JPH0361900B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0361900B2 JPH0361900B2 JP10626284A JP10626284A JPH0361900B2 JP H0361900 B2 JPH0361900 B2 JP H0361900B2 JP 10626284 A JP10626284 A JP 10626284A JP 10626284 A JP10626284 A JP 10626284A JP H0361900 B2 JPH0361900 B2 JP H0361900B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- load
- displacement
- signal
- unloading
- value
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
- G01N3/10—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
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- 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】
(イ) 産業上の利用分野
本発明は材料試験機に関し、特に、除荷コンプ
ライアンス法によるJ1c試験を行うのに適した材
料試験機に関する。
ライアンス法によるJ1c試験を行うのに適した材
料試験機に関する。
(ロ) 従来技術
一般に、除荷コンプライアンス法によるJ1c試
験においては、第２図に示す如く試験片にあらか
じめき裂を形成しておき、この試験片に引張荷重
Ｐを与えて、第３図に示す如く所定の間隔で部分
的に約10％程度の荷重の除荷を行い、各除荷時の
荷重Ｐおよい荷重点変位Ｖを検出し、これらによ
つて求められるコンプライアンスから安定き裂長
さΔaを算出し、下記(1)式で求められる除荷時の
Ｊ−積分値とそのΔaとで第４図に示す如きＪ−
Δa曲線（Ｒカーブ）を形成し、J1c値を求める。
験においては、第２図に示す如く試験片にあらか
じめき裂を形成しておき、この試験片に引張荷重
Ｐを与えて、第３図に示す如く所定の間隔で部分
的に約10％程度の荷重の除荷を行い、各除荷時の
荷重Ｐおよい荷重点変位Ｖを検出し、これらによ
つて求められるコンプライアンスから安定き裂長
さΔaを算出し、下記(1)式で求められる除荷時の
Ｊ−積分値とそのΔaとで第４図に示す如きＪ−
Δa曲線（Ｒカーブ）を形成し、J1c値を求める。
Ｊ＝Ａ／Ｂ（Ｗ−ａ）・ｆ（a0／Ｗ） ……(1)
ここで
Ａ；荷重−変位曲線下の面積
Ｂ；試験片の厚さ
Ｗ；試験片の幅
ａ；き裂長さ（Δa＝ａ−a0）
ｆ（a0／Ｗ）；軸力補正項
Ｊ−Δa曲線の形成に当つては、コンプライア
ンスから求められるき裂長さａを正確に測定する
ことが最も重要である。
ンスから求められるき裂長さａを正確に測定する
ことが最も重要である。
第３図に示すような負荷試験においては、最大
荷重点以降も試験を続ける為に、通常、変位制御
で試験が行われる。しかし、コンプライアンスを
求めるときの除荷が約10％であるから、そのとき
の変位は通常２％以下で、殆んどが１％程度であ
り、変位制御で除荷することは問題がある。
荷重点以降も試験を続ける為に、通常、変位制御
で試験が行われる。しかし、コンプライアンスを
求めるときの除荷が約10％であるから、そのとき
の変位は通常２％以下で、殆んどが１％程度であ
り、変位制御で除荷することは問題がある。
すなわち、手動操作や半自動操作で除荷すると
きはその除荷速度を一定にするのが困難である
し、除荷の範囲が荷重および変位でそれぞれ測定
アンプのレンジの10％および２％以下であるの
に、荷重、変位の絶対値が50％以上に達するの
で、レコーダ上で例えは10倍、50倍等に増巾する
ことが不可能であつて、コンプライアンスの測定
精度を上げるのは無理がある。従つて、得られた
Ｊ−Δa曲線の形状が、理想的な形から逸脱した
り、その結果、J1c値にばらつきが生ずることが
多くなる。
きはその除荷速度を一定にするのが困難である
し、除荷の範囲が荷重および変位でそれぞれ測定
アンプのレンジの10％および２％以下であるの
に、荷重、変位の絶対値が50％以上に達するの
で、レコーダ上で例えは10倍、50倍等に増巾する
ことが不可能であつて、コンプライアンスの測定
精度を上げるのは無理がある。従つて、得られた
Ｊ−Δa曲線の形状が、理想的な形から逸脱した
り、その結果、J1c値にばらつきが生ずることが
多くなる。
以上の問題点を解消する為に、従来の試験装置
においては、コンピユータを用いてデータ処理お
よび負荷制御を行うよう構成されたものが多い。
すなわち、コンプライアンスの測定精度の向上
は、コンピユータから自動的に操作される、除荷
部の部分拡大装置を用い、荷重を10倍に、変位を
50倍に拡大して測定することによつて行われてい
る。ここで、コンピユータによる試験機の負荷制
御の目標値信号設定用Ｄ−Ａコンバータは、通
常、12bitのものを使用している。12bitのＤ−Ａ
コンバータは材料試験機用としては、その分解能
が±フルスケールに対して0.05％であるから妥当
である。しかし、第３図に示すような負荷の制御
を行うには、変位制御で最大限に見積つて２％の
除荷であるから、 ２％／0.05％＝40 と、40ステツプで除荷が行われることになる。40
ステツプで除荷を行つた場合には、コンプライア
ンス測定用のデータとして40点以上採取すること
は無意味で、高精度の測定をするには難がある。
更に、除荷の開始点近傍等においては、不良なデ
ータが混じる場合も多く、その為、除荷量を多く
して試験を行うことが常用されるが、除荷量を多
くすれば材料のヒステリシスが現われ、き裂長さ
を求める為のデータとしての品質が損われてしま
う。
においては、コンピユータを用いてデータ処理お
よび負荷制御を行うよう構成されたものが多い。
すなわち、コンプライアンスの測定精度の向上
は、コンピユータから自動的に操作される、除荷
部の部分拡大装置を用い、荷重を10倍に、変位を
50倍に拡大して測定することによつて行われてい
る。ここで、コンピユータによる試験機の負荷制
御の目標値信号設定用Ｄ−Ａコンバータは、通
常、12bitのものを使用している。12bitのＤ−Ａ
コンバータは材料試験機用としては、その分解能
が±フルスケールに対して0.05％であるから妥当
である。しかし、第３図に示すような負荷の制御
を行うには、変位制御で最大限に見積つて２％の
除荷であるから、 ２％／0.05％＝40 と、40ステツプで除荷が行われることになる。40
ステツプで除荷を行つた場合には、コンプライア
ンス測定用のデータとして40点以上採取すること
は無意味で、高精度の測定をするには難がある。
更に、除荷の開始点近傍等においては、不良なデ
ータが混じる場合も多く、その為、除荷量を多く
して試験を行うことが常用されるが、除荷量を多
くすれば材料のヒステリシスが現われ、き裂長さ
を求める為のデータとしての品質が損われてしま
う。
(ハ) 目的
本発明は上記に鑑みてなされたもので、従来の
装置に比して５倍程度の滑らかさで除荷をするこ
とができるとともに、除荷部のコンプライアンス
測定用のデータを従来の略５倍の量だけ採取する
ことができ、もつて理想的なＪ−Δa曲線を形成
して再現性の良いJ1c値を得ることのできる、J1c
試験用材料試験機の提供を目的としている。
装置に比して５倍程度の滑らかさで除荷をするこ
とができるとともに、除荷部のコンプライアンス
測定用のデータを従来の略５倍の量だけ採取する
ことができ、もつて理想的なＪ−Δa曲線を形成
して再現性の良いJ1c値を得ることのできる、J1c
試験用材料試験機の提供を目的としている。
(ニ) 構成
本発明の特徴とするところは、試験片に荷重を
与える負荷機構に対して目標値信号を発生する手
段と、その目標値信号に荷重検出値および荷重点
変位検出値の双方をフイードバツクする負帰還ル
ープを有し、負荷機構の制御動作信号が、目標値
信号とこれら双方の検出値信号との差信号によつ
て得られるよう構成されていることにある。
与える負荷機構に対して目標値信号を発生する手
段と、その目標値信号に荷重検出値および荷重点
変位検出値の双方をフイードバツクする負帰還ル
ープを有し、負荷機構の制御動作信号が、目標値
信号とこれら双方の検出値信号との差信号によつ
て得られるよう構成されていることにある。
(ホ) 実施例
本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明
する。
する。
第１図は本発明実施例の構成を示すブロツク図
である。
である。
負荷機構１は電気油圧式試験装置で構成され、
サーボ弁によつて電気入力信号を油圧信号に変換
して油圧アクチユエータを駆動する。その駆動に
よつて試験片に作用する荷重Ｐはロードセル２と
ロードアンプ３により、また試験片の荷重点変位
Ｖはクリツプゲージ４と変位アンプ５により、そ
れぞれ検出される。各検出信号はそれぞれフイル
タ６および７によつて不要周波数成分が除去され
た後、部分拡大装置８および９を介してＡ−Ｄ変
換器１０でデジタル化され、コンピユータ１１に
採り込まれる。部分拡大装置８および９は、除荷
部における荷重および荷重点変位検出信号を、そ
れぞれ10倍および50倍に拡大する為のもので、コ
ンピユータ１１からの指令によつて自動的に作動
される。
サーボ弁によつて電気入力信号を油圧信号に変換
して油圧アクチユエータを駆動する。その駆動に
よつて試験片に作用する荷重Ｐはロードセル２と
ロードアンプ３により、また試験片の荷重点変位
Ｖはクリツプゲージ４と変位アンプ５により、そ
れぞれ検出される。各検出信号はそれぞれフイル
タ６および７によつて不要周波数成分が除去され
た後、部分拡大装置８および９を介してＡ−Ｄ変
換器１０でデジタル化され、コンピユータ１１に
採り込まれる。部分拡大装置８および９は、除荷
部における荷重および荷重点変位検出信号を、そ
れぞれ10倍および50倍に拡大する為のもので、コ
ンピユータ１１からの指令によつて自動的に作動
される。
荷重検出値Ｐおよび荷重点変位検出値Ｖは、ま
た、Ａ−Ｄ変換器１０を介して直接コンピユータ
１１に採り込まれており、この荷重検出信号Ｐお
よび荷重点変位検出信号Ｖを監視することによ
り、負荷機構１に与えるべき目標値信号を、第３
図に示す如き形で負荷を方向又は除荷の方向へと
切換える。
た、Ａ−Ｄ変換器１０を介して直接コンピユータ
１１に採り込まれており、この荷重検出信号Ｐお
よび荷重点変位検出信号Ｖを監視することによ
り、負荷機構１に与えるべき目標値信号を、第３
図に示す如き形で負荷を方向又は除荷の方向へと
切換える。
コンピユータ１１から出力された目標値信号
は、Ｄ−Ａ変換器１２によつてアナロク化され、
負荷機構１に供給される。なお、このＤ−Ａ変換
器１２は、従来と同様の12bitのものが使用され
ている。アナログ化された目標値信号Ｓには、荷
重検出信号Ｐおよび荷重点変位信号Ｖを１対１で
混合してなる信号Ｒがフイードバツクされてい
る。すなわち、フイードバツク信号Ｒは、荷重検
出信号Ｐと荷重点変位信号Ｖを１対１で加算し
て、演算器１３で1/2倍にして形成される。
は、Ｄ−Ａ変換器１２によつてアナロク化され、
負荷機構１に供給される。なお、このＤ−Ａ変換
器１２は、従来と同様の12bitのものが使用され
ている。アナログ化された目標値信号Ｓには、荷
重検出信号Ｐおよび荷重点変位信号Ｖを１対１で
混合してなる信号Ｒがフイードバツクされてい
る。すなわち、フイードバツク信号Ｒは、荷重検
出信号Ｐと荷重点変位信号Ｖを１対１で加算し
て、演算器１３で1/2倍にして形成される。
第５図はコンピユータ１１における負荷制御お
よびデータ処理用のプログラムを示すフローチヤ
ートで、この第５図と第３図の負荷制御曲線に基
づいて、以下、本発明実施例の作用を述べる。
よびデータ処理用のプログラムを示すフローチヤ
ートで、この第５図と第３図の負荷制御曲線に基
づいて、以下、本発明実施例の作用を述べる。
先ず、試験に先立つて、試験条件等の初期条件
を入力しておく。この試験条件に基づき、第３図
Ａ点の最初の除荷開始点に荷重検出値が到達する
まで、目標値信号Ｓを増加させる。これにより、
荷重検出信号Ｐおよび荷重点変位信号Ｖは共に増
加し、その加算平均値Ｒがフイードバツクされて
Ｓ＝Ｒとなるよう負荷機構１が追従する。この初
期の状態においては、材料の特性によつて、荷重
の変化率が変位の変化率よりも大きく現われ、従
つて、この状態では主として荷重制御で負荷され
ることになる。そして、第３図において荷重と変
位の勾配が１：１となるＢ点を越えてからは、主
として変位制御で負荷されることになる。また、
各除荷部においては、初期の状態と同様に荷重の
変化率が変位の変化率よりも大きく、主として荷
重制御で除荷されることになる。荷重検出信号Ｐ
と荷重点変位検出信号Ｖの監視による、コンピユ
ータ１１からの目標値信号の負荷方向又は除荷方
向への切換えは、第３図Ｂ点までと各除荷部の終
了点については、荷重検出信号Ｐの監視により、
他を荷重点変位検出信号Ｖの監視により実行され
る。以上より、Ｂ点を越えてからは、各除荷部に
おける除荷開始点Ｃに到達するまで変位制御で、
到達後除荷終了点Ｄへの制御は荷重制御で行われ
ることになる。
を入力しておく。この試験条件に基づき、第３図
Ａ点の最初の除荷開始点に荷重検出値が到達する
まで、目標値信号Ｓを増加させる。これにより、
荷重検出信号Ｐおよび荷重点変位信号Ｖは共に増
加し、その加算平均値Ｒがフイードバツクされて
Ｓ＝Ｒとなるよう負荷機構１が追従する。この初
期の状態においては、材料の特性によつて、荷重
の変化率が変位の変化率よりも大きく現われ、従
つて、この状態では主として荷重制御で負荷され
ることになる。そして、第３図において荷重と変
位の勾配が１：１となるＢ点を越えてからは、主
として変位制御で負荷されることになる。また、
各除荷部においては、初期の状態と同様に荷重の
変化率が変位の変化率よりも大きく、主として荷
重制御で除荷されることになる。荷重検出信号Ｐ
と荷重点変位検出信号Ｖの監視による、コンピユ
ータ１１からの目標値信号の負荷方向又は除荷方
向への切換えは、第３図Ｂ点までと各除荷部の終
了点については、荷重検出信号Ｐの監視により、
他を荷重点変位検出信号Ｖの監視により実行され
る。以上より、Ｂ点を越えてからは、各除荷部に
おける除荷開始点Ｃに到達するまで変位制御で、
到達後除荷終了点Ｄへの制御は荷重制御で行われ
ることになる。
なお、各除荷時の前には、除荷コンプライアン
スにリラクゼーシヨンの影響が入らぬよう、充分
なリラクゼーシヨンが行われる。また、各除荷時
には部分拡大装置８および９を介してコンプライ
アンス測定用データが採取され、負荷時および除
荷時においては荷重−変位曲線下の面積を計算す
ることによつてエネルギが求められ、これらから
第４図の如きＪ−Δa曲線を形成し、J1c値が自動
的に求められる。
スにリラクゼーシヨンの影響が入らぬよう、充分
なリラクゼーシヨンが行われる。また、各除荷時
には部分拡大装置８および９を介してコンプライ
アンス測定用データが採取され、負荷時および除
荷時においては荷重−変位曲線下の面積を計算す
ることによつてエネルギが求められ、これらから
第４図の如きＪ−Δa曲線を形成し、J1c値が自動
的に求められる。
以上のように、各除荷時における負荷機構の制
御は、荷重制御と見做すことができるので、目標
値信号は従来の変位制御に比して約５倍以上変化
させることができ、Ｄ−Ａ変換器１２は、従来40
ステツプの変化量であつたとすると、200ステツ
プ以上の変化量を呈することになる。
御は、荷重制御と見做すことができるので、目標
値信号は従来の変位制御に比して約５倍以上変化
させることができ、Ｄ−Ａ変換器１２は、従来40
ステツプの変化量であつたとすると、200ステツ
プ以上の変化量を呈することになる。
(ヘ) 効果
以上説明したように、本発明によれば、試験片
に負荷を与える負荷機構の制御動作信号を、目標
値信号に荷重検出信号と荷重点変位検出信号を混
合してフイードバツクすることによつて得ている
ので、材料の特性に応じて荷重の変化率が多い箇
所では主として荷重制御に、変位の変化率が多い
箇所では主として変位制御となる。つまり、次の
除荷点までの負荷は変位制御で、約10％の除荷は
荷重制御で負荷機構が駆動されるが、この変換は
材料自体の特性よつて自動的に為され、J1c試験
には極めて都合が良い。すなわち、従来装置にお
ける変位による制御方法に比して除荷部において
約５倍の目標値変化量を与えることができ、約５
倍の滑らかさで除荷制御が可能となるとともに、
約５倍の量の除荷コンプライアンス計測用データ
を採取することができ、より理想的なＪ−Δa曲
線を形成することができ、再現性の良いJ1c値を
得ることができる。
に負荷を与える負荷機構の制御動作信号を、目標
値信号に荷重検出信号と荷重点変位検出信号を混
合してフイードバツクすることによつて得ている
ので、材料の特性に応じて荷重の変化率が多い箇
所では主として荷重制御に、変位の変化率が多い
箇所では主として変位制御となる。つまり、次の
除荷点までの負荷は変位制御で、約10％の除荷は
荷重制御で負荷機構が駆動されるが、この変換は
材料自体の特性よつて自動的に為され、J1c試験
には極めて都合が良い。すなわち、従来装置にお
ける変位による制御方法に比して除荷部において
約５倍の目標値変化量を与えることができ、約５
倍の滑らかさで除荷制御が可能となるとともに、
約５倍の量の除荷コンプライアンス計測用データ
を採取することができ、より理想的なＪ−Δa曲
線を形成することができ、再現性の良いJ1c値を
得ることができる。
なお、負荷機構の制御を荷重制御のみで行う
と、第３図の荷重−変位曲線のＢ点を越えたなだ
らかな部分の負荷では、目標値信号の変化速度を
調整しないと適当な負荷速度を得ることができ
ず、更に、最大荷重点を越えると変位を変化させ
ても荷重は減少するので、制御不能となる。ま
た、このような荷重制御と、上述した従来の変位
制御とを人為的に切換えて行おうとしても、フイ
ードバツク信号の切換え時において、完全に乱れ
を無くした誤差の無い制御を行うことは、試験片
の経時的変化を考慮すれば不可能である。本発明
によつては、材料特性によつて必然的に荷重制御
と変位制御が切換わるので、このような乱れは発
生しない。
と、第３図の荷重−変位曲線のＢ点を越えたなだ
らかな部分の負荷では、目標値信号の変化速度を
調整しないと適当な負荷速度を得ることができ
ず、更に、最大荷重点を越えると変位を変化させ
ても荷重は減少するので、制御不能となる。ま
た、このような荷重制御と、上述した従来の変位
制御とを人為的に切換えて行おうとしても、フイ
ードバツク信号の切換え時において、完全に乱れ
を無くした誤差の無い制御を行うことは、試験片
の経時的変化を考慮すれば不可能である。本発明
によつては、材料特性によつて必然的に荷重制御
と変位制御が切換わるので、このような乱れは発
生しない。
以上の効果は、材料試験機に標準的に装備され
ている12bitD−Ａ変換器をそのまま用いて得る
ことができ、そのメリツトは大きい。
ている12bitD−Ａ変換器をそのまま用いて得る
ことができ、そのメリツトは大きい。
第１図は本発明実施例の構成を示すブロツク
図、第２図はJ1c試験に用いられる試験片の正面
図、第３図はJ1c試験の荷重−変位曲線図、第４
図はＪ−Δa曲線を示すグラフ、第５図は第１図
におけるコンピユータ１１の負荷制御およびデー
タ採取用プログラムを示すフローチヤートであ
る。 １……負荷機構、２……ロードセル、４……ク
リツプゲージ、８，９……部分拡大装置、１０…
…Ａ−Ｄ変換器、１１……コンピユータ、１２…
…Ｄ−Ａ変換器。
図、第２図はJ1c試験に用いられる試験片の正面
図、第３図はJ1c試験の荷重−変位曲線図、第４
図はＪ−Δa曲線を示すグラフ、第５図は第１図
におけるコンピユータ１１の負荷制御およびデー
タ採取用プログラムを示すフローチヤートであ
る。 １……負荷機構、２……ロードセル、４……ク
リツプゲージ、８，９……部分拡大装置、１０…
…Ａ−Ｄ変換器、１１……コンピユータ、１２…
…Ｄ−Ａ変換器。
Claims (1)
- １ あらかじめき裂が形成された試験片に、負荷
機構によつて引張荷重を与えた状態で所定の間隔
で所定の率だけ除荷を繰り返し、試験片に作用し
ている荷重と荷重点変位を検出し、各除荷時にお
けるコンプライアンスから試験片の安定き裂長さ
を算出し、その算出値とＪ−積分値とから当該試
験片のJ1c値を求め得る試験装置において、上記
負荷機構の目標値信号を発生する手段と、その目
標値信号に上記荷重検出値および荷重点変位検出
値の双方をフイードバツクさせる負帰還回路を有
し、上記負荷機構の制御動作信号は、上記双方の
検出値信号と目標値信号との差信号によつて得ら
れるよう構成されていることを特徴とするJ1c試
験用材料試験機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10626284A JPS60249034A (ja) | 1984-05-24 | 1984-05-24 | Ｊ↓１ｃ試験用材料試験機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10626284A JPS60249034A (ja) | 1984-05-24 | 1984-05-24 | Ｊ↓１ｃ試験用材料試験機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60249034A JPS60249034A (ja) | 1985-12-09 |
| JPH0361900B2 true JPH0361900B2 (ja) | 1991-09-24 |
Family
ID=14429179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10626284A Granted JPS60249034A (ja) | 1984-05-24 | 1984-05-24 | Ｊ↓１ｃ試験用材料試験機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60249034A (ja) |
-
1984
- 1984-05-24 JP JP10626284A patent/JPS60249034A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60249034A (ja) | 1985-12-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |