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JP7778635B2 - Centrifugal Load Testing Equipment - Google Patents
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JP7778635B2 - Centrifugal Load Testing Equipment - Google Patents

Centrifugal Load Testing Equipment

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JP7778635B2 JP2022068938A JP2022068938A JP7778635B2 JP 7778635 B2 JP7778635 B2 JP 7778635B2 JP 2022068938 A JP2022068938 A JP 2022068938A JP 2022068938 A JP2022068938 A JP 2022068938A JP 7778635 B2 JP7778635 B2 JP 7778635B2
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Description

本発明は、地盤の縮尺モデル等の供試体に遠心加速度と振動加速度とを同時に与えて試験を行う遠心載荷試験装置に係り、特に振動加速度を、供試体を搭載するテーブルの面に平行な方向と垂直な方向との2方向に与える遠心載荷試験装置に関する。 The present invention relates to a centrifuge loading testing device that performs tests by simultaneously applying centrifugal acceleration and vibration acceleration to a test specimen, such as a scale model of ground. In particular, it relates to a centrifuge loading testing device that applies vibration acceleration in two directions: parallel to and perpendicular to the surface of the table on which the test specimen is mounted.

例えば、地盤の縮尺モデルを作成して重力場に関する試験を行う場合、重力による応力を再現するために、遠心加速度を与えることにより供試体に重力を模した荷重を載荷する。また、地盤の地震による揺れを再現するために供試体に地震の振動加速度を与える。 For example, when creating a scale model of the ground and conducting tests in a gravitational field, a load simulating gravity is applied to the test specimen by applying centrifugal acceleration to replicate the stress caused by gravity. Also, earthquake vibration acceleration is applied to the test specimen to replicate the shaking of the ground caused by an earthquake.

供試体に遠心加速度と振動加速度とを同時に与える遠心載荷試験装置は、回転腕のピン支点に支持された揺動架台に、振動加速度を与えるテーブルや加振機を備える振動台を搭載している。そして、テーブル上に供試体を設置し、回転腕を高速で回転させることにより供試体に遠心加速度を与え、テーブルを加振することにより供試体に振動加速度を与えることができる。 Centrifugal loading testing equipment, which simultaneously applies centrifugal acceleration and vibration acceleration to a test specimen, is equipped with a vibration table equipped with a table and vibration exciter that apply vibration acceleration, mounted on a swinging base supported by pin supports on the rotating arms. The test specimen is placed on the table, and centrifugal acceleration is applied to the test specimen by rotating the rotating arms at high speed, and vibration acceleration is applied to the test specimen by vibrating the table.

地震による揺れを詳細に再現するには、供試体に水平方向および鉛直方向の2方向の振動加速度を与えたい。水平方向および鉛直方向に振動加速度を与えることができる振動台の構造としては特許文献1などが挙げられる。 To precisely reproduce the shaking caused by an earthquake, it is necessary to apply vibration acceleration to the test specimen in both the horizontal and vertical directions. Patent Document 1, for example, is an example of a vibration table structure that can apply vibration acceleration in both the horizontal and vertical directions.

特許文献1に記載の装置では、振動台の構造は、凹状の支持架台と、この支持架台に一端を固定された加振機と、これら加振機に軸受を介して連結された振動台テーブル(テーブル)からなる。そして、振動台テーブルの左右および下方に配置される加振機により水平方向および鉛直方向に振動台テーブルを加振可能となっている。 In the device described in Patent Document 1, the vibration table structure consists of a concave support base, a vibrator fixed at one end to the support base, and a vibration table (table) connected to the vibrator via bearings. The vibration table can be vibrated in the horizontal and vertical directions by the vibrators located on the left, right, and below the vibration table.

特開2018-115914号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-115914

特許文献1に記載のような振動台の構造においては、加振機を支持する凹状の支持架台の剛性が不足すると、支持架台の振動(共振)により加振機の加振力が振動台テーブルに十分に伝わらないという課題がある。この場合、所定の振動台テーブルの加振性能(振動加速度)を得ることができない。 With a vibration table structure such as that described in Patent Document 1, if the concave support frame that supports the vibrator lacks rigidity, the vibration (resonance) of the support frame can prevent the vibration force of the vibrator from being sufficiently transmitted to the vibration table. In this case, the specified vibration performance (vibration acceleration) of the vibration table cannot be achieved.

特に、凹状の支持架台の側壁部(凸部)は、中央に位置する凹部の底面を固定端とする片持ち梁状の構造となる。このため、側壁部に固定された水平加振機で振動台テーブルを加振する場合に、凹状の支持架台における側壁部の水平方向の倒れ(片持ち梁曲げ)の振動が大きく発生し、問題となり得る。 In particular, the side wall (convex portion) of the concave support frame has a cantilever-like structure with the bottom surface of the central recess as the fixed end. Therefore, when the vibration table is vibrated using a horizontal vibrator fixed to the side wall, the side wall of the concave support frame can collapse horizontally (cantilever bending), causing significant vibrations that can be problematic.

このような問題を解決すべく、支持架台の剛性不足を補うために、支持架台の厚さを大きくしたり、リブ等の剛性補強部材を追加したりすることが一般に行われている。しかし、このような剛性を高める方法を遠心載荷試験装置に適用しようとすると、揺動架台が重量化して、回転腕に作用する遠心力が増加してしまう。したがって、回転腕等、遠心載荷試験装置全体の剛性を高める必要が生じ、遠心載荷試験装置全体が重量化することになる。 To solve this problem, it is common to increase the thickness of the support frame or add rigidity reinforcing members such as ribs to compensate for the lack of rigidity of the support frame. However, when trying to apply such methods of increasing rigidity to a centrifuge testing apparatus, the swinging frame becomes heavier, increasing the centrifugal force acting on the rotating arm. This makes it necessary to increase the rigidity of the entire centrifuge testing apparatus, including the rotating arm, which results in an increase in the weight of the entire centrifuge testing apparatus.

本発明の目的は、供試体を搭載するテーブルの面に平行な方向に加振する加振機と垂直な方向に加振する加振機とを支持する凹状の支持架台を重量化することなく該支持架台の振動を抑制して、供試体に所定の振動加速度を与えることができる遠心載荷試験装置を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a centrifuge loading testing device that can apply a predetermined vibration acceleration to the test specimen by suppressing the vibration of the concave support frame that supports the vibrator that vibrates in a direction parallel to the surface of the table on which the test specimen is mounted and the vibrator that vibrates in a direction perpendicular to the surface without increasing the weight of the support frame.

上記課題を解決するため、本発明の遠心載荷試験装置は、鉛直方向に配置された回転軸と、前記回転軸に固定された回転腕と、前記回転腕に設けられたピン支点に揺動可能に支持された揺動架台と、前記回転軸を駆動する回転駆動装置と、を備え、前記ピン支点の中心軸に沿う方向をY方向、前記揺動架台の重心を通り前記ピン支点の中心軸と直交する直線に沿う方向をZ方向、前記Y方向と前記Z方向とに垂直な方向をX方向としたとき、前記揺動架台は、Z-X平面に平行な断面で見て凹状の支持架台と、供試体を搭載するテーブルと、前記テーブルをX方向に加振するX方向加振機と、前記テーブルをZ方向に加振するZ方向加振機と、を備え、前記支持架台は、中央に位置する凹部と、前記凹部の両側に位置する凸部と、を有し、前記支持架台の前記凹部の底面に、前記Z方向加振機が設置され、前記支持架台の前記凸部に、前記X方向加振機が設置されており、前記Z方向加振機と前記支持架台の前記凸部とが連結部材で連結されている。 In order to solve the above problem, the centrifugal loading testing device of the present invention comprises a rotating shaft arranged in the vertical direction, a rotating arm fixed to the rotating shaft, a swinging base supported swingably on a pin fulcrum provided on the rotating arm, and a rotation drive unit that drives the rotating shaft. When the direction along the central axis of the pin fulcrum is defined as the Y direction, the direction along a line passing through the center of gravity of the swinging base and perpendicular to the central axis of the pin fulcrum is defined as the Z direction, and the direction perpendicular to the Y direction and the Z direction is defined as the X direction, the swinging base is flat on the Z-X plane. The device comprises a support frame that is concave when viewed in cross section, a table on which a test specimen is mounted, an X-direction vibrator that vibrates the table in the X direction, and a Z-direction vibrator that vibrates the table in the Z direction. The support frame has a central recess and protrusions on both sides of the recess. The Z-direction vibrator is installed on the bottom surface of the recess of the support frame, and the X-direction vibrator is installed on the protrusion of the support frame, and the Z-direction vibrator and the protrusion of the support frame are connected by a connecting member.

本発明によれば、供試体を搭載するテーブルの面に平行な方向に加振する加振機と垂直な方向に加振する加振機とを支持する凹状の支持架台を重量化することなく該支持架台の振動を抑制して、供試体に所定の振動加速度を与えることができる遠心載荷試験装置を提供できる。 This invention provides a centrifuge loading testing device that can apply a predetermined vibration acceleration to a test specimen by suppressing the vibration of a concave support frame that supports a vibrator that vibrates in a direction parallel to the surface of the table on which the test specimen is mounted and a vibrator that vibrates in a direction perpendicular to the surface without increasing the weight of the support frame.

本発明の第1の実施形態に係る遠心載荷試験装置の縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view of a centrifugal load testing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る揺動架台の縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view of an oscillating gantry according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る揺動架台の上面図である。1 is a top view of an oscillating gantry according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る連結部材が無い場合のテーブルのX方向加振時の振動変形を模式的に示す図である。5A and 5B are diagrams illustrating vibration deformation of a table when it is vibrated in the X direction when there is no connecting member according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る揺動架台の縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a swinging gantry according to a second embodiment of the present invention.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明は、本発明の一実施形態を示すものであって、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 An embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings. The following description illustrates one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to this embodiment.

《第1の実施形態》
本発明の第1の実施形態に係る遠心載荷試験装置の構成を図1に示す。
図1に示すように、遠心加速度を与えるための遠心載荷試験装置の基本的な構成は、回転軸1と、回転腕3と、揺動架台5a,5bと、回転駆動装置6と、回転軸上部支持部材7と、回転軸下部支持部材8とを備える。
First Embodiment
FIG. 1 shows the configuration of a centrifugal load testing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the basic configuration of a centrifugal loading testing device for applying centrifugal acceleration includes a rotating shaft 1, a rotating arm 3, swinging stands 5a and 5b, a rotation drive unit 6, an upper rotating shaft support member 7, and a lower rotating shaft support member 8.

回転軸1は、鉛直方向に配置されている。回転腕3は、回転軸1に固定されている。回転腕3は、具体的には回転軸1から水平に伸びており、回転軸1と一緒に回転軸1の中心軸2の回りに回転する。揺動架台5a,5bは、回転腕3に設けられたピン支点4に揺動可能に支持され吊り下げられている。回転駆動装置6は、回転軸1を駆動する。回転軸上部支持部材7および回転軸下部支持部材8は、回転軸1を軸受(図示省略)を介して支持する。 The rotating shaft 1 is arranged vertically. The rotating arms 3 are fixed to the rotating shaft 1. Specifically, the rotating arms 3 extend horizontally from the rotating shaft 1 and rotate together with the rotating shaft 1 around the central axis 2 of the rotating shaft 1. The oscillating bases 5a and 5b are swingably supported and suspended from pin fulcrums 4 provided on the rotating arms 3. The rotation drive unit 6 drives the rotating shaft 1. The upper rotating shaft support member 7 and the lower rotating shaft support member 8 support the rotating shaft 1 via bearings (not shown).

回転軸1は、上部が回転軸上部支持部材7を介して建屋上部床9aに支持され、下部が回転軸下部支持部材8を介して建屋下部床9bに支持されているとともに、下端が回転駆動装置6に連結されている。回転腕3は、回転軸1に固定されたセンタフレーム3aと、センタフレーム3aから水平方向に伸びたサイドフレーム3bと、サイドフレーム3bの先端側に設けられたエンドフレーム3cとからなる。 The upper part of the rotating shaft 1 is supported on the upper building floor 9a via an upper rotating shaft support member 7, and the lower part is supported on the lower building floor 9b via a lower rotating shaft support member 8, with the lower end connected to the rotation drive unit 6. The rotating arm 3 consists of a center frame 3a fixed to the rotating shaft 1, side frames 3b extending horizontally from the center frame 3a, and end frames 3c attached to the tips of the side frames 3b.

揺動架台5a,5bは、回転軸1に関して対称の位置に配置されており、回転腕3が停止している時は図1中に実線で示すように鉛直方向に吊り下がった状態にある。一方、回転腕3が回転駆動装置6による駆動力を受けて回転すると、その回転による遠心力を受けて、揺動架台5a,5bは、図1中に点線で示すような水平状態まで振り上がる。供試体10は、揺動架台5aに設置されたテーブル11上に搭載される。揺動架台5bに作用する遠心力が揺動架台5aと同じになるように揺動架台5bにはバランスウエイト(図示せず)が搭載される。このように揺動架台5bの重量、重心位置を調整することにより遠心載荷試験装置の回転時の回転アンバランス振動を抑制している。 The swinging pedestals 5a and 5b are positioned symmetrically with respect to the rotation axis 1. When the rotating arm 3 is stationary, it is suspended vertically as shown by the solid lines in Figure 1. On the other hand, when the rotating arm 3 receives the driving force from the rotary drive unit 6 and rotates, the resulting centrifugal force causes the swinging pedestals 5a and 5b to swing up to a horizontal position as shown by the dotted lines in Figure 1. The test specimen 10 is placed on a table 11 installed on the swinging pedestal 5a. A balance weight (not shown) is attached to the swinging pedestal 5b so that the centrifugal force acting on the swinging pedestal 5b is the same as that on the swinging pedestal 5a. By adjusting the weight and center of gravity of the swinging pedestal 5b in this way, unbalanced rotational vibrations during rotation of the centrifuge testing equipment are suppressed.

供試体10を搭載する揺動架台5aの詳細構造を図2に示す。
説明の便宜上、ピン支点4の中心軸41に沿う方向をY方向、揺動架台5aの重心(図示省略)を通り、ピン支点4の中心軸41と直交する直線に沿う方向をZ方向、Y方向とZ方向とに垂直な方向をX方向とする。ここで、X方向は、供試体10を搭載する平板状のテーブル11の面内方向となり、Z方向は、テーブル11の面外方向となる。
FIG. 2 shows the detailed structure of the swinging platform 5a on which the specimen 10 is mounted.
For ease of explanation, the direction along the central axis 41 of the pin support 4 is defined as the Y direction, the direction along a line that passes through the center of gravity (not shown) of the oscillating stand 5a and is perpendicular to the central axis 41 of the pin support 4 is defined as the Z direction, and the direction perpendicular to the Y direction and the Z direction is defined as the X direction. Here, the X direction is the in-plane direction of the flat table 11 on which the specimen 10 is mounted, and the Z direction is the out-of-plane direction of the table 11.

図2に示すように、揺動架台5aは、側板12と、支持架台13と、テーブル11と、X方向加振機15と、Z方向加振機14とを備える。側板12は、回転腕3に設けたピン支点4に揺動可能に支持されている。側板12のピン支点4とは反対側の端部に、X-Z平面に平行な断面で見て中央がへこんだ凹状の支持架台13が設置されている。テーブル11上には供試体10が搭載される。X方向加振機15は、テーブル11をX方向に加振し、Z方向加振機14は、テーブル11をZ方向に加振する。 As shown in Figure 2, the oscillating stand 5a comprises a side plate 12, a support stand 13, a table 11, an X-direction vibrator 15, and a Z-direction vibrator 14. The side plate 12 is supported so that it can oscillate on a pin fulcrum 4 provided on the rotating arm 3. A support stand 13, which has a concave shape with a recess in the center when viewed in a cross section parallel to the X-Z plane, is installed on the end of the side plate 12 opposite the pin fulcrum 4. A test specimen 10 is placed on the table 11. The X-direction vibrator 15 vibrates the table 11 in the X direction, and the Z-direction vibrator 14 vibrates the table 11 in the Z direction.

支持架台13は、中央に位置する凹部21(へこんだ凹状の部分)と、凹部21の両側に位置する凸部22とを有している。支持架台13の凹部21の底面21aに、Z方向加振機14が設置されており、支持架台13の凸部22の上面22aに、X方向加振機15が設置されている。Z方向加振機14は、Z方向に可動するZピストン14a、平板状のZベース16、X方向に配置されたXリニアガイドレール17a、X方向に可動するXリニアガイドブロック17bを介してテーブル11に接続される。X方向加振機15は、X方向に可動するXピストン15a、Z方向に可動するZリニアガイドブロック18b、Z方向に配置されたZリニアガイドレール18aを介してテーブル11に接続される。 The support frame 13 has a central recess 21 (a concave portion) and protrusions 22 located on either side of the recess 21. A Z-direction vibration exciter 14 is installed on the bottom surface 21a of the recess 21 of the support frame 13, and an X-direction vibration exciter 15 is installed on the top surface 22a of the protrusion 22 of the support frame 13. The Z-direction vibration exciter 14 is connected to the table 11 via a Z-piston 14a that moves in the Z direction, a flat Z-base 16, an X-linear guide rail 17a arranged in the X direction, and an X-linear guide block 17b that moves in the X direction. The X-direction vibration exciter 15 is connected to the table 11 via an X-piston 15a that moves in the X direction, a Z-linear guide block 18b that moves in the Z direction, and a Z-linear guide rail 18a arranged in the Z direction.

また、Z方向加振機14の側面14bと支持架台13の凸部22の内側面22bとが、連結部材19で連結される。連結部材19は、ここでは溶接によってZ方向加振機14と支持架台13の凸部22とに接合されるが、これに限定されるものではなく、例えばねじ締結によって接合されてもよい。連結部材19の形状は、ここでは直方体であるが、円柱であってもよく、中空の円管や角管等であってもよい。連結部材19の材質としては、例えば鉄鋼等の金属が使用される。 The side surface 14b of the Z-direction vibrator 14 and the inner surface 22b of the convex portion 22 of the support frame 13 are connected by a connecting member 19. Here, the connecting member 19 is joined to the Z-direction vibrator 14 and the convex portion 22 of the support frame 13 by welding, but this is not limited to this and the joining may also be by screw fastening, for example. The shape of the connecting member 19 is a rectangular parallelepiped here, but it may also be a cylinder, or a hollow circular or square pipe. The connecting member 19 is made of a metal such as steel, for example.

揺動架台5aを上方(X-Y面)から見た図を図3に示す。図3は表示の簡略のため、図2に示す部材のうち、テーブル11、側板12、支持架台13、Z方向加振機14、X方向加振機15、連結部材19のみを表示している。 Figure 3 shows the oscillating platform 5a as seen from above (X-Y plane). To simplify the illustration, Figure 3 shows only the table 11, side panel 12, support platform 13, Z-direction vibrator 14, X-direction vibrator 15, and connecting member 19 from the components shown in Figure 2.

図3に示すように、本実施形態では、Z方向加振機14を4台、X方向加振機15を4台配置した例を挙げている。側板12は一対設けられており、一対の側板12が支持架台13のY方向の両端面を挟み込むようにそれぞれ取り付けられている。Z方向加振機14と支持架台13の凸部22とを連結する連結部材19は、凸部22のZ方向加振機14に対向する面、すなわち内側面22bに対して垂直に配置されている。 As shown in Figure 3, this embodiment provides an example in which four Z-direction vibrators 14 and four X-direction vibrators 15 are arranged. A pair of side plates 12 are provided, and the pair of side plates 12 are attached so as to sandwich both end faces of the support frame 13 in the Y direction. The connecting member 19 that connects the Z-direction vibrators 14 to the convex portion 22 of the support frame 13 is arranged perpendicular to the surface of the convex portion 22 facing the Z-direction vibrators 14, i.e., the inner surface 22b.

テーブル11のZ方向加振時には、Z方向加振機14によりZピストン14aがZ方向に可動し、Zベース16、Xリニアガイド17、テーブル11、Zリニアガイドレール18aが一体となりZ方向に振動する。テーブル11のX方向加振時には、X方向加振機15によりXピストン15aがX方向に可動し、Zリニアガイド18、テーブル11、Xリニアガイドブロック17bが一体となりX方向に振動する。このように支持架台13を中央がへこんだ凹状の構造にし、テーブル11の下方(非動作時)にZ方向加振機14、テーブルの側方(非動作時)にX方向加振機15を配置した。これにより、テーブル11の面に平行な方向と垂直な方向とに振動加速度を発生させることができる。 When vibrating the table 11 in the Z direction, the Z-piston 14a moves in the Z direction by the Z-direction vibrator 14, and the Z base 16, X linear guide 17, table 11, and Z linear guide rail 18a vibrate together in the Z direction. When vibrating the table 11 in the X direction, the X-direction vibrator 15 moves the X-piston 15a in the X direction, and the Z linear guide 18, table 11, and X linear guide block 17b vibrate together in the X direction. In this way, the support frame 13 has a concave structure with a recess in the center, and the Z-direction vibrator 14 is located below the table 11 (when not in operation), and the X-direction vibrator 15 is located to the side of the table (when not in operation). This makes it possible to generate vibration acceleration in directions parallel to and perpendicular to the surface of the table 11.

図2では、支持架台13の構造は外形しか記載していないが、板部材を溶接等で組み上げたハニカム構造とすることにより軽量化を図っている。本実施形態では、Z方向加振機14を4台、X方向加振機15を4台配置した例として説明しているが、各加振機14,15の台数はこれに限定されるものではない。また、Xリニアガイド17とZリニアガイド18は、レールとブロックの配置が両者で入れ替わった配置でも構わない。 In Figure 2, only the outer shape of the structure of the support frame 13 is shown, but the weight is reduced by using a honeycomb structure made by assembling plate members by welding, etc. In this embodiment, an example is described in which four Z-direction vibrators 14 and four X-direction vibrators 15 are arranged, but the number of each vibrator 14, 15 is not limited to this. In addition, the X linear guide 17 and Z linear guide 18 may be arranged so that the rail and block positions are reversed.

加振機14,15の駆動力によりテーブル11に振動加速度を発生させるが、この際、加振機14,15の駆動力の反力を受けて支持架台13は振動する。支持架台13が大きく振動(共振)する場合、特に加振機14,15の駆動力と加振機14,15を搭載している支持架台13の振動の位相が180度ずれる場合がある。このような場合には、加振機14,15の駆動力がテーブル11に十分に伝わらず、もしくは加振駆動力を十分に制御できずに、テーブル11に所定の振動加速度を発生させられないことがある。 The driving force of the vibrators 14, 15 generates vibration acceleration in the table 11, but at this time, the support frame 13 vibrates due to the reaction force of the driving force of the vibrators 14, 15. When the support frame 13 vibrates (resonates) significantly, there may be a 180-degree phase shift between the driving force of the vibrators 14, 15 and the vibration of the support frame 13 on which the vibrators 14, 15 are mounted. In such cases, the driving force of the vibrators 14, 15 may not be sufficiently transmitted to the table 11, or the vibration driving force may not be sufficiently controlled, making it impossible to generate the desired vibration acceleration in the table 11.

図4は、Z方向加振機14の側面14bと支持架台13の凸部22の内側面22bとの間に設置した連結部材19が無い場合のテーブル11のX方向加振時の振動変形を模式的に示す図である。凹状の支持架台13においては、連結部材19が無い場合、テーブル11のX方向加振時に、図4に示すような支持架台13、加振機14,15の振動変形が発生し、問題となり得ることがある。図4に示す変形では、支持架台13の凸部22とその上面22aに設置されたX方向加振機15とがX方向に倒れ、また、支持架台13の凹部21の底面21aに設置されたZ方向加振機14がX方向に倒れている。しかも、X方向加振機15(および凸部22)とZ方向加振機14とは、倒れる方向が逆(図4では、X方向加振機15は紙面右方向、Z方向加振機14は紙面左方向)であり、つまり、逆位相で振動している。 Figure 4 is a schematic diagram showing the vibration deformation of the table 11 when it is vibrated in the X direction when there is no connecting member 19 installed between the side surface 14b of the Z-direction vibrator 14 and the inner surface 22b of the convex portion 22 of the support frame 13. In a concave support frame 13, if there is no connecting member 19, vibration deformation of the support frame 13 and the vibrators 14 and 15 as shown in Figure 4 can occur when the table 11 is vibrated in the X direction, which can be problematic. In the deformation shown in Figure 4, the convex portion 22 of the support frame 13 and the X-direction vibrator 15 installed on its upper surface 22a lean in the X direction, and the Z-direction vibrator 14 installed on the bottom surface 21a of the concave portion 21 of the support frame 13 leans in the X direction. Furthermore, the X-direction vibrator 15 (and the convex portion 22) and the Z-direction vibrator 14 fall in opposite directions (in Figure 4, the X-direction vibrator 15 falls to the right on the page, and the Z-direction vibrator 14 falls to the left on the page), meaning that they vibrate in opposite phases.

この図4に示す変形は、支持架台13のX方向の変形、特に片持ち梁状となる凹状の支持架台13の凸部22の片持ち梁曲げ変形に起因するものである。この変形を抑制するためには、一般的には、支持架台13の凸部22などの板厚を大きくする、リブ部材を追加するなど、支持架台13の凸部22の剛性を増加させる構造に変更することが検討される。しかし、支持架台13の厚さの増加やリブ部材の追加は、支持架台13の重量が増加、つまり揺動架台5aの重量が増加することになり、装置の重量化の観点から採用し難い。本発明は上記の課題に鑑み、凹状の支持架台13の重量を増加させることなく、図4に示す支持架台13の変形、特に支持架台13の凸部22の曲げに起因する振動を抑制する構造としたものである。 The deformation shown in Figure 4 is caused by deformation of the support pedestal 13 in the X direction, particularly cantilever bending deformation of the convex portion 22 of the concave support pedestal 13. To suppress this deformation, it is generally considered to change the structure to increase the rigidity of the convex portion 22 of the support pedestal 13, such as by increasing the plate thickness of the convex portion 22 of the support pedestal 13 or adding a rib member. However, increasing the thickness of the support pedestal 13 or adding a rib member increases the weight of the support pedestal 13, which in turn increases the weight of the oscillating pedestal 5a, making this unacceptable from the perspective of increasing the weight of the device. In consideration of the above issues, the present invention provides a structure that suppresses deformation of the support pedestal 13 shown in Figure 4, particularly vibrations caused by bending of the convex portion 22 of the support pedestal 13, without increasing the weight of the concave support pedestal 13.

前記した本実施形態では、図2および図3に示すように、凹状の支持架台13は、中央に位置する凹部21と、凹部21の両側に位置する凸部22とを有している。支持架台13の凹部21の底面21aに、Z方向加振機14が設置され、支持架台13の凸部22に、X方向加振機15が設置されている。そして、Z方向加振機14と支持架台13の凸部22とが、連結部材19で連結されている。これにより、図4で説明した逆位相で振動しているZ方向加振機14と支持架台13の凸部22(内側面22b)の振動を打ち消す効果により両者の振動を抑制することができる。
したがって、本実施形態によれば、X方向加振機15とZ方向加振機14とを支持する凹状の支持架台13を重量化することなく、連結部材19の追加だけで支持架台13の振動を抑制して、供試体10に所定の振動加速度を与えることができる遠心載荷試験装置を提供できる。
2 and 3 , the concave support frame 13 has a recess 21 located in the center and protrusions 22 located on both sides of the recess 21. The Z-direction vibration exciter 14 is installed on the bottom surface 21a of the recess 21 of the support frame 13, and the X-direction vibration exciter 15 is installed on the protrusion 22 of the support frame 13. The Z-direction vibration exciter 14 and the protrusion 22 of the support frame 13 are connected by a connecting member 19. This has the effect of canceling out the vibrations of the Z-direction vibration exciter 14 and the protrusion 22 (inner surface 22b) of the support frame 13, which vibrate in opposite phases as described in FIG. 4 , thereby suppressing the vibrations of both.
Therefore, according to this embodiment, it is possible to provide a centrifugal loading testing apparatus that can suppress the vibration of the concave support frame 13 that supports the X-direction vibrator 15 and the Z-direction vibrator 14 simply by adding the connecting member 19, without increasing the weight of the support frame 13, and can apply a predetermined vibration acceleration to the test specimen 10.

連結部材19は、剛性があまり小さいとお互いの振動を伝えて打ち消し合うことが難しくなるため、Z方向加振機14や支持架台13の凸部22と同程度以上等、ある程度以上の剛性があることが好ましい。 If the connecting member 19 has too little rigidity, it will be difficult for the vibrations to be transmitted and canceled out, so it is preferable that the connecting member 19 has a certain level of rigidity, such as at least the same level as the Z-direction vibrator 14 and the protrusion 22 of the support frame 13.

連結部材19は、Z方向加振機14と凸部22の内側面22bとの連結可能面のZ方向全体を連結するのが好ましいが、図4に示すような振動変形が大きい連結可能面の上部のみを連結してもよい。このように構成しても十分な振動抑制効果を得ることができる。この場合、支持架台13の凹部21の底面21aから連結部材19を設置する必要がないため、連結部材19をより小型軽量化できる。 The connecting member 19 preferably connects the entire connectable surface between the Z-direction vibrator 14 and the inner surface 22b of the convex portion 22 in the Z direction, but it may also connect only the upper portion of the connectable surface where vibration deformation is large, as shown in Figure 4. Even with this configuration, a sufficient vibration suppression effect can be achieved. In this case, there is no need to install the connecting member 19 from the bottom surface 21a of the recess 21 of the support frame 13, so the connecting member 19 can be made smaller and lighter.

また、本実施形態では、連結部材19は、凸部22のZ方向加振機14に対向する面である内側面22bに対して垂直に配置されている。この構成では、支持架台13のX方向の変形をより効果的に抑制することができる。ただし、連結部材19は、内側面22bに対して傾斜して配置されてもよい。また、図2および図3では、1つのZ方向加振機14と凸部22の内側面22b面とは、1つの連結部材19で連結しているが、複数個の連結部材19で連結してもよい。 In addition, in this embodiment, the connecting member 19 is arranged perpendicular to the inner surface 22b of the convex portion 22, which is the surface facing the Z-direction vibrator 14. With this configuration, deformation of the support frame 13 in the X direction can be more effectively suppressed. However, the connecting member 19 may also be arranged at an angle to the inner surface 22b. Also, in Figures 2 and 3, one Z-direction vibrator 14 and the inner surface 22b of the convex portion 22 are connected by one connecting member 19, but they may also be connected by multiple connecting members 19.

《第2の実施形態》
本発明の第2の実施形態に係る揺動架台の縦断面図を図5に示す。
第2の実施形態は、Z方向加振機14がX方向に複数台(図5では2台)設置される構造を前提としている。第2の実施形態において、支持架台13、X方向加振機15、Z方向加振機14など、揺動架台における各部材の構造、配置は、第1の実施形態(図2参照)と同じである。
Second Embodiment
FIG. 5 shows a vertical cross-sectional view of an oscillating platform according to a second embodiment of the present invention.
The second embodiment is premised on a structure in which a plurality of Z-direction vibrators 14 (two in FIG. 5) are installed in the X direction. In the second embodiment, the structures and arrangements of the components of the oscillating frame, such as the support frame 13, the X-direction vibrators 15, and the Z-direction vibrators 14, are the same as those in the first embodiment (see FIG. 2).

第2の実施形態は、第1の実施形態におけるZ方向加振機14と支持架台13の凸部22とを連結する連結部材19に加え、X方向に配置されたZ方向加振機14同士を連結する別の連結部材19aを有する。連結部材19aに求められる剛性、連結領域、個数は、第1の実施形態において説明して連結部材19と同様である。 In the second embodiment, in addition to the connecting members 19 that connect the Z-direction vibrators 14 and the protrusions 22 of the support frame 13 in the first embodiment, there are additional connecting members 19a that connect the Z-direction vibrators 14 arranged in the X direction to each other. The rigidity, connecting area, and number required for the connecting members 19a are the same as those for the connecting members 19 described in the first embodiment.

このように第2の実施形態では、Z方向加振機14と支持架台13の凸部22とが連結部材19で連結されているとともに、Z方向加振機14同士が別の連結部材19aで連結されている。このような構成では、第1の実施形態で説明した逆位相で振動しているZ方向加振機14と支持架台13の凸部22(内側面22b)の振動を打ち消す効果を得ることができる。そして、これに加え、対向する凸部22の内側面22b間をZ方向加振機14と連結部材19,19aとを介して結合することによる支持架台13の凸部22の曲げ剛性の向上効果により、第1の実施形態よりも大きな振動抑制効果を得ることができる。つまり、第2の実施形態によれば、X方向加振機15とZ方向加振機14とを支持する凹状の支持架台13を重量化することなく、連結部材19,19aの追加だけで支持架台13の振動を抑制して、供試体10に所定の振動加速度を与えることができる遠心載荷試験装置を提供できる。 As described above, in the second embodiment, the Z-direction vibrator 14 and the convex portion 22 of the support frame 13 are connected by the connecting member 19, and the Z-direction vibrators 14 are connected to each other by another connecting member 19a. This configuration achieves the effect of canceling out the vibrations of the Z-direction vibrator 14 and the convex portion 22 (inner surface 22b) of the support frame 13, which vibrate in opposite phases as described in the first embodiment. In addition, by connecting the inner surfaces 22b of the opposing convex portions 22 to the Z-direction vibrator 14 via the connecting members 19, 19a, the bending rigidity of the convex portion 22 of the support frame 13 is improved, resulting in a greater vibration suppression effect than in the first embodiment. In other words, according to the second embodiment, a centrifuge loading testing apparatus can be provided that can suppress the vibration of the support frame 13 and apply a predetermined vibration acceleration to the test specimen 10 simply by adding the connecting members 19, 19a, without increasing the weight of the concave support frame 13 that supports the X-direction vibrator 15 and the Z-direction vibrator 14.

図5では、連結部材19aは、X方向に配置されたZ方向加振機14同士を連結している。この構成では、支持架台13のX方向の振動をより効果的に抑制することができる。ただし、連結部材19aは、複数台のZ方向加振機14のうちのいずれか2つを連結していてもよい。 In Figure 5, the connecting member 19a connects the Z-direction vibration exciters 14 arranged in the X direction. This configuration can more effectively suppress X-direction vibration of the support frame 13. However, the connecting member 19a may also connect any two of the multiple Z-direction vibration exciters 14.

以上、本発明について実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、前記した実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The present invention has been described above based on an embodiment, but the present invention is not limited to the above-described embodiment and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail to clearly explain the present invention, and the present invention is not necessarily limited to having all of the described configurations. Furthermore, it is possible to add, delete, or replace part of the configuration of the above-described embodiment with other configurations.

1 回転軸
3 回転腕
4 ピン支点
5a 揺動架台
6 回転駆動装置
10 供試体
11 テーブル
41 中心軸
13 支持架台
14 Z方向加振機
14b 側面
15 X方向加振機
19 連結部材
19a 連結部材
21 凹部
21a 底面
22 凸部
22a 上面
22b 内側面
REFERENCE SIGNS LIST 1 Rotation axis 3 Rotation arm 4 Pin support 5a Swinging base 6 Rotation drive device 10 Test specimen 11 Table 41 Central axis 13 Support base 14 Z-direction vibrator 14b Side surface 15 X-direction vibrator 19 Connecting member 19a Connecting member 21 Recess 21a Bottom surface 22 Convex portion 22a Top surface 22b Inner surface

Claims (3)

鉛直方向に配置された回転軸と、
前記回転軸に固定された回転腕と、
前記回転腕に設けられたピン支点に揺動可能に支持された揺動架台と、
前記回転軸を駆動する回転駆動装置と、を備え、
前記ピン支点の中心軸に沿う方向をY方向、前記揺動架台の重心を通り前記ピン支点の中心軸と直交する直線に沿う方向をZ方向、前記Y方向と前記Z方向とに垂直な方向をX方向としたとき、
前記揺動架台は、
X-Z平面に平行な断面で見て中央がへこんだ凹状の支持架台と、
供試体を搭載するテーブルと、
前記テーブルをX方向に加振するX方向加振機と、
前記テーブルをZ方向に加振するZ方向加振機と、を備え、
前記支持架台は、中央に位置する凹部と、前記凹部の両側に位置する凸部と、を有し、
前記支持架台の前記凹部の底面に、前記Z方向加振機が設置され、
前記支持架台の前記凸部に、前記X方向加振機が設置されており、
前記Z方向加振機と前記支持架台の前記凸部とが連結部材で連結されていることを特徴とする遠心載荷試験装置。
a rotation axis disposed in a vertical direction;
A rotating arm fixed to the rotating shaft;
a swinging base swingably supported on a pin fulcrum provided on the rotating arm;
a rotation drive device that drives the rotation shaft,
When the direction along the central axis of the pin fulcrum is defined as the Y direction, the direction along a straight line passing through the center of gravity of the oscillating platform and perpendicular to the central axis of the pin fulcrum is defined as the Z direction, and the direction perpendicular to the Y direction and the Z direction is defined as the X direction,
The swinging platform is
A support base having a concave shape with a recess in the center when viewed in a cross section parallel to the X-Z plane;
a table on which a specimen is placed;
an X-direction vibrator that vibrates the table in the X-direction;
a Z-direction vibrator that vibrates the table in the Z direction,
The support base has a recessed portion located at the center and protruding portions located on both sides of the recessed portion,
The Z-direction vibrator is installed on the bottom surface of the recess of the support frame,
the X-direction vibration exciter is installed on the protrusion of the support frame,
A centrifugal loading testing apparatus, characterized in that the Z-direction vibrator and the protrusion of the support frame are connected by a connecting member.
前記Z方向加振機は、複数台備えられており、
前記Z方向加振機同士が別の連結部材で連結されていることを特徴とする請求項1に記載の遠心載荷試験装置。
The Z-direction vibrator is provided in plurality,
2. The centrifugal loading testing apparatus according to claim 1, wherein the Z-direction vibration exciters are connected to each other by a separate connecting member.
前記連結部材は、前記凸部の前記Z方向加振機に対向する面に対して垂直に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の遠心載荷試験装置。 The centrifuge testing apparatus described in claim 1, characterized in that the connecting member is arranged perpendicular to the surface of the convex portion facing the Z-direction vibrator.
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