JP7246631B2 - パラメータの取得方法 - Google Patents

Description

本発明は、砂型の一面せん断に関する数値解析に用いるパラメータの取得方法、及び砂型の一面せん断試験装置に関する。

従来、土木分野の設計においては、土や砂（砂型）のせん断強度を求めるために、砂型の一面せん断試験が行われている。この一面せん断試験は、砂型の試験片を一面せん断試験装置に収容し、当該砂型のせん断強度を測定するものである。

上記一面せん断試験装置には、例えば、上下に分割された収容箱を備えた一面せん断試験装置がある（特許文献１の図４参照）。この一面せん断試験装置では、収容箱に砂型の試験片を収容し、上側の収容箱に一定の垂直荷重を負荷した状態で、当該上側の収容箱を水平移動させることにより試験片にせん断応力を作用させる。このとき、試験片に生じるせん断応力を荷重測定器で計測するとともに、上側の収容箱の垂直変位及び水平変位をそれぞれ変位測定器で計測することにより、試験片のせん断強度を測定できるようになっている。

特開平８－２２６８８６号公報

上記砂型の設計においては、ＦＥＭ（Finite Element Method：有限要素法）解析等の数値解析が利用されている。ＦＥＭ解析では、砂型の解析モデルを作成して各種のパラメータを入力することにより、砂型の凝固収縮時の寸法変化等を予測することができる。このような数値解析を実行するためには、上記した一面せん断試験装置による一面せん断試験の測定結果から、砂型に作用するせん断応力や垂直応力等の各種パラメータを取得する必要がある。

しかしながら、上述した一面せん断試験装置では、室温で砂型のせん断強度を測定するものであるので、高温下での砂型のせん断強度を測定することができないという課題がある。このため、高温下での砂型の一面せん断に関する数値解析に用いるパラメータを取得することができないという課題がある。

本発明の一態様は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、高温下での砂型の一面せん断に関する数値解析に用いるパラメータを取得することを目的とする。更に、高温下で砂型の一面せん断試験を行える一面せん断試験装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するためになされた本発明の一態様に係るパラメータの取得方法は、砂型の一面せん断に関する数値解析に用いるパラメータの取得方法であって、前記砂型の温度及び物性値を含む設定条件を決める設定工程と、前記設定工程により決められた前記設定条件を用いて、複数の温度下で、上下に分割可能な収容器に収容した前記砂型の試験片に対して一面せん断試験を行う試験工程と、前記砂型が所定の強度包絡線に従うものとして、前記試験工程により得られた測定結果に基づいて複数の温度毎に前記強度包絡線を作成することにより、前記パラメータを算出するパラメータ算出工程と、を含むことを特徴とする。

上記したパラメータの取得方法によれば、試験工程にて複数の温度下で砂型の一面せん断試験を行い、当該試験工程により得られた測定結果に基づいて、パラメータを算出工程にて複数の温度毎に強度包絡線を作成することで、砂型の一面せん断に関する数値解析に用いる各種パラメータを複数の温度毎に取得できる。

また、本発明の一態様に係るパラメータの取得方法では、前記設定工程にて決められる前記設定条件には、前記砂型に軸方向から負荷する荷重の大きさ、及び前記砂型のせん断変位量が含まれ、前記試験工程にて得られる前記測定結果には、複数の温度下における前記砂型のせん断応力、前記砂型の垂直応力、及び垂直変位量が含まれ、前記パラメータ算出工程にて算出される前記パラメータには、温度毎の前記砂型の粘着力、前記砂型の内部摩擦角、及び前記砂型の膨張角が含まれることを特徴とする。

上記したパラメータの取得方法によれば、試験工程にて得られる複数の温度下における砂型のせん断応力、砂型の垂直応力、及び垂直変位量の測定結果に基づいて、パラメータ算出工程にて、温度毎の砂型の粘着力、砂型の内部摩擦角、及び砂型の膨張角を算出できる。これにより、砂型の一面せん断に関する数値解析に、温度毎の砂型の粘着力、内部摩擦角、及び膨張角をパラメータとして入力することができ、良好な数値解析結果を得ることができる。

また、本発明の一態様に係るパラメータの取得方法では、前記設定条件における砂型の温度に、少なくとも１００℃以上の高温が含まれることを特徴とする。

上記したパラメータの取得方法によれば、１００℃以上の高温下での砂型の一面せん断に関する数値解析を行うことができ、高温下での砂型の強度を高精度に予測することができる。

また、本発明の一態様に係るパラメータの取得方法では、前記パラメータ算出工程にて作成する前記強度包絡線は、前記試験工程により得られた測定結果から非測定部分を補完することにより作成されることを特徴とする。

上記したパラメータの取得方法によれば、試験工程により得られた測定結果に基づいて、試験工程にて測定していない範囲（非測定部分）を補完することにより強度包絡線を作成することができる。これにより、パラメータを取得するために必要な試験工程における一面せん断試験の回数を削減できる。

本発明の一態様に係る砂型の一面せん断試験装置は、砂型の一面せん断試験装置であって、前記砂型の試験片を収容する上下に分割可能な収容器と、前記収容器内の前記試験片を加熱するヒータと、前記収容器内の前記試験片に第１方向から荷重を負荷する第１加圧部と、前記第１加圧部に荷重を負荷された状態で、上下に分割された一方側の前記収容器内の前記試験片に前記第１方向に直交する第２方向から荷重を負荷する第２加圧部と、前記第１加圧部により前記試験片に負荷された荷重を測定する第１荷重センサと、前記第２加圧部により荷重を負荷された前記試験片に生じるせん断応力を測定する第２荷重センサと、前記第２加圧部により荷重を負荷された前記試験片のせん断変位量を測定するせん断変位センサと、を備えたことを特徴とする。

上記した砂型の一面せん断試験装置によれば、第１加圧部により収容器内の試験片に第１方向（軸方向）から荷重を負荷した状態で、第２加圧部により収容器内の試験片に第２方向（側面方向）から荷重を負荷することで、試験片に所望のせん断応力を作用させて砂型の一面せん断試験を行うことができる。特に、ヒータによって、収容器内の試験片を高温に加熱することができるので、高温下で砂型の一面せん断試験を行うことができる。これにより、高温を含む複数の温度下において、砂型のせん断強度を測定することができる。

本発明の一態様のパラメータの取得方法によれば、高温下での砂型の一面せん断に関する数値解析に用いるパラメータを取得することができる。

また、本発明の一態様の砂型の一面せん断試験装置によれば、高温下で砂型の一面せん断試験を行うことができる。

本発明の実施形態に係る一面せん断試験装置の概略図である。 実施形態に係る砂型の強度包絡線の一例を示す図である。 実施形態に係る砂型の膨張角を示す概念図である。 実施形態に係るパラメータの取得方法の流れを示すフローチャートである。 実施形態に係る一面せん断試験装置による一面せん断試験の流れを示すフローチャートである。 実施形態に係る一面せん断試験によるせん断変位量と荷重センサにより測定される応力との関係を示すグラフである。 実施形態に係る一面せん断試験によるせん断変位量と垂直変位量との関係を示すグラフである。 実施形態に係る一面せん断試験により得られた測定結果に基づいて作成された強度包絡線の一例を示すグラフである。 実施形態に係るパラメータ取得方法により算出されたパラメータを用いた数値解析の解析値と実験値とを比較した図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１～図９を参照して説明する。

［一面せん断試験装置］
まず、砂型の一面せん断試験を行うための一面せん断試験装置１について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の一面せん断試験装置１の概略図である。図１に示すように、一面せん断試験装置１は、筐体１００と、収容器１０と、第１加圧部２１と、当接部材２１ａと、当接部材２１ｂと、第２加圧部２２と、第１シリンダ３１と、第２シリンダ３２と、第１上部荷重センサ４１（第１荷重センサ）、第１下部荷重センサ４２（第１荷重センサ）と、第２荷重センサ４３と、せん断変位センサ４４と、ヒータ５１，５２と、ガイド６０と、を備えている。

この一面せん断試験装置１による一面せん断試験では、収容器１０内に砂型の試験片ＴＰを収容し、第１加圧部２１により軸方向から試験片ＴＰに荷重を負荷させた状態で、第２加圧部２２により側面方向から試験片ＴＰに荷重を負荷させることにより、試験片ＴＰにせん断応力を作用させる装置である。以下、説明の便宜上、図１中の筐体１００の底面側を下側、第１シリンダ３１側を上側、第２シリンダ３２側を右側、第２シリンダ３２とは反対側を左側とする。

筐体１００は、矩形箱状の部材であって、仕切板１０１によって上下に区切られている。筐体１００の内部には、収容器１０が配置される。収容器１０は、所定量の砂型の試験片ＴＰを収容するための容器である。試験片ＴＰとしては、例えば直径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍ程度の円柱形状のものを用いる。収容器１０のサイズ及び形状は、試験片ＴＰに応じて適宜設計変更が可能である。

収容器１０は、上部容器１１と下部容器１２とを有し、上部容器１１と下部容器１２とに分割可能に構成されている。上部容器１１は、仕切板１０１に固定されている。上部容器１１の上面側及び下面側は開放されている。下部容器１２の上面側は開放され、下面側は閉鎖されている。

上部容器１１及び下部容器１２は、上記一面せん断試験を行う前は一体化されている。一方、一面せん断試験を行う際には、上部容器１１と下部容器１２とに二分割される。二分割された下部容器１２は、後述する第２加圧部２２により加圧されることにより、ガイド６０に沿って側面左方向に移動可能になっている。ガイド６０は、筐体１００の底面に固定され、後述する当接部材２１ｂを摺動可能に支持する。

なお、収容器１０は、上下に分割可能な構成でなくてもよく、収容器１０内の試験片ＴＰにせん断応力を作用させることができる構成であれば、適宜設計変更してもよい。

第１加圧部２１は、例えば棒状の部材であって、当接部材２１ａを介して、収容器１０内の試験片ＴＰに軸方向（第１方向）から荷重を負荷する。第１加圧部２１の上部には、第１シリンダ３１が設けられている。第１シリンダ３１は、図示しない制御装置からの制御信号に基づいて、第１加圧部２１を軸方向に移動させる。

下部容器１２とガイド６０との間には、当接部材２１ｂが設けられている。当接部材２１ｂは、例えば棒状の部材であって、下部容器１２とガイド６０とを連結するための部材である。第１加圧部２１により収容器１０に下方に荷重が負荷されると、当接部材２１ｂを介して、ガイド６０側から下部容器１２に荷重（反力）が負荷される。

第２加圧部２２は、棒状の部材であって、下部容器１２内の試験片ＴＰに側面方向（第２方向）から荷重を負荷する。第２加圧部２２の右側部には、第２シリンダ３２が設けられている。第２シリンダ３２は、上記制御装置からの制御信号に基づいて、第２加圧部２２を側面左方向に移動させる。

なお、上記第１シリンダ３１及び第２シリンダ３２としては、例えば、油圧式、空圧式、及び電動式等のシリンダを用いることができる。また、第１シリンダ３１及び第２シリンダ３２の代わりに、例えば電動ジャッキを用いてもよい。

本実施形態では、収容器１０内の試験片ＴＰを加熱するためのヒータ５１，５２が設けられている。ヒータ５１は、上部容器１１の内部に設けられている。また、ヒータ５２は、下部容器１２の内部に設けられている。なお、ヒータ５１，５２は、収容器１０内の試験片ＴＰを加熱できればよく、その配置位置や配置個数は適宜変更してもよい。例えば、ヒータ５１を上部容器１１の側面に設置すると共に、ヒータ５２を下部容器１２の側面に設置してもよい。

第１加圧部２１には、第１上部荷重センサ４１が設けられている。第１上部荷重センサ４１は、第１加圧部２１により、収容器１０内の試験片ＴＰに負荷された荷重を測定するためのセンサである。

当接部材２１ｂには、第１下部荷重センサ４２が設けられている。第１下部荷重センサ４２は、ガイド６０側から下部容器１２に負荷される荷重（反力）を測定するためのセンサである。

また、第２加圧部２２には、第２荷重センサ４３が設けられている。第２荷重センサ４３は、第２加圧部２２により、下部容器１２内の試験片ＴＰに負荷された荷重を測定するためのセンサである。

上記第１上部荷重センサ４１、第１下部荷重センサ４２、及び第２荷重センサ４３は、測定された荷重の大きさに応じた電気信号を図示しない制御装置に出力する。なお、第１上部荷重センサ４１、第１下部荷重センサ４２、及び第２荷重センサ４３としては、圧電素子式、ひずみゲージ式、及び静電容量式等のロードセルを用いることができる。

せん断変位センサ４４は、下部容器１２の側面付近に設けられ、第２加圧部２２により、側面方向に荷重を負荷された下部容器１２内の試験片ＴＰのせん断変位量を測定するセンサである。なお、図示しないが、下部容器１２の側面付近には、下部容器１２内の試験片ＴＰの垂直変位量を測定する垂直変位センサが設けられている。

上記せん断変位センサ４４を用いることにより、下部容器１２内の試験片ＴＰのせん断変位量を連続的に測定することができる。また、垂直変位センサを用いることにより、下部容器１２内の試験片ＴＰの垂直変位量を連続的に測定することができる。なお、せん断変位センサ４４及び垂直変位センサとしては、例えばレーザ変位計を用いることができる。

［パラメータの取得方法］
次に、上記した一面せん断試験装置１を用いて、砂型の数値解析（ＦＥＭ解析）に入力するパラメータを取得する方法について、図２～図８を参照して説明する。

（砂型の前提条件）
まず、本実施形態では、砂型が、図２に示されるＭｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ（モール・クーロン）の強度包絡線に従うことを前提としている。Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂの強度包絡線は、以下の式（１）に示される。

τ＝ｃ＋σｔａｎφ・・・式（１）
ここで、τはせん断応力、ｃは粘着力、σは垂直応力、φは内部摩擦角を表している。砂型（土や砂）の設計においては、砂型のせん断強度を求めることが重要となる。このせん断強度を求める際に、上記Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂの強度包絡線が使用される。Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂの強度包絡線は、モールの応力円とクーロンの破壊基準とを合わせることにより作成される。この強度包絡線は、砂型にせん断応力を作用させた時に、砂型が破壊する破壊面での応力状態を示している。すなわち、砂型に作用するせん断応力τが、τ＞ｃ＋σｔａｎφの時に、砂型は破壊した状態となる。一方、τ＜ｃ＋σｔａｎφの時に、砂型は安定した状態となっている。

また、砂型には、図３に示すような、せん断特性がある。すなわち、密詰めの砂型では、せん断応力を作用させた時に、ある砂粒子が他の砂粒子の上に乗り上げることにより砂型が膨張する。このため、砂の垂直変位量（体積ひずみ）は、せん断変位量（せん断ひずみ）の増加に伴って増大する。この砂型の膨張時の角度が膨張角ψで示される。これに対して、緩詰めの砂型では、せん断応力を作用させた時に、砂粒子が落ち込み収縮する。このため、砂の垂直変位量は、せん断変位量の増加に伴って減少する。

本実施形態では、砂型に上記した特性があることを前提とし、図４に示す工程の順序で、砂型の数値解析に用いる各種パラメータを取得する。すなわち、図４に示すように、設定工程（Ｓ１）、試験工程（Ｓ２）、パラメータ算出工程（Ｓ３）の順に、パラメータの取得を行う。以下、各工程について詳しく説明する。

（設定工程Ｓ１）
設定工程Ｓ１では、砂型の温度、及び砂型の物性値の設定条件を決める。砂型の物性値には、砂型の種類、密度、水分、活性粘土分、コンパクタビリティー、砂型強度等が含まれる。具体的には、設定工程Ｓ１において、砂型の物性値及び温度等の設定条件を、以下のように決めた。砂型の種類は珪砂、砂型の物性値は、密度１．５３ｇ／ｃｍ^３、水分３．２％、活性粘土分７．６ｗｔ％、コンパクタビリティー３８％、砂型強度２０N/ｃｍ^２の砂型を試験片ＴＰとして用いた。

砂型の試験片ＴＰは、サイズが直径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円柱状のものを用いた。砂型の設定温度は、室温から４００℃までの範囲とした。また、第１加圧部２１により軸方向から負荷する荷重の大きさは、０．５ＭＰａ、０．７５ＭＰａ、１．０ＭＰａとした。また、第２加圧部２２より側面方向から下部容器１２を加圧することに伴う、下部容器１２内の試験片ＴＰのせん断変量は１０ｍｍとした。また、せん断変位速度は、１．０ｍｍ／ｍｉｎとした。

（試験工程Ｓ２）
次に、試験工程Ｓ２において、上記設定工程Ｓ１にて決めた設定条件により、砂型の温度が室温から４００℃の高温まで複数の温度下で、上記一面せん断試験装置１を用いて砂型の一面せん断試験を複数回行う。この一面せん断試験の流れについて、図５のフローチャートを参照して説明する。なお、図５に示すフローチャートは一例であり、このフローチャートに限定されない。

上記試験工程Ｓ２にて行われる一面せん断試験では、まず、収容器１０内に砂型の試験片ＴＰを収容する（Ｓ２１）。続いて、図示しない制御装置から制御信号を出力することにより、第１シリンダ３１を作動させて、第１加圧部２１を収容器１０側へ移動させる。これにより、収容器１０内の試験片ＴＰに軸方向から所定の荷重を負荷する（Ｓ２２）。

次に、収容器１０内の試験片ＴＰに軸方向から荷重を負荷した状態で、側面方向から試験片ＴＰにせん断応力を負荷する（Ｓ２３）。具体的には、上記制御装置から制御信号を出力することにより、第２シリンダ３２を作動させて第２加圧部２２を収容器１０側へ移動させる。これにより、下部容器１２内の試験片ＴＰに側面方向から荷重を負荷する。これにより、収容器１０内の試験片ＴＰには、せん断応力が作用する。

そして、ガイド６０に沿って下部容器１２を側面方向（図１の左側方向）に所定距離移動させることにより、下部容器１２内の試験片ＴＰを所定距離せん断移動させる（Ｓ２４）。このようにして、設定工程Ｓ１にて決められた設定条件下で、複数回一面せん断試験を行う。

なお、上記砂型の一面せん断試験中においては、せん断変位センサ４４及び垂直変位センサにより、下部容器１２内の試験片ＴＰのせん断変位量、及び垂直変位量が連続的に測定されている。また、第１上部荷重センサ４１により、第１加圧部２１から試験片ＴＰに負荷された荷重が連続的に測定されていると共に、第１下部荷重センサ４２により、ガイド６０側から下部容器１２に負荷された荷重（反力）が連続的に測定されている。また、第２荷重センサ４３により、第２加圧部２２に加圧されて試験片ＴＰに生じるせん断応力が連続的に測定されている。

（パラメータ算出工程Ｓ３）
次に、パラメータ算出工程Ｓ３について説明する。パラメータ算出工程Ｓ３では、上記試験工程Ｓ２により得られた測定結果に基づいて、複数の温度毎に後述する強度包絡線を作成することにより、各パラメータを算出する。

上記一面せん断試験の測定結果の一部を図６及び図７に示す。図６は、一面せん断試験によるせん断変位量と荷重センサにより測定される応力との関係を示すグラフである。図７は、一面せん断試験によるせん断変位量と垂直変位量との関係を示すグラフである。

図６に示す例では、せん断変位量が１０ｍｍ、第１加圧部２１による軸方向からの負荷荷重（上部軸荷重）が０．７５ＭＰａ、及び、ガイド６０側から当接部材２１ｂを介して下部容器１２に負荷される荷重（下部軸荷重）が０．４ＭＰａの条件下で、一面せん断試験を行った。このとき、下部容器１２内の試験片ＴＰに生じたせん断応力τの測定結果は、図６に示すように、０．３ＭＰａ程度となった。

＜粘着力ｃ、内部摩擦角φの算出＞
試験工程Ｓ２による測定結果から得られる上部軸荷重が、下部容器１２内の試験片ＴＰに負荷された垂直応力σとなる。この垂直応力σ、及びせん断応力τを、図８に示すようにプロットしていく。

以下、第１加圧部２１により負荷される軸方向からの負荷荷重（上部軸荷重）を変更して、同一の一面せん断試験を実施する。少なくとも３箇所以上にプロットすることができれば、図８に示す強度包絡線を作成することが可能である。図８には、９箇所にプロットされている例が示されている。

このようにして、一面せん断試験の測定結果に基づいて得られた垂直応力σ及びせん断応力τをプロットしていくことにより、上記した式（１）に示すＭｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂの強度包絡線を作成することができる。

図８に示すように、Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂの強度包絡線を作成することができれば、強度包絡線の切片から粘着力ｃを算出でき、強度包絡線の傾きから内部摩擦角φを算出できる。更に、強度包絡線を作成することにより、試験工程Ｓ２により得られた測定結果から非測定部分を補完することができ、各パラメータを効率良く算出することが可能となる。

そして、設定工程Ｓ１において、砂型の設定温度を室温から４００℃まで変更して、試験工程Ｓ２にて一面せん断試験を複数回行うことにより、パラメータ算出工程Ｓ３にて複数の温度下の粘着力ｃ、及び、内部摩擦角φを算出できる。

＜膨張角ψの算出＞
次に、図７に示すせん断変位量と垂直変位量との関係から膨張角ψを算出する。具体的には、膨張角ψは、例えば強度包絡線が安定しているせん断変位量５ｍｍ地点において、垂直変位の傾きを求めることにより算出する。ただし、膨張角ψが負の値になる場合には、数値解析に用いるパラメータとして、膨張角ψを０に設定する場合もある。

そして、設定工程Ｓ１において、砂型の設定温度を室温から４００℃まで変更して、試験工程Ｓ２にて一面せん断試験を複数回行うことにより、パラメータ算出工程Ｓ３にて複数の温度下の膨張角ψを算出できる。

（数値解析の結果）
次に、上記したパラメータの取得方法によって得られた各種パラメータを入力して、砂型の数値解析（ＦＥＭ解析）を行った結果について、図９を参照して説明する。上記したパラメータの取得方法によって、１００℃以上の高温を含む複数の異なる温度毎に、砂型の粘着力ｃ、砂型の内部摩擦角φ、及び、砂型の膨張角ψが算出される。これらの各パラメータを入力して、砂型の数値解析（ＦＥＭ解析）を行った解析結果の一例を図９に示す。図９に示すように、本実施形態により取得されたパラメータを用いて数値解析を実行したところ、１００℃以上の高温下においても、砂型の鋳物収縮量に関する数値解析の解析値を、実験値に良好に近付けることができた。

［実施形態の効果］
上記した本実施形態のパラメータの取得方法によれば、試験工程Ｓ２にて複数の温度下で、上下に分割可能な収容器１０内に収容した砂型の試験片ＴＰに対して一面せん断試験を行う。この測定結果に基づいて、パラメータ算出工程Ｓ３にて、複数の温度毎に、Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂの強度包絡線を作成することによって、複数の温度毎に、数値解析（ＦＥＭ解析）に必要な各パラメータを効率良く取得できる。これにより、砂型の一面せん断に関する数値解析において、上記各パラメータを入力して、複数の温度下で良好に数値解析を行うことができ、砂型の凝固収縮時の鋳物収縮量や砂型反力等を高精度に予測することができる。

また、上記したパラメータの取得方法によれば、試験工程Ｓ２にて得られる複数の温度下における砂型のせん断応力τ、砂型の垂直応力σ、及び垂直変位量の測定結果に基づいて、パラメータ算出工程Ｓ３にて、温度毎の砂型の粘着力ｃ、砂型の内部摩擦角φ、及び砂型の膨張角ψを算出できる。これにより、砂型の一面せん断に関する数値解析に、温度毎の砂型の粘着力ｃ、内部摩擦角φ、及び膨張角ψをパラメータとして入力することができ、良好な数値解析結果を得ることができる。

また、上記したパラメータの取得方法によれば、１００℃以上の高温下での砂型の一面せん断に関する数値解析に用いるパラメータを取得できるので、高温下での砂型の一面せん断に関する数値解析を良好に実施することが可能となり、高温下での砂型のせん断強度を高精度に予測できる。

また、上記したパラメータの取得方法によれば、試験工程Ｓ２により得られた測定結果に基づいて、試験工程Ｓ２にて測定していない範囲（非測定部分）を補完して、Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂの強度包絡線を作成する。これにより、数値解析に用いる各パラメータを取得するために必要な一面せん断試験の回数を削減でき、効率良く各パラメータを取得できる。

上記した砂型の一面せん断試験装置１によれば、第１加圧部２１により、収容器１０内の試験片ＴＰに軸方向から荷重を負荷した状態で、第２加圧部２２により、上下に分割された収容器１０の一方側の下部容器１２内の試験片ＴＰに側面方向から荷重を負荷することで、試験片ＴＰに所望のせん断応力を作用させて砂型の一面せん断試験を行うことができる。これにより、上記一面せん断試験の測定結果を用いることで、上記Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂの式（１）における粘着力ｃ、内部摩擦角φ、及び膨張角ψの正確な値を取得することが可能となる。

特に、ヒータ５１，５２により、収容器１０内の試験片ＴＰを、少なくとも１００℃以上の高温に加熱できるので、高温下で砂型の一面せん断試験を行うことができる。これにより、高温を含む複数の温度下において、砂型の一面せん断時に生じるせん断応力、及びせん断変位量を測定することができる。

本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 一面せん断試験装置
１０ 収容器
１１ 上部容器
１２ 下部容器
２１ 第１加圧部
２２ 第２加圧部
４１ 第１上部荷重センサ（第１荷重センサ）
４２ 第１下部荷重センサ（第１荷重センサ）
４３ 第２荷重センサ
４４ せん断変位センサ
５１，５２ ヒータ
ＴＰ 試験片
Ｓ１ 設定工程
Ｓ２ 試験工程
Ｓ３ パラメータ算出工程

Claims (4)

1. 砂型の一面せん断に関する数値解析に用いるパラメータの取得方法であって、
   前記砂型の温度及び物性値を含む設定条件を決める設定工程と、
   前記設定工程により決められた前記設定条件を用いて、複数の温度下で、上下に分割可能な収容器に収容した前記砂型の試験片に対して一面せん断試験を行う試験工程と、
   前記砂型が所定の強度包絡線に従うものとして、前記試験工程により得られた測定結果に基づいて複数の温度毎に前記強度包絡線を作成することにより、前記パラメータを算出するパラメータ算出工程と、
   を含むことを特徴とするパラメータの取得方法。
2. 前記設定工程にて決められる前記設定条件には、前記砂型に軸方向から負荷する荷重の大きさ、及び前記砂型のせん断変位量が含まれ、
   前記試験工程にて得られる前記測定結果には、複数の温度下における前記砂型のせん断応力、前記砂型の垂直応力、及び垂直変位量が含まれ、
   前記パラメータ算出工程にて算出される前記パラメータには、温度毎の前記砂型の粘着力、前記砂型の内部摩擦角、及び前記砂型の膨張角が含まれることを特徴とする請求項１に記載のパラメータの取得方法。
3. 前記設定条件における前記砂型の温度には、少なくとも１００℃以上の高温が含まれることを特徴とする請求項１または２に記載のパラメータの取得方法。
4. 前記パラメータ算出工程にて作成する前記強度包絡線は、前記試験工程により得られた測定結果から非測定部分を補完することにより作成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のパラメータの取得方法。

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