JP7611561B2 - Creep test machine and creep test method - Google Patents
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Description
本発明は、試験片に荷重を付加して前記試験片の変形量を計測するクリープ試験機及びこのクリープ試験機を用いたクリープ試験方法に関する。 The present invention relates to a creep tester that applies a load to a test piece and measures the deformation of the test piece, and a creep test method using this creep tester.
火力発電設備、原子力発電設備等のプラント、ジェットエンジンやロケットエンジン等の部品の寿命を確認するためや、各種の新素材や複合材料の強度を測定するための試験として、一定荷重下で試験片の歪量と荷重付与時間とを測定して解析を行うクリープ試験が知られている(例えば特許文献1参照)。
また、このようなクリープ試験においては、所定歪量または所定時間ごとに荷重を一定量ずつ増加又は減少させて、荷重と歪量の時間変化を測定することも行われていて、例えば、前記試験片の歪量が予め設定された第1の歪量に達するまでの時間をひとつのデータとして採取し、次いで、予め設定された量だけ荷重を増加又は減少させて試験片の歪量が第2の歪量に達するまでの時間を次のデータとして採取し、この作業を繰り返すことで連続的なデータを求めて解析を行なうようにしている。
A creep test is known as a test for confirming the lifespan of parts of plants such as thermal power generation facilities and nuclear power generation facilities, and of jet engines and rocket engines, and for measuring the strength of various new materials and composite materials, in which the amount of strain of a test piece under a constant load and the time the load is applied are measured and analyzed (see, for example, Patent Document 1).
In such creep tests, the load is increased or decreased by a fixed amount for each specified strain or time, and the change in load and strain over time is measured. For example, the time until the strain of the test piece reaches a preset first strain is collected as one piece of data, and then the load is increased or decreased by a preset amount and the time until the strain of the test piece reaches a second strain is collected as the next piece of data. This process is repeated to obtain continuous data and perform analysis.
このような荷重を増減させて行うクリープ試験において高精度な試験結果を得るには、荷重の増減は連続的に、かつ、試験片に衝撃を加えないように静的に行わなければならないうえ、試験片の両側に付加させる荷重の増減は同量かつ同時に行わなければならない。
しかし、特許文献1に記載されたクリープ試験機では、試験片を両側から引っ張って前記試験片に負荷荷重を付与する一対の錘40の数を増減することで、荷重を増減させることはできるが、上記の要件を全て満たしつつ荷重の増減を行うことは極めて困難であるという問題がある。
In order to obtain highly accurate test results in creep tests in which the load is increased and decreased, the load must be increased and decreased continuously and statically so as not to apply any shock to the test specimen, and the load applied to both sides of the test specimen must be increased and decreased by the same amount and simultaneously.
However, in the creep testing machine described in
また、特許文献2に記載のてこ式定荷重試験機では、てこ2に沿って移動できる移動式重錘3が設けられていて、ハンドル9によってねじ棒4を回すことで移動式重錘3がてこ2に沿って移動することで、力点の位置を変えることができるようにしていて、荷重の増減は静的かつ連続的に行うことができるものの、試験片の両側に付加させる荷重の増減は同量かつ同時に行うことは難しいという問題がある。また、特許文献2に記載のてこ式定荷重試験機では、移動式重錘3の重量に対応した分しか荷重の増減を行うことができないうえ、てこ2の長さが長くなるとてこ式定荷重試験機が大型化するという問題がある。
The lever-type constant load testing machine described in
さらに、特許文献3に記載の多軸万能試験機では、錘の代わりにモータで試験片に負荷を掛けるようにしていて、対となる二つのモータの駆動を同期させることで、試験片の両側で同時に荷重を増減させることができるものの、モータによる荷重の大きさには限界があり、金属などの試験片のクリープ試験を行うには大出力のモータが必要となって装置を大型化させるという問題がある。
Furthermore, in the multi-axis universal testing machine described in
本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、荷重を増減させて行うクリープ試験において、荷重の増減を連続的、かつ、静的に行うことができるとともに試験片の両側での荷重の増減を同量かつ同時に行うことができるクリープ試験機であって、装置構成を簡素かつコンパクトにすることができるクリープ試験機及びクリープ試験方法の提供を目的とする。 The present invention was made in consideration of the above problems, and aims to provide a creep testing machine and creep testing method that can increase and decrease the load continuously and statically in creep tests in which the load is increased and decreased, and that can increase and decrease the load on both sides of the test piece equally and simultaneously, and that can have a simple and compact device configuration.
上記課題を解決するために請求項1に記載のクリープ試験機は、試験片に荷重を付加して前記試験片の変形量を計測するクリープ試験機において、基台上に立設されたレバーと、このレバーを前記基台に揺動自在に取り付ける第一の支持軸と、前記第一の支持軸から離間した位置で前記レバーに設けられ、前記試験片を把持する把持部を支持する第二の支持軸と、前記第一の支持軸及び前記第二の支持軸から離間した位置で前記レバーに設けられ、前記試験片に荷重を付加する荷重部に連結された連結部材を支持する第三の支持軸とを備え、前記第一の支持軸、第二の支持軸及び前記第三の支持軸の少なくとも一つが、前記レバーの軸線方向に進退移動な可動支持軸として構成されているとともに、前記可動支持軸を前記軸線方向に予め設定した距離だけ移動させる移動手段とを備えた荷重調整ユニットとを有し、一対の前記荷重調整ユニットが前記試験片の両端に配置され、前記移動手段は、一対の前記荷重調整ユニットのそれぞれの前記可動支持軸を同期して移動させる同期移動部を備える構成としてある。
In order to solve the above problems, a creep testing machine according to
前記可動支持軸は、前記第一の支持軸、第二の支持軸及び前記第三の支持軸のいずれであってもよく、また、二つ以上の支持軸を可動支持軸としてもよいが、請求項2に記載するように前記第三の支持軸とするのが好ましい。
前記可動支持軸は、請求項3に記載するように、レバーに形成されたガイド部と、このガイド孔に沿って移動するスライダとによって支持されるように構成するとよく、また、前記可動支持軸又は前記スライダに螺合された螺旋軸を備え、この螺旋軸の回転によって前記可動支持軸を移動させるように前記移動手段を構成してもよい。
The movable support shaft may be any one of the first support shaft, the second support shaft, and the third support shaft, and two or more support shafts may be movable support shafts, but it is preferable that it be the third support shaft as described in
As described in
また、前記移動手段は手動によるものであってもよいが、請求項4に記載するように、 サーボモータなどの駆動体と、この駆動体の駆動を制御する制御手段とを備える構成とし てもよい。
請求項5に記載するように、前記荷重部を支持する昇降自在な荷重支持台と、一対の前 記荷重調整ユニットにおいて対となる前記荷重支持台を同期して昇降させる昇降駆動手段とを さらに設けてもよい。
The moving means may be a manual one, but as described in
As described in
本発明のクリープ試験方法は、請求項6に記載するように、基台上に立設されたレバーと、このレバーを前記基台に揺動自在に取り付ける第一の支持軸と、前記第一の支持軸から離間した位置で前記レバーに設けられ、試験片を把持する把持部を支持する第二の支持軸と、前記第一の支持軸及び前記第二の支持軸から離間した位置で前記レバーに設けられ、前記試験片に荷重を付加する荷重部に連結された連結部材を支持する第三の支持軸とを有するクリープ試験機を準備し、前記第一の支持軸、第二の支持軸及び前記第三の支持軸の少なくとも一つを、前記レバーの軸線方向に進退移動な可動支持軸とするし、前記可動支持軸を移動させることで、前記試験片に付与する荷重を変化させつつクリープ試験を行う方法である。
The creep test method of the present invention, as described in
荷重を変化させてクリープ試験を行う方法としては、クリープ試験ごとに付与する荷重を変化させて行うものとしてもよいし、一回のクリープ試験の中で段階的に、又は、連続的に付与する荷重を変化させて行うようにしてもよい。例えば請求項7に記載するように、前記試験片に第一の荷重を付加しつつクリープ試験を行った後、一対の前記荷重調整ユニットの前記可動支持軸を同期させながら移動させて所定位置に位置決めし、前記試験片に第二の荷重を付加しつつクリープ試験を行うようにしてもよいし、また、例えば請求項8に記載するように、一対の前記荷重調整ユニットの前記可動支持軸を同期させながら連続的に移動させ、前記試験片に付与する荷重を変化させながらクリープ試験を行うようにしてもよい。
As a method of performing creep tests by changing the load, the load applied may be changed for each creep test, or the load applied may be changed stepwise or continuously during one creep test. For example, as described in claim 7, after performing a creep test while applying a first load to the test piece, the movable support shafts of the pair of load adjustment units may be moved synchronously to position the test piece at a predetermined position, and a creep test may be performed while applying a second load to the test piece. Alternatively, as described in
請求項9に記載するように、前記荷重部を支持する昇降自在な荷重支持台と、一対の前 記荷重調整ユニットにおいて対となる前記荷重支持台を同期して昇降させる昇降駆動手段とを 準備し、前記クリープ試験の途中で前記荷重支持台を同期して昇降させることで、前記試 験片に付与する荷重を一時的に0になるようにしてもよい As described in claim 9, a load support table that can be raised and lowered and that supports the load portion and a lifting drive means for synchronously raising and lowering the pair of load support tables in the pair of load adjustment units may be provided, and the load applied to the test piece may be temporarily set to zero by synchronously raising and lowering the load support tables during the creep test.
本発明は上記のように構成されているので、前記可動支持軸を移動させることで前記試験片に付与する荷重を大きく増減させることができるうえ、荷重の増減も連続的かつ静的に行うことが可能である。また、レバーが基台上に立設された構成であるので、対となる二つの荷重調整ユニットを近接させることができ、装置構成をコンパクトにすることができるほか、人手によって荷重の増減を行う場合も、対となる二つの荷重調整ユニットの移動手段の操作を同時かつ同量だけ行うことが容易になる。 Since the present invention is configured as described above, the load applied to the test piece can be significantly increased or decreased by moving the movable support shaft, and the load can be increased or decreased continuously and statically. Furthermore, since the lever is configured to stand on the base, the two paired load adjustment units can be placed close to each other, making the device configuration compact, and when the load is increased or decreased manually, it is easy to operate the movement means of the two paired load adjustment units simultaneously and by the same amount.
特に、移動手段としてサーボモータ等の駆動体を用い、制御手段によって駆動制御を行うようにすれば、対となる二つの荷重調整ユニットの移動手段の操作を高精度に行うことができるようになる。なお、このような駆動体をレバーの内部に収容することで、装置構成を大型化することもない。
また、本発明によれば、クリープ試験中に試験片Tに対して段階的に荷重の大きさを変えて付加することが容易になるほか、クリープ試験中に連続的に荷重の大きさを変えるなど、多様なクリープ試験が可能になる。途中で一時的に荷重を0とすることも可能である。
In particular, if a drive such as a servo motor is used as the moving means and the drive is controlled by the control means, the moving means of the pair of load adjustment units can be operated with high precision. Furthermore, by housing such a drive inside the lever, the device configuration does not become large.
Furthermore, according to the present invention, it becomes easy to apply a load to the test piece T while changing the magnitude of the load stepwise during the creep test, and it also becomes possible to carry out a variety of creep tests, such as changing the magnitude of the load continuously during the creep test. It is also possible to temporarily set the load to 0 during the test.
そのため、本発明では、従来の試験機や試験方法では直接的に測定できなかった試験片の応力変動時の変形特性や硬化特性を測定することが可能となり、例えば前記試験片の変形特性やクリープ特性を数式表現する際の硬化変数を決定することが容易になる。そして、クリープ試験で得られた適切な硬化変数や硬化モデルを用いることで、数値シミュレーションの精度が向上し、これによって長期使用時の変形予測を高精度化することが可能となり、より安全性の高い機器や設備の設計に寄与することができる。 Therefore, the present invention makes it possible to measure the deformation and hardening characteristics of a test piece during stress fluctuations, which could not be measured directly using conventional testing machines and testing methods, and makes it easy to determine the hardening variables to use when mathematically expressing the deformation and creep characteristics of the test piece. Furthermore, by using appropriate hardening variables and hardening models obtained from creep tests, the accuracy of numerical simulations is improved, which makes it possible to more accurately predict deformation during long-term use, thereby contributing to the design of safer equipment and facilities.
以下、本発明のクリープ試験機の好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明のクリープ試験機の一実施形態にかかり、その全体構成を説明する側面図、図2は、図1のクリープ試験機の平面図、図3は、荷重調整ユニットの詳細を説明する拡大図で(a)はその側面図、(b)は(a)のI-I断面図、図4は、図3の荷重調整ユニットの変形例を示す部分図、図5は、本発明のクリープ試験機を用いたクリープ試験の一例の概略説明図で、(a)は時間と負荷との関係を示すグラフ、(b)は時間と試験片のひずみとの関係を示すグラフ、図6は、この実施形態のクリープ試験機に用いられる試験片を説明する図で、(a)はその平面図、(b)は(a)のII-II方向断面図である。
Hereinafter, preferred embodiments of the creep testing machine of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view illustrating the overall configuration of one embodiment of a creep testing machine of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the creep testing machine of FIG. 1, FIG. 3 is an enlarged view illustrating details of a load adjustment unit, where (a) is a side view and (b) is a cross-sectional view taken along line II of (a), FIG. 4 is a partial view showing a modified example of the load adjustment unit of FIG. 3, FIG. 5 is a schematic explanatory diagram of an example of a creep test using the creep testing machine of the present invention, where (a) is a graph showing the relationship between time and load and (b) is a graph showing the relationship between time and strain of a test piece, and FIG. 6 is a diagram illustrating a test piece used in the creep testing machine of this embodiment, where (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view taken along line II-II of (a).
[試験片]
この実施形態のクリープ試験機1を用いてクリープ試験を行う試験片Tは、図8に示すような十字形のもので、その形態は特許文献1の図4などにも記載されているように公知のものである。例えば発電所や工場などの圧力容器や圧力配管、ジェットエンジンのタービンブレード等においてその正確な強度を求めるに当たっては、材料の二軸応力下の応力-ひずみ特性が必要になる。図8に示すような十字形の試験片Tは、このような二軸応力下の応力-ひずみ特性を求める際に用いられるものである。
試験片Tは鋼材や超耐熱合金材から形成することができるが、実際の圧力容器や圧力配管などから採取した既損傷材料で形成することも可能である。また、試験片Tは非鉄金属の応力-ひずみ特性を求めるためにも用いることができ、例えば強化繊維を含有するエンジニアリングプラスチック等の異方性材料で試験片Tを形成してもよい。
[Test piece]
The test piece T on which the creep test is performed using the
The test piece T can be made of steel or super heat-resistant alloy material, but can also be made of damaged material taken from an actual pressure vessel or pressure piping, etc. The test piece T can also be used to determine the stress-strain characteristics of non-ferrous metals, and the test piece T may be made of anisotropic material such as engineering plastics containing reinforcing fibers.
この実施形態において試験片Tは、図8に示すように、クリープ試験の試験対象となる試験片本体部Taが中央に形成され、この試験片本体部Taから直交する四方向に延びる被把持部Tbを有するもので、一辺の長さlが50mm程度、被把持部Tbの幅sが8.4mm程度のものを使用することができる。
被把持部Tbは、後述する荷重調整ユニット10の把持部106(図3参照)に把持させるためのもので、この被把持部Tbには、荷重付与方向に対して、X、Y方向の変形が互いを拘束しないように、複数本のスリットTcが平行に形成されている。
In this embodiment, as shown in FIG. 8, the test piece T has a test piece main body Ta formed in the center, which is the subject of the creep test, and has gripped parts Tb extending in four perpendicular directions from this test piece main body Ta, with the length l of one side being approximately 50 mm and the width s of the gripped parts Tb being approximately 8.4 mm.
The gripped portion Tb is intended to be gripped by the gripping portion 106 (see Figure 3) of the
なお、本発明のクリープ試験機1では、上記したような二軸応力下でクリープ試験を行う十字形の試験片Tに限らず、一軸応力下でクリープ試験を行う一文字形の試験片にも適用が可能である。また、本発明のクリープ試験機1では、荷重調整ユニット10の数を増やすことで、例えば試験片本体部Taから八方向に延びる八つの被把持部Tbを有する試験片を用いた多軸応力下でのクリープ試験も可能になる。
The
[クリープ試験機の全体構成]
図1及び図2に示すようにこの実施形態のクリープ試験機1は、水平な床面やテーブルなどの上に載置又は固定される架台12と、この架台12の基台122に支持される複数(この実施形態では四つ)の荷重調整ユニット10と、複数の荷重調整ユニット10の中央に配置された試験片Tに荷重を付与するための重錘128aと、荷重調整ユニット10と重錘128aとを連結するワイヤ126とを有している。
また、荷重調整ユニット10の中央には、試験片Tを収容してクリープ試験の際に試験片Tを予め設定された温度に加熱する加熱炉13が設けられる。
[Overall configuration of creep tester]
As shown in Figures 1 and 2, the
Further, in the center of the
[架台の構成]
図2に示すように、この実施形態において架台12の基台122には、対となる荷重調整ユニット10が二組、すなわち、四つの荷重調整ユニット10が、直交するX軸線上及びY軸線上に相対向して均等間隔で配置される。
架台12は、水平な床面やテーブルなどの上に載置又は固定される支持台120と、この支持台120の上に立設される複数本の脚121とを有していて、基台122は脚121の上端に設けられる。
[Configuration of the stand]
As shown in FIG. 2, in this embodiment, two pairs of paired
The stand 12 has a support table 120 that is placed on or fixed to a horizontal floor surface, a table, or the like, and a plurality of legs 121 that stand upright on the support table 120 , and a base 122 is provided on the upper ends of the legs 121 .
基台122は、図2に示すように十字状に形成されていて、十字を形成する四つの突出部のそれぞれに、四つの荷重調整ユニット10が配置されている。前記突出部の先端部分は、上方に屈曲させてアーム123として形成されていて、アーム123の上端には滑車124が回転自在に支持されている。そして、荷重調整ユニット10に連結されたワイヤ126がこの滑車124から垂下され、その先端にロッド127を介して一つ又は複数個の重錘128aが吊り下げられる。ロッド127及び重錘128aが、試験片Tに対して荷重を付与する荷重部128を構成する。
The base 122 is formed in a cross shape as shown in FIG. 2, and four
また、基台122には、四つの荷重調整ユニット10の配置位置に合わせて貫通孔122aが形成され、荷重調整ユニット10の各々は貫通孔122aに挿通させた状態で基台122に支持される。
In addition, through holes 122a are formed in the base 122 to correspond to the positions of the four
符号125は重錘128aを支持する荷重支持台としての重錘支持台で、重錘128aを載置した状態で昇降可能な昇降テーブル125aを備えている。対向する一対の荷重調整ユニット10の重錘支持台125においては、例えば図1に示すように二つの昇降テーブル125aを連結部バー125bで連結し、一つの油圧ジャッキで二つの昇降テーブル125aが同期して昇降するようにするとよい。クリープ試験前の初期状態では、一対の荷重調整ユニット10の二つの昇降テーブル125aは上昇していて重錘128aを載置し、対となる二つの荷重調整ユニット10に荷重がかからないようにしているが、二つの荷重調整ユニット10に試験片Tを取り付けてクリープ試験を開始する際には、前記油圧ジャッキを駆動させて二つの昇降テーブル125aを同時にゆっくりと下降させることで、試験片Tの両側から同時に同量の荷重を静的に付与することができる。また、二つの昇降テーブル125aを同時に上昇させ、二つの昇降テーブル125aのそれぞれに同時に重錘128aを載せることで、クリープ試験の終了時だけでなくクリープ試験の途中であっても、試験片Tに作用する負荷を0とすることができる。
[荷重調整ユニットの構成]
荷重調整ユニット10は、基台122にボルトなどで固定された台座110に、第一の支持軸108によって揺動自在に立設されたレバー100を有している。レバー100の下端側は、基台122の貫通孔122aを挿通して基台122の下方に延び、その一端には、無負荷状態において支持軸108を支点として、レバー100を垂直姿勢に保つためのバランサ112が取り付けられている。
第一の支持軸108から距離L2だけ離間した上方には、第一の支持軸108と平行かつ同方向に第二の支持軸107が設けられ、この第二の支持軸107を介して、第二の支持軸107から水平方向に対向する他方の荷重調整ユニット10に向けて延びる取付アーム105が、レバー100に揺動自在に取り付けられる。取付アーム105の先端の先端には、連結ピン106aを介して把持部106が取り付けられ、この把持部106の先端に試験片Tの被把持部Tbが把持される。
[Configuration of load adjustment unit]
The
A second support shaft 107 is provided above and spaced a distance L2 from the first support shaft 108, parallel to and in the same direction as the first support shaft 108, and a mounting arm 105 extending from the second support shaft 107 toward the other
なお、取付アーム105は、ハンドル105aによって軸線方向に進退移動が可能で、対向する二つの荷重調整ユニット10の把持部106,106間の間隔を長短調整することでき、試験片Tを取り付ける際に試験片Tを取り付け易くするとともに、その長さに応じた適切な間隔に調整することができるようになっている。
The mounting arm 105 can be moved back and forth in the axial direction by the handle 105a, and the distance between the gripping parts 106, 106 of the two opposing
第二の支持軸107から距離L1だけ離間した上方には、第一の支持軸108及び第二の支持軸107と平行かつ同方向に第三の支持軸109が設けられている。この第三の支持軸109から水平方向かつ取付アーム105とは反対方向に連結部材102が延設され、第三の支持軸109を介してレバー100に揺動自在に取り付けられている。連結部材102の先端にはワイヤ連結孔102aが形成され、このワイヤ連結孔102aにワイヤ126の一端が連結される。
A
レバー100の上部には、上下方向に長軸を有する長孔状のガイド孔103が貫通形成され、このガイド孔103に沿って昇降するスライダ115がガイド孔103内に挿入されている。第三の支持軸109は、このスライダ115に支持されていて、スライダ115とともにガイド孔103に沿って、図3に示す上限位置(i)と下限位置(ii)との間で昇降可能である。この実施形態では、第三の支持軸109が可動支持軸である。
レバー100の上端には、ガイド孔103の上端開放部分を閉塞するように上端部材104が取り付けられている。この上端部材104には、ガイド孔103まで貫通する貫通孔104aが形成され、この貫通孔104aを挿通して螺旋軸101がガイド孔103内まで延びている。
An elongated guide hole 103 having a long axis in the up-down direction is formed through the upper part of the
An upper end member 104 is attached to the upper end of the
螺旋軸101の上端には軸頭部101aが形成され、上端部材104の上方に位置している。軸頭部101aと上端部材104との間には、軸頭部101aを回転自在に支持しつつ螺旋軸101が貫通孔104aからガイド孔103に落下しないようにするための軸受101bが設けられている。螺旋軸101は、第三の支持軸109の中央に貫通形成された螺旋孔109aに螺入されていて、軸頭部101aを介して螺旋軸101を回転させることで、第三の支持軸109がガイド孔103に沿って昇降させる。
A shaft head 101a is formed at the upper end of the helical shaft 101, and is located above the upper end member 104. A bearing 101b is provided between the shaft head 101a and the upper end member 104 to rotatably support the shaft head 101a while preventing the helical shaft 101 from falling from the through hole 104a into the guide hole 103. The helical shaft 101 is screwed into a helical hole 109a formed through the center of the
以上の構成により、スパナなどの工具やハンドルを軸頭部101aに係合させて軸頭部101aを図中C方向に回転させると、螺旋軸101が回転し、この螺旋軸101に螺合する第三の支持軸109がガイド孔103に沿って昇降する。これにより、第二の支持軸107と第三の支持軸109との間の距離L1を長短変化させることができる。
なお、長短変化させる距離L1の大きさを視認できるようにするために、ガイド孔103に沿って目盛りを付するとよい。
With the above configuration, when a tool such as a wrench or a handle is engaged with the shaft head 101a and the shaft head 101a is rotated in the direction C in the figure, the helical shaft 101 rotates and the
In addition, it is preferable to provide a scale along the guide hole 103 so that the magnitude of the distance L1 that is changed from long to short can be visually confirmed.
この実施形態では、第三の支持軸109に形成された螺旋孔109aと螺旋軸101とが、可動支持軸を移動させる移動手段Pを構成する。また、この実施形態では、第一の支持軸108を支点とし、第二の支持軸107を作用点とし、第三の支持軸109を力点とするレバー100が、てこの作用により、荷重部128の荷重を距離L1,L2に応じた比で増幅して、試験片Tに伝達する。
上記構成の荷重調整ユニット10は、試験片Tの両端側に対をなして二つが基台122に配置される。この実施形態では、十字状の試験片Tのクリープ試験を行うことができるように、二対(四つ)の荷重調整ユニット10が基台122に配置される。
In this embodiment, the helical hole 109a formed in the
The
[荷重調整ユニットの別の実施形態]
図4に、荷重調整ユニットの別の実施形態を示す。
図3の荷重調整ユニット10は、スパナ等の工具やハンドルを用いて手動により螺旋軸101を回転させるものである。本発明のクリープ試験機1は、レバー100を立設させた構成であるので、対となる二つの荷重調整ユニット10を近接して配置することができる。この実施形態では、一辺の長さlが50mm程度の小さな試験片Tを用いることで、対となる荷重調整ユニット10の間隔を40cm前後とすることができ、装置の大きさも一辺の長さH(図2参照)も60cm程度の範囲内に収めることができる。そのため、一人の作業者が両手で同時に二つの荷重調整ユニット10の螺旋軸101を操作することが容易になり、二つの荷重調整ユニット10の螺旋軸101の回転角度を同じにすることも容易である。
しかし、より精密に二つの荷重調整ユニット10の第三の支持軸109を昇降させるには、サーボモータ等の駆動体を用いて螺旋軸101を回転させるのが好ましい。
[Another embodiment of the load adjustment unit]
FIG. 4 shows another embodiment of the load adjusting unit.
The
However, in order to raise and lower the
図4に示す実施形態の荷重調整ユニット10′では、螺旋軸101′をサーボモータ等の駆動体Mの回転軸に連結し、駆動体Mの駆動により螺旋軸101′を回転させるようにしている。駆動体Mの駆動は、荷重調整ユニット10′の外に設けられた図示しない制御部によって制御することが可能で、例えば予め設定された時間経過ごとや予め設定された歪み量に到達した後に、螺旋軸101′を予め設定された回転角度だけ回転させる指令を駆動体Mに出力することで、対となる二つの荷重調整ユニット10′において同期させて同量だけ第三の支持軸109を昇降させることができる。
In the load adjustment unit 10' of the embodiment shown in FIG. 4, the helical shaft 101' is connected to the rotating shaft of a driver M such as a servo motor, and the helical shaft 101' is rotated by driving the driver M. The driving of the driver M can be controlled by a control unit (not shown) provided outside the load adjustment unit 10'. For example, by outputting a command to the driver M to rotate the helical shaft 101' by a preset rotation angle after a preset time has elapsed or after a preset amount of strain has been reached, the
このように、第三の支持軸109の昇降をサーボモータ等の駆動体Mにより行うことで、対となる荷重調整ユニット10′における二つの第三の支持軸109の昇降を高精度に同期させ、かつ、昇降量を精密に一致させることが可能になる。
なお、図4の例のように、レバー100の内部に空洞部を形成し、駆動体Mをレバー100内に収容することで、駆動体Mや螺旋軸101′が荷重調整ユニット10′の外側に突出せず、荷重調整ユニット10′を先の実施形態の荷重調整ユニット10と同じ大きさ(高さ)内に収めることができる。
In this way, by raising and lowering the
As in the example of Figure 4, by forming a hollow portion inside the
[クリープ試験方法の説明]
次に、上記構成のクリープ試験機1を用いた本発明のクリープ試験方法を、上記構成のクリープ試験機1の作用とともに説明する。
まず、クリープ試験開始前の初期状態において、重錘支持台125の昇降テーブル125aを上昇させて重錘128aを載置し、対となる荷重調整ユニット10(10′)に荷重が掛からないようにしておく。また、この初期状態では、二つの荷重調整ユニット10(10′)における第二の支持軸107と第三の支持軸109との間の距離L1が同じになるように、支持軸移動手段P(P′)によりそれぞれの第三の支持軸109の位置を一致させておく。
次いで、図8に示す試験片Tを準備し、四つの被把持部Tbのそれぞれを、2対四つの荷重調整ユニット10(10′)の把持部106に把持させる。
把持完了後、クリープ試験を開始するに際し、各荷重調整ユニット10(10′)の重錘支持台125の昇降テーブル125aを同期して下降させ、試験片Tに四方向から同時に荷重を付与する。
[Explanation of creep test method]
Next, a creep testing method of the present invention using the
First, in the initial state before the creep test starts, the lift table 125a of the
Next, the test piece T shown in FIG. 8 is prepared, and each of the four gripped portions Tb is gripped by the gripping portions 106 of the two pairs of four load adjustment units 10 (10').
After the gripping is completed, when the creep test is started, the lifting tables 125a of the weight supports 125 of the load adjustment units 10 (10') are lowered in synchronization, and loads are applied to the test piece T from four directions simultaneously.
試験片Tに付与する荷重Fの大きさは、一つ又は複数の重錘128aの重重(W)と、支点である第一の支持軸108から作用点である第二の支持軸107までの距離L2と、第一の支持軸108から力点である第三の支持軸109までの距離L1+L2とによって決定され、L2×F=(L1+L2)×Wなる関係が成立する。仮に距離L1とL2の比が9:1(L1:L2=9:1)である場合は、一つ又は複数の重錘128aの重量(W)の十倍の荷重が試験片Tに付与されることになる。
The magnitude of the load F applied to the test piece T is determined by the weight (W) of one or more weights 128a, the distance L2 from the first support shaft 108, which is the fulcrum, to the second support shaft 107, which is the point of application, and the distance L1+L2 from the first support shaft 108 to the
この状態で予め設定された一定時間経過後又は予め設定された歪み量に達したときに、第三の支持軸109を予め設定された長さαだけ移動させる。本発明のクリープ試験機1では、対となる二つの荷重調整ユニット10の螺旋軸101を同期させて同時に同量だけ回転させることが容易であるし、サーボモータ等の駆動体Mを用いた荷重調整ユニット10′においては、予め設定された条件で自動的に駆動体Mを駆動させて、二つの荷重調整ユニット10の螺旋軸101を同期回転させることができるとともに、より高精度に第三の支持軸109を予め設定された長さαだけ移動させることが可能である。
In this state, after a preset time has elapsed or when a preset strain amount has been reached, the
連結部材102を、例えば長さαだけ上昇させて距離L1をL1+αにしたとすると、上記の式はL2×F=((L1+α)+L2)×Wとなる。仮に、移動させる長さαを距離L1の1割強として、距離L1+αと距離L2との比を10:1にしたとすると、一つ又は複数の重錘128の重量(W)とほぼ同じ分だけ、試験片Tに付与する荷重を増大させることができる。
図5は、この実施形態のクリープ試験方法による応力(負荷)と時間との概略的な関係を示すグラフである。
このグラフに示すように、t1,t2,t3・・・と時間が経過するごとに段階的に荷重を変化させ、試験片Tに作用する負荷σを段階的に変化(このグラフの場合は増大)させることで、各負荷σ1,σ2,σ3・・・における試験片Tのひずみ(変形)を観測することができる。
なお、段階的に負荷σを変化させる際には、一時的に負荷σを0としてもよい。この場合は、対となる重錘支持台125の昇降テーブル125aを同期させて上昇させ、昇降テーブル125aの上に重錘128aを載せるようにする。
If the connecting
FIG. 5 is a graph showing a schematic relationship between stress (load) and time according to the creep test method of this embodiment.
As shown in this graph, by gradually changing the load as time passes from t1, t2, t3, ... and gradually changing (increasing in this graph) the load σ acting on the test piece T, the strain (deformation) of the test piece T at each load σ1, σ2, σ3, ... can be observed.
When the load σ is changed stepwise, the load σ may be temporarily set to 0. In this case, the lifting tables 125a of the paired
[クリープ試験方法の別の実施形態]
本発明のクリープ試験方法の別の実施形態では、クリープ試験を開始してから、可動支持軸である第三の支持軸109を、対となる荷重調整ユニット10,10′において同期させて、一定の速度で連続的に移動させる。前記速度は、クリープ試験の開始から終了まで等速としてもよいし途中可変(速度0を含む)としてもよい。
図6は、この実施形態のクリープ試験方法による応力(負荷)と時間との概略的な関係を示すグラフである。
このグラフに示すように、試験開始から時間t4まで直線的に荷重を変化させ、試験片Tに作用する負荷σをσ4からσ5まで変化(このグラフでは負荷σを増大させる場合を示しているが、σ4からσ5まで負荷σを減少させることも可能)させることで、直線的な負荷の変化下における試験片Tのひずみ(変形)を観測することができる。
[Another embodiment of the creep test method]
In another embodiment of the creep test method of the present invention, after the creep test is started, the
FIG. 6 is a graph showing a schematic relationship between stress (load) and time according to the creep test method of this embodiment.
As shown in this graph, the load is changed linearly from the start of the test to time t4, and the load σ acting on the test piece T is changed from σ4 to σ5 (this graph shows the case where the load σ is increased, but it is also possible to decrease the load σ from σ4 to σ5), thereby making it possible to observe the strain (deformation) of the test piece T under a linear change in load.
[クリープ試験方法のさらに別の実施形態]
本発明のクリープ試験方法のさらに別の実施形態では、クリープ試験を開始してから、可動支持軸である第三の支持軸109を、対となる荷重調整ユニット10,10′において同期させて、図7のグラフに示すように、試験開始から時間t5までの間に負荷σを最大値σ8と最小値σ6との間で不定形的(図7の例では波形)に変化するように移動させる。最小負荷σ6は0でもよく、この場合は、対となる重錘支持台125の昇降テーブル125aを同期させて上昇させ、昇降テーブル125aの上に重錘128aを一時的に載せるようにする。負荷σを変化させる速度は、クリープ試験の開始から終了まで等速としてもよいし途中可変(速度0を含む)としてもよい。
[Yet another embodiment of the creep test method]
In yet another embodiment of the creep test method of the present invention, after the creep test is started, the
このように本発明では、支持軸のうちの少なくとも一つ(上記の実施形態では第三の支持軸109)を可動支持軸とし、螺旋軸やサーボモータ等の駆動体Mを用いて、対となる荷重調整ユニット10,10′の前記可動支持軸(上記の実施形態においては第三の支持軸109)を同期移動させることで、装置構成を複雑かつ大型化することなく大きな荷重増減効果を得ることができるだけでなく、荷重の増減も試験片Tの両側で同期させて同量だけ、かつ、連続的・静的に行うことが可能になる。また、クリープ試験中に試験片Tに対して段階的に荷重の大きさを変えて付加することが容易になるほか、クリープ試験中に連続的に荷重の大きさを変えるなど、多様なクリープ試験が可能になる。
In this way, in the present invention, at least one of the support shafts (the
本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限られない。
例えば、上記の説明では可動支持軸を第三の支持軸109として説明したが、本発明では第一の支持軸108や第二の支持軸107を可動支持軸とすることが可能であるし、これら三つの支持軸のうち二つ又は全部を可動支持軸とすることも可能である。
また、レバー100の下端側から順に支点である第一の支持軸108、作用点である第二の支持軸107及び力点である第三の支持軸109を配置しているが、てこの作用を奏するのであればこれら支点、力点、作用点の配置はこの限りではない。
Although the preferred embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments.
For example, in the above explanation, the movable support shaft is described as the
In addition, from the lower end side of
1 クリープ試験機
10,10′ 荷重調整ユニット
100 レバー
101 螺旋軸
101a 軸頭部
102 連結部材
103 ガイド孔
104 上端部材
104a 貫通孔
105 取付アーム
105a ハンドル
106 把持部
106a 連結ピン
107 第二の支持軸
108 第一の支持軸
109 第三の支持軸
110 台座
112 バランサ
115 スライダ
12 架台
120 支持台
121 脚
122 基台
122a 貫通孔
123 アーム
124 滑車
125 重錘支持台(荷重支持台)
125a 昇降テーブル
125b 連結バー
126 ワイヤ
127 ロッド
128 荷重部
128a 重錘
13 加熱炉
1 Creep
125a Lift table 125b Connecting bar 126
Claims (9)
基台上に立設されたレバーと、
このレバーを前記基台に揺動自在に取り付ける第一の支持軸と、
前記第一の支持軸から離間した位置で前記レバーに設けられ、前記試験片を把持する把持部を支持する第二の支持軸と、前記第一の支持軸及び前記第二の支持軸から離間した位置で前記レバーに設けられ、前記試験片に荷重を付加する荷重部に連結された連結部材を支持する第三の支持軸とを備え、前記第一の支持軸、第二の支持軸及び前記第三の支持軸の少なくとも一つが、前記レバーの軸線方向に進退移動な可動支持軸として構成されているとともに、前記可動支持軸を前記軸線方向に予め設定した距離だけ移動させる移動手段とを備えた荷重調整ユニットと、
を有し、
一対の前記荷重調整ユニットが前記試験片の両端に配置され、
前記移動手段は、一対の前記荷重調整ユニットのそれぞれの前記可動支持軸を同期して移動させる同期移動部を備えること、
を特徴とするクリープ試験機。 A creep testing machine that applies a load to a test piece and measures the deformation of the test piece,
A lever provided on a base;
a first support shaft for attaching the lever to the base so as to be able to swing;
a second support shaft provided on the lever at a position spaced apart from the first support shaft and supporting a gripping portion that grips the test piece; and a third support shaft provided on the lever at a position spaced apart from the first support shaft and the second support shaft and supporting a connecting member connected to a load portion that applies a load to the test piece, wherein at least one of the first support shaft, the second support shaft and the third support shaft is configured as a movable support shaft that can move back and forth in the axial direction of the lever , and a moving means is provided for moving the movable support shaft a preset distance in the axial direction;
having
A pair of the load adjustment units are disposed on both ends of the test piece,
the moving means includes a synchronous moving unit that synchronously moves the movable support shafts of the pair of load adjustment units;
A creep testing machine characterized by:
を特徴とする請求項1~4のいずれかに記載のクリープ試験機。 Further comprising a load support platform that can be raised and lowered and supports the load portion, and a lifting and lowering drive means for synchronously raising and lowering the pair of load support platforms in the pair of load adjustment units;
The creep tester according to any one of claims 1 to 4,
前記試験片の両端に配置された一対の前記荷重調整ユニットにおいて、前記可動支持軸を同期させながら移動させることで、前記試験片に付与する荷重を変化させつつクリープ試験を行うこと、
を特徴とするクリープ試験方法。 a first support shaft for attaching the lever to the base in a swingable manner; a second support shaft for supporting a gripping portion for gripping a test piece, the second support shaft for supporting a connecting member connected to a load portion for applying a load to the test piece, the third ...
a pair of the load adjusting units arranged on both ends of the test piece are moved in a synchronized manner to move the movable support shafts, thereby performing a creep test while changing the load applied to the test piece;
A creep test method comprising:
前記クリープ試験の途中で前記荷重支持台を同期して昇降させることで、前記試験片に付与する荷重を一時的に0にすること、
を特徴とする請求項6~8のいずれかに記載のクリープ試験方法。 a load support platform capable of being raised and lowered and supporting the load portion; and a lifting and lowering drive means for synchronously raising and lowering the pair of load support platforms in the pair of load adjustment units;
synchronously raising and lowering the load support table during the creep test to temporarily reduce the load applied to the test piece to zero;
The creep test method according to any one of claims 6 to 8 , characterized in that
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