JPH037896B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 被試験構造部材に負荷される力を支える少な
くとも１つの保持台と、推進装置に接続して該構
造部材に荷重を負荷する少なくとも１つの移動可
能な装荷ヘツドと、推進装置によつて装荷ヘツド
に負荷される力の値を決定する測定装置とを備え
た試験支持体からなる、棒状部材、特に工学的構
造における支持機構の切片のための試験装置にお
いて、装荷ヘツド７，２１，２２，３７は、構造
部材６，２８，３８の所望の境界条件を設定する
ために幾つもの自由度で変位することができ、あ
らゆる境界条件について構造部材６，２８，３８
に固定することができる支持面７ｃ，２１ｃ，２
２ｃ，３７ｃを有し、測定装置１２，１３ａ，１
４ａはあらゆる自由度に関する力の値をベクトル
的に判定する手段を備え、さらに別の測定装置１
７，１８，２０，２９，３０，３１を、対向する
保持台５，２１に対する支持面７ｃ，２２ｃの空
間移動を測定するために組み込み、装荷ヘツド
７，２１，２２，３７を移動させるために、推進
装置４２の制御条件を測定装置４３から得られる
測定値及びプロセス計算機４１においてあらかじ
め選定された境界条件の所望値から抽出すること
のできる制御装置４０を設けたことを特徴とす
る、棒状部材、特に工学的構造における支持機構
の切片のための試験装置。

２ あらゆる自由度に関する推進装置として、一
端を試験支持体に、他端を装荷ヘツド７，２１，
２２，３７に枢着した、縦方向に移動可能な負荷
振り子８，１３，１４，２３，２５，２６，３
４，３５，３６を設けた特許請求の範囲第１項記
載の試験装置。

３ 各々の負荷振り子８が、両側に負荷可能な油
圧ピストンシリンダ１１である特許請求の範囲第
２項記載の試験装置。

４ 装荷ヘツド７，２１，２２，３７が板構造で
あり、各負荷振り子８，１３，１４，２３，２
５，２６，３４，３５，３６が前記板構造の外辺
部に枢着された特許請求の範囲第２項又は第３項
記載の試験装置。

５ 装荷ヘツド７に負荷される力の値をベクトル
的に判定するため、各々の負荷振り子８，１３，
１４が、１個の変位ピツクアツプと、負荷振り子
の２つの横断面における垂直力とたわみモーメン
トとの測定用に軸線方向に間隔をあけて配置され
た２個の力受容器とからなる特許請求の範囲第２
項乃至第４項のいずれかに記載の試験装置。

６ 装荷ヘツド３７が略同一の２枚の板３７ａ，
３７ｂからなり、そのうちの１枚の板３７ａは支
持面を構成し、他の１枚の板３７ｂは推進装置に
接続し、両板３７ａ，３７ｂ間に、自由度に従つ
た一群の分力に対応する力測定手段３９が配置さ
れた特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか
に記載の試験装置。

７ 支持面７ｃの空間移動を判定するため、装荷
ヘツド７とこれに対向する保持台５との間に各自
由度につきそれぞれ１個の測定振り子１７，１
８，２０を組み込んだ特許請求の範囲第１項乃至
第６項のいずれかに記載の試験装置。

８ 装荷ヘツド２２に対向した保持台がもうひと
つの装荷ヘツド２１であり、その装荷ヘツド２１
がさらに別の推進装置によつて空間移動すること
ができる特許請求の範囲第１項乃至第７項のいず
れかに記載の試験装置。

明細書 被試験部材に負荷される力を支える少なくとも
１つの保持台と、推進装置に接続して荷重を負荷
する少なくとも１つの移動可能な装荷ヘツドと、
推進装置によつて装荷ヘツドに負荷される力を値
を決定する測定装置とを備えた試験台からなる棒
状物、特に支持構造部材の切片について試験を行
う棒状物試験装置。

従来の試験装置としては、被試験構造部材の１
辺を固定し、被構造部材の他の１辺を装荷ヘツド
に載置する固定保持台の構成が知られている。従
つて、長さの異なる構造部材をテストするために
は、定保保持台と装荷ヘツド間の間隔を調節する
ことができる。

かかる従来の試験装置には、装荷ヘツドとして
は単純パラメーター用の機械的軸受しか使用する
ことができないという問題がある。構造部材を確
実に固定することは簡単ではない。例えば、フレ
キシブルな支柱の場合は、摩擦を防止するための
高圧潤滑を備えた高価な球面軸受が必要である。
荷重いかんによるパラメーターに基づいた支持を
公知の試験装置によつて達成することはできな
い。

本発明の目的は、上記の従来の試験装置にさら
に改良を加えることによつて、荷重に依存するあ
らゆるパラメーターを調整することができる試験
装置を提供することにある。

本発明の目的の達成手段は、請求の範囲第１項
に示す特徴部分によつて達成される。

装荷ヘツドはその支持表面と共に被試験構造部
材に対して任意に三次元移動することができるの
で、試験中の構造部材のいかなる位置において
も、該構造部材の想定されるあらゆるパラメータ
ーを実現することができる。従つて、構造部材が
その断面を装荷ヘツドに固定され、しかも装荷ヘ
ツドを推進装置によつて任意に移動することがで
きる必要がある。推進装置によつて装荷ヘツドに
負荷される力の値を量約、方向的に測定すること
によつて、また同時に保持台に対向する装荷ヘツ
ド上の構造部材の支持表面又は支点の移動を測定
することによつて、構造部材のパラメーター条件
の実際の値を知ることができる。

推進装置によつて装荷ヘツドを移動するために
は、プロセス計算機を備えたコントロールループ
が必要であり、これを用いて推進装置の制御条件
を周辺条件の実測値及び定格値と比較することに
よつて決定する。定格値は任意にプログラム化す
ることができる。従つて、力の性向と移動との関
係が非線型の関係であつても、装荷ヘツドを徐々
に調節することによつて、構造的及び機械的に適
当なあらゆる寸法の構造切片、力や移動のあらゆ
る数値、従つてあらゆるパラメーターが設定さ
れ、構造部材に対してプリセツトした周辺条件の
効果の判定が可能となる。

実験の調節は荷重をできる限り小刻みにして段
階的に行う。装荷ヘツドをレベル１からレベル１
＋１に調節するためには、負荷レベル１用の切片
寸法を設定しなければならない。さらに、実験開
始前に、実験上予定する荷重ごとに、第１レベル
の荷重について剛性マトリツクスを予測し又は設
定しなければならない。装荷ヘツドの調節と推進
装置を介して装荷ヘツドに負荷される力との相関
関係を判断することによつて、構造部材の能力に
関する効果を実現する上でさらに別の荷重レベル
を利用することができ、従つて、いかなる個所に
ついても適宜その剛性マトリツクスを設定するこ
とができる。

実施態様にとらわれることなく、本発明に係る
試験装置は従来装置よりも柔軟な使用を可能にす
る。これは、構造部材の切断面の相互移動を設定
することができるからである。また、試験台の剛
性は相対的に低くした方が試験中の測定の安定性
に影響を与えることがないので、試験台を低コス
トで生産することができる。

一端を装荷ヘツドに他端を試験台に向けた縦方
向に調節可能な負荷振り子をあらゆる移動程度の
推進装置として具備することによつて、極めて簡
単な実施例を実現することができる。平面試験の
場合は３個の負荷振り子が必要であり、空間試験
の場合は６個の負荷振り子が必要である。かかる
負荷振り子は運動及び加圧用の力を発生するため
の縦方向に移動可能な棒部材である。

負荷振り子が両側を開放することのできる油圧
ピストンシリンダ状である場合は、確実な構成を
確保することができる。負荷振り子をスピスンド
ル状に形成することもできるが、油圧駆動ピスト
ンシリンダの方が簡単であり、費用効率もよい。

別の実施例として、負荷振り子を設ける周辺部
に装荷ヘツドを複数の板で構成したものを案出し
た。かかる板からなる構成は必然的に被試験構造
部材に確実に固定することができる。負荷振り子
は周辺部に配置することによつて装荷ヘツドを傾
斜し、回動することができる。

負荷振り子の２つの切辺における垂直力とたわ
みモーメントを測定するため、軸方向に配置した
２個の力受容器及び１個の運動受容器を設けて、
ベクトルによつて装荷ヘツドに負荷される力の性
向を判定することができる。力の性向を判定する
ために力受容器を配設するのであり、一方力の方
向を測定するためには運動受容器が必要である
が、負荷振り子の一端を試験台に固定接続するの
で、これが可能となる。負荷振り子の接合部にお
ける摩擦力は無視し、その垂直力を測定すれば十
分である。しかし、この実施例においては摩擦力
を補正することができる。横方向の力は負荷振り
子の２つの横断面におけるたわみモーメントを測
定することによつて算出することができるからで
ある。

さらに別の変形例として、略同一形状の２枚の
板によつて装荷ヘツドを形成することができ、そ
れらの板の１枚は支持面とし、他の１枚は推進装
置に接続する。また両板間に測定力用部材を設け
る。従つて推進装置は測定用部材を設けずに構成
することができる。

装荷ヘツドを対向する保持台との間にあらゆる
移動度に関する測定振り子を設けて、支持面の空
間的調整を決定することができる。空間的実験に
おいては、６個の測定振り子が必要である。測定
振り子の作用によつて、被測定構造部材の切断面
又は支点の相互運動が確定される。かかる測定振
り子は運動受容器を備えた縦方向に移動可能な棒
状部材である。

さらに装荷ヘツドに対向する保持台を別の推進
装置によつて移動することができる別の装荷ヘツ
ドとして構成することができる。従つて生じうる
相互回転の領域を広げることができる。同じ程度
の移動性について、この実施例装置は、単一の装
荷ヘツドを備えた装置の場合と比べて２分の１の
長さの測定振り子によつて実することができる。
構造部材の両切断面を速やかに回転することによ
つて試験装置の横方向測定を少ないスペース内で
行うことができる。

さらにまた本発明によれば、３以上の切断面を
有する構造部材をテストすることのできる装置を
提供することもできる。

例えば、構造部材の２つの切断面については２
つの固定保持台をそれぞれ提供し、さらに別の切
断面には装荷ヘツドを提供すればよい。３つの切
断面を有する１個の構造部材については３つの独
立に移動可能な装荷ヘツドで構成してもよい。複
雑な構造部材の場合は、装荷ヘツドと保持台を適
宜組み合わせて試験装置に配設すればよい。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図は上部固定保持台を備えた試験装置の側
面図である。

第２図は第１図の試験装置のブロツク図であ
る。

第３図は２個の独立した装荷ヘツドを備えた第
１図装置の変形例の側面図である。

第４図は２枚の板からなる装荷ヘツドを備えた
第１図及び第３図装置の変形例の断面図である。

第１図の試験装置において、試験台は土台２上
に設置した基台１からなる。さらに、基台１に接
続して担持部材３，４を垂設し、その上端部を上
下に移動可能な保持台５に接続する。被試験構造
部材６はその下部切断面を板状の装荷ヘツド７に
接続する。構造部材６の上部自由端は保持台５に
よつて保持される。装荷ヘツド７は負荷振り子８
に接続し、その負荷振り子８の上部自由端はジヨ
イント９に固定する。負荷振り子８の下部自由端
はジヨイント１０の位置で基台１に接続する。負
荷振り子８は縦方向にのみ移動することができ、
この移動のため油圧推進ピストンシリンダ１１を
設ける。負荷振り子８の２つの横断面における垂
直力とたわみモーメントを測定するため、また負
荷振り子８の縦方向の移動を測定するため、測定
記録装置１２に適当な力とモーメントの受容器を
備える。負荷振り子１３を負荷振り子８を同様に
構成し、装荷板７と基台１に接続する。さらに、
前記振り子８及び１３と同様に構成したもう１つ
の負荷振り子４を設け、その一端を装荷板７の下
方に付勢する支持レバー７ａに、他端を基台１の
上方に付勢する支持レバー１ａに接続する。ま
た、上方に向けた支持アーム１５を装荷ヘツド７
に固設する。さらに支持アーム１６を保持台５に
下方に向けて固設する。支持アーム１５の自由端
１５ａと保持台５の位置５ａとの間に測定振り子
１７を配置して両位置５ａ，１５ａ間の距離を測
定する。次に、別の測定振り子１８を装荷板７の
位置７ｂと支持アーム１６の自由端１６ａとの間
に設ける。さらに位置１５ａと１６ａ間にも第３
の測定振り子２０を設ける。これらの測定振り子
はいずれも移動感受手段を備えた長手方向に移動
可能な棒状部材である。

第１図に示した試験装置は３段階の自由度を示
すものであり、平面における試験に使用する。す
なわち、、振り子８，１３及び１４を縦方向に移
動することによつて、装荷ヘツド７によつてテス
トする被試験構造部材６にあらゆる周辺条件を与
えることができる。応力は所望の程度で小刻みに
発生する。ただし、当初の程度については構造部
材のマトリツクスを予測しなければならない。応
力下にない構造部材とともに振り子８，１３及び
１４を実験開始時の初期位置から適切に移動する
ことによつて、該構造部材の耐え得るあらゆる段
階の応力及びモーメント、従つてあらゆる周辺条
件を同化することができる。装荷ヘツド７からの
力は振り子８，１３及び１４の測定受容器によつ
て集合される。同時に、２つの異なる横断面にお
ける振り子のたわみモーメントと垂直力を測定
し、それらの交叉する力を測定することもでき
る。振り子８の摩擦を生じないジヨイント９，１
０及び振り子１３，１４にも同様のジヨイントを
設けることによつて、振り子の垂直力の測定を十
分に行なうことができる。各接合点における摩擦
を探知するためには、さらに別の力の性向が必要
であるが、摩擦力は適宜の補正によつて除去する
ことできるので、測定誤差を防止することができ
る。装荷ヘツド７上において構造部材６を支持す
る支持面７ｃの空間移動は、振り子１７，１８及
び２０によつて判定する。

測定振り子及び負荷振り子の測定受容器による
すべての測定値は、調整装置４０の一部を構成す
るプロセス計算機４１に入力する。装荷ヘツド７
の空間移動は測定装置４３によつて探知する。測
定装置４３は第１図に示す力及び測定受容器１
２，１３ａ，１４ａ，１７，１８，２０からな
る。調整装置４０はさらにプロセス計算機４１の
プログラムモジユール４４，４５，４６を内蔵す
る。被試験構造部材６の周辺条件は、第２図の矢
印４４ａに従つて自由プログラミングによつてモ
ジユール４４に提供される。

装荷ヘツド７の空間移動の測定値は測定装置４
３からモジユール４５に転送される。モジユール
４５に保持され、翻訳された周辺条件の実測値
は、モジユール４４の対応する定格値とともにモ
ジユール４６に与えられ、そこで推進装置４２の
正規の性向が探知される。

被試験構造部材のたわみにおける担持力を確定
するため、調整は段階的に行う。たわみ領域にお
ける力と運動力は線型的ではないからである。こ
のようにして、剛性度マトリツクスを段１段階の
応力テストを行う前に段階的に予測することがで
きる。

応力に左右される周辺条件を有する構造部材の
試験は適切にプログラミングをして、別の実施例
装置を用いて行う。パラメーターは矢印４４ａに
従つて設定するのではなく、可変的標準値として
の実験結果に依存するプログラムループにおいて
予備設定される。従つて支持構造物全体の能力を
判定することでき、実験上は単なる計算のため試
験装置において解析される。ただし切片の寸法は
反復して決定される。

第３図は本発明に係る試験装置を簡略化した変
形例を示し、所定の保持台に代えて第２装荷ヘツ
ド２１を設けている。縦方向に移動可能な負荷振
り子２３はその一端を装荷ヘツド２１に、他端を
試験台２４に接続する。また、装荷ヘツド２１の
支持レバー２１ａの先端部と試験台２４の支持レ
バー２４ａの先端部との間に負荷振り子３２を接
続する。この振り子３２は縦方向に移動すること
はできない。

下部装荷ヘツド２２は移動可能な負荷振り子２
５，２６さらには負荷振り子２７に接続する。被
試験構造部材２８は装荷ヘツド２１または２２の
いずれかに固定する。測定振り子２９，３０及び
３１は第３図の装荷ヘツド２１及び２２の相互移
動を判定する。

第３図の試験装置においても平面テストを例示
している。第１図と同様に、装荷ヘツド２１及び
２２は３個の負荷振り子を必要とする。同じ段階
数の動きによつて、負荷振り子２７，３２及び４
７を所定位置にセツトすることができる。第３図
の試験装置においては、構造部材２８の両切断面
を互いに傾けることができ、試験装置は構造部材
２８の縦軸に直角な方向に極めて少ないスペース
しか必要としない。

縦方向に移動可能な負荷振り子を固定した装荷
ヘツドに置換することによつて、スペースをさら
に少なくすることができる。第４図は第１図と第
３図の装置をさらに変形した試験装置の断面図で
ある。負荷振り子３４，３５及び３６の下端は基
台３３に接続し、上端は装荷ヘツド３７に接続す
る。装荷ヘツド３７は、負荷振り子３４，３５及
び３６の接合点を有する下板３７ｂと上板３７ａ
とからなる。装荷ヘツドの上板３７ａは構造部材
３８に固定する。第４図はかかる構成の一部のみ
を例示したものである。装荷ヘツド３７の上板３
７ａと下板３７ｂとの間には多重力部材用測定装
置３９を配し、これによつて装荷ヘツド３７に負
荷される性向を探知することができる。このよう
にして、第１図に関して説明した負荷振り子にお
ける測定受容器は不要となる。