 to G4 corresponding to the first to fourth gauge grid portions G1 to G4 are connected to the dynamic strain measuring instrument EDX-3000B for sale and as the load received by the structure changes [FIG. 17 (a)]. The strain detected by each of the strain gauges S1 to S4 of No. 4 is measured [FIG. 17 (b)]. The stress intensity factor is calculated using the four measured strains [FIG. 17 (d)]. The flow of calculating the stress intensity factor is shown in FIGS. 17 (a), (b), (c), and (d).
(3) き裂進展予測
き裂進展予測には、応力拡大係数の変動幅ΔKを用いる〔図18(a)〕。応力拡大係数の変動幅ΔKと、き裂進展速度の関係は、材料ごとに例えば図18(b)のようにあらわされる。
図18(b)に示すグラフのΔKthは下限界値、ΔKcは上限界値である。ΔK<ΔKthの時、き裂は進展しない。ΔKth<ΔK<ΔKcの時、応力拡大係数の変動幅ΔKの増加に伴いき裂進展速度は増加する。そして、上限界値ΔKcをこえると一気にき裂が進展する。図18(b)に示すように、応力拡大係数の変動幅ΔKと、き裂進展速度の関係を用いることで、ある程度、き裂の進展を予測することができる。
(3) Prediction of crack growth The fluctuation range ΔK of the stress intensity factor is used for the prediction of crack growth [Fig. 18 (a)]. The relationship between the fluctuation range ΔK of the stress intensity factor and the crack growth rate is shown for each material, for example, as shown in FIG. 18 (b).
In the graph shown in FIG. 18B, ΔKth is the lower limit value and ΔKc is the upper limit value. When ΔK <ΔKth, the crack does not grow. When ΔKth <ΔK <ΔKc, the crack growth rate increases as the fluctuation range ΔK of the stress intensity factor increases. Then, when the upper limit value ΔKc is exceeded, the crack grows at once. As shown in FIG. 18B, the crack growth can be predicted to some extent by using the relationship between the fluctuation range ΔK of the stress intensity factor and the crack growth rate.
(4) 健全性評価
上記き裂進展予測結果と、構造物ごとに定められた判定基準から健全性を評価する。一例として、き裂進展予測結果から、き裂の進展に伴う構造物の強度低下を予測し、一定の期間(構造物の耐用年数や、定期検査の間隔などから、決定される期間)経過後の強度低下と、構造物の破壊限界から定めた安全水準を比較することで構造物の健全性を評価する。健全性評価の概略図を図19に示す。
(5) 処置の判断
健全性評価結果と構造物ごとに定められた判定基準からき裂への対処を決定する。以下に判定基準を示す。
1)継続使用(第1の段階):き裂進展予測の結果、構造物の強度低下が構造物ごとに定められた安全水準を満たし、充分に余裕のあるもの。
2)継続的な検査の実施(第2の段階):き裂進展予測の結果、判断基準に定められた一定期間中の構造物の強度低下が安定基準を満たすものの十分に余裕がないもの。
3)補修・取替え(第3の段階):き裂進展予測の結果、構造物の強度低下が構造物ごとに定められた安全水準を満たさない、もしくは判断基準で定められた一定期間内に満たさなくなると予測されるもの。
(4) Soundness evaluation The soundness is evaluated from the above crack growth prediction results and the judgment criteria set for each structure. As an example, the strength decrease of the structure due to the crack growth is predicted from the crack growth prediction result, and after a certain period (the period determined from the useful life of the structure, the interval of periodic inspection, etc.) has elapsed. The soundness of the structure is evaluated by comparing the decrease in strength of the structure with the safety level determined from the fracture limit of the structure. A schematic diagram of the soundness evaluation is shown in FIG.
(5) Judgment of treatment Determine the countermeasures for cracks based on the soundness evaluation results and the judgment criteria set for each structure. The judgment criteria are shown below.
1) Continuous use (first stage): As a result of crack growth prediction, the strength reduction of the structure meets the safety level set for each structure, and there is sufficient margin.
2) Implementation of continuous inspection (second stage): As a result of crack growth prediction, the decrease in strength of the structure during a certain period specified in the judgment criteria meets the stability criteria, but there is not enough margin.
3) Repair / replacement (third stage): As a result of crack growth prediction, the decrease in strength of the structure does not meet the safety level set for each structure, or it is satisfied within a certain period set by the judgment criteria. What is expected to disappear.
(6) 処置の実施
1) については、継続使用を行い、必要に応じて定期検査などのタイミングで適宜検査を行う。
2)継続使用するが、安全性確保のために継続的な検査で、き裂進展の監視を行う。
3)補修・取替えと判断されたき裂は、判定基準に基づいて補修・取替えを行う。
上述したように、特許文献2に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージでも、き裂の進展によってゲージパターンが断線し、き裂の進展をモニタリングできる可能性はある。
(6) Implementation of treatment For 1), continue use and, if necessary, perform appropriate inspections at the timing of regular inspections.
2) Continue to use, but monitor crack growth by continuous inspection to ensure safety.
3) Cracks that are judged to be repaired / replaced will be repaired / replaced based on the criteria.
As described above, even in the strain gauge for measuring the stress intensity factor according to
しかしながら、上述した応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージパターン形状では、パターン断線位置および断線のタイミングを特定することができない、という難点がある。
また、特許文献2に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージにあっては、例えば、き裂が当該ひずみゲージを通過した場合であっても、そのき裂が偶々第1および第2のゲージグリッド部G1およびG2とが隣接する隙間部分並びに第3および第4のゲージグリッド部G3およびG4とが隣接する隙間部分をき裂が通過する場合にあっては、当該ひずみゲージのいずれのグリッド部も切断されないので、あたかも、き裂が生じなかった如くに誤認(誤検出)してしまい、重大な事態が生じることになる。
従って、き裂進展検知に確実性がなく、モニタリングに使用することはできない。
そのため、継続的なモニタリングの為には、例えば、実公平08−8404号公報(以下、「特許文献3」という)に示すようなクラックゲージを同じ位置に別途設置し直さなければならず、設置コストと手間が必要となる。特に、近年老朽化が進み、き裂が多数発見されているインフラ構造物において、これらのコストと手間を削減することは重要な課題である。
However, the gauge pattern shape of the strain gauge for measuring the stress intensity factor described above has a drawback that the pattern disconnection position and the disconnection timing cannot be specified.
Further, in the strain gauge for measuring the stress intensity factor according to
Therefore, there is no certainty in crack growth detection and it cannot be used for monitoring.
Therefore, for continuous monitoring, for example, a crack gauge as shown in Japanese Patent Publication No. 08-8404 (hereinafter referred to as "
また、上記応力拡大係数測定用ひずみゲージにおいては、き裂の進展速度は、予測(推定)に過ぎず、即時補修または交換作業を行うべきか、経過観察による判断でよいかなど疲労き裂の厳密な評価が必ずしも容易でない面があった。
そのため、き裂がそれ程進展していない状態であっても安全性を優先して補修ないしは交換を行う傾向にあった。
このような対応の場合、経済的観点からみると、不経済であるといわざるを得ない。
き裂の進展は、被測定対象物の材質によって著しく相違し、また、被測定対象物に負荷される外力が、周期的にかかるか不規則にかかるかにより大きく変動することになり、その予測は、困難である。
Further, in the strain gauge for measuring the stress intensity factor, the crack growth rate is only a prediction (estimation), and whether immediate repair or replacement work should be performed or judgment by follow-up is sufficient for fatigue cracks. There was an aspect that strict evaluation was not always easy.
Therefore, even if the crack has not progressed so much, there is a tendency to give priority to safety and repair or replace it.
In the case of such a response, it must be said that it is uneconomical from an economic point of view.
The growth of cracks varies significantly depending on the material of the object to be measured, and the external force applied to the object to be measured varies greatly depending on whether it is applied periodically or irregularly. It is difficult.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その第1の目的とするところは、求める応力拡大係数の解析式に適合するよう、き裂回りのひずみを検出し得ると共にき裂の進展を監視し得るパターンが形成された専用の小型のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを提供することにある。
さらに、本発明の第2の目的とするところは、本発明に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いて、煩雑なき裂長さ測定作業が不要で、簡易な測定作業で、き裂回りのひずみ値が得られ、得られたひずみ値から、現場で電卓程度の計算で簡単に且つ精度よく、応力拡大係数を求められると共にき裂を監視し得る応力拡大係数算出方法を提供することにある。
さらに、本発明の第3の目的とするところは、前記応力拡大係数測定用ひずみゲージの問題点に鑑みて、き裂の検出を確実に行い得ると共にき裂の進展状態を的確に把握し得るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and the first object thereof is to be able to detect the strain around the crack and to fit the analysis formula of the stress intensity factor to be obtained. It is an object of the present invention to provide a strain gauge for measuring a stress intensity factor having a dedicated small crack monitoring function in which a pattern capable of monitoring progress is formed.
Further, a second object of the present invention is to use the strain gauge for stress intensity factor measurement according to the present invention, which eliminates the need for complicated crack length measurement work, and is a simple measurement work for strain around the crack. It is an object of the present invention to provide a stress intensity factor calculation method capable of obtaining a stress intensity factor and monitoring a crack from the obtained strain value easily and accurately by a calculation similar to that of a calculator in the field.
Further, a third object of the present invention is that the crack can be reliably detected and the crack progress state can be accurately grasped in view of the problem of the strain gauge for measuring the stress intensity factor. It is an object of the present invention to provide a strain gauge for measuring a stress intensity factor having a crack monitoring function.
さらに、本発明の第4の目的とするところは、被測定対象物の材質が異なっても、また、被測定対象物に負荷される外力が周期的に変化する場合であっても、不規則にかかる場合であっても、き裂の進展状態を的確に把握し得るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを提供することにある。
第5の目的とするところは、応力拡大係数測定用ひずみゲージと、き裂検知パターンとを1つのゲージで行うことを可能として、ひずみゲージとき裂検知パターンとの張替え作業を不要化し、コストの削減を実現し得るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを提供することにある。
Furthermore, a fourth object of the present invention is irregular even if the material of the object to be measured is different or the external force applied to the object to be measured changes periodically. It is an object of the present invention to provide a strain gauge for measuring a stress intensity factor having a crack monitoring function capable of accurately grasping a crack growth state even in such a case.
The fifth purpose is to make it possible to perform the stress intensity factor measurement strain gauge and the crack detection pattern with one gauge, eliminating the need for replacement work between the strain gauge and the crack detection pattern, and reducing costs. It is an object of the present invention to provide a strain gauge for measuring a stress intensity factor having a crack monitoring function capable of achieving reduction.
請求項1に記載した発明に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージは、上述した第1〜第3の目的を達成するために、
軸中心から放射方向に延びる基準軸と、前記軸中心から半径が異なる第1の円弧部と第2の円弧部と前記第1、第2の円弧部より所定間隔離れて外側に位置し、前記軸中心からの半径が異なる第3の円弧部と第4の円弧部と、前記基準軸を対称として所定の角度をもって放射方向に延びる第1および第2の放射軸とを仮想したとき、
前記基準軸と前記第1および第2の放射軸と、前記第1の円弧部と前記第2の円弧部とで囲まれる扇形状の第1および第2の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第1および第2のゲージグリッド部と、
前記基準軸と前記第1および第2の放射軸と、前記第3の円弧部と前記第4の円弧部とで囲まれる扇形状の第3および第4の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第3および第4のゲージグリッド部と、
前記第1のゲージグリッド部の各端に接続された第1の一対の接続端子と、
前記第2のゲージグリッド部の各端に接続された第2の一対の接続端子と、
前記第3のゲージグリッド部の各端と接続された第3の一対の接続端子と、
前記第4のゲージグリッド部の各端と接続された第4の一対の接続端子と、
前記第1の一対の接続端子と前記第1のゲージグリッド部の各端を中継接続する第1の一対の配線パターンと、
前記第2の一対の接続端子と前記第2のゲージグリッド部の各端を中継接続する第2の一対の配線パターンと、
前記第3の一対の接続端子と前記第3のゲージグリッド部の各端を中継接続する第3の一対の配線パターンと、
前記第4の一対の接続端子と前記第4のゲージグリッド部の各端を中継接続する第4の一対の配線パターンと、
前記第1の一対の配線パターンと、前記第2の一対の配線パターンの少なくとも一方の経路中に連接され、前記第1のグリッド部および前記第2のグリッド部の前記第1の円弧部の内側に沿って配設された第1のき裂検知パターンと、
前記第3の一対の配線パターンと、前記第4の一対の配線パターンの少なくとも一方の経路中に連接され、前記第3のグリッド部および前記第4のグリッド部の前記第3の円弧部の内側に沿って形成された第2のき裂検知パターンと、
前記第1および第2のゲージグリッド部と前記第3および第4のケージグリッド部と、前記第1および第2の接続端子と、前記第3および第4の接続端子と、前記第1〜第4の一対の配線パターンと、前記第1および第2のき裂検知パターンと、が一体的に添着されてなる絶縁基板とからなるひずみゲージであって、
被測定対象物に生じたき裂先端部に前記軸中心を合致させると共に前記き裂部の方向と前記基準軸とを合致させて前記絶縁基板を前記被測定対象物に添着し、
前記き裂回りのひずみを測定し、応力拡大係数を算出し得るように構成すると共に、
前記き裂による前記第1および第2のき裂検知パターンの段階的な破断によりき裂の進展を監視し得るように構成したことを特徴としている。
The strain gauge for measuring a stress intensity factor having a crack monitoring function according to the first aspect of the present invention is to achieve the above-mentioned first to third objects.
The reference axis extending in the radial direction from the center of the axis, the first arc portion and the second arc portion having different radii from the center of the axis, and the first and second arc portions located on the outside at a predetermined interval, said. When imagining the third arc portion and the fourth arc portion having different radii from the axis center and the first and second radial axes extending in the radial direction at a predetermined angle with the reference axis as symmetry,
It is formed in the fan-shaped first and second regions surrounded by the reference axis, the first and second radial axes, the first arc portion and the second arc portion, respectively, in the radial direction. The first and second gauge grid parts having a sensation part, and
It is formed in the fan-shaped third and fourth regions surrounded by the reference axis, the first and second radial axes, the third arc portion and the fourth arc portion, respectively, in the radial direction. A third and fourth gauge grid section having a sensation section, and
A pair of connection terminals connected to each end of the first gauge grid portion,
A pair of second connection terminals connected to each end of the second gauge grid portion,
A third pair of connection terminals connected to each end of the third gauge grid portion,
A pair of fourth connection terminals connected to each end of the fourth gauge grid portion,
A pair of wiring patterns for relay-connecting the first pair of connection terminals and each end of the first gauge grid portion, and a pair of wiring patterns.
A second pair of wiring patterns for relay-connecting the second pair of connection terminals and each end of the second gauge grid portion, and a second pair of wiring patterns.
A third pair of wiring patterns for relay-connecting the third pair of connection terminals and each end of the third gauge grid portion, and a third pair of wiring patterns.
A fourth pair of wiring patterns for relay-connecting the fourth pair of connection terminals and each end of the fourth gauge grid portion, and a fourth pair of wiring patterns.
It is connected in at least one path of the first pair of wiring patterns and the second pair of wiring patterns, and is inside the first arc portion of the first grid portion and the second grid portion. The first crack detection pattern arranged along the
It is connected in at least one path of the third pair of wiring patterns and the fourth pair of wiring patterns, and is inside the third arc portion of the third grid portion and the fourth grid portion. The second crack detection pattern formed along the
The first and second gauge grid portions, the third and fourth cage grid portions, the first and second connection terminals, the third and fourth connection terminals, and the first to first cages. A strain gauge composed of an insulating substrate in which a pair of
The center of the axis is aligned with the tip of the crack generated in the object to be measured, and the direction of the crack is aligned with the reference axis, and the insulating substrate is attached to the object to be measured.
It is configured so that the strain around the crack can be measured and the stress intensity factor can be calculated.
It is characterized in that the crack growth can be monitored by the stepwise breaking of the first and second crack detection patterns due to the crack.
請求項2に記載した発明に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージは、前記第1のき裂検知パターンが、前記第2の一対の接続端子と前記第2のゲージグリッド部の各端との間に連接されていることを特徴としている。
請求項3に記載した発明に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージは、前記第2のき裂検知パターンが、前記第3の一対の接続端子と前記第3のゲージグリッド部の各端との間に連接されていることを特徴としている。
請求項4に記載した発明に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージは、前記第1〜第4の一対の接続端子が、前記第1〜第4のゲージグリッド部の各々の一端に一対一の関係でそれぞれ接続されていることを特徴としている。
請求項5に記載した発明に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージは、前記第3の一対の接続端子の一方と、前記第1の一対の接続端子の一方とは、共通使用され、
前記第4の一対の接続端子の一方と前記第2の一対の接続端子の一方とは共通使用されることを特徴としている。
The strain gauge for measuring a stress intensity factor according to the invention according to
The strain gauge for measuring a stress intensity factor according to the invention according to
In the strain gauge for measuring stress intensity factor having the crack monitoring function according to the fourth aspect of the present invention, the pair of first to fourth connection terminals are connected to each of the first to fourth gauge grid portions. It is characterized in that it is connected to one end of each of them in a one-to-one relationship.
In the strain gauge for measuring stress intensity factor having the crack monitoring function according to the fifth aspect of the present invention, one of the third pair of connection terminals and one of the first pair of connection terminals are Commonly used,
One of the fourth pair of connection terminals and one of the second pair of connection terminals are commonly used.
請求項6に記載した発明に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージは、前記基準軸と前記第1の放射軸および前記基準軸と前記第2の放射軸とがなす角度を、それぞれ90°となしたことを特徴としている。
請求項7に記載した発明に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージは、前記請求項1のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージの第1のゲージグリッド部〜前記第4のゲージグリッド部に相当する前記第1〜第4のひずみゲージのうち、前記第1および前記第2のき裂検知パターンが連接された2つのひずみゲージと他の2つのひずみゲージを前記第1〜第4の各一対の接続端子を介して、それぞれ一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗を回路挿入して4つのホイートストンブリッジ回路を形成し、前記4つのホイートストンブリッジ回路の入力端にそれぞれブリッジ電圧を印加し、それぞれの出力端に生ずる出力電圧をひずみ測定器で測定した前記第1〜第4のひずみゲージのひずみ値を、所定の演算式に代入することでせん断モードにおける応力拡大係数を測定し得ると共にき裂の進展を監視し得るように構成したことを特徴としている。
The strain gauge for measuring a stress intensity factor according to the invention according to
The strain gauge for measuring the stress expansion coefficient according to the invention according to
請求項8に記載した発明に係る応力拡大係数算出方法は、前記請求項1に記載のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージにおいて、前記第1および第2のひずみゲージのうち、一方のひずみゲージを前記き裂検知パターンを介して且つ他方のひずみゲージを直接一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗を回路挿入して2つのホイートストンブリッジ回路を形成し、
前記ホイートストンブリッジ回路の各入力端にブリッジ電圧を印加したとき、各出力端から出力される電圧をひずみ測定器で測定したときの前記第1のゲージグリッド部で測定されたひずみをεG1、前記第2のゲージグリッド部で測定されたひずみをεG2、せん断モードの材料定数をJ1、前記第1および第2のゲージグリッドの第1の形状定数をQ1として、せん断モードの応力拡大係数KIIが、
下記の条件式(1):
The stress intensity factor calculation method according to the invention according to
When a bridge voltage is applied to each input end of the Wheatstone bridge circuit, the strain measured by the first gauge grid unit when the voltage output from each output end is measured by a strain measuring instrument is ε G1 , the above. The strain measured by the second gauge grid is ε G2 , the material constant in shear mode is J 1, and the first shape constant of the first and second gauge grids is Q 1 , and the stress expansion coefficient in shear mode is K II ,
The following conditional expression (1):
を満足することを特徴としている。
但し、前記せん断モードの材料定数J1は、縦弾性係数をE、ポアッソン比をνとして、下記条件式(2)で与えられる定数であり、
It is characterized by satisfying.
However, the material constant J 1 in the shear mode is a constant given by the following conditional expression (2), where E is the Young's modulus and ν is the Poisson ratio.
また、ゲージグリッド部の第1の形状定数Q1は、ゲージグリッド部の形状で決まる定数であり、
前記第1および第2の円弧部の半径をr1およびr2として、
下記条件式(3)で与えられる定数である。
Further, the first shape constants to Q 1 gauge grid portion is a constant determined by the shape of the gauge grid portion,
Let the radii of the first and second arcs be r 1 and r 2 ,
It is a constant given by the following conditional expression (3).
請求項9に記載した発明に係る応力拡大係数算出方法は、前記請求項1に記載のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージにおける前記第1〜第4のゲージグリッド部に相当する第1〜第4のひずみゲージのうち、前記第1および前記第2のき裂検知パターンが連接された2つのひずみゲージと他の2つのひずみゲージを前記第1〜第4の各一対の接続端子を介して、それぞれ一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗を回路挿入して4つのホイートストンブリッジ回路を形成し、
前記ホイートストンブリッジ回路の各入力端にブリッジ電圧を印加したとき、各出力端から出力される電圧をひずみ測定器で測定したときの前記第1のゲージグリッド部で測定されたひずみをεG1、前記第2のゲージグリッド部で測定されたひずみをεG2、前記第3のゲージグリッド部で測定されたひずみをεG3、前記第4のゲージグリッド部で測定されたひずみをεG4、せん断モードの材料定数をJ1、前記第1および第2のゲージグリッドの第1の形状定数をQ1、前記第3および第4のゲージグリッド部の第2の形状定数をQ2として、せん断モードの応力拡大係数KIIが、
下記の条件式(4):
The stress intensity factor calculation method according to the invention according to
When a bridge voltage is applied to each input end of the Wheatstone bridge circuit, the strain measured by the first gauge grid unit when the voltage output from each output end is measured by a strain measuring device is ε G1 , the above. The strain measured by the second gauge grid section is ε G2 , the strain measured by the third gauge grid section is ε G3 , the strain measured by the fourth gauge grid section is ε G4 , and the shear mode. Strain in shear mode, where J 1 is the material constant, Q 1 is the first shape constant of the first and second gauge grids, and Q 2 is the second shape constant of the third and fourth gauge grids. The magnification factor K II is
The following conditional expression (4):
を満足することを特徴としている。
但し、前記せん断モードの材料定数J1は、縦弾性係数をE、ポアッソン比をνとして、下記条件式(2)で与えられる定数であり、
It is characterized by satisfying.
However, the material constant J 1 in the shear mode is a constant given by the following conditional expression (2), where E is the Young's modulus and ν is the Poisson ratio.
また、ゲージグリッド部の第1の形状定数Q1は、ゲージグリッド部の形状で決まる定数であり、
前記第1および第2の円弧部の半径をr1およびr2として、
下記条件式(3)で与えられる定数であり、
Further, the first shape constants to Q 1 gauge grid portion is a constant determined by the shape of the gauge grid portion,
Let the radii of the first and second arcs be r 1 and r 2 ,
It is a constant given by the following conditional expression (3).
さらに、ゲージグリッド部の第2の形状定数Q2は、前記第3および第4の円弧部の半径をr3およびr4として、下記条件式(5)で与えられる定数である。 Further, the second shape constants Q 2 gauge grid portion, the radius of the third and fourth arcuate section as r 3 and r 4, which is a constant given by the following conditional expression (5).
請求項10に記載した発明に係る応力拡大係数算出方法は、
前記請求項1に記載のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージにおける前記第1〜第4のゲージグリッド部に相当する第1〜第4のひずみゲージのうち、前記第1および前記第2のき裂検知パターンが連接された2つのひずみゲージと他の2つのひずみゲージを前記第1〜第4の各一対の接続端子を介して、それぞれ一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗を回路挿入して4組のホイートストンブリッジを形成し、
各前記ホイートストンブリッジの入力端にブリッジ電圧を印加したとき、出力端から出力される電圧をひずみ測定器で測定したときの前記第1〜前記第4のゲージグリッド部で測定されたひずみをεG1〜εG4、開口モードの材料定数をF1、前記ゲージグリッドの第1および第2の形状定数をQ1およびQ2として、開口モードの応力拡大係数KIが、
下記の条件式(6):
The method for calculating the stress intensity factor according to the invention according to
Of the first to fourth strain gauges corresponding to the first to fourth gauge grid portions in the strain gauge for measuring stress intensity factor having the crack monitoring function according to
When a bridge voltage is applied to the input end of each Wheatstone bridge, the strain measured by the first to fourth gauge grids when the voltage output from the output end is measured by a strain measuring device is ε G1. ~ε G4, F 1 the material constant of the opening mode, the first and second shape constant of the gage grid as Q 1 and Q 2, the stress intensity factor K I of the opening mode,
The following conditional expression (6):
を満足することを特徴としている。
但し、前記開口モードの材料定数F1は、縦弾性係数をE、ポアッソン比をνとして、下記条件式(7)で与えられる定数であり、
It is characterized by satisfying.
However, the material constant F 1 in the opening mode is a constant given by the following conditional expression (7), where E is the Young's modulus and ν is the Poisson ratio.
また、ゲージグリッド部の第1の形状定数Q1は、ゲージグリッド部の形状で決まる定数であり、
前記第1および第2の円弧部の半径をr1およびr2として、
前記条件式(3)で与えられる定数であり、
前記第3および第4の円弧部の半径をr3およびr4として、前記条件式(5)で与えられる定数である。
請求項11に記載した発明に係るき裂の監視方法は、前記第1〜第4のひずみゲージの前記第1〜第4のひずみゲージのうち、前記第1および第2のき裂検知パターンが連接された2つのひずみゲージと他の2つのひずみゲージを、前記第1〜第4の各一対の接続端子を介して、それぞれ一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗を回路挿入して、4つのホイートストンブリッジ回路を形成し、
前記4つのホイートストンブリッジ回路の入力端にそれぞれブリッジ電圧を印加し、それぞれの出力端に生ずる出力電圧を前記ひずみ測定器で測定した前記第1〜第4のひずみゲージのひずみ値を測定中にき裂が進展し、前記4つのホイートストンブリッジ回路に接続された第1の検知回路に接続された前記第1の検知パターンおよび前記第2のき裂検知パターンがそれぞれ破断した時点で、第1の異常出力および第2の異常出力を生じさせ、測定開始時点から、前記第1の異常出力および前記第2の異常出力の発生時点までの各時間間隔に基づき、き裂進展状態を求めて構造物の健全性評価に供し得るようにしたことを特徴としている。
Further, the first shape constants to Q 1 gauge grid portion is a constant determined by the shape of the gauge grid portion,
Let the radii of the first and second arcs be r 1 and r 2 ,
It is a constant given by the conditional expression (3).
It is a constant given by the conditional expression (5), where the radii of the third and fourth arc portions are r 3 and r 4.
In the crack monitoring method according to the invention according to claim 11, among the first to fourth strain gauges of the first to fourth strain gauges, the first and second crack detection patterns are used. The two connected strain gauges and the other two strain gauges are circuit-inserted on one side via each pair of the first to fourth connection terminals, and fixed resistors are circuit-inserted on the other three sides. To form four Wheatstone bridge circuits,
A bridge voltage is applied to each of the input ends of the four Wheatstone bridge circuits, and the output voltage generated at each output end is measured by the strain measuring instrument. The strain values of the first to fourth strain gauges are being measured. When the crack progresses and the first detection pattern and the second crack detection pattern connected to the first detection circuit connected to the four Wheatstone bridge circuits are broken, the first abnormality occurs. An output and a second abnormal output are generated, and the crack growth state is obtained based on each time interval from the start of measurement to the occurrence of the first abnormal output and the second abnormal output of the structure. It is characterized by being able to be used for soundness evaluation.
請求項12に記載した発明に係るき裂の監視方法は、前記構造物の健全性評価は、継続的使用が可能か否か、構造物の補修・交替に緊急性を有するか否かを個別的に評価を行い得るものであることを特徴としている。
In the crack monitoring method according to the invention according to
本発明によれば、求める応力拡大係数の解析式に適合するよう、き裂回りのひずみを検出し得ると共に、き裂の進展を的確に監視し得るパターンが形成された専用の小型のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを提供することができる。
また、本発明によれば、き裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いて、煩雑なき裂長さ測定作業が不要で、簡易な測定作業で、き裂回りのひずみ値が得られ、得られたひずみ値から、現場で電卓程度の計算で、簡単に且つ精度よく応力拡大係数算出方法を提供することができると共に、き裂の進展状態を的確に把握し得る応力拡大係数算出方法を提供することができる。
また、本発明によれば、測定対象物の材質が異なっても、また、被測定対象物に負荷される外力が周期的に変化する場合であっても、不規則にかかる場合でも、き裂の進展状態を正確に把握することが可能であり、例えば、健全性の評価において、安全に継続使用が可能な第1の段階にあるのか緊急に補修・取替えが必要な第3の段階にあるのか、上記2つの段階の間の第2の段階にあって、取替えの必要性を的確に把握し得るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを提供することができる。
According to the present invention, a dedicated small crack having a pattern formed so that the strain around the crack can be detected and the crack growth can be accurately monitored so as to match the analysis formula of the stress intensity factor to be obtained. It is possible to provide a strain gauge for measuring a stress intensity factor having a monitoring function.
Further, according to the present invention, by using a strain gauge for measuring stress intensity factor having a crack monitoring function, a complicated crack length measurement work is not required, and a strain value around the crack can be obtained by a simple measurement work. From the obtained strain values, it is possible to provide a stress intensity factor calculation method easily and accurately with a calculation similar to that of a calculator in the field, and to calculate the stress intensity factor that can accurately grasp the crack growth state. A method can be provided.
Further, according to the present invention, even if the material of the object to be measured is different, the external force applied to the object to be measured changes periodically, or even if it is applied irregularly, the crack is cracked. It is possible to accurately grasp the progress of In the second stage between the above two stages, it is possible to provide a strain gauge for measuring the stress intensity factor having a crack monitoring function capable of accurately grasping the necessity of replacement.
また、本発明によれば、応力拡大係数測定用ひずみゲージと、き裂検知パターンとを1つのゲージで行うことを可能として、ひずみゲージをき裂検知パターンに張替える作業を不要化し、コストの削減を実現し得るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを提供することができる。 Further, according to the present invention, the strain gauge for measuring the stress intensity factor and the crack detection pattern can be performed by one gauge, eliminating the work of replacing the strain gauge with the crack detection pattern and reducing the cost. It is possible to provide a strain gauge for measuring a stress intensity factor having a crack monitoring function that can realize reduction.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施の形態は、特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また、実施の形態の中で説明されている各特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention within the scope of the claims, and each feature described in the embodiments. Not all combinations of are essential for the solution of the present invention.
〔第1の実施の形態および第2の実施の形態〕
図1は、本発明の第1の実施の形態および第2の実施の形態に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドのパターンおよびき裂検知パターンの概略の配置を模式的に示す平面図である。
図2は、第1の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージの基本的な一部のゲージグリッドおよびき裂検知のパターンの配置を模式的に示す平面図である。
図3は、本発明の第1の実施の形態に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッド、き裂検知パターンおよび各接続端子のパターンの形状並びに配列関係を詳細に示す拡大平面図である。
図4は、本発明の第2の実施の形態に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッド、き裂検知パターンおよび接続端子のパターンの形状並びに配置関係を示す拡大平面図である。
図5は、本発明に係る応力拡大係数算出方法を用いて、各ゲージグリッド(ひずみゲージ)毎にひずみ測定を行う場合の回路図を示し、図5(a)〜図5(d)は、第1〜第4のゲージグリッド部G1〜G4で検出されるひずみをそれぞれ測定する場合の回路図である。
[First Embodiment and Second Embodiment]
FIG. 1 shows a schematic arrangement of a gauge grid pattern and a crack detection pattern of a strain gauge for measuring a stress intensity factor having a crack monitoring function according to the first embodiment and the second embodiment of the present invention. Is a plan view schematically showing.
FIG. 2 is a plan view schematically showing the arrangement of a part of the basic gauge grid and the crack detection pattern of the strain gauge for measuring the stress intensity factor according to the first embodiment.
FIG. 3 details the shape and arrangement of the gauge grid, the crack detection pattern, and the pattern of each connection terminal of the strain gauge for measuring the stress intensity factor having the crack monitoring function according to the first embodiment of the present invention. It is an enlarged plan view shown in.
FIG. 4 is an enlargement showing the shape and arrangement relationship of the gauge grid, the crack detection pattern, and the pattern of the connection terminal of the strain gauge for measuring the stress intensity factor having the crack monitoring function according to the second embodiment of the present invention. It is a plan view.
FIG. 5 shows a circuit diagram when strain measurement is performed for each gauge grid (strain gauge) using the stress intensity factor calculation method according to the present invention, and FIGS. 5 (a) to 5 (d) show. It is a circuit diagram at the time of measuring the strain detected by each of the 1st to 4th gauge grid sections G1 to G4.
先ず、図2を参照して本発明の第1の実施の形態の基本となる部分(以下、「基本形態」という)の応力拡大係数測定用ひずみゲージを詳細に説明する。
本発明の基本形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージは、図2に示すように、
軸中心Oから放射方向に延びる基準軸OXと、前記軸中心Oからの半径r1およびr2が異なる第1の円弧部C1と第2の円弧部C2と、前記基準軸OXを対称として所定の角度(この例においては90°)をもって放射方向に延びる第1および第2の放射軸OR1およびOR2とを仮想したとき、
前記基準軸OXと前記第1および第2の放射軸OR1およびOR2と前記第1の円弧部C1と前記第2の円弧部C2とで囲まれる扇形状の第1および第2の領域内に形成され放射方向に受感部を有する第1および第2のゲージグリッド部G1およびG2と、を有する。
First, with reference to FIG. 2, a strain gauge for measuring a stress intensity factor of a basic portion (hereinafter, referred to as “basic embodiment”) of the first embodiment of the present invention will be described in detail.
As shown in FIG. 2, the strain gauge for measuring the stress intensity factor according to the basic embodiment of the present invention is
A reference axis OX extending in the radial direction from the axis center O, a first arc portion C1 and a second arc portion C2 having different radii r 1 and r 2 from the axis center O, and the reference axis OX are defined as symmetrical. When imagining the first and second radial axes OR1 and OR2 extending in the radial direction with an angle of (90 ° in this example),
Formed in the fan-shaped first and second regions surrounded by the reference axis OX, the first and second radial axes OR1 and OR2, the first arc portion C1 and the second arc portion C2. It has first and second gauge grid portions G1 and G2 having a sensitive portion in the radial direction.
また、上記第1のゲージグリッド部G1および第2のゲージグリッドG2の第1の円弧部C1の内側近傍に沿って配設された第1のき裂検知パターンL1を有する。
さらに、図3に示すように、基本形態は、前記第1のゲージグリッド部G1の各端に接続された第1の一対の接続端子T1−1、T1−2と、
前記第2のゲージグリッド部G2の各端に接続された第2の一対の接続端子T2−1、T2−2と、
前記第1および第2のゲージグリッド部G1およびG2と前記第1および第2の接続端子T1−1、T1−2およびT2−1、T2−2並びに第1のき裂検知パターンL1が一体的に添着されてなる絶縁基板BPとからなる基本形態の第1および第2のひずみゲージS1およびS2が完成する。
Further, it has a first crack detection pattern L1 arranged along the inner vicinity of the first arc portion C1 of the first gauge grid portion G1 and the second gauge grid G2.
Further, as shown in FIG. 3, the basic embodiment includes a pair of connection terminals T1-1 and T1-2 connected to each end of the first gauge grid portion G1.
A pair of second connection terminals T2-1 and T2-2 connected to each end of the second gauge grid portion G2,
The first and second gauge grid portions G1 and G2, the first and second connection terminals T1-1, T1-2 and T2-1, T2-2, and the first crack detection pattern L1 are integrated. The first and second strain gauges S1 and S2 in the basic form, which are composed of the insulating substrate BP attached to the above, are completed.
図2に示すように、被測定対象物に生じたき裂先端部に前記軸中心Oを合致させると共に前記き裂部の方向と前記基準軸OXとを合致させて前記絶縁基板BPを前記被測定対象物に添着し、前記き裂回りのひずみε1、ε2を測定し、応力拡大係数を算出し得ると共に、第1のき裂検知パターンL1の破断によりき裂の進展を監視し得るように構成されている。
また、本発明に係る第1の実施の形態のき裂監視機能を有する応力拡大係数測定用ひずみゲージは、図1および図3に示すように、軸中心Oから放射方向に延びる基準軸OXと、前記軸中心Oから半径r1およびr2が異なる第1の円弧部C1と第2の円弧部C2と前記第1、第2の円弧部C1、C2より所定間隔離れて外側に位置し、前記軸中心Oからの半径r3およびr4が異なる第3の円弧部C3と第4の円弧部C4と、前記基準軸OXを対称として所定の角度をもって放射方向に延びる第1および第2の放射軸OR1およびOR2とを仮想したとき、
前記基準軸OXと前記第1および第2の放射軸OR1およびOR2と、前記第1の円弧部C1と前記第2の円弧部C2とで囲まれる扇形状の第1および第2の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第1および第2のゲージグリッド部G1およびG2と、
前記基準軸OXと前記第1および第2の放射軸OR1およびOR2と、前記第3の円弧部C3と前記第4の円弧部C4とで囲まれる扇形状の第3および第4の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第3および第4のゲージグリッド部G3およびG4とが形成されている。
As shown in FIG. 2, the axis center O is matched with the crack tip portion generated in the object to be measured, and the direction of the crack portion is matched with the reference shaft OX to measure the insulating substrate BP. It can be attached to the object, the strains ε 1 and ε 2 around the crack can be measured, the stress intensity factor can be calculated, and the crack growth can be monitored by the fracture of the first crack detection pattern L1. It is configured in.
Further, as shown in FIGS. 1 and 3, the stress gauge for measuring the stress intensity factor having the crack monitoring function of the first embodiment according to the present invention includes a reference axis OX extending in the radial direction from the axis center O. , located outside from said axis center O radius r 1 and r 2 are different first arcuate portion C1 and the first and second arcuate portions C2, apart a predetermined distance from the second arcuate section C1, C2, The third arc portion C3 and the fourth arc portion C4 having different radii r 3 and r 4 from the axis center O, and the first and second arc portions C4 extending in the radial direction at a predetermined angle with the reference axis OX as symmetry. When the radial axes OR1 and OR2 are virtualized
Within the fan-shaped first and second regions surrounded by the reference axis OX, the first and second radiation axes OR1 and OR2, the first arc portion C1 and the second arc portion C2. The first and second gauge grid portions G1 and G2, which are formed and have a sensitive portion in the radial direction, respectively,
Within the fan-shaped third and fourth regions surrounded by the reference axis OX, the first and second radial axes OR1 and OR2, the third arc portion C3, and the fourth arc portion C4. Third and fourth gauge grid portions G3 and G4, which are formed and have sensitive portions in the radial direction, are formed.
さらに、図3に示すように、上記第1〜第4のゲージグリッド部G1〜G4には、それぞれ接続端子が接続されている。
即ち、前記第1のゲージグリッド部G1の各端に接続された第1の一対の接続端子T1−1、T1−2と、
前記第2のゲージグリッド部G2の各端に接続された第2の一対の接続端子T2−1、T2−2と、
前記第3のゲージグリッド部G3の各端と接続された第3の一対の接続端子T3−1、T3−2と、
前記第4のゲージグリッド部G4の各端と接続された第4の一対の接続端子T4−1、T4−2とが、それぞれ接続されている。
Further, as shown in FIG. 3, connection terminals are connected to the first to fourth gauge grid portions G1 to G4, respectively.
That is, the first pair of connection terminals T1-1 and T1-2 connected to each end of the first gauge grid portion G1 and
A pair of second connection terminals T2-1 and T2-2 connected to each end of the second gauge grid portion G2,
A pair of third connection terminals T3-1 and T3-2 connected to each end of the third gauge grid portion G3, and
The fourth pair of connection terminals T4-1 and T4-2 connected to each end of the fourth gauge grid portion G4 are connected, respectively.
さらに、第1の一対の接続端子T1−1、T1−2と前記第1のゲージグリッド部G1の各端を中継接続する第1の一対の配線パターンと、
第2の一対の接続端子T2−1、T2−2と前記第2のゲージグリッド部G2の各端を中継接続する第2の一対の配線パターンと、
第3の一対の接続端子T3−1、T3−2と前記第3のゲージグリッド部G3の各端を中継接続する第3の一対の配線パターンと、
第4の一対の接続端子T4−1、T4−2と前記第4のゲージグリッド部G4の各端を中継接続する第4の一対の配線パターンと、がそれぞれ形成されている。
前記第1の一対の配線パターンと、前記第2の一対の配線パターンの少なくとも一方(この場合、第2の配線パターン)の経路中に連接され、前記第1のゲージグリッド部G1および前記第2のゲージグリッド部G2の前記第1の円弧部C1の内側近傍に沿って配設された第1のき裂検知パターンL1と、
前記第3の一対の配線パターンと、前記第4の一対の配線パターンの少なくとも一方(この場合、第3の配線パターン)の経路中に連接され、前記第3のゲージグリッド部G3および前記第4のゲージグリッド部G4の前記第3の円弧部C3の内側近傍に沿って形成された第2のき裂検知パターンL2と、がそれぞれ形成されている。
Further, a first pair of wiring patterns for relay-connecting the first pair of connection terminals T1-1 and T1-2 and each end of the first gauge grid portion G1 and a pair of wiring patterns.
A second pair of wiring patterns for relay-connecting the second pair of connection terminals T2-1 and T2-2 and each end of the second gauge grid portion G2, and a pair of wiring patterns.
A third pair of wiring patterns for relay-connecting the third pair of connection terminals T3-1 and T3-2 and each end of the third gauge grid portion G3, and a third pair of wiring patterns.
A fourth pair of connection terminals T4-1 and T4-2 and a fourth pair of wiring patterns for relay-connecting each end of the fourth gauge grid portion G4 are formed.
The first pair of wiring patterns and at least one of the second pair of wiring patterns (in this case, the second wiring pattern) are connected to each other in the path of the first gauge grid portion G1 and the second wiring pattern. A first crack detection pattern L1 arranged along the inner vicinity of the first arc portion C1 of the gauge grid portion G2 of the above.
The third pair of wiring patterns and at least one of the fourth pair of wiring patterns (in this case, the third wiring pattern) are connected to each other in the path of the third gauge grid portion G3 and the fourth. A second crack detection pattern L2 formed along the inner vicinity of the third arc portion C3 of the gauge grid portion G4 of the above is formed.
前記第1および第2のゲージグリッド部G1およびG2と前記第3および第4のケージグリッド部G3およびG4と、前記第1および第2の接続端子T1−1、T1−2およびT2−1、T2−2と、前記第3および第4の接続端子T3−1、T3−2およびT4−1、T4−2と、前記第1〜第4の一対の配線パターンと、前記第1および第2のき裂検知パターンL1およびL2と、が一体的に添着されてなる絶縁基板BPとからなるひずみゲージであって、
被測定対象物に生じたき裂先端部に前記軸中心Oを合致させると共に前記き裂部の方向と前記基準軸OXとを合致させて前記絶縁基板BPを前記被測定対象物に添着し、
前記き裂回りのひずみを測定し、応力拡大係数を算出し得るように構成すると共に、
前記き裂による前記第1および第2のき裂検知パターンL1およびL2の段階的な破断によりき裂の進展を監視し得るように構成したことを特徴としている(請求項1に対応する)。
The first and second gauge grid portions G1 and G2, the third and fourth cage grid portions G3 and G4, and the first and second connection terminals T1-1, T1-2 and T2-1, T2-2, the third and fourth connection terminals T3-1, T3-2 and T4-1, T4-2, the first to fourth pair of wiring patterns, and the first and second A strain gauge composed of an insulating substrate BP in which crack detection patterns L1 and L2 are integrally attached.
The axis center O is aligned with the crack tip generated in the object to be measured, and the direction of the crack is aligned with the reference axis OX, and the insulating substrate BP is attached to the object to be measured.
It is configured so that the strain around the crack can be measured and the stress intensity factor can be calculated.
It is characterized in that the crack growth can be monitored by the stepwise fracture of the first and second crack detection patterns L1 and L2 due to the crack (corresponding to claim 1).
第1の実施の形態においては、第1のき裂検知パターンL1は、第2の接続端子2−1と第2のゲージグリッド部G2の一端との間に連接されている(請求項2に対応する)。
本発明の応力拡大係数測定用ひずみゲージは、その基本構成として、図2に示すように、き裂先端部を中心にして90°に展開した扇型の領域内に、放射方向に展開された受感部を備える例を示している。この構成により、上記中心Oから放射方向に生ずるひずみを測定するものであるが、必ずしも90°に限定されるものではない。
図3は、本発明の第1の実施の形態に係るより具体的な応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドを含む平面図である。応力拡大係数の測定時には、使用者が、このひずみゲージを、その軸中心Oを、き裂先端部に合致させ、かつ基準軸OXがき裂の延長方向となるようにして貼り付ける。
In the first embodiment, the first crack detection pattern L1 is connected between the second connection terminal 2-1 and one end of the second gauge grid portion G2 (claim 2). handle).
As its basic configuration, the strain gauge for measuring the stress intensity factor of the present invention is developed in the radial direction in a fan-shaped region developed at 90 ° around the crack tip as shown in FIG. An example of providing a sensation part is shown. With this configuration, the strain generated in the radial direction from the center O is measured, but it is not necessarily limited to 90 °.
FIG. 3 is a plan view including a gauge grid of a strain gauge for measuring a stress intensity factor, which is more specific according to the first embodiment of the present invention. When measuring the stress intensity factor, the user attaches this strain gauge so that its axis center O is aligned with the crack tip and the reference axis OX is in the crack extension direction.
本発明の第1の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドG1〜G4は、図3に詳しく示されているように、上記き裂先端部を中心として放射方向に生ずるひずみを測定するための上記第1の領域内に第1のゲージグリッド部G1を備え、上記第2の領域内に第2のゲージグリッド部G2を備え、上記第3の領域内に第3のゲージグリッド部G3を備え、上記第4の領域内に第4のゲージグリッド部G4を備える。このゲージグリッド部G1、G2、G3、G4は、上記のき裂先端部を中心としてそれぞれ放射方向に展開された受感部を備える。図3では、この受感部の構造として放射方向に延び、且つ第1と第2の円弧部C1とC2、第3と第4の円弧部C3とC4の各近傍で順次複数の折り返しを有する線状の受感素子を配置している。本発明の受感部の構造は、上記き裂先端部を中心として放射方向に生ずるひずみを受感できさえすれば良く、従って、図3に示すものに限られるものではない。第1のゲージグリッド部G1の上記線状の受感素子の一端は、第1の配線パターンの一方を介して一方の第1の接続端子T1−1に接続され、他の一端は、第1の配線パターンの他方を介して他方の第1の接続端子T1−2に接続されている。 As shown in detail in FIG. 3, the gauge grids G1 to G4 of the strain gauge for measuring the stress intensity factor according to the first embodiment of the present invention are strains generated in the radial direction centering on the crack tip. A first gauge grid portion G1 is provided in the first region, a second gauge grid portion G2 is provided in the second region, and a third gauge is provided in the third region. A grid portion G3 is provided, and a fourth gauge grid portion G4 is provided in the fourth region. The gauge grid portions G1, G2, G3, and G4 each include a sensitive portion developed in the radial direction around the crack tip portion. In FIG. 3, the structure of the sensitive portion extends in the radial direction and has a plurality of folds sequentially in the vicinity of the first and second arc portions C1 and C2 and the third and fourth arc portions C3 and C4. A linear sensation element is arranged. The structure of the sensitive portion of the present invention is not limited to that shown in FIG. 3, as long as it can sense the strain generated in the radial direction centering on the crack tip portion. One end of the linear sensation element of the first gauge grid portion G1 is connected to one first connection terminal T1-1 via one of the first wiring patterns, and the other end is connected to the first connection terminal T1-1. It is connected to the other first connection terminal T1-2 via the other of the wiring pattern of.
第2のゲージグリッド部G2の線状の受感素子の一端は、第2の配線パターンの一方と第1のき裂検知パターンL1を介して一方の第2の接続端子T2−1に、他の一端は、第2の配線パターンの他方を介して他方の第2の接続端子T2−2に、第3のゲージグリッド部G3の線状の受感素子の一端は、第3の配線パターンの一方を介して一方の第3の接続端子T3−1に、他の一端は、第3の配線パターンの他方と第2のき裂検知パターンL2を介して他方の第3の接続端子T3−2に、第4のゲージグリッド部G4の線状の受感素子の一端は、第4の配線パターンの一方を介して一方の第4の接続端子T4−1に、他の一端は、第4の配線パターンの他方を介して他方の第4の接続端子T4−2に、それぞれ接続されている。 One end of the linear sensation element of the second gauge grid portion G2 is connected to one of the second wiring patterns and one of the second connection terminals T2-1 via the first crack detection pattern L1. One end of the second connection terminal T2-2 is connected to the other second connection terminal T2-2 via the other of the second wiring pattern, and one end of the linear sensitive element of the third gauge grid portion G3 is of the third wiring pattern. One is connected to the third connection terminal T3-1, and the other end is connected to the other of the third wiring pattern and the other third connection terminal T3-2 via the second crack detection pattern L2. One end of the linear sensation element of the fourth gauge grid portion G4 is connected to one of the fourth connection terminals T4-1 via one of the fourth wiring patterns, and the other end is of the fourth. It is connected to the other fourth connection terminal T4-2 via the other of the wiring patterns.
上記の第1〜第4のゲージグリッド部G1〜G4の構成は、き裂先端前部領域のひずみ全体を網羅することができる。
第1〜第4のゲージグリッド部G1〜G4の各々を形成する抵抗素材には、任意の抵抗素材を充当することができる。例えば、Cu−Ni(系)合金、Ni−Cr(系)合金、Fe−Cr(系)合金などを、用途に合わせて用いることができる。
本発明の第1の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドの配置は、図2に示す基本の実施の形態に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドやき裂検知パターンの配置に部分的な追加配置を加えたものである。具体的には、本発明の第1の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドの配置は、図2に示す基本形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドの配置に加えて、軸中心Oを中心として、それぞれ半径がr3とr4と異なる第3の円弧部C3と第4の円弧部C4と、第1の放射軸OR1と第2の放射軸OR2とで囲まれた扇型の領域、即ち、第3のゲージグリッド部G3と第4のゲージグリッド部G4を有する。
The configuration of the first to fourth gauge grid portions G1 to G4 described above can cover the entire strain in the front region of the crack tip.
Any resistance material can be applied to the resistance material forming each of the first to fourth gauge grid portions G1 to G4. For example, Cu—Ni (based) alloys, Ni—Cr (based) alloys, Fe—Cr (based) alloys and the like can be used according to the intended use.
The arrangement of the gauge grid of the strain gauge for measuring the stress intensity factor according to the first embodiment of the present invention is the strain gauge for measuring the stress intensity factor having the crack monitoring function according to the basic embodiment shown in FIG. This is a partial additional arrangement added to the arrangement of the gauge grid and crack detection pattern of. Specifically, the arrangement of the gauge grid of the strain gauge for measuring the stress intensity factor according to the first embodiment of the present invention is the arrangement of the gauge grid of the strain gauge for measuring the stress intensity factor according to the basic embodiment shown in FIG. In addition, the third arc portion C3 and the fourth arc portion C4 whose radii are different from r 3 and r 4 , respectively, and the first radiation axis OR1 and the second radiation axis OR2 with the axis center O as the center. It has a fan-shaped region surrounded by, that is, a third gauge grid portion G3 and a fourth gauge grid portion G4.
第1のゲージグリッド部G1、第2のゲージグリッド部G2、第3のゲージグリッド部G3および第4のゲージグリッド部G4は、上記のき裂先端部を中心としてそれぞれ放射方向に展開された受感部を備える。
図3では、第1〜第4のゲージグリッド部G1〜G4の受感部の構造として軸中心から放射方向に延び、順次、円弧部C1、C2およびC3、C4近傍にて複数の折り返し点を有する受感素子を配置しているが、本発明の受感部の構造は、一般に、上記き裂先端部を中心として放射方向に生ずるひずみを受感できさえすれば良く、従って、図3に示すものとは限らない。上記の第1〜第4のゲージグリッド部G1〜G4の構成は、き裂先端前部領域のひずみ全体を網羅することができる。
The first gauge grid portion G1, the second gauge grid portion G2, the third gauge grid portion G3, and the fourth gauge grid portion G4 are each received in the radial direction with the crack tip portion as the center. It has a feeling part.
In FIG. 3, as the structure of the sensitive portions of the first to fourth gauge grid portions G1 to G4, a plurality of folding points are sequentially formed in the vicinity of the arc portions C1, C2 and C3, C4 extending in the radial direction from the axis center. Although the sensitive element is arranged, the structure of the sensitive portion of the present invention generally only needs to be able to sense the strain generated in the radial direction around the crack tip portion, and therefore, as shown in FIG. Not necessarily what is shown. The configuration of the first to fourth gauge grid portions G1 to G4 described above can cover the entire strain in the front region of the crack tip.
〔第2の実施の形態〕
本発明の第2の実施の形態に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用のひずみゲージのゲージグリッドの配置やき裂検知パターンの配置は、上述した第1の実施の形態と同じであるが、各配線パターンとき裂検出パターンと各接続端子の形状および配置が異なっている。
例えば、接続端子についていえば、第1の実施の形態では、一対の第1の接続端子T1−1、T1−2〜一対の第4の接続端子T4−1、T4−2の8つの接続端子からなるが、第2の実施の形態では、6つの接続端子からなっている点が異なっている。
[Second Embodiment]
The arrangement of the gauge grid and the arrangement of the crack detection pattern of the strain gauge for measuring the stress intensity factor having the crack monitoring function according to the second embodiment of the present invention are the same as those of the first embodiment described above. However, the shape and arrangement of the crack detection pattern and each connection terminal are different for each wiring pattern.
For example, regarding the connection terminals, in the first embodiment, eight connection terminals of a pair of first connection terminals T1-1 and T1-2 to a pair of fourth connection terminals T4-1 and T4-2. However, the second embodiment is different in that it is composed of six connection terminals.
本発明の第2の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドG1〜G4は、図4に詳しく示されているように、上記き裂先端部を中心として放射方向に生ずるひずみを測定するための上記第1の領域内に第1のゲージグリッド部G1を備え、上記第2の領域内に第2のゲージグリッド部G2を備え、上記第3の領域内に第3のゲージグリッド部G3を備え、上記第4の領域内に第4のゲージグリッド部G4を備える。このゲージグリッド部G1、G2、G3、G4は、上記のき裂先端部を中心としてそれぞれ放射方向に展開された受感部を備える。図4では、この受感部の構造として放射方向に延び、且つ第1と第2の円弧部C1とC2、第3と第4の円弧部C3とC4の各近傍で順次複数の折り返しを有する線状の受感素子を配置している。 As shown in detail in FIG. 4, the gauge grids G1 to G4 of the strain gauge for measuring the stress intensity factor according to the second embodiment of the present invention are strains generated in the radial direction centering on the crack tip. A first gauge grid portion G1 is provided in the first region, a second gauge grid portion G2 is provided in the second region, and a third gauge is provided in the third region. A grid portion G3 is provided, and a fourth gauge grid portion G4 is provided in the fourth region. The gauge grid portions G1, G2, G3, and G4 each include a sensitive portion developed in the radial direction around the crack tip portion. In FIG. 4, the structure of the sensitive portion extends in the radial direction and has a plurality of folds in the vicinity of the first and second arc portions C1 and C2 and the third and fourth arc portions C3 and C4. A linear sensation element is arranged.
本発明の受感部の構造は、上記き裂先端部を中心として放射方向に生ずるひずみを受感できさえすれば良く、従って、図4に示すものとは限らない。
第1のゲージグリッド部G1の上記線状の受感素子の一端は、第1の配線パターンの一方を介して一方の第1の接続端子T1−1/T3−2に接続され、他の一端は、第1の配線パターンの他方を介して他方の第1の接続端子T1−2に接続されている。第2のゲージグリッド部G2の線状の受感素子の一端は、第2の配線パターンの一方と第1のき裂検知パターンL1を介して一方の第2の接続端子T2−1に、他の一端は、第2の配線パターンの他方を介して他方の第2の接続端子T2−2/T4−1に、第3のゲージグリッド部G3の線状の受感素子の一端は、第3の配線パターンの一方を介して一方の第3の接続端子T3−1に、他の一端は、第3の配線パターンの他方と第2のき裂検知パターンL2を介して他方の第3の接続端子T1−1/T3−2に、第4のゲージグリッド部G4の線状の受感素子の一端は、第4の配線パターンの一方を介して一方の第4の接続端子T2−2/T4−1に、他の一端は、第4の配線パターンの他方を介して他方の第4の接続端子T4−2に、それぞれ接続されている。
The structure of the sensitive portion of the present invention is not limited to that shown in FIG. 4, as long as it can sense the strain generated in the radial direction centering on the crack tip portion.
One end of the linear sensation element of the first gauge grid portion G1 is connected to one of the first connection terminals T1-1 / T3-2 via one of the first wiring patterns, and the other end. Is connected to the other first connection terminal T1-2 via the other of the first wiring pattern. One end of the linear sensation element of the second gauge grid portion G2 is connected to one of the second wiring patterns and one of the second connection terminals T2-1 via the first crack detection pattern L1. One end of the second connection terminal T2-2 / T4-1 is connected to the other second connection terminal T2-2 / T4-1 via the other of the second wiring pattern, and one end of the linear sensation element of the third gauge grid portion G3 is a third. To one of the third connection terminals T3-1 via one of the wiring patterns of the above, and the other end of the other end of the third wiring pattern is connected to the other of the third wiring patterns and the third connection of the other via the second crack detection pattern L2. At the terminals T1-1 / T3-2, one end of the linear sensitive element of the fourth gauge grid portion G4 is connected to the fourth connection terminal T2-2 / T4 via one of the fourth wiring patterns. -1, the other end is connected to the other fourth connection terminal T4-2 via the other of the fourth wiring pattern, respectively.
上記の第1〜第4のゲージグリッド部G1〜G4の構成は、き裂先端前部領域のひずみ全体を網羅することができる。
第1〜第4のゲージグリッド部G1〜G4の各々を形成する抵抗素材には、任意の抵抗素材を充当することができる。例えば、Cu−Ni(系)合金、Ni−Cr(系)合金、Fe−Cr(系)合金などを、用途に合わせて用いることができる。
図4に示す本発明の第2の実施の形態に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドの配置は、図3に示す第1の実施の形態に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージの配線パターンやき裂検知パターンおよび接続端子の構成に部分的な変更を加えたものである。
第1のゲージグリッド部G1、第2のゲージグリッド部G2、第3のゲージグリッド部G3および第4のゲージグリッド部G4は、上記のき裂先端部を中心としてそれぞれ放射方向に展開された受感部を備える。
図4では、第1〜第4のゲージグリッド部G1〜G4の受感部の構造として軸中心から放射方向に延び、順次、円弧部C1、C2およびC3、C4近傍にて複数の折り返し点を有する受感素子を配置しているが、本発明の受感部の構造は、一般に、上記き裂先端部を中心として放射方向に生ずるひずみを受感できさえすれば良く、従って、図4に示すものとは限らない。上記の第1〜第4のゲージグリッド部G1〜G4の構成は、き裂先端前部領域のひずみ全体を網羅することができる。
The configuration of the first to fourth gauge grid portions G1 to G4 described above can cover the entire strain in the front region of the crack tip.
Any resistance material can be applied to the resistance material forming each of the first to fourth gauge grid portions G1 to G4. For example, Cu—Ni (based) alloys, Ni—Cr (based) alloys, Fe—Cr (based) alloys and the like can be used according to the intended use.
The arrangement of the gauge grid of the strain gauge for measuring the stress intensity factor having the crack monitoring function according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 4 is the crack according to the first embodiment shown in FIG. This is a partial change in the wiring pattern, crack detection pattern, and connection terminal configuration of a strain gauge for measuring stress intensity factor with a monitoring function.
The first gauge grid portion G1, the second gauge grid portion G2, the third gauge grid portion G3, and the fourth gauge grid portion G4 are each received in the radial direction with the crack tip portion as the center. It has a feeling part.
In FIG. 4, as the structure of the sensitive portions of the first to fourth gauge grid portions G1 to G4, a plurality of folding points extend in the radial direction from the center of the axis, and a plurality of folding points are sequentially formed in the vicinity of the arc portions C1, C2 and C3, C4. Although the sensitive element is arranged, the structure of the sensitive portion of the present invention generally only needs to be able to sense the strain generated in the radial direction around the crack tip portion, and therefore, as shown in FIG. Not necessarily what is shown. The configuration of the first to fourth gauge grid portions G1 to G4 described above can cover the entire strain in the front region of the crack tip.
〔第3の実施の形態〕
図5は、本発明に係る応力拡大係数算出方法を用いて各ゲージグリッドを単位としてひずみ測定を行う場合の回路図を示し、図5(a)〜図5(d)は、第1のゲージグリッド部G1〜第4のゲージグリッド部G4で検出されるひずみをそれぞれ測定する場合の回路図を示すものである。
第1〜第4のゲージグリッド部G1〜G4は、それぞれ本発明に係る応力拡大係数算出方法で用いるホイートストンブリッジの一辺に挿入接続される。このホイートストンブリッジの他の三辺には、同一抵抗値の抵抗器Rが挿入接続される。より具体的には、図5(a)に示す回路では、一方の第1の接続端子T1−1と他方の第1の接続端子T1−2との間に接続された第1のゲージグリッド部G1が上記ホイートストンブリッジの一辺を構成する。同様に、図5(b)に示す回路では、一方の第2の接続端子T2−1と他方の第2の接続端子T2−2との間に接続された第2のゲージグリッド部G2が、図5(c)に示す回路では、一方の第3の接続端子T3−1と他方の第3の接続端子T3−2との間に接続された第3のゲージグリッド部G3が、図5(d)に示す回路では、一方の第4の接続端子T4−1と他方の第4の接続端子T4−2との間に接続された第4のゲージグリッド部G4が、それぞれ上記ホイートストンブリッジの一辺を構成する。
[Third Embodiment]
FIG. 5 shows a circuit diagram when strain measurement is performed for each gauge grid using the stress intensity factor calculation method according to the present invention, and FIGS. 5 (a) to 5 (d) show a first gauge. The circuit diagram in the case of measuring the strain detected in each of the grid parts G1 to the fourth gauge grid part G4 is shown.
The first to fourth gauge grid portions G1 to G4 are inserted and connected to one side of the Wheatstone bridge used in the stress intensity factor calculation method according to the present invention, respectively. A resistor R having the same resistance value is inserted and connected to the other three sides of the Wheatstone bridge. More specifically, in the circuit shown in FIG. 5A, a first gauge grid unit connected between one first connection terminal T1-1 and the other first connection terminal T1-2. G1 constitutes one side of the Wheatstone bridge. Similarly, in the circuit shown in FIG. 5B, the second gauge grid portion G2 connected between one second connection terminal T2-1 and the other second connection terminal T2-2 is In the circuit shown in FIG. 5 (c), the third gauge grid portion G3 connected between one third connection terminal T3-1 and the other third connection terminal T3-2 is shown in FIG. 5 (c). In the circuit shown in d), the fourth gauge grid portion G4 connected between one fourth connection terminal T4-1 and the other fourth connection terminal T4-2 is one side of the Wheatstone bridge, respectively. To configure.
本発明の第3の実施形態に係るせん断モードの応力拡大係数算出方法は、図5(a)及び図5(b)で示す回路のみを用いる。この場合のひずみ測定方法は、まず、図5(a)に示す回路において、上記ホイートストンブリッジの入力端にブリッジ電圧eiを印加し、この時の出力電圧値eoG1を用いてひずみεG1を得る。次に、図5(b)に示す回路において、上記ホイートストンブリッジの入力端にブリッジ電圧eiを印加し、この時の出力電圧値eoG2を用いてひずみεG2を得る。最後に、このひずみεG1、εG2を、所定の演算式(本ひずみ測定方法の原理として後述する)に代入することで、せん断モードにおける応力拡大係数を算出する。上記の測定順序は逆にしても良いし、上記の測定を同時に行っても良い。
図5(a)および図5(b)で示す2つの回路を用いて、ひずみεG1、εG2を算出し、せん断モードの材料定数をJ1とし、ゲージグリッド部G1、G2の形状定数をQ1として、求める応力拡大係数KIIを、条件式(1)により算出する(請求項8に対応する)。
The method for calculating the stress intensity factor in the shear mode according to the third embodiment of the present invention uses only the circuits shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). In this case, the strain measurement method is as follows: First, in the circuit shown in FIG. 5A, a bridge voltage e i is applied to the input end of the Wheatstone bridge, and the strain ε G1 is calculated using the output voltage value e oG1 at this time. obtain. Next, in the circuit shown in FIG. 5B, a bridge voltage e i is applied to the input end of the Wheatstone bridge, and the strain ε G2 is obtained using the output voltage value e oG2 at this time. Finally, the stress intensity factor in the shear mode is calculated by substituting the strains ε G1 and ε G2 into a predetermined arithmetic expression (described later as the principle of this strain measurement method). The above measurement order may be reversed, or the above measurement may be performed at the same time.
Using two of the circuit shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), strain epsilon G1, and calculates the epsilon G2, a material constant shear mode and J 1, the shape constant of the gage grid portion G1, G2 As Q1, the stress intensity factor K II to be obtained is calculated by the conditional equation (1) (corresponding to claim 8).
但し、条件式(1)において、せん断モードの材料定数J1は、縦弾性係数をE、ポアッソン比をνとして、条件式(2)により算出する。 However, in the conditional expression (1), the material constants J 1 shear mode, a longitudinal elastic modulus E, the Poisson's ratio [nu, calculated according to the conditional expression (2).
また、上記ゲージグリッド部の第1の形状定数Q1は、ゲージグリッド部G1、G2の形状で決まる定数であり、具体的には、第1の円弧部C1の半径をr1とし、第2の円弧部C2の半径をr2として、条件式(3)により算出する。 Further, the first shape constant Q 1 of the gauge grid portion is a constant determined by the shapes of the gauge grid portions G 1 and G 2. Specifically, the radius of the first arc portion C1 is r 1 . It is calculated by the conditional expression (3), where r 2 is the radius of the second arc portion C2.
〔第4の実施の形態〕
この第5の実施の形態に係る応力拡大係数算出方法では、ひずみゲージを一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗Rを回路挿入して4つのホイートストンブリッジ回路を形成する。
前記ホイートストンブリッジ回路の各入力端にブリッジ電圧eiを印加したとき、各出力端から出力される電圧eoG1〜eoG4をひずみ測定器で測定したときの前記第1のゲージグリッド部G1で測定されたひずみをεG1、前記第2のゲージグリッド部G2で測定されたひずみをεG2、前記第3のゲージグリッド部G3で測定されたひずみをεG3、前記第4のゲージグリッド部G4で測定されたひずみをεG4とする。せん断モードの材料定数をJ1、前記第1および第2のゲージグリッド部G1およびG2の第1の形状定数をQ1、前記第3および第4のゲージグリッド部G3およびG4の第2の形状定数をQ2として、せん断モードの応力拡大係数KIIが、
下記の条件式(4):
[Fourth Embodiment]
In the stress intensity factor calculation method according to the fifth embodiment, a strain gauge is inserted into a circuit on one side, and a fixed resistor R is inserted into the circuit on the other three sides to form four Wheatstone bridge circuits.
Upon application of a bridge voltage e i to the input terminals of the Wheatstone bridge circuit, measured by the first gauge grid portion G1 as measured by the measuring instrument strain voltage e OG1 to e OG4 outputted from the output terminals The strain measured is ε G1 , the strain measured by the second gauge grid section G2 is ε G2 , the strain measured by the third gauge grid section G3 is ε G3 , and the strain measured by the fourth gauge grid section G4 is ε G3. Let the measured strain be ε G4 . The material constants of the shear mode J 1, second shape of said first and first shape constant of the second gauge grid portions G1 and G2 Q 1, said third and fourth gauge grid unit G3 and G4 a constant as Q 2, the stress intensity factor K II shear mode,
The following conditional expression (4):
を満足することを特徴とする応力拡大係数算出方法(請求項9に対応する)。
但し、前記せん断モードの材料定数J1は、縦弾性係数をE、ポアッソン比をνとして、下記条件式(2)で与えられる定数であり、
A method for calculating a stress intensity factor (corresponding to claim 9), which is characterized by satisfying.
However, the material constant J 1 in the shear mode is a constant given by the following conditional expression (2), where E is the Young's modulus and ν is the Poisson ratio.
また、ゲージグリッド部G1、G2の第1の形状定数Q1は、ゲージグリッド部G1、G2の形状で決まる定数であり、
前記第1および第2の円弧部の半径C1およびC2をr1およびr2として、
下記条件式(3)で与えられる定数であり、
Further, the first shape constants to Q 1 gage grid portion G1, G2 are constants determined by the shape of the gauge grid portion G1, G2,
The radius C1 and C2 of the first and second arcuate portions as r 1 and r 2,
It is a constant given by the following conditional expression (3).
さらに、ゲージグリッド部の第2の形状定数Q2は、前記第3および第4の円弧部C3およびC4の半径をr3およびr4として、下記条件式(5)で与えられる定数である。 Further, the second shape constants Q 2 gauge grid portion, the radius of the third and fourth arcuate section C3 and C4 as r 3 and r 4, which is a constant given by the following conditional expression (5).
〔第5の実施の形態〕
この実施の形態に係る応力拡大係数算出方法は、上記の第1〜第4のゲージグリッド部G1〜G4を用いて、開口モードにおける応力拡大係数を具体的に求める算出方法である。
本発明の第5の実施の形態に係る応力拡大係数算出方法は、図5(a)〜図5(d)で示す4つの回路を用いる。
この場合のひずみ測定方法は、まず、本発明の第4の実施形態に係るせん断モードにおける応力拡大係数算出方法で用いたひずみ測定方法と同様のひずみ測定方法により、図5(a)〜図5(d)で示す4つの回路を用いて、第1〜第4のひずみεG1〜εG4を算出する。開口モードの材料定数をF1とし、第1〜第4のゲージグリッド部G1〜G4の第1の形状定数をQ1および第2の形状定数をQ2として、求める開口モードの応力拡大係数KIを、条件式(6)により算出する(請求項10に対応する)。
[Fifth Embodiment]
The stress intensity factor calculation method according to this embodiment is a calculation method for specifically obtaining the stress intensity factor in the opening mode by using the above-mentioned first to fourth gauge grid portions G1 to G4.
The stress intensity factor calculation method according to the fifth embodiment of the present invention uses the four circuits shown in FIGS. 5 (a) to 5 (d).
In this case, the strain measuring method is first described in FIGS. 5 (a) to 5 by the same strain measuring method as the strain measuring method used in the stress intensity factor calculation method in the shear mode according to the fourth embodiment of the present invention. The first to fourth strains ε G1 to ε G4 are calculated using the four circuits shown in (d). The material constants of the opening mode with the F 1, the first to the first shape constant of the fourth gauge grid portion G1~G4 the Q 1 and second shape constant as Q 2, the stress intensity factor of the opening mode determining K I is calculated by the conditional expression (6) (corresponding to claim 10).
但し、条件式(6)において、開口モードの材料定数F1 は、縦弾性係数をE、ポアッソン比をνとして、条件式(7)により算出する。 However, in the conditional equation (6), the material constant F 1 in the opening mode is calculated by the conditional equation (7) with the Young's modulus as E and the Poisson ratio as ν.
また、上記ゲージグリッド部の第1の形状定数Q1は、第1、第2のゲージグリッド部G1、G2の形状で決まる形状定数であり、具体的には、第1の円弧部C1の半径をr1とし、第2の円弧部C2の半径をr2として、前記のとおり条件式(3)により算出する。さらに、上記ゲージグリッド部の第2の形状定数Q2は、第3、第4のゲージグリッド部G3、G4の形状で決まる定数であり、具体的には、第3の円弧部C3の半径をr3とし、第4の円弧部C4の半径をr4として、下記条件式(5)により算出する。 Further, the first shape constant Q1 of the gauge grid portion is a shape constant determined by the shapes of the first and second gauge grid portions G1 and G2, and specifically, the radius of the first arc portion C1 is set. It is calculated by the conditional expression (3) as described above, where r 1 is set and the radius of the second arc portion C2 is r 2. Further, the second shape constant Q2 of the gauge grid portion is a constant determined by the shapes of the third and fourth gauge grid portions G3 and G4, and specifically, the radius of the third arc portion C3 is r. 3 and then, the radius of the fourth arcuate section C4 as r 4, is calculated by the following conditional expression (5).
(ひずみ測定方法の原理)
以下では、上記の各実施の形態に係るホイートストンブリッジ回路を用いたひずみ測定方法の原理を説明する。
図6は、一般的なホイートストンブリッジ回路を示す回路図である。
一般に、ひずみゲージによるひずみの測定には、図6に示すようなホイートストンブリッジ回路を使用する。図6に示すホイートストンブリッジ回路では、ホイートストンブリッジ回路の一辺を占める抵抗の1つを抵抗値Rgのひずみゲージに置き換え、他の三辺を占める3つの抵抗の各々を抵抗値Rの固定抵抗とする。
ひずみゲージがひずみεを受けたときの抵抗値変化ΔRgとひずみεとの関係は数式(8)で表される。
(Principle of strain measurement method)
Hereinafter, the principle of the strain measurement method using the Wheatstone bridge circuit according to each of the above embodiments will be described.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a general Wheatstone bridge circuit.
Generally, a Wheatstone bridge circuit as shown in FIG. 6 is used for measuring strain with a strain gauge. In the Wheatstone bridge circuit shown in FIG. 6, one of the resistors occupying one side of the Wheatstone bridge circuit is replaced with a strain gauge having a resistance value of R g , and each of the three resistors occupying the other three sides is replaced with a fixed resistance having a resistance value of R. do.
The relationship between the resistance value change ΔR g and the strain ε when the strain gauge receives the strain ε is expressed by the mathematical formula (8).
ホイートストンブリッジ回路の入力端にei(E)のブリッジ電圧を印加した状態でひずみゲージがひずみを受けてΔRgだけ抵抗値変化したとき、ホイートストンブリッジ回路の出力電圧eoとひずみεとの関係は数式(9)で表される。 When only a change resistance [Delta] R g undergoing strain strain gauge while applying a bridge voltage of e i (E) to the input end of the Wheatstone bridge circuit, the relationship between ε and strain output voltage e o of the Wheatstone bridge circuit Is expressed by the formula (9).
ひずみゲージによる測定では、ホイートストンブリッジ回路に任意の印可電圧ei(E)を印加した時に、測定される出力電圧eoと数式(9)とを用いて、該ひずみゲージが受けるひずみεを求める。
但し、図6と上記数式において、
Rg:ひずみゲージの抵抗値、
ΔRg:ひずみゲージの抵抗値変化量、
Ks:ひずみゲージのゲージ率、
ε:ひずみゲージの受けるひずみ、
ei(E):ホイートストンブリッジ回路の印可電圧、eo:出力電圧、
R:固定抵抗の抵抗値、とする。
As measured by strain gauges, upon application of any applied voltage e i (E) in a Wheatstone bridge circuit, by using the output voltage e o and formulas to be measured (9), obtains the strain ε the strain gauge is subjected ..
However, in FIG. 6 and the above formula,
R g : Strain gauge resistance,
ΔR g : Amount of change in resistance value of strain gauge,
K s : Strain gauge gauge ratio,
ε: Strain received by the strain gauge,
e i (E): Applicable voltage of Wheatstone bridge circuit, e o : Output voltage,
R: The resistance value of the fixed resistance.
(応力拡大係数の計算方法)
以下では、上記の各実施形態に係るホイートストンブリッジ回路を用いた応力拡大係数の計算方法を説明する。
ひずみゲージグリッドG1〜G4で測定されたひずみεG1〜εG4を数式(6)、数式(1)に代入することで2種類の応力拡大係数を求める。
開口モードIの応力拡大係数をKI
とすると、下記(6)式:
(Calculation method of stress intensity factor)
Hereinafter, a method of calculating the stress intensity factor using the Wheatstone bridge circuit according to each of the above embodiments will be described.
By substituting the strains ε G1 to ε G4 measured by the strain gauge grids G1 to G4 into the mathematical formulas (6) and (1), two types of stress intensity factors are obtained.
The stress intensity factor of the opening mode I K I
Then, the following equation (6):
せん断モードIIの応力拡大係数をKIIとすると、 Assuming that the stress intensity factor of shear mode II is K II ,
以下、測定値は、
εG1:第1のゲージグリッド部G1で測定されたひずみ、
εG2:第2のゲージグリッド部G2で測定されたひずみ、
εG3:第3のゲージグリッド部G3で測定されたひずみ、
εG4:第4のゲージグリッド部G4で測定されたひずみ、
のうち、εG1とεG2の2つ、または、εG1、εG2、εG3およびεG4の4つとする。
また、測定対象の材料で決まる定数には、
F1:開口モードの材料定数、
J1:せん断モードの材料定数、
が有る。
Below, the measured values are
ε G1 : Strain measured by the first gauge grid section G1
ε G2 : Strain measured by the second gauge grid section G2,
ε G3 : Strain measured by the third gauge grid section G3,
ε G4 : Strain measured by the 4th gauge grid section G4,
Of these, two are ε G1 and ε G2 , or four are ε G1 , ε G2, ε G3 and ε G4 .
In addition, the constant determined by the material to be measured is
F 1 : Material constant in aperture mode,
J 1 : Material constant in shear mode,
There is.
さらに、ゲージグリッドの形状で決まる定数には、
Q1:ひずみゲージグリッドの形状定数1(式3)、
Q2:ひずみゲージグリッドの形状定数2(式5)、
が有る。
上記4つの測定値(εG1、εG2、εG3、εG4)と、測定対象の材料やひずみゲージグリッド形状によって予め決まっている上記4つの定数(F1、J1、Q1、Q2)を用いることで、2つのモードの応力拡大係数を求めることが可能である。
開口モードの材料定数F1は、縦弾性係数をEとし、ポアソン比をνとして、式(7)で算出する。
Furthermore, the constants determined by the shape of the gauge grid
Q 1 : Strain gauge grid shape constant 1 (Equation 3),
Q 2: strain gauge grid shape constant 2 (Equation 5),
There is.
The above four measured values (ε G1 , ε G2 , ε G3 , ε G4 ) and the above four constants (F 1 , J 1 , Q 1 , Q 2 ) predetermined by the material to be measured and the shape of the strain gauge grid. ), It is possible to obtain the stress intensity factors of the two modes.
The material constant F 1 in the opening mode is calculated by the equation (7), where E is the Young's modulus and ν is the Poisson's ratio.
せん断モードの材料定数J1は、数式(2)で算出する。 The material constant J 1 in the shear mode is calculated by the mathematical formula (2).
ひずみゲージグリッドの形状定数1(Q1)は、第1のゲージグリッド部G1と、第2のゲージグリッド部G2の第1、第2の円弧部C1、C2の軸中心Oからの半径をそれぞれr1、r2とし、第3のゲージグリッド部G3と第4のゲージグリッド部G4の第3、第4の円弧部C3、C4の軸中心Oからの半径をそれぞれr3、r4として、数式(3)で算出する。 The shape constant 1 (Q 1 ) of the strain gauge grid is the radius from the axis center O of the first gauge grid portion G1 and the first and second arc portions C1 and C2 of the second gauge grid portion G2, respectively. Let r 1 and r 2, and let the radii from the axis center O of the third and fourth arc portions C3 and C4 of the third gauge grid portion G3 and the fourth gauge grid portion G4 be r 3 and r 4 , respectively. Calculate with the formula (3).
ひずみゲージグリッドの第2の形状定数2(Q2)は、数式(5)で算出する。 Second shape constant second strain gauge grid (Q 2) is calculated by Equation (5).
(数式の導出)
図7は、き裂先端から展開するxy直交座標系を示す説明図である。
本発明のひずみゲージでは、開口モードIとせん断モードIIの2つのモードを考える。
それぞれのモードを受ける材料のき裂先端周辺のひずみ分布式は、図7に示すように、xyの直行座標系において、一般にき裂先端からの距離rの級数展開式として与えられている。応力拡大係数は、ひずみ分布式の係数として現れる。
図8は、き裂先端から展開するrθ極座標系を示す説明図である。
本発明のひずみゲージでは、従前のゲージとは異なり、き裂先端を中心とした放射方向のひずみを測定するため、図8に示すようにひずみ分布式の極座標変換を行う。
図9は、本発明に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いてひずみ測定を行う場合の説明図である。
極座標変換を行ったひずみ分布の2項目までと、図9に示す本発明に係るひずみゲージの形状とから、それぞれのモードでゲージグリッドが測定するひずみεG1〜εG4の算式は、開口モードIでは数式(10)〜数式(13)、せん断モードIIでは数式(14)〜(17)となる。
(Derivation of mathematical formula)
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an xy Cartesian coordinate system developed from the crack tip.
In the strain gauge of the present invention, two modes, opening mode I and shear mode II, are considered.
As shown in FIG. 7, the strain distribution formula around the crack tip of the material that receives each mode is generally given as a series expansion formula of the distance r from the crack tip in the Cartesian coordinate system of xy. The stress intensity factor appears as a coefficient of the strain distribution equation.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an rθ polar coordinate system developed from the crack tip.
Unlike the conventional gauge, the strain gauge of the present invention performs polar coordinate conversion of the strain distribution formula as shown in FIG. 8 in order to measure the strain in the radial direction centered on the crack tip.
FIG. 9 is an explanatory diagram when strain measurement is performed using the strain gauge for measuring stress intensity factor according to the present invention.
From the two items of the strain distribution subjected to polar coordinate transformation and the shape of the strain gauge according to the present invention shown in FIG. 9, the formulas of the strains ε G1 to ε G4 measured by the gauge grid in each mode are the opening mode I. Then, the formulas (10) to (13) are obtained, and in the shear mode II, the formulas (14) to (17) are obtained.
ここで、簡単化するために、以下のように置き換える。但し、Eは、縦弾性係数とし、νは、ポアッソン比とする。 Here, for the sake of simplicity, it is replaced as follows. However, E is the Young's modulus and ν is the Poisson ratio.
上式に示すとおり、F1、J1は、材料固有の縦弾性係数Eとポアソン比νによって決まる値であり、上述のとおり、F1を開口モードの材料定数、J1をせん断モードの材料定数と呼称する。
また、Q1とQ2は、ひずみゲージグリッドの形状によって決まる値であり、上述のとおり、Q1をひずみゲージグリッドの形状定数1、Q2をひずみゲージグリッドの形状定数2と呼称する。
F2、B0は、以下の導出で最終的に消去するため、詳細説明は省略する。
As shown in the above equation, F 1 and J 1 are values determined by the material-specific Young's modulus E and Poisson's ratio ν. As described above, F 1 is the material constant in the opening mode and J 1 is the material in the shear mode. Called a constant.
Also, Q 1 and Q 2 are a value determined by the shape of the strain gauge grid, as described above, is referred to as a shape constant second strain gauge grid shape constant 1, Q 2 of the strain gauge grid Q 1.
Since F 2 and B 0 are finally erased by the following derivation, detailed description thereof will be omitted.
(開口モードIとせん断モードIIとの重ね合わせ)
一般に、き裂は、開口モードIとせん断モードIIとが合わさった混合モードとしてのひずみを受けると考えられるため、以下では、ひずみεG1〜εG4について、開口モードIとせん断モードIIとの重ね合わせを行う場合を説明する。
この場合は、数式(19)〜(22)が得られる。
εG1=F1KIQ1+F2B0+J1KIIQ1 (19)
εG2=F1KIQ1+F2B0−J1KIIQ1 (20)
εG3=F1KIQ2+F2B0+J1KIIQ2 (21)
εG4=F1KIQ2+F2B0−J1KIIQ2 (22)
開口モードIの応力拡大係数KIは、数式演算で示すと、数式(19)+数式(20)から、数式(21)+数式(22)を引き算し、その結果をKIについて整理することで数式(6)のように得られる。
(Superposition of opening mode I and shear mode II)
Generally, the crack is considered to be strained as a mixed mode in which the opening mode I and the shearing mode II are combined. Therefore , in the following, for the strains ε G1 to ε G4 , the opening mode I and the shearing mode II are overlapped. A case of performing matching will be described.
In this case, mathematical formulas (19) to (22) are obtained.
ε G1 = F 1 K I Q 1 + F 2 B 0 + J 1 K II Q 1 (19)
ε G2 = F 1 K I Q 1 + F 2 B 0- J 1 K II Q 1 (20)
ε G3 = F 1 K I Q 2 + F 2 B 0 + J 1 K II Q 2 (21)
ε G4 = F 1 K I Q 2 + F 2 B 0- J 1 K II Q 2 (22)
Stress intensity factor K I of opening mode I, when shown in a formula calculation, from the formula (19) + Formula (20), subtracting equation (21) + Formula (22), to organize the results for K I Is obtained as in the formula (6).
また、せん断モードIIの応力拡大係数KIIは、数式(19)から数式(20)を引き算し、その結果をKIIについて整理することで数式(1)が得られる。 Further, the stress intensity factor K II in the shear mode II can be obtained by subtracting the mathematical formula (20) from the mathematical formula (19) and arranging the results for the K II.
また、せん断モードIIの応力拡大係数KIIは、数式演算で示すと、数式(19)+数式(21)から数式(20)+数式(22)を引き算し、その結果をKIIについて整理することで数式(4)のように得られる。 Further, the stress intensity factor K II shear mode II, when shown in a formula calculation, by subtracting equation (20) + Formula (22) from Equation (19) + Formula (21), to organize the results for K II Therefore, it can be obtained as in the formula (4).
図10は、本発明に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージおよび応力拡大係数算出方法を用いて応力拡大係数を算出するまでの手順を示すフローチャート図である。
図10に示す算出手順において、各処理ブロックでの演算は、付記の図面および数式を参照して行うものとする。
本発明は、上述し且つ図面に示した実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく、種々に変形して実施をすることができる。
例えば、軸中心Oから半径r3、r4よりも、さらに外側に半径r5、r6、r7、r8・・・等のように第6ゲージグリッド部、第7ゲージグリッド部をさらに増設するようにしてもよい。
次に、本発明のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いた場合のき裂発見から対処までの流れを図11〜図14を参照して説明する。
図11は、き裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いた疲労き裂評価の流れを示すフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart showing a procedure for calculating a stress intensity factor using the stress intensity factor measuring strain gauge and the stress intensity factor calculation method according to the present invention.
In the calculation procedure shown in FIG. 10, the calculation in each processing block shall be performed with reference to the additional drawings and mathematical formulas.
The present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and can be variously modified and implemented without departing from the gist of the present invention.
For example, than the
Next, the flow from crack detection to countermeasures when the strain gauge for measuring the stress intensity factor having the crack monitoring function of the present invention is used will be described with reference to FIGS. 11 to 14.
FIG. 11 is a flowchart showing a flow of fatigue crack evaluation using a strain gauge for measuring stress intensity factor having a crack monitoring function.
図12は、き裂が、き裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージの軸中心から始まって、第1のき裂検知パターンを経て、第2のき裂検知パターンまで及んだ状態を示す平面図である。
図13は、応力拡大係数算出と同じ測定系を使用し、第1および第2のき裂検知パターンがそれぞれ接続された第1および第3のひずみゲージのひずみ出力を、ひずみ測定器のインターバル機能を用い、一定のインターバル毎に測定した結果を示すタイミングチャートである。
図14は、き裂の進展と構造物の強度との関係を示す特性図であり、本発明に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いてき裂検知による実測の結果を太線の破線で示し、き裂進展予測の結果を細線の破線で示す。
図11において、先ず、被測定対象物(構造物)に生じたき裂を、例えば、定期的な目視検査や渦流探傷試験などの非破壊検査によって発見する(ステップ1)。
In FIG. 12, the crack starts from the axial center of the strain gauge for measuring the stress intensity factor having a crack monitoring function, passes through the first crack detection pattern, and extends to the second crack detection pattern. It is a top view which shows the state.
FIG. 13 shows the strain output of the first and third strain gauges to which the first and second crack detection patterns are connected, respectively, using the same measurement system as the stress intensity factor calculation, and the interval function of the strain measuring instrument. Is a timing chart showing the results of measurement at regular intervals using.
FIG. 14 is a characteristic diagram showing the relationship between the crack growth and the strength of the structure, and is the result of actual measurement by crack detection using a strain gauge for measuring stress intensity factor having a crack monitoring function according to the present invention. Is indicated by a thick dashed line, and the result of crack growth prediction is indicated by a thin dashed line.
In FIG. 11, first, a crack generated in an object to be measured (structure) is found by a non-destructive inspection such as a regular visual inspection or an eddy current flaw detection test (step 1).
次いで、発見したき裂の先端に対して、例えば、図1〜図4のひずみゲージの、軸中心Oを合わせて接着、その他の手段により添着する。
その状態で例えば、図5に示すように、第1〜第4のひずみゲージ(ゲージグリッド部)それぞれを一辺に挿入したホイートストンブリッジ回路BCをひずみ測定器Mに接続し、構造物が受ける荷重変化に伴って、第1のひずみゲージ〜第4のひずみゲージそれぞれで検出されるひずみを測定する。測定した4つのひずみを用いて、所定の演算式により応力拡大係数を算出する(ステップS2)。
き裂進展予測には、応力拡大係数の変動幅ΔKを用いる。
応力拡大係数の変動幅ΔKとき裂進展速度の関係は、材料毎に変わるが、その一例を示せば図18のように表れる。
Next, the strain gauges of FIGS. 1 to 4 are adhered to the tip of the found crack by aligning the axis center O and by other means.
In that state, for example, as shown in FIG. 5, a Wheatston bridge circuit BC in which each of the first to fourth strain gauges (gauge grid portions) is inserted on one side is connected to the strain measuring instrument M, and the load change received by the structure. Along with this, the strain detected by each of the first strain gauge to the fourth strain gauge is measured. Using the four measured strains, the stress intensity factor is calculated by a predetermined calculation formula (step S2).
The fluctuation range ΔK of the stress intensity factor is used to predict the crack growth.
The relationship between the fluctuation range ΔK of the stress intensity factor and the crack growth rate varies depending on the material, and an example thereof appears as shown in FIG.
図18のグラフに示すように、ΔKthは下限界値、ΔKcは、上限界値である。
ここで、ΔK<ΔKthのときは、き裂は進展しないと判断される。
また、変動幅ΔKが、ΔKth<ΔK<ΔKcのときは、ΔKの増加に伴いき裂進展速度は、逐次増加すると判断される。
そして、ΔKが、ΔK>ΔKcとなると、一気にき裂が進展するものと判断される。
このようにして、「き裂の安全性評価」が行われる(ステップS3)。
ステップS4において、上述した応力拡大係数の変動幅ΔKが、ΔKcより大きくなると、「補修が必要あり」と判断される(ステップS5)、直ちに補修が行われる(ステップS6)。
上記のステップS3で、ΔKが
ΔK<ΔKthおよびΔKth<ΔK<ΔKc
のとき、補修は、必要はなしと判断される(ステップS7)が、き裂の進展が生じるおそれがあるため経過観察が行われる(ステップS8)。
As shown in the graph of FIG. 18, ΔKth is the lower limit value and ΔKc is the upper limit value.
Here, when ΔK <ΔKth, it is determined that the crack does not grow.
Further, when the fluctuation width ΔK is ΔKth <ΔK <ΔKc, it is determined that the crack growth rate gradually increases as ΔK increases.
Then, when ΔK becomes ΔK> ΔKc, it is determined that the crack grows at once.
In this way, the "crack safety evaluation" is performed (step S3).
In step S4, when the fluctuation range ΔK of the stress intensity factor described above becomes larger than ΔKc, it is determined that “repair is necessary” (step S5), and repair is immediately performed (step S6).
In step S3 above, ΔK is ΔK <ΔKth and ΔKth <ΔK <ΔKc.
At this time, it is determined that repair is not necessary (step S7), but follow-up is performed because crack growth may occur (step S8).
その経過観察の中で、本発明に係るき裂検知パターンL1、L2の断裂の検知も、応力拡大係数の算出に用いられたひずみ測定器を用いて、行われる。
そして、図3〜図4に示される第1のき裂検知パターンL1と、第2のき裂検知パターンL2の断裂のタイミングを計測し、き裂の進展速度を算出する(ステップS9)。
そのき裂の進展速度とき裂進展長さに応じて、補修が必要か否かの判断がなされる(ステップS9)。
上記ステップS8〜S9について、図12〜図14を参照してより詳しく説明する。
図12に示すように、き裂の先端にき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージの軸中心Oを合わせて接着した時点をt0とする。
図13のタイミングチャートと併せて参照して説明すると、き裂が進展し、第1のき裂パターンL1を横切ると、第1のき裂検知パターンL1が時点t1で断線し、第2のひずみゲージS2のひずみ出力が断線を示す値、例えば、「ひずみ出力=999999」を示し、き裂の進展を検知することができる。
In the follow-up observation, the crack detection patterns L1 and L2 according to the present invention are also detected by using the strain measuring instrument used for calculating the stress intensity factor.
Then, the tear timings of the first crack detection pattern L1 and the second crack detection pattern L2 shown in FIGS. 3 to 4 are measured, and the crack growth rate is calculated (step S9).
Whether or not repair is necessary is determined according to the crack growth rate and the crack growth length (step S9).
The above steps S8 to S9 will be described in more detail with reference to FIGS. 12 to 14.
As shown in FIG. 12, the time point at which the axial center O of the strain gauge for measuring the stress intensity factor having a crack monitoring function is aligned with the tip of the crack and adhered is set to t 0 .
Reference By way in conjunction with the timing chart of FIG. 13, the crack progresses, crosses the first Crack patterns L1, first Crack detection pattern L1 is disconnected at time t 1, the second The strain output of the strain gauge S2 shows a value indicating disconnection, for example, "strain output = 999999", and the growth of cracks can be detected.
き裂検知後、第1のき裂検知パターンL1の位置寸法から求められるき裂進展長さを、モニタリング開始からき裂検知パターンL1までの時間で除すことで、き裂進展速度を求める。
同様にして、き裂が第2のき裂検知パターンL2を時点t2で横切りと、第2のき裂検知パターンL2が断線し、第3のひずみ出力が断線を示す値、例えば、ひずみ測定器ではひずみ出力が「999999」を示し、き裂の進展を検知することができる。
この状態を図13で見ると、モニタリング開始時点t0から第1のき裂検知パターンL1が断線する時点t1までの時間およびモニタリング開始時点t0から、第2のき裂検知パターンL2の断線時点t2までの時間が計測されるので、軸中心Oから、第1のき裂検知パターンL1までの拒離および第2のき裂検知パターンL2までの拒離を上記計測された時間でそれぞれ除すことで、き裂進展速度が求められる。
モニタリングでは、応力拡大係数算出のための測定系を使用し、第1および第2のき裂検知パターンL1およびL2がそれぞれ接続された第2および第3のひずみゲージS2およびS3のひずみ出力を、ひずみ測定器のインターバル機能を使い、一定のインターバル毎(例えば、1日毎)に測定する。
After crack detection, the crack growth rate is obtained by dividing the crack growth length obtained from the position dimension of the first crack detection pattern L1 by the time from the start of monitoring to the crack detection pattern L1.
Similarly, the across the crack second Crack detection pattern L2 at time t 2, the second Crack detection pattern L2 is disconnected, the value third strain output indicates disconnection, for example, strain measurement In the instrument, the strain output shows "99999999", and the growth of cracks can be detected.
Looking at this state in FIG. 13, the time and the monitoring start time t 0 from the monitoring start time t 0 to time t 1 the first Crack detection pattern L1 is broken, breaking the second Crack detection pattern L2 since the time until the time t 2 is measured, from the axial center O, respectively拒離and second eaves拒離to crack detection pattern L2 to the first crack detection pattern L1 in time that is the measurement By removing it, the crack growth rate can be obtained.
In the monitoring, a measurement system for calculating the stress intensity factor is used, and the strain outputs of the second and third strain gauges S2 and S3 to which the first and second crack detection patterns L1 and L2 are connected are used. Use the interval function of the strain measuring device to measure at regular intervals (for example, every day).
上述のようにして得られたき裂進展状態から、再度健全性評価を行うことで再び処置判断を行う。
応力拡大係数の変動幅△Kのみで、き裂の進展状態を予測する場合、例えば、図14のグラフから分かるように、細い破線で示すような特性を示すが、き裂検知による実測の結果では、太線の破線で示すように異なった結果となる。
即ち、き裂検知パターンを設けることで健全性の評価をより適切に行うことができるようになる。
しかも、き裂検知パターンを応力拡大係数測定用ひずみゲージの機能を損なうことなく、共通の絶縁基板上に一体的に配列可能とし、モニタリング用のひずみゲージを張り替える手間をかけることがないので、コスト削減効果は、多大である。
また、本発明によれば、被測定対象物の材質が異なっても、さらには、負荷(外力)に周期性がない場合であっても、き裂の進展状態を正確に把握することができ、例えば、健全性の評価において、安全に継続使用が可能な第1の段階にあるのか、緊急に補修・取替えが必要な第3の段階にあるのか、それとも上記2つの段階の中間の第2の段階にあって補修・取替えの必要性を的確に把握でき、安全を重視するあまり、補修を早目に行うなどの不経済性を是正することができる。
From the crack growth state obtained as described above, the treatment is judged again by performing the soundness evaluation again.
When predicting the crack growth state only by the fluctuation range ΔK of the stress intensity factor, for example, as can be seen from the graph of FIG. 14, the characteristics shown by the thin broken line are shown, but the result of the actual measurement by the crack detection. Then, the result is different as shown by the dashed line of the thick line.
That is, by providing the crack detection pattern, the soundness can be evaluated more appropriately.
Moreover, the crack detection pattern can be arranged integrally on a common insulating substrate without impairing the function of the strain gauge for measuring the stress intensity factor, and there is no need to replace the strain gauge for monitoring. The cost reduction effect is enormous.
Further, according to the present invention, even if the material of the object to be measured is different, and even when the load (external force) has no periodicity, the crack growth state can be accurately grasped. For example, in the evaluation of soundness, is it in the first stage where it can be used safely and continuously, is it in the third stage where repair / replacement is urgently needed, or is it in the second stage between the above two stages? At this stage, the need for repair / replacement can be accurately grasped, and uneconomical conditions such as early repair can be corrected due to too much emphasis on safety.
なお、本発明は、上述し且つ図面に示した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形実施することができる。
例えば、上述した実施の形態においては、第1のき裂検知パターンL1を第2のゲージグリッドG2に連接したが、第1のゲージグリッドG1に連接するようにしてもよい。同様に、第2のき裂検知パターンL2を、第3のゲージグリッドG3に連接したが、第4のゲージグリッドG4に連接するようにしてもよい。
また、第1および第2の実施の形態においては、第1〜第4のゲージグリッドG1〜G4を備え、第1および第2のき裂検知パターンL1およびL2を備えたものについて説明したが、図2に示す基本形態のように、第1のゲージグリッドG1と第2のゲージグリッドG2および第1のき裂検知パターンL1だけで構成してもよい。
但し、健全性評価能力の面においては、上記第1および第2の実施形態の方が優れている、ということができる。
また、第1および第2のき裂検知パターンの形状や配設位置は、上述した実施の形態に示すものに限定されるものではなく、要は、第1および第2のゲージグリッドと共に絶縁基板上にあって、軸中心Oから一定の半径上にあって且つ第1および第2のゲージグリッドの内側近傍に円弧状に配置すればよい。
The present invention is not limited to the examples described above and shown in the drawings, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the first crack detection pattern L1 is connected to the second gauge grid G2, but it may be connected to the first gauge grid G1. Similarly, although the second crack detection pattern L2 is connected to the third gauge grid G3, it may be connected to the fourth gauge grid G4.
Further, in the first and second embodiments, those provided with the first to fourth gauge grids G1 to G4 and the first and second crack detection patterns L1 and L2 have been described. As in the basic embodiment shown in FIG. 2, it may be composed of only the first gauge grid G1, the second gauge grid G2, and the first crack detection pattern L1.
However, it can be said that the first and second embodiments are superior in terms of soundness evaluation ability.
Further, the shape and arrangement position of the first and second crack detection patterns are not limited to those shown in the above-described embodiment, and the point is that the insulating substrate is provided together with the first and second gauge grids. It may be arranged in an arc shape on the upper side, on a certain radius from the axis center O, and near the inside of the first and second gauge grids.
OR1 第1の放射軸
OR2 第2の放射軸
OX 基準軸
O 軸中心
C1 第1の円弧部
C2 第2の円弧部
C3 第3の円弧部
C4 第4の円弧部
G1〜G4 第1〜第4のゲージグリッド部
S1〜S4 第1〜第4のひずみゲージ
r1〜r4 軸中心Oからの半径
T1−1、T1−2 第1の接続端子
T2−1、T2−2 第2の接続端子
T3−1、T3−2 第3の接続端子
T4−1、T4−2 第4の接続端子
R 固定抵抗
P1〜P3 第1〜第3の試験片
L1,L2 第1、第2のき裂検知パターン
T1−1・T3−2 第1・第3の一方の接続端子
T1−2 第1の他方の接続端子
T2−1 第2の一方の接続端子
T2−2・T4−1 第2・第4の他方の接続端子
T4−2 第4の一方の接続端子
T3−1 第3の他方の接続端子
BC ホイートストンブリッジ
M ひずみ測定器
OR1 1st radiation axis OR2 2nd radiation axis OX reference axis O-axis center C1 1st arc part C2 2nd arc part C3 3rd arc part C4 4th arc part G1 to G4 1st to 4th gauge grid portion S1~S4 first to fourth strain gauge r 1 ~r radius T1-1 from four axles center O, T1-2 first connection terminal T2-1, T2-2 second connection terminal T3-1, T3-2 Third connection terminal T4-1, T4-2 Fourth connection terminal R Fixed resistance P1 to P3 First to third test pieces L1, L2 First and second crack detection Pattern T1-1 / T3-2 1st / 3rd connection terminal T1-2 1st other connection terminal T2-1 2nd one connection terminal T2-2 / T4-1 2nd / 4th The other connection terminal T4-2 The fourth one connection terminal T3-1 The third other connection terminal BC Wheatstone bridge M Strain gauge
Claims (12)
前記基準軸と前記第1および第2の放射軸と、前記第1の円弧部と前記第2の円弧部とで囲まれる扇形状の第1および第2の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第1および第2のゲージグリッド部と、
前記基準軸と前記第1および第2の放射軸と、前記第3の円弧部と前記第4の円弧部とで囲まれる扇形状の第3および第4の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第3および第4のゲージグリッド部と、
前記第1のゲージグリッド部の各端に接続された第1の一対の接続端子と、
前記第2のゲージグリッド部の各端に接続された第2の一対の接続端子と、
前記第3のゲージグリッド部の各端と接続された第3の一対の接続端子と、
前記第4のゲージグリッド部の各端と接続された第4の一対の接続端子と、
前記第1の一対の接続端子と前記第1のゲージグリッド部の各端を中継接続する第1の一対の配線パターンと、
前記第2の一対の接続端子と前記第2のゲージグリッド部の各端を中継接続する第2の一対の配線パターンと、
前記第3の一対の接続端子と前記第3のゲージグリッド部の各端を中継接続する第3の一対の配線パターンと、
前記第4の一対の接続端子と前記第4のゲージグリッド部の各端を中継接続する第4の一対の配線パターンと、
前記第1の一対の配線パターンと、前記第2の一対の配線パターンの少なくとも一方の経路中に連接され、前記第1のグリッド部および前記第2のグリッド部の前記第1の円弧部の内側に沿って配設された第1のき裂検知パターンと、
前記第3の一対の配線パターンと、前記第4の一対の配線パターンの少なくとも一方の経路中に連接され、前記第3のグリッド部および前記第4のグリッド部の前記第3の円弧部の内側に沿って形成された第2のき裂検知パターンと、
前記第1および第2のゲージグリッド部と前記第3および第4のケージグリッド部と、前記第1および第2の接続端子と、前記第3および第4の接続端子と、前記第1〜第4の一対の配線パターンと、前記第1および第2のき裂検知パターンと、が一体的に添着されてなる絶縁基板とからなるひずみゲージであって、
被測定対象物に生じたき裂先端部に前記軸中心を合致させると共に前記き裂部の方向と前記基準軸とを合致させて前記絶縁基板を前記被測定対象物に添着し、
前記き裂回りのひずみを測定し、応力拡大係数を算出し得るように構成すると共に、
前記き裂による前記第1および第2のき裂検知パターンの段階的な破断によりき裂の進展を監視し得るように構成したことを特徴とするき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージ。 The reference axis extending in the radial direction from the center of the axis, the first arc portion and the second arc portion having different radii from the center of the axis, and the first and second arc portions located on the outside at a predetermined interval, said. When imagining the third arc portion and the fourth arc portion having different radii from the axis center and the first and second radial axes extending in the radial direction at a predetermined angle with the reference axis as symmetry,
It is formed in the fan-shaped first and second regions surrounded by the reference axis, the first and second radial axes, the first arc portion and the second arc portion, respectively, in the radial direction. The first and second gauge grid parts having a sensation part, and
It is formed in the fan-shaped third and fourth regions surrounded by the reference axis, the first and second radial axes, the third arc portion and the fourth arc portion, respectively, in the radial direction. A third and fourth gauge grid section having a sensation section, and
A pair of connection terminals connected to each end of the first gauge grid portion,
A pair of second connection terminals connected to each end of the second gauge grid portion,
A third pair of connection terminals connected to each end of the third gauge grid portion,
A pair of fourth connection terminals connected to each end of the fourth gauge grid portion,
A pair of wiring patterns for relay-connecting the first pair of connection terminals and each end of the first gauge grid portion, and a pair of wiring patterns.
A second pair of wiring patterns for relay-connecting the second pair of connection terminals and each end of the second gauge grid portion, and a second pair of wiring patterns.
A third pair of wiring patterns for relay-connecting the third pair of connection terminals and each end of the third gauge grid portion, and a third pair of wiring patterns.
A fourth pair of wiring patterns for relay-connecting the fourth pair of connection terminals and each end of the fourth gauge grid portion, and a fourth pair of wiring patterns.
It is connected in at least one path of the first pair of wiring patterns and the second pair of wiring patterns, and is inside the first arc portion of the first grid portion and the second grid portion. The first crack detection pattern arranged along the
It is connected in at least one path of the third pair of wiring patterns and the fourth pair of wiring patterns, and is inside the third arc portion of the third grid portion and the fourth grid portion. The second crack detection pattern formed along the
The first and second gauge grid portions, the third and fourth cage grid portions, the first and second connection terminals, the third and fourth connection terminals, and the first to first cages. A strain gauge composed of an insulating substrate in which a pair of wiring patterns 4 and the first and second crack detection patterns are integrally attached.
The center of the axis is aligned with the tip of the crack generated in the object to be measured, and the direction of the crack is aligned with the reference axis, and the insulating substrate is attached to the object to be measured.
It is configured so that the strain around the crack can be measured and the stress intensity factor can be calculated.
For measuring the stress intensity factor having a crack monitoring function, which is configured so that the growth of the crack can be monitored by the stepwise fracture of the first and second crack detection patterns due to the crack. Strain gauge.
前記第4の一対の接続端子の一方と前記第2の一対の接続端子の一方とは共通使用されることを特徴とする請求項1に記載のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージ。 One of the third pair of connection terminals and one of the first pair of connection terminals are commonly used.
The stress intensity factor measurement having the crack monitoring function according to claim 1, wherein one of the fourth pair of connection terminals and one of the second pair of connection terminals are commonly used. Strain gauge.
前記ホイートストンブリッジ回路の各入力端にブリッジ電圧を印加したとき、各出力端から出力される電圧をひずみ測定器で測定したときの前記第1のゲージグリッド部で測定されたひずみをεG1、前記第2のゲージグリッド部で測定されたひずみをεG2、せん断モードの材料定数をJ1、前記第1および第2のゲージグリッドの第1の形状定数をQ1として、せん断モードの応力拡大係数KIIが、
下記の条件式(1):
但し、前記せん断モードの材料定数J1は、縦弾性係数をE、ポアッソン比をνとして、下記条件式(2)で与えられる定数であり、
前記第1および第2の円弧部の半径をr1およびr2として、
下記条件式(3)で与えられる定数である。
When a bridge voltage is applied to each input end of the Wheatstone bridge circuit, the strain measured by the first gauge grid unit when the voltage output from each output end is measured by a strain measuring instrument is ε G1 , the above. The strain measured by the second gauge grid is ε G2 , the material constant in shear mode is J 1, and the first shape constant of the first and second gauge grids is Q 1 , and the stress expansion coefficient in shear mode is K II ,
The following conditional expression (1):
However, the material constant J 1 in the shear mode is a constant given by the following conditional expression (2), where E is the Young's modulus and ν is the Poisson ratio.
Let the radii of the first and second arcs be r 1 and r 2 ,
It is a constant given by the following conditional expression (3).
前記ホイートストンブリッジ回路の各入力端にブリッジ電圧を印加したとき、各出力端から出力される電圧をひずみ測定器で測定したときの前記第1のゲージグリッド部で測定されたひずみをεG1、前記第2のゲージグリッド部で測定されたひずみをεG2、前記第3のゲージグリッド部で測定されたひずみをεG3、前記第4のゲージグリッド部で測定されたひずみをεG4、せん断モードの材料定数をJ1、前記第1および第2のゲージグリッドの第1の形状定数をQ1、前記第3および第4のゲージグリッド部の第2の形状定数をQ2として、せん断モードの応力拡大係数KIIが、
下記の条件式(4):
但し、前記せん断モードの材料定数J1は、縦弾性係数をE、ポアッソン比をνとして、下記条件式(2)で与えられる定数であり、
前記第1および第2の円弧部の半径をr1およびr2として、
下記条件式(3)で与えられる定数であり、
When a bridge voltage is applied to each input end of the Wheatstone bridge circuit, the strain measured by the first gauge grid unit when the voltage output from each output end is measured by a strain measuring device is ε G1 , the above. The strain measured by the second gauge grid section is ε G2 , the strain measured by the third gauge grid section is ε G3 , the strain measured by the fourth gauge grid section is ε G4 , and the shear mode. Strain in shear mode, where J 1 is the material constant, Q 1 is the first shape constant of the first and second gauge grids, and Q 2 is the second shape constant of the third and fourth gauge grids. The magnification factor K II is
The following conditional expression (4):
However, the material constant J 1 in the shear mode is a constant given by the following conditional expression (2), where E is the Young's modulus and ν is the Poisson ratio.
Let the radii of the first and second arcs be r 1 and r 2 ,
It is a constant given by the following conditional expression (3).
各前記ホイートストンブリッジの入力端にブリッジ電圧を印加したとき、出力端から出力される電圧をひずみ測定器で測定したときの前記第1〜前記第4のゲージグリッド部で測定されたひずみをεG1〜εG4、開口モードの材料定数をF1、前記ゲージグリッドの第1および第2の形状定数をQ1およびQ2として、開口モードの応力拡大係数KIが、
下記の条件式(6):
但し、前記開口モードの材料定数F1は、縦弾性係数をE、ポアッソン比をνとして、下記条件式(7)で与えられる定数であり、
前記第1および第2の円弧部の半径をr1およびr2として、
前記条件式(3)で与えられる定数であり、
前記第3および第4の円弧部の半径をr3およびr4として、前記条件式(5)で与えられる定数である。 Of the first to fourth strain gauges corresponding to the first to fourth gauge grid portions in the strain gauge for measuring the stress intensity factor according to claim 1, the first and the fourth strain gauges have the crack monitoring function. Two strain gauges to which the second crack detection pattern is connected and the other two strain gauges are circuit-inserted on one side via each pair of the first to fourth connection terminals, and the other three sides. A fixed resistor is inserted into the circuit to form four sets of Wheatstone bridges.
When a bridge voltage is applied to the input end of each Wheatstone bridge, the strain measured by the first to fourth gauge grids when the voltage output from the output end is measured by a strain measuring device is ε G1. ~ε G4, F 1 the material constant of the opening mode, the first and second shape constant of the gage grid as Q 1 and Q 2, the stress intensity factor K I of the opening mode,
The following conditional expression (6):
However, the material constant F 1 in the opening mode is a constant given by the following conditional expression (7), where E is the Young's modulus and ν is the Poisson ratio.
Let the radii of the first and second arcs be r 1 and r 2 ,
It is a constant given by the conditional expression (3).
It is a constant given by the conditional expression (5), where the radii of the third and fourth arc portions are r 3 and r 4.
前記4つのホイートストンブリッジ回路の入力端にそれぞれブリッジ電圧を印加し、それぞれの出力端に生ずる出力電圧を前記ひずみ測定器で測定した前記第1〜第4のひずみゲージのひずみ値を測定中にき裂が進展し、前記4つのホイートストンブリッジ回路に接続された第1の検知回路に接続された前記第1の検知パターンおよび前記第2のき裂検知パターンがそれぞれ破断した時点で、第1の異常出力および第2の異常出力を生じさせ、測定開始時点から、前記第1の異常出力および前記第2の異常出力の発生時点までの各時間間隔に基づき、き裂進展状態を的確に把握して構造物の健全性評価に供し得るようにしたことを特徴とするき裂監視方法。 The first and second strain gauges of the first to fourth strain gauges in the strain gauge for measuring the stress expansion coefficient having the crack monitoring function according to claim 1. Two strain gauges to which the crack detection pattern is connected and the other two strain gauges are circuit-inserted on one side via each pair of the first to fourth connection terminals and fixed to the other three sides. Insert a resistor to form four Wheatstone bridge circuits,
A bridge voltage is applied to each of the input ends of the four Wheatstone bridge circuits, and the output voltage generated at each output end is measured by the strain measuring instrument. The strain values of the first to fourth strain gauges are being measured. When the crack progresses and the first detection pattern and the second crack detection pattern connected to the first detection circuit connected to the four Wheatstone bridge circuits are broken, the first abnormality occurs. An output and a second abnormal output are generated, and the crack growth state is accurately grasped based on each time interval from the measurement start time point to the occurrence time point of the first abnormal output and the second abnormal output. A crack monitoring method characterized in that it can be used for soundness evaluation of a structure.
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