JP2000314691A - 材料試験装置における制御方法および材料試験装置 - Google Patents
材料試験装置における制御方法および材料試験装置Info
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課 題】 材料試験片の剪断面に垂直に加わる垂直
応力を略一定な状態に保つことができる材料試験装置に
おける制御方法および材料試験装置を提供する。 【解決手段】 材料試験装置における制御方法は、材料
試験片（１）をチャンバー（２）内に収納するととも
に、チャンバー内の圧力を大気圧よりも高くし、かつ、
前記材料試験片に圧縮用アクチュエータ（９）で圧縮荷
重を加えている。そして、圧縮用アクチュエータで前記
材料試験片に加わる圧縮荷重（Ｆ）を増大させるととも
に、この圧縮荷重の増大にともなって、チャンバー内の
圧力を低下させ、材料試験片の剪断面（ｂ）に垂直に加
わる垂直応力（σｎ）を略一定に維持している。
応力を略一定な状態に保つことができる材料試験装置に
おける制御方法および材料試験装置を提供する。 【解決手段】 材料試験装置における制御方法は、材料
試験片（１）をチャンバー（２）内に収納するととも
に、チャンバー内の圧力を大気圧よりも高くし、かつ、
前記材料試験片に圧縮用アクチュエータ（９）で圧縮荷
重を加えている。そして、圧縮用アクチュエータで前記
材料試験片に加わる圧縮荷重（Ｆ）を増大させるととも
に、この圧縮荷重の増大にともなって、チャンバー内の
圧力を低下させ、材料試験片の剪断面（ｂ）に垂直に加
わる垂直応力（σｎ）を略一定に維持している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、剪断面を有する岩
石などの材料試験片を試験する材料試験装置における制
御方法および材料試験装置に関する。
石などの材料試験片を試験する材料試験装置における制
御方法および材料試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、材料試験片に三次元の応力を加え
る材料試験装置では、チャンバーに材料試験片を収納
し、このチャンバー内の圧力を増大するとともに、圧縮
用アクチュエータで材料試験片を押圧している。この押
圧の際には、チャンバー内の圧力は、略一定に制御され
ている。
る材料試験装置では、チャンバーに材料試験片を収納
し、このチャンバー内の圧力を増大するとともに、圧縮
用アクチュエータで材料試験片を押圧している。この押
圧の際には、チャンバー内の圧力は、略一定に制御され
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、地中では、
岩盤プレートの剪断面に垂直に加わる垂直応力が略一定
な状態で、剪断面に加わる剪断力が増大して、岩盤プレ
ートが破壊している。そのため、材料試験においても、
材料試験片の状態を、地中と略同じ環境に保って再現す
ることが要求されている。
岩盤プレートの剪断面に垂直に加わる垂直応力が略一定
な状態で、剪断面に加わる剪断力が増大して、岩盤プレ
ートが破壊している。そのため、材料試験においても、
材料試験片の状態を、地中と略同じ環境に保って再現す
ることが要求されている。
【０００４】本発明は、以上のような課題を解決するた
めのもので、材料試験片の剪断面に垂直に加わる垂直応
力を略一定な状態に保つことができる材料試験装置にお
ける制御方法および材料試験装置を提供することを目的
とする。
めのもので、材料試験片の剪断面に垂直に加わる垂直応
力を略一定な状態に保つことができる材料試験装置にお
ける制御方法および材料試験装置を提供することを目的
とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の材料試験装置に
おける制御方法は、材料試験片（１）をチャンバー
（２）内に収納するとともに、チャンバー内の圧力を大
気圧よりも高くし、かつ、前記材料試験片に圧縮用アク
チュエータ（９）で圧縮荷重を加えている。そして、圧
縮用アクチュエータで前記材料試験片に加わる圧縮荷重
（Ｆ）を増大させるとともに、この圧縮荷重の増大にと
もなって、チャンバー内の圧力を低下させている。
おける制御方法は、材料試験片（１）をチャンバー
（２）内に収納するとともに、チャンバー内の圧力を大
気圧よりも高くし、かつ、前記材料試験片に圧縮用アク
チュエータ（９）で圧縮荷重を加えている。そして、圧
縮用アクチュエータで前記材料試験片に加わる圧縮荷重
（Ｆ）を増大させるとともに、この圧縮荷重の増大にと
もなって、チャンバー内の圧力を低下させている。
【０００６】また、材料試験片の剪断面（ｂ）に垂直に
加わる垂直応力（σｎ）が略一定に維持されている場合
がある。
加わる垂直応力（σｎ）が略一定に維持されている場合
がある。
【０００７】さらに、チャンバー内の圧力を、圧縮用ア
クチュエータによる圧縮荷重の増大に比例して、減少さ
せている場合がある。
クチュエータによる圧縮荷重の増大に比例して、減少さ
せている場合がある。
【０００８】本発明の材料試験装置は、剪断力が加わる
と剪断される剪断面を有する材料試験片をチャンバー内
に収納するとともに、チャンバー内の圧力を大気圧より
も高くし、かつ、前記材料試験片に圧縮用アクチュエー
タで圧縮荷重を加えている。そして、この材料試験装置
は、圧縮用アクチュエータによる圧縮荷重を検出する荷
重センサ（１２）と、チャンバー内の圧力を検出する周
囲圧検出センサ（２６）と、チャンバー内の圧力を増減
する周囲圧用アクチュエータ（２３）と、荷重センサか
らの信号が入力されているとともに、周囲圧（Ｐｃ）の
目標値を生成する周囲圧目標値発生部（４１）とが設け
られ、前記周囲圧目標値発生部、周囲圧用アクチュエー
タおよび周囲圧検出センサでフィードバック制御ループ
が構成され、前記周囲圧目標値発生部は、荷重センサが
検出した圧縮荷重に比例定数を掛けた値を、実験開始時
のチャンバー内の圧力である初期周囲圧から引き算して
周囲圧目標値を生成し、前記フィードバック制御ループ
は、周囲圧検出センサの検出値が、前記周囲圧目標値と
なるように、周囲圧用アクチュエータを制御している。
と剪断される剪断面を有する材料試験片をチャンバー内
に収納するとともに、チャンバー内の圧力を大気圧より
も高くし、かつ、前記材料試験片に圧縮用アクチュエー
タで圧縮荷重を加えている。そして、この材料試験装置
は、圧縮用アクチュエータによる圧縮荷重を検出する荷
重センサ（１２）と、チャンバー内の圧力を検出する周
囲圧検出センサ（２６）と、チャンバー内の圧力を増減
する周囲圧用アクチュエータ（２３）と、荷重センサか
らの信号が入力されているとともに、周囲圧（Ｐｃ）の
目標値を生成する周囲圧目標値発生部（４１）とが設け
られ、前記周囲圧目標値発生部、周囲圧用アクチュエー
タおよび周囲圧検出センサでフィードバック制御ループ
が構成され、前記周囲圧目標値発生部は、荷重センサが
検出した圧縮荷重に比例定数を掛けた値を、実験開始時
のチャンバー内の圧力である初期周囲圧から引き算して
周囲圧目標値を生成し、前記フィードバック制御ループ
は、周囲圧検出センサの検出値が、前記周囲圧目標値と
なるように、周囲圧用アクチュエータを制御している。
【０００９】また、前記比例定数が、圧縮用アクチュエ
ータの押圧方向と剪断面とのなす角度（θ）の正弦値の
二乗の値を、圧縮用アクチュエータの押圧方向に垂直な
面における材料試験片の断面積で割った値である場合が
ある。
ータの押圧方向と剪断面とのなす角度（θ）の正弦値の
二乗の値を、圧縮用アクチュエータの押圧方向に垂直な
面における材料試験片の断面積で割った値である場合が
ある。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に、本発明における材料試験装
置の実施の一形態を説明する。図１は本発明の材料試験
装置の実施の一形態の構成を示すブロック図である。図
２は材料試験片に加わる応力および剪断力を説明する概
略図である。図３は材料試験のフローチャートである。
図４は材料試験のタイムチャートで、（ａ）が周囲圧の
タイムチャート、（ｂ）が周囲圧用アクチュエータの変
位のタイムチャート、（ｃ）が圧縮用変位センサの出力
のタイムチャートである。図５は材料試験のタイムチャ
ートで、（ａ）が荷重センサの検出値のタイムチャー
ト、（ｂ）が剪断面に垂直な応力σｎのタイムチャート
である。
置の実施の一形態を説明する。図１は本発明の材料試験
装置の実施の一形態の構成を示すブロック図である。図
２は材料試験片に加わる応力および剪断力を説明する概
略図である。図３は材料試験のフローチャートである。
図４は材料試験のタイムチャートで、（ａ）が周囲圧の
タイムチャート、（ｂ）が周囲圧用アクチュエータの変
位のタイムチャート、（ｃ）が圧縮用変位センサの出力
のタイムチャートである。図５は材料試験のタイムチャ
ートで、（ａ）が荷重センサの検出値のタイムチャー
ト、（ｂ）が剪断面に垂直な応力σｎのタイムチャート
である。
【００１１】図１において、材料試験片１は、気密なチ
ャンバー２内に収納されている。また、材料試験片１を
間に挟む状態で、固定支持部３および可動支持部４が対
向して配置されている。この固定支持部３の先端部、可
動支持部４の先端部および材料試験片１の周囲を筒状の
シール材５が覆っている。そして、固定支持部３には、
材料試験片１に向かって水を流す通水路６が、一方、可
動支持部４には排水路７が形成されている。可動支持部
４は油圧式の圧縮用アクチュエータ９により駆動されて
移動する。この可動支持部４の移動量すなわち圧縮用ア
クチュエータ９の駆動部の変位量を、圧縮用変位センサ
１１が検出している。また、圧縮用アクチュエータ９が
材料試験片１に加えている荷重Ｆを荷重センサ１２が検
出している。さらに、チャンバー２の内部は、高圧ガス
ボンベやコンプレッサーなどで構成されている増圧器１
７に、配管１６を介して接続されている。また、配管１
６にはシリンダ装置２１が接続され、このシリンダ装置
２１のピストン２２は、周囲圧用の油圧アクチュエータ
２３で駆動されている。ピストン２２の移動量すなわち
周囲圧用アクチュエータ２３の駆動部の変位量を、周囲
圧用変位センサ２４が検出している。さらに、配管１６
には、チャンバー２内の圧力である周囲圧Ｐｃを検出す
る周囲圧検出センサ２６が取り付けられている。
ャンバー２内に収納されている。また、材料試験片１を
間に挟む状態で、固定支持部３および可動支持部４が対
向して配置されている。この固定支持部３の先端部、可
動支持部４の先端部および材料試験片１の周囲を筒状の
シール材５が覆っている。そして、固定支持部３には、
材料試験片１に向かって水を流す通水路６が、一方、可
動支持部４には排水路７が形成されている。可動支持部
４は油圧式の圧縮用アクチュエータ９により駆動されて
移動する。この可動支持部４の移動量すなわち圧縮用ア
クチュエータ９の駆動部の変位量を、圧縮用変位センサ
１１が検出している。また、圧縮用アクチュエータ９が
材料試験片１に加えている荷重Ｆを荷重センサ１２が検
出している。さらに、チャンバー２の内部は、高圧ガス
ボンベやコンプレッサーなどで構成されている増圧器１
７に、配管１６を介して接続されている。また、配管１
６にはシリンダ装置２１が接続され、このシリンダ装置
２１のピストン２２は、周囲圧用の油圧アクチュエータ
２３で駆動されている。ピストン２２の移動量すなわち
周囲圧用アクチュエータ２３の駆動部の変位量を、周囲
圧用変位センサ２４が検出している。さらに、配管１６
には、チャンバー２内の圧力である周囲圧Ｐｃを検出す
る周囲圧検出センサ２６が取り付けられている。
【００１２】圧縮目標値発生部としての圧縮目標値発生
器３１は、圧縮用制御目標入力信号Ｅｉを加算部３２に
出力している。また、圧縮用変位センサ１１の検出信号
Ｄａは、センサ用アンプ３０で増幅されて加算部３２に
出力されている。加算部３２は、圧縮用制御目標入力信
号Ｅｉから、圧縮用変位検出信号Ｄａを減算して差信号
Ｅｒを算出し、この差信号Ｅｒを、アンプ３３を介し
て、圧縮用アクチュエータ９のサーボバルブ３４に出力
している。
器３１は、圧縮用制御目標入力信号Ｅｉを加算部３２に
出力している。また、圧縮用変位センサ１１の検出信号
Ｄａは、センサ用アンプ３０で増幅されて加算部３２に
出力されている。加算部３２は、圧縮用制御目標入力信
号Ｅｉから、圧縮用変位検出信号Ｄａを減算して差信号
Ｅｒを算出し、この差信号Ｅｒを、アンプ３３を介し
て、圧縮用アクチュエータ９のサーボバルブ３４に出力
している。
【００１３】周囲圧目標値発生部としての周囲圧目標値
発生器４１は、周囲圧用制御目標入力信号Ｅｓを周囲圧
用加算部４２に出力している。また、周囲圧用変位セン
サ２４の出力信号Ｄｓは、センサ用アンプ４３で増幅さ
れ、変位制御用スイッチ４５ａを介して周囲圧用加算部
４２に出力されている。さらに、周囲圧検出センサ２６
の検出信号Ｄｐは、センサ用アンプ４４で増幅され、圧
力制御用スイッチ４５ｂを介して周囲圧用加算部４２に
出力されている。この両スイッチ４５ａ，４５ｂは、一
方がＯＮの時には、他方はＯＦＦである。そして、周囲
圧目標値発生器４１には、荷重センサ１２の検出信号Ｅ
ｆがセンサ用アンプ４６を介して入力されているととも
に、周囲圧検出センサ２６の検出信号Ｄｐが入力されて
いる。また、周囲圧用加算部４２の出力は、アンプ４７
を介して、周囲圧用アクチュエータ２３のサーボバルブ
４８に入力されている。
発生器４１は、周囲圧用制御目標入力信号Ｅｓを周囲圧
用加算部４２に出力している。また、周囲圧用変位セン
サ２４の出力信号Ｄｓは、センサ用アンプ４３で増幅さ
れ、変位制御用スイッチ４５ａを介して周囲圧用加算部
４２に出力されている。さらに、周囲圧検出センサ２６
の検出信号Ｄｐは、センサ用アンプ４４で増幅され、圧
力制御用スイッチ４５ｂを介して周囲圧用加算部４２に
出力されている。この両スイッチ４５ａ，４５ｂは、一
方がＯＮの時には、他方はＯＦＦである。そして、周囲
圧目標値発生器４１には、荷重センサ１２の検出信号Ｅ
ｆがセンサ用アンプ４６を介して入力されているととも
に、周囲圧検出センサ２６の検出信号Ｄｐが入力されて
いる。また、周囲圧用加算部４２の出力は、アンプ４７
を介して、周囲圧用アクチュエータ２３のサーボバルブ
４８に入力されている。
【００１４】この様に構成されている材料試験装置にお
いて、圧縮用アクチュエータ９を稼働させると、材料試
験片１に圧縮荷重Ｆが加わる。また、増圧器１７でチャ
ンバー２内にアルゴンガスなどの不活性ガスを充填し、
チャンバー２内の圧力を大気圧よりも加圧して高圧と
し、材料試験片１に周囲から周囲圧Ｐｃを加えることが
できる。この周囲圧Ｐｃは、周囲圧用アクチュエータ２
３を稼働することにより調整することができる。この様
にして、図２に図示する様に、材料試験片１には、荷重
Ｆおよび周囲圧Ｐｃが加わっている。そして、荷重Ｆの
荷重方向に垂直な面における材料試験片１の横断面積が
Ａとすると、応力σｆはＦ／Ａとなる。
いて、圧縮用アクチュエータ９を稼働させると、材料試
験片１に圧縮荷重Ｆが加わる。また、増圧器１７でチャ
ンバー２内にアルゴンガスなどの不活性ガスを充填し、
チャンバー２内の圧力を大気圧よりも加圧して高圧と
し、材料試験片１に周囲から周囲圧Ｐｃを加えることが
できる。この周囲圧Ｐｃは、周囲圧用アクチュエータ２
３を稼働することにより調整することができる。この様
にして、図２に図示する様に、材料試験片１には、荷重
Ｆおよび周囲圧Ｐｃが加わっている。そして、荷重Ｆの
荷重方向に垂直な面における材料試験片１の横断面積が
Ａとすると、応力σｆはＦ／Ａとなる。
【００１５】また、材料試験片１には、剪断に対する強
度が比較的低く大きな荷重Ｆが加わると剪断する断層面
などの剪断面ｂが形成されており、この剪断面ｂは、荷
重Ｆの荷重方向に対して角度θで傾斜している。なお、
図２において、符号σｎは剪断面ｂに垂直に加わる応力
で、符号τは剪断面ｂに加わる剪断力である。そして、
力学的バランスは、下記１）式に示す通りである。 １）Ｐｃ＝σｎ−(sinθ× sinθ) ×σｆ そして、地中では、応力σｎは略一定で応力σｆが増大
する（すなわち、剪断力τが増大する）ことにより、断
層面としての剪断面ｂが滑る現象が発生している。
度が比較的低く大きな荷重Ｆが加わると剪断する断層面
などの剪断面ｂが形成されており、この剪断面ｂは、荷
重Ｆの荷重方向に対して角度θで傾斜している。なお、
図２において、符号σｎは剪断面ｂに垂直に加わる応力
で、符号τは剪断面ｂに加わる剪断力である。そして、
力学的バランスは、下記１）式に示す通りである。 １）Ｐｃ＝σｎ−(sinθ× sinθ) ×σｆ そして、地中では、応力σｎは略一定で応力σｆが増大
する（すなわち、剪断力τが増大する）ことにより、断
層面としての剪断面ｂが滑る現象が発生している。
【００１６】したがって、材料試験装置において、この
現象を再現するには、荷重Ｆ（すなわちＡ×σｆ）の増
大に伴って、周囲圧Ｐｃを低下させて、応力σｎを略一
定に維持する（すなわち、初期応力σn0を維持する）こ
とが必要となる。なお、荷重Ｆが０の場合には、応力σ
ｎは周囲圧Ｐｃと等しくなっている。そして、(sinθ×
sinθ) ／Ａは、材料試験の前に確定しており、材料試
験中は一定であるので、前もって計算させておく。この
値は、材料試験中の制御においては定数として処理され
る。
現象を再現するには、荷重Ｆ（すなわちＡ×σｆ）の増
大に伴って、周囲圧Ｐｃを低下させて、応力σｎを略一
定に維持する（すなわち、初期応力σn0を維持する）こ
とが必要となる。なお、荷重Ｆが０の場合には、応力σ
ｎは周囲圧Ｐｃと等しくなっている。そして、(sinθ×
sinθ) ／Ａは、材料試験の前に確定しており、材料試
験中は一定であるので、前もって計算させておく。この
値は、材料試験中の制御においては定数として処理され
る。
【００１７】この様に、この材料試験装置においては、
剪断面ｂに垂直な応力σｎを、略一定に維持しており、
その材料試験のフローを図３のフローチャーに基づいて
説明する。まず始めに、ステップ１において、増圧器１
７でチャンバー２内を大気圧よりも高圧に加圧する。ま
た、変位制御用スイッチ４５ａがＯＮであり、周囲圧目
標値発生器４１、周囲圧用加算部４２、サーボバルブ４
８、周囲圧用アクチュエータ２３および周囲圧用変位セ
ンサ２４などで変位用フィードバック制御ループが構成
されており、周囲圧用加算部４２は周囲圧用制御目標入
力信号Ｅｓから周囲圧用変位センサ２４の出力信号Ｄｓ
を引いてサーボバルブ４８に出力している。そして、周
囲圧目標値発生器４１は、周囲圧用制御目標入力信号Ｅ
ｓとして目標位置信号を出力して、ピストン２２を中央
位置にする。ステップ２において、増圧器１７によりチ
ャンバー２内の圧力が目標圧に達すると、周囲圧検出セ
ンサ２６は、初期応力σn0である周囲圧Ｐｃを初期値と
して検出し検出信号を周囲圧目標値発生器４１に入力す
る。周囲圧目標値発生器４１には記憶部が設けられてお
り、この周囲圧Ｐｃの初期値を記憶する。また、変位制
御用スイッチ４５ａをＯＦＦするとともに、圧力制御用
スイッチ４５ｂをＯＮして、周囲圧目標値発生器４１、
周囲圧用加算部４２、サーボバルブ４８、周囲圧用アク
チュエータ２３および周囲圧検出センサ２６などで圧力
用フィードバック制御ループを構成しており、周囲圧用
加算部４２は周囲圧用制御目標入力信号Ｅｓから周囲圧
検出センサ２６の検出信号Ｄｐを引いてサーボバルブ４
８に出力している。そして、周囲圧目標値発生器４１
は、周囲圧用制御目標入力信号Ｅｓとして目標圧力信号
である周囲圧Ｐｃの初期値を出力して、周囲圧Ｐｃを初
期値すなわち初期応力σn0に維持する。
剪断面ｂに垂直な応力σｎを、略一定に維持しており、
その材料試験のフローを図３のフローチャーに基づいて
説明する。まず始めに、ステップ１において、増圧器１
７でチャンバー２内を大気圧よりも高圧に加圧する。ま
た、変位制御用スイッチ４５ａがＯＮであり、周囲圧目
標値発生器４１、周囲圧用加算部４２、サーボバルブ４
８、周囲圧用アクチュエータ２３および周囲圧用変位セ
ンサ２４などで変位用フィードバック制御ループが構成
されており、周囲圧用加算部４２は周囲圧用制御目標入
力信号Ｅｓから周囲圧用変位センサ２４の出力信号Ｄｓ
を引いてサーボバルブ４８に出力している。そして、周
囲圧目標値発生器４１は、周囲圧用制御目標入力信号Ｅ
ｓとして目標位置信号を出力して、ピストン２２を中央
位置にする。ステップ２において、増圧器１７によりチ
ャンバー２内の圧力が目標圧に達すると、周囲圧検出セ
ンサ２６は、初期応力σn0である周囲圧Ｐｃを初期値と
して検出し検出信号を周囲圧目標値発生器４１に入力す
る。周囲圧目標値発生器４１には記憶部が設けられてお
り、この周囲圧Ｐｃの初期値を記憶する。また、変位制
御用スイッチ４５ａをＯＦＦするとともに、圧力制御用
スイッチ４５ｂをＯＮして、周囲圧目標値発生器４１、
周囲圧用加算部４２、サーボバルブ４８、周囲圧用アク
チュエータ２３および周囲圧検出センサ２６などで圧力
用フィードバック制御ループを構成しており、周囲圧用
加算部４２は周囲圧用制御目標入力信号Ｅｓから周囲圧
検出センサ２６の検出信号Ｄｐを引いてサーボバルブ４
８に出力している。そして、周囲圧目標値発生器４１
は、周囲圧用制御目標入力信号Ｅｓとして目標圧力信号
である周囲圧Ｐｃの初期値を出力して、周囲圧Ｐｃを初
期値すなわち初期応力σn0に維持する。
【００１８】ついで、ステップ３において、圧縮用アク
チュエータ９を手動で稼働し、可動支持部４を材料試験
片１に向かって移動させる。そして、ステップ４におい
て、可動支持部４が材料試験片１を押圧し、荷重センサ
１２がその荷重を検出した時に、圧縮用アクチュエータ
９を停止させる。ついで、ステップ５において、圧縮用
変位センサ１１をリセットし、その現在位置を０にセッ
トする。これで、材料試験の準備が完了する。そして、
ステップ６において、材料試験が開始され、圧縮目標値
発生器３１が一定速度で増大する目標変位信号を出力
し、圧縮用アクチュエータ９が図４（ｃ）に図示する様
に稼働して、可動支持部４を材料試験片１に向かって一
定速度で移動させ、材料試験片１に圧縮荷重Ｆを負荷す
る。この荷重Ｆは図５（ａ）に図示する様に漸次増大す
る。なお、透水試験をする際には、通水路６から材料試
験片１に向かって注水するとともに、材料試験片１を通
り抜けた水は排水路７から排水される。
チュエータ９を手動で稼働し、可動支持部４を材料試験
片１に向かって移動させる。そして、ステップ４におい
て、可動支持部４が材料試験片１を押圧し、荷重センサ
１２がその荷重を検出した時に、圧縮用アクチュエータ
９を停止させる。ついで、ステップ５において、圧縮用
変位センサ１１をリセットし、その現在位置を０にセッ
トする。これで、材料試験の準備が完了する。そして、
ステップ６において、材料試験が開始され、圧縮目標値
発生器３１が一定速度で増大する目標変位信号を出力
し、圧縮用アクチュエータ９が図４（ｃ）に図示する様
に稼働して、可動支持部４を材料試験片１に向かって一
定速度で移動させ、材料試験片１に圧縮荷重Ｆを負荷す
る。この荷重Ｆは図５（ａ）に図示する様に漸次増大す
る。なお、透水試験をする際には、通水路６から材料試
験片１に向かって注水するとともに、材料試験片１を通
り抜けた水は排水路７から排水される。
【００１９】ステップ７において、この材料試験片１に
加わる荷重Ｆを荷重センサ１２が検出し、周囲圧目標値
発生器４１に出力し、ステップ８に行く。ステップ８に
おいて、周囲圧目標値発生器４１は、前記１）式によ
り、目標値である周囲圧Ｐｃを求めている。すなわち、
定数である(sinθ× sinθ) ／Ａに荷重Ｆを掛けた値
を、記憶している周囲圧Ｐｃの初期値である初期応力σ
n0から引いて、周囲圧Ｐｃの目標値を決定し、ステップ
９に行く。ステップ９において、周囲圧目標値発生器４
１は、この周囲圧Ｐｃの目標値を周囲圧用加算部４２に
出力し、周囲圧用アクチュエータ２３を図４（ｂ）に図
示する様に稼働して、チャンバー２内の圧力をこの周囲
圧Ｐｃの目標値にしている。ついで、ステップ６に戻
り、ステップ６からステップ９までを、たとえば０．２
秒間隔で繰り返している。そして、チャンバー２内の圧
力は荷重Ｆの増大に比例して、図４（ａ）に図示する様
に段々と低下している。また、図５（ｂ）に図示する様
に、剪断面ｂに垂直な応力σｎは略一定に維持されてい
る。この様にして、材料試験は行われており、材料試験
片１が剪断面ｂに沿って剪断して破断し、荷重センサ１
２の出力が略０になるまで行うことも可能であるし、材
料試験片１を破断させないで途中で停止することも可能
である。
加わる荷重Ｆを荷重センサ１２が検出し、周囲圧目標値
発生器４１に出力し、ステップ８に行く。ステップ８に
おいて、周囲圧目標値発生器４１は、前記１）式によ
り、目標値である周囲圧Ｐｃを求めている。すなわち、
定数である(sinθ× sinθ) ／Ａに荷重Ｆを掛けた値
を、記憶している周囲圧Ｐｃの初期値である初期応力σ
n0から引いて、周囲圧Ｐｃの目標値を決定し、ステップ
９に行く。ステップ９において、周囲圧目標値発生器４
１は、この周囲圧Ｐｃの目標値を周囲圧用加算部４２に
出力し、周囲圧用アクチュエータ２３を図４（ｂ）に図
示する様に稼働して、チャンバー２内の圧力をこの周囲
圧Ｐｃの目標値にしている。ついで、ステップ６に戻
り、ステップ６からステップ９までを、たとえば０．２
秒間隔で繰り返している。そして、チャンバー２内の圧
力は荷重Ｆの増大に比例して、図４（ａ）に図示する様
に段々と低下している。また、図５（ｂ）に図示する様
に、剪断面ｂに垂直な応力σｎは略一定に維持されてい
る。この様にして、材料試験は行われており、材料試験
片１が剪断面ｂに沿って剪断して破断し、荷重センサ１
２の出力が略０になるまで行うことも可能であるし、材
料試験片１を破断させないで途中で停止することも可能
である。
【００２０】前述の様に、この実施の形態では、剪断面
ｂに垂直な応力σｎを略一定に維持して、荷重Ｆを増大
することができるので、実際の地中の状態を略再現する
ことができる。なお、チャンバー２内の温度を制御して
高温とすることも可能である。また、透水試験は必ずし
も行う必要はない。
ｂに垂直な応力σｎを略一定に維持して、荷重Ｆを増大
することができるので、実際の地中の状態を略再現する
ことができる。なお、チャンバー２内の温度を制御して
高温とすることも可能である。また、透水試験は必ずし
も行う必要はない。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、圧縮用アクチュエータ
で前記材料試験片に加わる圧縮荷重を増大させるととも
に、この圧縮荷重の増大にともなって、チャンバー内の
圧力を低下させているので、材料試験片の剪断面に垂直
に加わる垂直応力が変化することが少なくなる。したが
って、材料試験において、材料試験片の状態を、極力地
中と略同じ環境に保って再現することができる。特に、
前記垂直応力を略一定に維持すると、より一層、地中と
略同じ環境にすることができる。
で前記材料試験片に加わる圧縮荷重を増大させるととも
に、この圧縮荷重の増大にともなって、チャンバー内の
圧力を低下させているので、材料試験片の剪断面に垂直
に加わる垂直応力が変化することが少なくなる。したが
って、材料試験において、材料試験片の状態を、極力地
中と略同じ環境に保って再現することができる。特に、
前記垂直応力を略一定に維持すると、より一層、地中と
略同じ環境にすることができる。
【図１】図１は本発明の材料試験装置の実施の一形態の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図２】図２は材料試験片に加わる応力および剪断力を
説明する概略図である。
説明する概略図である。
【図３】図３は材料試験のフローチャートである。
【図４】図４は材料試験のタイムチャートで、（ａ）が
周囲圧のタイムチャート、（ｂ）が周囲圧用アクチュエ
ータの変位のタイムチャート、（ｃ）が圧縮用変位セン
サの出力のタイムチャートである。
周囲圧のタイムチャート、（ｂ）が周囲圧用アクチュエ
ータの変位のタイムチャート、（ｃ）が圧縮用変位セン
サの出力のタイムチャートである。
【図５】図５は材料試験のタイムチャートで、（ａ）が
荷重センサの検出値のタイムチャート、（ｂ）が剪断面
に垂直な応力σｎのタイムチャートである。
荷重センサの検出値のタイムチャート、（ｂ）が剪断面
に垂直な応力σｎのタイムチャートである。
θ 圧縮用アクチュエータの押圧方向と剪断面とのなす
角度 σｎ 剪断面ｂに垂直な応力 ｂ 剪断面 Ｆ 圧縮荷重 Ｐｃ 周囲圧 １ 材料試験片 ２ チャンバー ９ 圧縮用アクチュエータ １２ 荷重センサ ２３ 周囲圧用アクチュエータ ２６ 周囲圧検出センサ ４１ 周囲圧目標値発生器（周囲圧目標値発生部）
角度 σｎ 剪断面ｂに垂直な応力 ｂ 剪断面 Ｆ 圧縮荷重 Ｐｃ 周囲圧 １ 材料試験片 ２ チャンバー ９ 圧縮用アクチュエータ １２ 荷重センサ ２３ 周囲圧用アクチュエータ ２６ 周囲圧検出センサ ４１ 周囲圧目標値発生器（周囲圧目標値発生部）
Claims (5)
- 【請求項１】 材料試験片をチャンバー内に収納すると
ともに、チャンバー内の圧力を大気圧よりも高くし、か
つ、前記材料試験片に圧縮用アクチュエータで圧縮荷重
を加えている材料試験装置における制御方法において、 前記圧縮用アクチュエータで前記材料試験片に加わる圧
縮荷重を増大させるとともに、この圧縮荷重の増大にと
もなって、チャンバー内の圧力を低下させていることを
特徴とする材料試験装置における制御方法。 - 【請求項２】 剪断力が加わると剪断される剪断面を有
する材料試験片をチャンバー内に収納するとともに、チ
ャンバー内の圧力を大気圧よりも高くし、かつ、前記材
料試験片に圧縮用アクチュエータで圧縮荷重を加えてい
る材料試験装置における制御方法において、 前記圧縮用アクチュエータで前記材料試験片に加わる圧
縮荷重を増大させるとともに、この圧縮荷重の増大にと
もなって、チャンバー内の圧力を低下させて、前記剪断
面に垂直に加わる垂直応力を略一定に維持していること
を特徴とする材料試験装置における制御方法。 - 【請求項３】 前記チャンバー内の圧力を、圧縮用アク
チュエータによる圧縮荷重の増大に比例して、減少させ
ていることを特徴とする請求項１または２記載の材料試
験装置における制御方法。 - 【請求項４】 剪断力が加わると剪断される剪断面を有
する材料試験片をチャンバー内に収納するとともに、チ
ャンバー内の圧力を大気圧よりも高くし、かつ、前記材
料試験片に圧縮用アクチュエータで圧縮荷重を加えてい
る材料試験装置において、 圧縮用アクチュエータによる圧縮荷重を検出する荷重セ
ンサと、 チャンバー内の圧力を検出する周囲圧検出センサと、 チャンバー内の圧力を増減する周囲圧用アクチュエータ
と、 荷重センサからの信号が入力されているとともに、周囲
圧の目標値を生成する周囲圧目標値発生部とが設けら
れ、 前記周囲圧目標値発生部、周囲圧用アクチュエータおよ
び周囲圧検出センサでフィードバック制御ループが構成
され、 前記周囲圧目標値発生部は、荷重センサが検出した圧縮
荷重に比例定数を掛けた値を、実験開始時のチャンバー
内の圧力である初期周囲圧から引き算して周囲圧目標値
を生成し、 前記フィードバック制御ループは、周囲圧検出センサの
検出値が、前記周囲圧目標値となるように、周囲圧用ア
クチュエータを制御していることを特徴とする材料試験
装置。 - 【請求項５】 前記比例定数が、圧縮用アクチュエータ
の押圧方向と剪断面とのなす角度の正弦値の二乗の値
を、圧縮用アクチュエータの押圧方向に垂直な面におけ
る材料試験片の断面積で割った値であることを特徴とす
る請求項４記載の材料試験装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12576199A JP3749397B2 (ja) | 1999-05-06 | 1999-05-06 | 材料試験装置における制御方法および材料試験装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12576199A JP3749397B2 (ja) | 1999-05-06 | 1999-05-06 | 材料試験装置における制御方法および材料試験装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000314691A true JP2000314691A (ja) | 2000-11-14 |
| JP3749397B2 JP3749397B2 (ja) | 2006-02-22 |
Family
ID=14918178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12576199A Expired - Fee Related JP3749397B2 (ja) | 1999-05-06 | 1999-05-06 | 材料試験装置における制御方法および材料試験装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3749397B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012018015A (ja) * | 2010-07-06 | 2012-01-26 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 岩盤試料透水試験方法 |
| JP2012211823A (ja) * | 2011-03-31 | 2012-11-01 | Univ Of Fukui | 多軸負荷試験装置及び方法 |
| CN103969107A (zh) * | 2014-05-06 | 2014-08-06 | 广西大学 | 高压伺服动真三轴试验机 |
| KR20180137066A (ko) * | 2017-06-15 | 2018-12-27 | 삼성디스플레이 주식회사 | 전단 응력 시험 장치 |
-
1999
- 1999-05-06 JP JP12576199A patent/JP3749397B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012018015A (ja) * | 2010-07-06 | 2012-01-26 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 岩盤試料透水試験方法 |
| JP2012211823A (ja) * | 2011-03-31 | 2012-11-01 | Univ Of Fukui | 多軸負荷試験装置及び方法 |
| CN103969107A (zh) * | 2014-05-06 | 2014-08-06 | 广西大学 | 高压伺服动真三轴试验机 |
| KR20180137066A (ko) * | 2017-06-15 | 2018-12-27 | 삼성디스플레이 주식회사 | 전단 응력 시험 장치 |
| KR102366031B1 (ko) | 2017-06-15 | 2022-02-22 | 삼성디스플레이 주식회사 | 전단 응력 시험 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3749397B2 (ja) | 2006-02-22 |
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