JPH0342783B2 - - Google Patents
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- JPH0342783B2 JPH0342783B2 JP17754384A JP17754384A JPH0342783B2 JP H0342783 B2 JPH0342783 B2 JP H0342783B2 JP 17754384 A JP17754384 A JP 17754384A JP 17754384 A JP17754384 A JP 17754384A JP H0342783 B2 JPH0342783 B2 JP H0342783B2
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- JP
- Japan
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- crack
- curve
- compliance
- value
- load
- Prior art date
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- Expired
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
- G01N19/08—Detecting presence of flaws or irregularities
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、亀裂等の欠陥が生じた機械、構造物
等がどの程度の外力まで耐えられるかを知るのに
基本となるデータを提供するJ1c破壊靭性試験方
法に関するものである。
等がどの程度の外力まで耐えられるかを知るのに
基本となるデータを提供するJ1c破壊靭性試験方
法に関するものである。
機械、構造物等の設計に際しては、使用する材
料の強度特性データ（例えば降伏強度、引張強
度、疲労限度等でいずれも応力により表示され
る。）に基づいて稼動中に生じる応力がこれらの
値を越えないようにしている。
料の強度特性データ（例えば降伏強度、引張強
度、疲労限度等でいずれも応力により表示され
る。）に基づいて稼動中に生じる応力がこれらの
値を越えないようにしている。
しかし、機械、構造物の部材にかなり大きな欠
陥あるいは亀裂がすでに存在している場合、その
強度が欠陥あるいは亀裂の寸法の増大とともに低
下することは経験により知られている。このよう
な場合の強度特性は、あまり大きな欠陥を含まな
い平滑試験片を用いて測定した前記強度特性デー
タと一致しない。例えば、平滑試験片の引張強度
はＡ鋼の方がＢ鋼より高かつたとしても、それぞ
れの材料に同じ寸法の亀裂が存在する場合、破壊
強度はＢ鋼の方がＡ鋼よりも高くなることがあ
る。
陥あるいは亀裂がすでに存在している場合、その
強度が欠陥あるいは亀裂の寸法の増大とともに低
下することは経験により知られている。このよう
な場合の強度特性は、あまり大きな欠陥を含まな
い平滑試験片を用いて測定した前記強度特性デー
タと一致しない。例えば、平滑試験片の引張強度
はＡ鋼の方がＢ鋼より高かつたとしても、それぞ
れの材料に同じ寸法の亀裂が存在する場合、破壊
強度はＢ鋼の方がＡ鋼よりも高くなることがあ
る。
そこで、亀裂等を起点として外力の増加を伴う
ことなく破壊が急速に進行する際、すなわち真の
亀裂破壊が生じる際に材料が示す抵抗値である
“破壊靭性値”から亀裂等の欠陥が生じた材料の
破壊強度を求める試験方法が提案されている。
ことなく破壊が急速に進行する際、すなわち真の
亀裂破壊が生じる際に材料が示す抵抗値である
“破壊靭性値”から亀裂等の欠陥が生じた材料の
破壊強度を求める試験方法が提案されている。
破壊靭性値を“J1c値”により求めるJ1c破壊靭
性試験方法としては、“Ｒ曲線法”、“除荷コンプ
ライアンス法”等の方法が知られている。
性試験方法としては、“Ｒ曲線法”、“除荷コンプ
ライアンス法”等の方法が知られている。
Ｒ曲線法と除荷コンプライアンス法はともに
“Ｒ曲線”を求め、このＲ曲線と鈍化直線とから
“J1c値”を求める方法であるが、Ｒ曲線の求め方
が相違している。
“Ｒ曲線”を求め、このＲ曲線と鈍化直線とから
“J1c値”を求める方法であるが、Ｒ曲線の求め方
が相違している。
しかし、上述のＲ曲線法では、Ｒ曲線を求める
のに多数の試験片を必要とし、手間がかかるが、
除荷コンプライアンス法では、一本の試験片の荷
重、変位曲線から亀裂成長量を間接的に測定して
Ｒ曲線を求めるため、試験時間の大幅な短縮を図
ることができる。
のに多数の試験片を必要とし、手間がかかるが、
除荷コンプライアンス法では、一本の試験片の荷
重、変位曲線から亀裂成長量を間接的に測定して
Ｒ曲線を求めるため、試験時間の大幅な短縮を図
ることができる。
除荷コンプライアンス法により“J1c値”を求
めるのに、まずコンパクト試験片（以下CT試験
片と略記する。第２参照）をJ1c破壊靭性試験装
置にセツトして“疲労予亀裂”を導入し、CT試
験片を試験装置から外すことなく続いて除荷コン
プライアンス法を実施する方法がある。この方法
では、まずCT試験片に第５図に示すような繰り
返し荷重を作用させて疲労予亀裂を導入する。こ
ととき、CT試験片に作用する荷重波形から“コ
ンプライアンス”を求め、このコンプライアンス
を“Saxenaの式”（コンプライアンスから亀裂長
さanを算出する式として代表的な式である。） an＝Aa＋Baf1（Ks・Cn）＋…… ［なお、ｎ＝１、２、３……Cnはコンプライア
ンスAa、Ba……は係数Ksは材料定数］ に代入して疲労予亀裂長さを算出する。この計算
値が設定値になつたら、CT試験片に静的荷重を
作用させ、次いで該静的荷重をわずかに除荷する
操作を複数回繰返して、一本のCT試験片から一
連のコンプライアンスを求める（第３図参照）。
そして、このコンプライアンスを同様に
“Saxenaの式”に代入して亀裂長さanを算出し、
この亀裂長さanから亀裂成長量△ａ △ａ＝an−a0 ［なお、a0は荷重の作用点から疲労予亀裂先端
までの距離で（第２図参照）、疲労予亀裂長さの
設定値に基づいて定められる。］ を算出し、この亀裂成長量△ａを基にしてＲ曲線
を求める。
めるのに、まずコンパクト試験片（以下CT試験
片と略記する。第２参照）をJ1c破壊靭性試験装
置にセツトして“疲労予亀裂”を導入し、CT試
験片を試験装置から外すことなく続いて除荷コン
プライアンス法を実施する方法がある。この方法
では、まずCT試験片に第５図に示すような繰り
返し荷重を作用させて疲労予亀裂を導入する。こ
ととき、CT試験片に作用する荷重波形から“コ
ンプライアンス”を求め、このコンプライアンス
を“Saxenaの式”（コンプライアンスから亀裂長
さanを算出する式として代表的な式である。） an＝Aa＋Baf1（Ks・Cn）＋…… ［なお、ｎ＝１、２、３……Cnはコンプライア
ンスAa、Ba……は係数Ksは材料定数］ に代入して疲労予亀裂長さを算出する。この計算
値が設定値になつたら、CT試験片に静的荷重を
作用させ、次いで該静的荷重をわずかに除荷する
操作を複数回繰返して、一本のCT試験片から一
連のコンプライアンスを求める（第３図参照）。
そして、このコンプライアンスを同様に
“Saxenaの式”に代入して亀裂長さanを算出し、
この亀裂長さanから亀裂成長量△ａ △ａ＝an−a0 ［なお、a0は荷重の作用点から疲労予亀裂先端
までの距離で（第２図参照）、疲労予亀裂長さの
設定値に基づいて定められる。］ を算出し、この亀裂成長量△ａを基にしてＲ曲線
を求める。
しかしながら、求めたＲ曲線の中にはその起点
での亀裂成長量△ａが零とならず、例えば負の値
をとつたりして（第６図に示すＲ曲線参照）。
“J1c値”を求めるデータとして使用できないもの
が生ずる問題があつた。
での亀裂成長量△ａが零とならず、例えば負の値
をとつたりして（第６図に示すＲ曲線参照）。
“J1c値”を求めるデータとして使用できないもの
が生ずる問題があつた。
本発明者等はこのような事態が生ずる原因を解
明すべく鋭意研究の結果、疲労予亀裂を導入する
際、亀裂先端で加工硬化、加工軟化を起こした
り、亀裂がアトランダムな方向に走つたりするこ
とがあり、このため疲労予亀裂長さの計算値が実
際の長さと一致せず、実際の疲労予亀裂長さが設
定値と異なつているのにこれを等しいものとして
取扱つて亀裂成長量△ａを算出したことが原因で
あると判明した。
明すべく鋭意研究の結果、疲労予亀裂を導入する
際、亀裂先端で加工硬化、加工軟化を起こした
り、亀裂がアトランダムな方向に走つたりするこ
とがあり、このため疲労予亀裂長さの計算値が実
際の長さと一致せず、実際の疲労予亀裂長さが設
定値と異なつているのにこれを等しいものとして
取扱つて亀裂成長量△ａを算出したことが原因で
あると判明した。
そこで、疲労予亀裂の導入時に進展する亀裂を
順次実測し、亀裂長さが設定値になつたら繰り返
し荷重を停止する方法が検出された。この方法な
らば、亀裂長さを実測することから、計算値が実
際の長さと合致しなくなるような事態は生じな
い。しかし、亀裂長さを実測することは手間がか
かる上に、繰り返し荷重の作用中に亀裂長さを実
測することができないため、測定の毎に繰り返し
荷重を停止させる操作を設定値になるまで続ける
必要があり、このため試験時間が非常に長くなつ
て実際的ではない。
順次実測し、亀裂長さが設定値になつたら繰り返
し荷重を停止する方法が検出された。この方法な
らば、亀裂長さを実測することから、計算値が実
際の長さと合致しなくなるような事態は生じな
い。しかし、亀裂長さを実測することは手間がか
かる上に、繰り返し荷重の作用中に亀裂長さを実
測することができないため、測定の毎に繰り返し
荷重を停止させる操作を設定値になるまで続ける
必要があり、このため試験時間が非常に長くなつ
て実際的ではない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、正確なＲ曲線を短時間で
求めることができるJ1c破壊靭性試験方法を提供
することである。
の目的とするところは、正確なＲ曲線を短時間で
求めることができるJ1c破壊靭性試験方法を提供
することである。
本発明は上記目的を達成するため、試験片に
“疲労予亀裂”を導入し、次いで“除荷コンプラ
イアンス法”によつて“J1c値”を求めるJ1c破壊
靭性試験方法において、前記除荷コンプライアン
ス法で求めた“Ｒ曲線”の起点での亀裂成長量△
ａが零値からずれたとき、そのずれ量△ｘを、
“コンプライアンス”から亀裂長さを算出する式 an＝Aa＋Baf1（Ks・Cn）＋…… ［なお、anは亀裂長さｎ＝１、２、３……Cnは
コンプライアンスAa、Baは係数Ksは材料定数］ の第１項“Aa”に加算あるいは減算して該計算
式を修正し、この修正された計算式に基づいてＲ
曲線を修正することを特徴としている。
“疲労予亀裂”を導入し、次いで“除荷コンプラ
イアンス法”によつて“J1c値”を求めるJ1c破壊
靭性試験方法において、前記除荷コンプライアン
ス法で求めた“Ｒ曲線”の起点での亀裂成長量△
ａが零値からずれたとき、そのずれ量△ｘを、
“コンプライアンス”から亀裂長さを算出する式 an＝Aa＋Baf1（Ks・Cn）＋…… ［なお、anは亀裂長さｎ＝１、２、３……Cnは
コンプライアンスAa、Baは係数Ksは材料定数］ の第１項“Aa”に加算あるいは減算して該計算
式を修正し、この修正された計算式に基づいてＲ
曲線を修正することを特徴としている。
以下本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は本発明の試験方法を実施する装置を示
している。図中符号１はCT試験片、２は変位計、
３はロードセル、４はＸ−Ｙ記録形、５はアクチ
ユエータ、６は演算制御器。
している。図中符号１はCT試験片、２は変位計、
３はロードセル、４はＸ−Ｙ記録形、５はアクチ
ユエータ、６は演算制御器。
CT試験片１の一側縁には開口部１ａが設けら
れていて、この開口部１ａには疲労予亀裂１ｂが
導入される。第１図、第２図では既に疲労予亀裂
１ｂを導入した状態を示している。なお、CT試
験片１の代わりに３点曲げ試験片を用いてもよ
い。
れていて、この開口部１ａには疲労予亀裂１ｂが
導入される。第１図、第２図では既に疲労予亀裂
１ｂを導入した状態を示している。なお、CT試
験片１の代わりに３点曲げ試験片を用いてもよ
い。
変位形２はCOD（第２図参照）を測定するもの
で、例えばクリツプゲージからなる。
で、例えばクリツプゲージからなる。
ロードセル３はアクチユエータ５によりCT試
験片１に作用する荷重を検出する。
験片１に作用する荷重を検出する。
Ｘ−Ｙ記録形４は変位形２とロードセル３から
変位信号、荷重信号を入力して荷重、変位曲線を
記録する。
変位信号、荷重信号を入力して荷重、変位曲線を
記録する。
演算制御器６は第７図は示すフローチヤートに
従つてアクチユエータ５を制御し、演算処理を行
う。
従つてアクチユエータ５を制御し、演算処理を行
う。
次に上記装置を使用して本発明の試験方法の一
例を説明する。
例を説明する。
まず、演算制御器６に疲労予亀裂長さの設定値
をセツトしてから、アクチユエータ５を動作させ
CT試験片１に第５図に示すような繰り返し荷重
を加える。このとき、CT試験片１に作用する荷
重をロードセル３で検出してＸ−Ｙ記録計４で荷
重波形を記録し、該荷重波形からコンプライアン
スを求める。そして、このコンプライアンスを
“Saxenaの式” an＝Aa＋Baf1（Ks・Cn）＋…… ［なお、ｎ＝１、２、３……Cnはコンプライア
ンスAa、Ba……は係数Ksは材料定数］ に代入して疲労予亀裂１ｂの長さを算出する。こ
の計算値が設定値になるまで上述の操作を繰り返
す。
をセツトしてから、アクチユエータ５を動作させ
CT試験片１に第５図に示すような繰り返し荷重
を加える。このとき、CT試験片１に作用する荷
重をロードセル３で検出してＸ−Ｙ記録計４で荷
重波形を記録し、該荷重波形からコンプライアン
スを求める。そして、このコンプライアンスを
“Saxenaの式” an＝Aa＋Baf1（Ks・Cn）＋…… ［なお、ｎ＝１、２、３……Cnはコンプライア
ンスAa、Ba……は係数Ksは材料定数］ に代入して疲労予亀裂１ｂの長さを算出する。こ
の計算値が設定値になるまで上述の操作を繰り返
す。
設定値になつたらアクチユエータ５により試験
片１に静的荷重を作用させ、次いで該静的荷重を
10％程度除荷する操作を複数解繰り返して、一本
のCT試験片１から一連のコンプライアンスを求
める（第３図参照）。そして、このコンプライア
ンスを同様に“Saxenaの式”に代入して亀裂長
さanを算出し、この亀裂長さanから亀裂成長量
△ａ △ａ＝an−a0 ［なお、a0は荷重の作用点から疲労予亀裂１ｂ先
端までの距離で、疲労予亀裂長さの設定値に基づ
いて定められる。］ を算出する。また、anとAn（Anは第３図の曲線
で囲まれた面積）からJnを算出する。
片１に静的荷重を作用させ、次いで該静的荷重を
10％程度除荷する操作を複数解繰り返して、一本
のCT試験片１から一連のコンプライアンスを求
める（第３図参照）。そして、このコンプライア
ンスを同様に“Saxenaの式”に代入して亀裂長
さanを算出し、この亀裂長さanから亀裂成長量
△ａ △ａ＝an−a0 ［なお、a0は荷重の作用点から疲労予亀裂１ｂ先
端までの距離で、疲労予亀裂長さの設定値に基づ
いて定められる。］ を算出する。また、anとAn（Anは第３図の曲線
で囲まれた面積）からJnを算出する。
Jn＝An／Bbｆ（an／Ｗ）
なお、Bbは係数である。
この後、亀裂成長量△ａとＪ積分との関係をプ
ロツトすることによりＲ曲線を求める。
ロツトすることによりＲ曲線を求める。
これまでの操作は従来と同じである。次に本発
明の特徴部分を説明する 上述のようにして求めたＲ曲線の起点での△ａ
が零値か否かを判別する。起点での△ａが零なら
ば（第６図に示すＲ曲線を参照）、鈍化直線
（Ｊ＝2δfs、△ａ、δfsは有効降伏強度である。）
を求め、これとＲ曲線との交点から“J1c値”を
求める（第４図参照）。
明の特徴部分を説明する 上述のようにして求めたＲ曲線の起点での△ａ
が零値か否かを判別する。起点での△ａが零なら
ば（第６図に示すＲ曲線を参照）、鈍化直線
（Ｊ＝2δfs、△ａ、δfsは有効降伏強度である。）
を求め、これとＲ曲線との交点から“J1c値”を
求める（第４図参照）。
起点での△ａが零でないときには（第６図に示
すＲ曲線を参照）、零からのずれ量△ｘを算出
し、次いでこの△ｘが正か負かを伴別する。△ｘ
が負のときには、“Saxenaの式”の第１項“Aa”
に△ｘを加算する。また、△ｘが正のときには、
“Saxenaの式”の第１項目“Aa”から△ｘを減
算する。
すＲ曲線を参照）、零からのずれ量△ｘを算出
し、次いでこの△ｘが正か負かを伴別する。△ｘ
が負のときには、“Saxenaの式”の第１項“Aa”
に△ｘを加算する。また、△ｘが正のときには、
“Saxenaの式”の第１項目“Aa”から△ｘを減
算する。
このようにして“Saxenaの式”を修正したら、
この修正された“Saxenaの式”に基づいてＲ曲
線を修正する。すなわち、第６図においてＲ曲線
を同図の右側に△ｘだけスライドさせる。この
後、鈍化直線と修正されたＲ曲線との交点から
“J1c値”を求める。
この修正された“Saxenaの式”に基づいてＲ曲
線を修正する。すなわち、第６図においてＲ曲線
を同図の右側に△ｘだけスライドさせる。この
後、鈍化直線と修正されたＲ曲線との交点から
“J1c値”を求める。
なお、上記実施例では、同一の装置で疲労予亀
裂を導入し、除荷コンプライアンス法を実施した
が、別の装置で疲労予亀裂を導入して、これを第
１図に示す装置にセツトして除荷コンプライアン
ス法を実施するようにしてもよい。
裂を導入し、除荷コンプライアンス法を実施した
が、別の装置で疲労予亀裂を導入して、これを第
１図に示す装置にセツトして除荷コンプライアン
ス法を実施するようにしてもよい。
以上説明したように本発明によれば、除荷コン
プライアンス法で求めたＲ曲線の起点での亀裂成
長量△ａが零値からずれたとき、そのずれ量△ｘ
を、コンプライアンスから亀裂長さを算出する式
an＝Aa＋Baf1（Ks・Cn）＋……の第１項“Aa”
に加算あるいは減算して該計算式を修正し、この
修正された計算式に基づいてＲ曲線を修正するの
で、疲労予亀裂長さが設定値になつているか否か
を実測するようなことをしなくてもすみ、短時間
で正確なＲ曲線を求めることができ、このため試
験時間を大幅に短縮して精度良く“J1c値”を測
定することが可能となる。
プライアンス法で求めたＲ曲線の起点での亀裂成
長量△ａが零値からずれたとき、そのずれ量△ｘ
を、コンプライアンスから亀裂長さを算出する式
an＝Aa＋Baf1（Ks・Cn）＋……の第１項“Aa”
に加算あるいは減算して該計算式を修正し、この
修正された計算式に基づいてＲ曲線を修正するの
で、疲労予亀裂長さが設定値になつているか否か
を実測するようなことをしなくてもすみ、短時間
で正確なＲ曲線を求めることができ、このため試
験時間を大幅に短縮して精度良く“J1c値”を測
定することが可能となる。
第１図は本発明の方法を実施する装置のブロツ
ク図、第２図は試験片の拡大斜視図、第３図は荷
重、変位曲線を示すグラフ、第４図はＲ曲線と鈍
化直線とから“J1c値”を求める方法を説明する
グラフ、第５図は繰り返し荷重を示すグラフ、第
６図はＲ曲線を示すグラフ、第７図は演算制御器
の動作内容を示すフローチヤートである。 １……試験片、１ｂ……疲労予亀裂、２……変
位計、３……ロードセル、４……Ｘ−Ｙ記録形、
５……アクチユエータ、６……演算制御器。
ク図、第２図は試験片の拡大斜視図、第３図は荷
重、変位曲線を示すグラフ、第４図はＲ曲線と鈍
化直線とから“J1c値”を求める方法を説明する
グラフ、第５図は繰り返し荷重を示すグラフ、第
６図はＲ曲線を示すグラフ、第７図は演算制御器
の動作内容を示すフローチヤートである。 １……試験片、１ｂ……疲労予亀裂、２……変
位計、３……ロードセル、４……Ｘ−Ｙ記録形、
５……アクチユエータ、６……演算制御器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 試験片に“疲労予亀裂”を導入し、次いで
“除荷コンプライアンス法”によつて“J1c値”を
求めるJ1c破壊靭性試験方法において、前記除荷
コンプライアンス法で求めた“Ｒ曲線”の起点で
の亀裂成長量△ａが零値からずれたとき、そのず
れ量△ｘを、“コンプライアンス”から亀裂長さ
を算出する式 an＝Aa＋Baf1（Ks・Cn）＋…… ［なお、anは亀裂長さｎ＝１、２、３……、Cn
はコンプライアンス、Aa、Baは係数、Ksは材料
定数］ の第１項“Aa”に加算あるいは減算して該計算
式を修正し、この修正された計算式に基づいてＲ
曲線を修正することを特徴とするJ1c破壊靭性試
験方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17754384A JPS6156937A (ja) | 1984-08-28 | 1984-08-28 | Ｊ１ｃ破壊靭性試験方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17754384A JPS6156937A (ja) | 1984-08-28 | 1984-08-28 | Ｊ１ｃ破壊靭性試験方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6156937A JPS6156937A (ja) | 1986-03-22 |
| JPH0342783B2 true JPH0342783B2 (ja) | 1991-06-28 |
Family
ID=16032783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17754384A Granted JPS6156937A (ja) | 1984-08-28 | 1984-08-28 | Ｊ１ｃ破壊靭性試験方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6156937A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105758723B (zh) * | 2016-02-29 | 2018-12-07 | 南京航空航天大学 | 一种线性梯度材料裂纹扩展速率测试方法 |
| CN111855405B (zh) * | 2020-07-20 | 2023-04-21 | 暨南大学 | 预测变幅疲劳下frp-混凝土梁界面裂纹长度的方法 |
-
1984
- 1984-08-28 JP JP17754384A patent/JPS6156937A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6156937A (ja) | 1986-03-22 |
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