JP2000511643A - 分割式ホプキンソン・バー試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 図は試験片（１０４）介して出力バー（１０５）に連結した入力バー（１０３）を含む分割式ホプキンソン圧力バー（１０２）の左に衝撃を与える圧縮波発生装置（１０１）を示す。最初(矢印Ａの方向において)液圧アクチュエータ（１０８）によって予荷重力の下にインパクタ・バー(１０９)を置き、その後脆弱な構成要素（１１０）が壊れて入力バー(１０３)の入力端(１０３ａ)に衝撃を与えることによって圧縮波（１０６、１０７）が発生する。端（１０９ａ）は、そこに溶接したカラー（１１１）によって案内され、端（１０３ａ）に隣接して保持され、ブロッキング・システム（１１２）によって左に移動するのを阻止される。

Description

【発明の詳細な説明】 分割式ホプキンソン・バー試験装置 この発明は、ホプキンソン・バー試験装置として知られているような試験片試 験験装置の改良に関する。 たとえば圧縮状態に置かれた材料試験片の動的機械特性に関する情報を得るた めにホプキンソン・バーのような圧力バーを使用することはよく知られている。 特に、分割式ホプキンソン圧力バー（ＳＨＰＢ）は、材料の動的機械的性質を種 々の事例研究するために利用されてきた。分割式ホプキンソン圧力バーを用いて 圧縮状態にある材料試験片の研究をする必要がある場合、普通、ガス銃から発射 された円筒状の発射体によって入力バーに圧縮波を発生させて入力バーの一端に 衝撃を与える。入力バーの他端はテスト中の試験片によって出力バーに連結され ている。この出力バーから、周知の方法でセンサによって情報を集めらることが できる。しかしながら、少なくとも或る種の状況においては、特に入力バーの入 力端と接触する発射体前端の境界のところでの不完全なエネルギ伝達を避ける際 に、衝撃バーの入力端へ発射体を発射することによって圧縮波を生成することが 不利になる傾向があると考えられている。理論的には、発射体とバーは衝撃の瞬 間に完全に平行でなければならず、特別な注意を送出しガス銃の内側での発射体 の誘導に払わなければならない。その上、発射体、入力バーの境界接触面を機械 的に処理して衝撃の瞬間に発射体の前面全体と入力バーの入力面との間にかなり の接触量を保つ必要がある。このように、実際問題として、発射体、入力バーの 境界のところに生じる可能性のあるエネルギ伝達問題を避けるために、それほど 多い公差の余裕を許さない或る種の構造上の限界が要求される。さらに、材料試 験片の直径またはサイズが大きい場合、発射体の直径を大きくする必要がある。 その結果として、このような発射体を発射するガス銃に改造を行ったり、もっと 大きい銃と取り替えたりする必要が生じる。 ホプキンソン・バー・システムあるいは圧力バー・システムの入力バーまたは 入力部材に圧縮波もしくは圧縮パルスを発生させる装置であって、圧縮波発生装 置に伴う前記問題あるいは他の問題のうちの１つまたはそれ以上を少なくとも軽 減する装置を提供することが本発明の目的である。 本発明によれば、分割式ホプキンソン圧力バーのような圧力バー・システムの 入力バーあるいは入力部材に圧縮波または圧縮パルスを発生させることができる 圧縮波または圧縮パルス発生装置であって、インパクタ・バーまたはインパクタ 部材を包含し、このインパクタ・バーまたはインパクタ部材が、使用中に、入力 バーまたは入力部材の一端に隣接して保持され、前記入力バー／部材から離れる 方向にアクチュエータ手段が予荷重を与えたときにこの方向の運動に抵抗を与え るように支持され、使用中に、たとえばインパクタ・バー／部材の脆弱なあるい は壊れやすい構成要素の破壊によって予荷重力が突然低下できるように構成して あり、インパクタ・バー／部材を衝撃あるいはエネルギの伝達から解放し、それ によって、テスト中の試験片へ入力バーを介して圧縮波または圧縮パルスを伝え ることができるようになっている圧縮波または圧縮パルス発生装置を得ることで きる。 アクチュエータ手段は液圧式あるいは空気圧式アクチュエータのような任意の 便利な手段であってよい。 前記のようにインパクタ・バー／部材に脆弱なあるいは壊れやすい構成要素が 設けてある場合、前記インパクタ・バー／部材はアクチュエータ手段によって与 えられる予荷重の或る特定の予設定値で壊れるように配置すると好ましい。 本発明の或る実施例においては、好ましくは、前記インパクタ・バー／部材の 一端に連結されたカラーによって、インパクタ・バー／部材を案内し、入力バー ／部材の入力端に隣接して保持する(そして、予荷重力の付与中、入力バーに隣 接した状態に留める)。使用中に、カラーは入力バーの入力端を受け入れ、これ をインパクタ・バー／部材の衝撃端に隣接した状態に保持する。前記カラーは、 インパクタ・バー／部材の端に溶接してもよいし、円筒状であってもよいし、こ れら両方であってもよい。好ましくは、カラーの内径あるいは内部寸法は、入力 バーの外径あるいは外部寸法に一致し、これがまたインパクタ・バーの直径ある いは寸法に一致するとよい。ブロッキング・システムあるいは固定支持体をイン パクタ・バー／部材を囲んでいるカラーの背後に設け、これにより予荷重力の付 与 の際に前記方向におけるインパクタ・バーの動きに抵抗を与えるかまたはそれを 阻止するようにしてもよい。こうすれば、前記予荷重力がインパクタ・バー／部 材に付与されたときに予荷重力が前記方向において入力バーに加わることがない 。 通常、入力バーは圧縮試験中の試験片介して出力バーに連結される。 さらに、本発明によれば、分割式ホプキンソン圧力バーのような圧力バー・シ ステムの入力バーまたは入力部材において圧縮波または圧縮パルスを誘発するか あるいは発生させる方法であって、前記入力バーから離れる方向においてインパ クタ・バーまたはインパクタ部材に予荷重を与えてから（たとえば、インパクタ ・バー／部材の脆弱なあるいは壊れやすい構成要素を破壊することによって）予 荷重力を急速に除去し、それによって、インパクタ・バー／部材を衝撃あるいは エネルギの伝達から解放し、こうして、インパクタ・バー／部材が入力バーを介 して圧縮波をテスト中の試験片に伝える方法を得ることができる。 さらに、本発明の有利な装置、方法の特徴は以下の説明および図面から明らか となろう。 以下、分割式ホプキンソン・バーに圧縮波を発生させる圧縮波発生装置の実施 例を添付の非常に単純化した概略的な図面を参照しながら説明する。添付図面に おいて： 第１図は、従来技術の圧縮波発生装置および分割式ホプキンソン圧力バーの縦 断面図を示す。 第２図は、本発明による圧縮波発生装置および分割式ホプキンソン圧力バーを 示す。 図面の第１図は、分割式ホプキンソン圧力バー１に圧縮波を発生させる公知の 構成を概略的に示している。この構成は、テスト中の試験片３を介して出力バー または出力部材４に連結した入力バーまたは入力部材２を包含する。第１図から 自明である方法によって入力バー２の自由端２ａと衝突するように適当な発射体 ６を発射するガス銃５が配置してある。こうすれば、発射体は、発射体の前端６ ａが入力バーの端２ａと接触したとき、入力バー２、それ故、試験片３に圧縮波 を発生させる。図示例において、入力、出力バー２、４は発射体６と同様の断面 の円筒形断面である。 この明細書において先に述べたように、発射体の前面６ａと入力バーの衝突面 ２ａとの間の前記構成には境界問題があり、これはかなりの困難を生じさせる可 能性がある。境界問題を最小限に抑えるために、発射体とバーは衝突時に完全に 平行でなければならず、銃の内側の誘導表面は、表面６ａのほぼ全体が衝突時に 表面２ａの全体と接触するように滑らかであり、機械的に処理してある必要があ る。 第２図は、分割式ホプキンソン圧力バー１０２の左に衝撃を与える、本発明に よる圧縮波発生装置１０１を示している。この分割式ホプキンソン圧力バーは、 （圧縮試験を行おうとしている）試験片１０４を介して出力バー１０５に連結さ れた入力バー１０３を包含する。大きい矢印１０６、１０７はホプキンソン・バ ー１０２を介して発生した圧縮波の方向を表している。圧縮波発生装置１０１は 、液圧式アクチュエータ１０８を有する。(このアクチュエータの形状は任意の 便利な手段、たとえば液圧であるというよりはむしろ空気圧の動作を行うもので あってよい)。これは、使用中に、インパクタ・バーまたはインパクタ部材１０ ９に予荷重力（矢印Ａによって表す）を誘発する。このインパクタ・バーまたは インパクタ部材の右端１０９ａは入力バー１０３の入力端あるいは衝撃端１０３ ａに隣接して位置する。脆弱なあるいは壊れやすい構成要素１１０がインパクタ ・バー１０９の長さに沿って設けてあり、前記壊れやすい部材はアクチュエータ によって与えられる予荷重力の特定の値で壊れるように配置してある。インパク タ１０９の前端１０９ａは、インパクタ１０９の前記端１０９ａに溶接された円 筒状のカラー１１１によって案内され、入力バー１０３の端１０３ａに隣接して 保持される。カラー１１１の内径１１１ａは入力バー１０３の直径に精密に一致 しており、入力バー１０３の直径はインパクタ・バー１０９の直径に一致してい る。このことは図面から明らかであろう。 ブロッキング・システムあるいは固定支持体１１２がインパクタ・バー１０９ を囲んでいるカラー１１１の背後に設けてある。これにより、液圧アクチュエー タ１０８によって矢印「Ａ」の方向において予荷重力を付与した際に支持体１１ ２の左に向かうインパクタ・バー１０９の動きに抵抗を与えるすなわちその動き を阻止する。予荷重力の下で、カラー１１１の後面１１１ｂがブロッキング・シ ステム１１２の前面１１２ａに対して緊密に押圧され、予荷重力が矢印「Ａ」の 方向において入力バー１０３に加えられることはない。しかしながら、予荷重力 が既知の予設定レベルに達すると直ちに、脆弱な部材１１０が壊れ、インパクタ ・バーにおける作用力がインパクタ・バーの衝撃表面１０９ａと入力バー１０３ の入力端１０３ａとの間の境界に衝撃を生じさせる(これは自明のことであろう) 。さらに、衝撃は正確な既知の振幅および持続時間の圧縮応力波を入力バー１０ ３、試験片１０４および出力バー１０７を介して発生させることになる。こうし て、圧縮波発生装置は、予荷重を受けた静止インパクタ・バーに弾性位置エネル ギを蓄積させ、次に（たとえばインパクタ・バーの脆弱な部材を壊すことによっ て）急速にそのエネルギを解放してインパクタ・バーを入力バーと衝突させると いう原理に依存する。こうして、図面の第２図と関連して先に説明した発明は、 溶接シリンダ・ブロッキング・システムによってインパクタと衝撃を受けるシス テムとに分割された独特な連続的なバー・システム１０９、１０３により、第１ 図に関連して説明した従来技術構成に伴う問題を避けることができる。インパク タ・バー１０９と入力バーあるいは衝突バーの接触はほぼ完璧であり、それによ って生じたパルスはシステム全体を通して効果的に伝播するが、第１図に関連し て説明した構成と異なりいかなる目に見える障害もない。 第１図に関連して説明した装置において、もしより大きい試験片を試験するた めに入力バーの直径を大きくしたならば、必然的に発射体６の直径も大きくなり 、この大きくなった発射体を送り出すことができるようにするために銃５を改造 したり、もっと大きい銃と交換したりしなければならなくなる。しかしながら、 第２図と関連して説明した本発明の構成においては、入力、出力バーおよびイン パクタ・バーの直径を大きくするだけで大きい直径の試験片をより容易かつ簡単 に試験することができる。このとき、同じアクチュエータ手段１０８を使用でき る。 さらに、ホプキンソン・バーの幾何学的形状を、たとえば必要に応じて矩形あ るいは正方形の断面のバーを与えるように比較的容易に変えることも可能である 。従来ならば、このような状況においては、同様の断面の適切なサイズの発射体 をこのようなバーと衝突させるように発射するガス銃に改造を施さなければなら ないであろう。 本発明による装置は、３種類の試験片、すなわちチューブ、シリンダ、プリズ ムが一般的に使用されるコンクリートの動的な機械的特性付けのために使用する ことができた。シリンダは標準の試験片としてアメリカ合衆国、カナダ、ニュー ジーランドにおいて使用されるのに対し、立方体形はヨーロッパの国々において 一般的に使用される。 ここで、第２図に示す装置においては、予荷重を受けたバー１０９の長さを数 メートルまで大きくして、第１図に示す場合のように銃の内側で発射体の振動あ あるいは案内についての問題なしに、圧縮パルスの長さを大きくすることができ ることに注目されたい。したがって、第２図に示す配置は、上記の振動問題なし に圧縮パルスの長さを数メートルまで大きくすることができるという点で第１図 に示す配置以上の付加的な利点を有する。 ここで、本発明の範囲が用語の特別な選択によって不当に制限を受けるもので はなく、或る特定の用語を任意の均等なあるいは総括的な用語と置き換えること ができることは了解されたい。さらに、圧縮波または圧縮パルス生成装置と関連 した個々の特徴、方法あるいは機能が個々に特許性を持っているかもしれないと いうことも了解されたい。単数が複数を含んでいてもよいし、またその逆であっ てもよい。さらに、任意の変数またはパラメータについてここに記載した任意の 範囲は、その範囲内あるいはこの範囲あるいは副範囲内もしくはその終端に位置 する変数またはパラメータの任意特別な値内で任意の推定副範囲の開示も含むよ うに採用することになろう。 さらに、本発明によれば、予荷重したインパクタ・バー／部材において弾性蓄 積エネルギを利用してこの蓄積エネルギを急速に解放し、インパクタ・バー／部 材を入力バーに衝撃させることによって分割式ホプキンソン圧力バーのような圧 力バー・システムにおいて圧縮波を発生させる方法を得ることができる。 さらに、本発明によれば、上記の方法を実施するための装置を得ることができ る。 圧縮波または圧縮パルス生成装置は、圧力バー・システムにおけるよりむしろ 特別なアイテムまたは機器（テスト中）において圧縮波または圧縮パルスを発生 させることができるようになっている。そして、このような配置は特許性がある 。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 分割式ホプキンソン圧力バーのような圧力バー・システムの入力バーま たは入力部材に圧縮波または圧縮パルスを発生することができる圧縮波発生装置 であって、インパクタ・バーまたはインパクタ部材を包含し、このインパクタ・ バーまたはインパクタ部材が、使用中に、入力バーまたは入力部材の一端に隣接 して保持され、前記入力バー／部材から離れる方向にアクチュエータ手段が予荷 重を与えたときにこの方向の運動に抵抗を与えるように支持され、使用中に、た とえばインパクタ・バー／部材の脆弱なあるいは壊れやすい構成要素の破壊によ って予荷重力が突然低下できるように構成してあり、インパクタ・バー／部材を 衝撃あるいはエネルギの伝達から解放し、それによって、テスト中の試験片へ入 力バーを介して圧縮波または圧縮パルスを伝えることができるようになっている ことを特徴とする圧縮波または圧縮パルス発生装置。 ２． 請求の範囲第１項に記載の装置において、アクチュエータ手段が液圧式 あるいは空気圧式アクチュエータであることを特徴とする装置。 ３． 請求の範囲第１項または第２項に記載の装置において、脆弱なあるいは 壊れやすい構成要素がインパクタ・バーに設けてあることを特徴とする装置。 ４． 請求の範囲第３項に記載の装置において、脆弱なあるいは壊れやすい構 成要素がアクチュエータ手段によって与えられる予荷重力の特定の予設定値で壊 れるように配置してあることを特徴とする装置。 ５． 請求の範囲第１項から第４項までのうちいずれか１つに記載の装置にお いて、インパクタ・バー／部材が入力バー／部材の入力端に隣接して案内、保持 されることを特徴とする装置。 ６． 請求の範囲第５項に記載の装置において、カラーが前記インパクタ・バ ー／部材の一端に連結してあることを特徴とする装置。 ７． 請求の範囲第６項に記載の装置において、カラーが入力バーの入力端を 受け入れ、インパクタ・バー／部材の衝撃端に隣接してカラーを保持することを 特徴とする装置。 ８． 請求の範囲第７項に記載の装置において、前記カラーが、インパクタ・ バー／部材の端に溶接してあり、および／または、円筒形であり、および／また は好ましくは、カラーの内径または内部寸法が入力バーの外径あるいは外部寸法 に一致しており、この入力バーの外形あるいは外部寸法がインパクタ・バーの直 径または寸法に一致していることを特徴とする装置。 ９． 請求の範囲第６項から第８項までのいずれか１つに記載の装置において 、ブロッキング・システムまたは固定支持体がインパクタ・バー／部材を囲んで いるカラーの背後に設けてあり、それによって、予荷重力の付与の際に前記方向 におけるインパクタ・バーの動きに抵抗を与えるかそれを阻止することを特徴と する装置。 １０．請求の範囲第１項から第９項のいずれか１つに記載の装置において、入力 バーが圧縮試験中の試験片を介して出力バーに連結してあることを特徴とする装 置。 １１．分割式ホプキンソン圧力バーのような圧力バー・システムの入力バーまた は入力部材において圧縮波または圧縮パルスを誘発するかあるいは発生させる方 法であって、前記入力バーから離れる方向においてインパクタ・バーまたはイン パクタ部材に予荷重を与えてから予荷重力を急速に除去し、それによって、イン パクタ・バー／部材を衝撃あるいはエネルギの伝達から解放し、それによって、 インパクタ・バー／部材で衝撃あるいはエネルギの伝達を行い、入力バーを介し て圧縮波をテスト中の試験片に伝えることを特徴とする方法。 １２．請求の範囲第１１項に記載の方法において、インパクタ・バー／部材の脆 弱なあるいは壊れやすい構成要素を壊すことによって予荷重力を急速に除くこと を包含することを特徴とする方法。 １３．分割式ホプキンソン圧力バーのような圧力バー・システムに圧縮波を発生 させる方法であって、予荷重を与えたインパクタ・バー／部材における弾性の蓄 積エネルギを利用し、蓄積エネルギを急速に解放してインパクタ・バー／部材が 入力バーに衝撃を与えることを特徴とする方法。 １４．請求の範囲第１３項に記載の方法を実施するための装置。