JPH05107146A - 二次元振動試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】免震要素の二次元振動試験機で、水平動と上下
動だけを許容して回転動を拘束し、かつ高精度に高い周
波数まで加振できる試験機を提供する。 【構成】試験体１のせん断方向の変形に伴って増大する
モーメントによる試験体上下端部１ａ,１ｂの回転動を
水平ガイド３,鉛直ガイド４の各々の静圧軸受３ａ，３
ｂおよび４ａ，４ｂで拘束し、鉛直ガイド軸５に取付け
た二分力計８で試験体１に加わるせん断荷重と軸荷重を
検出し、制御回路にフィードバックして加振する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉格納容器や建築
構造物を地震から守るための免震要素の特性や信頼性を
試験評価するための二次元振動試験機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の装置は、例えば、三菱重工技報２
３巻，３号（１９８７−５）に記載のように、試験体に
軸方向およびせん断方向荷重を加える加圧盤を水平移動
可能な菱形平行四辺形リングで支持し、試験体が受ける
軸方向の変形とせん断方向の変形とを同時に許容して、
かつ試験体端面の水平を保持する機構となっている。さ
らに、日本機械学会論文集（Ｃ編）５４巻，５０７号
（昭６３−１１）Ｐ．2618記載のものは、二個の試験体
を同時に加力するもので、リンク式の治具により試験体
端面の水平を保持して軸方向およびせん断方向の載荷を
同時に行える機構となっている。

【０００３】なお、この種の装置として関連するもの
に、例えば、特公昭54−44461 号公報が挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、いず
れもリンク機構により試験体端面の水平を保持して、軸
方向およびせん断方向に加力する機構となっているが構
造的にリンクの剛性を高くすることに限界があり、試験
体のせん断方向の変形量が大となると試験体上下端部に
おける曲げモーメントによって端面が水平を保持できず
載荷試験の精度が低下する問題があった。また、試験体
を動的に加振する場合は、加振機の可動部質量による慣
性力の影響により、試験体に加える力の誤差が大きくな
るといった問題があった。

【０００５】本発明の目的は、試験体のせん断方向の変
形量が大きくなることにより生じ試験体上下端部の曲げ
モーメントによる端面の回転動を拘束し、水平動と上下
動だけを許容して回転動を発生しない二次元振動試験機
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、試験体を搭
載した振動テーブルを静圧軸受で水平方向に案内し回転
動を拘束し、試験体に上下方向に力を加える鉛直ガイド
軸を静圧軸受で上下方向に案内し回転動を拘束すること
により達成される。また、静圧軸受は、軸受と軸がギャ
ップ２０〜５０μｍの油膜を介して接合し、その場合の
力を100,000kgとすれば ２.００×１０⁷kg/cm と非常に高い剛性が得られる。

【０００７】

【作用】上記の技術的手段によれば、試験体は上部を鉛
直ガイド軸に固定されており、下部は振動テーブルに固
定されている。上下加振機は、鉛直ガイド軸を介して軸
方向荷重を試験体に加える。この状態で水平加振機は、
振動テーブルを水平方向に移動させ試験体にせん断荷重
を加える。試験体のせん断方向の変形量が大となること
により生じる試験体上下端部の曲げモーメントによる端
面の回転動は、振動テーブルを水平方向に案内する静圧
軸受と鉛直ガイドを上下方向に案内する静圧軸受とで拘
束する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の各実施例を図１から図６を参
照して説明する。

【０００９】まず、図１は、本発明の一実施例に係る載
荷試験装置の全体構造図。図２は、二分力計と試験体の
取付関係を示す図で、図３は、これの等化モデルを示す
図である。

【００１０】図１において、１は試験体である免震要素
で、下側の端面が振動テーブル２に、上側は鉛直ガイド
軸５に固定される。振動テーブル２は、スイベルジョイ
ント４ａを介して、試験体１にせん断荷重を加える水平
加振機４と接続し、水平ガイド３の静圧軸受３ａ，３ｂ
で支持される。水平加振機４は、スイベルジョイント４
ｂを介して反力壁９ａに固定される。鉛直ガイド軸５
は、スイベルジョイント７ａを介して、試験体１に軸荷
重を加える上下加振機７と接続し、鉛直ガイド６の静圧
軸受６ａ，６ｂで支持される。上下加振機７は、反力フ
レーム９ｂに固定される。４ｃ，７ｃは、それぞれ加振
機４，７への圧油の流量と方向とを制御するサーボ弁、
１０はその油圧源である。１１，１２は、それぞれ水平
ガイド３の静圧軸受３ａ，３ｂおよび鉛直ガイド６の静
圧軸受６ａ,６ｂに絞り１３,１４を介して、圧油を供給
する油圧源である。水平ガイド３のスライドバー３ｃ，
３ｄは静圧軸受３ａ，３ｂで微小な油膜により浮上支持
される。同様に、鉛直ガイド軸５は、鉛直ガイド６の静
圧軸受６ａ，６ｂで微小な油膜により浮上支持される。
また、図２における８は、試験体１に加わる水平方向の
力(＝せん断荷重)と鉛直方向の力（＝軸荷重）とを同時
に検出する二分力計で、下面を試験体１、上面を鉛直ガ
イド軸５に固定される。

【００１１】次に、動作について説明する。

【００１２】まず、図１において、上下加振機７が押し
出す側に力を加えるとスイベルジョイント７ａ、鉛直ガ
イド軸５を介して試験体１に圧縮方向の軸荷重が加わ
る。次に、水平加振機４が押し出す側に力を加えるとス
イベルジョイント４ａを介して振動テーブル２が押し出
されて試験体１にせん断荷重が加わる。この時、試験体
１の変形状態は、図４のように表され、試験体である免
震要素１の上部端面１ａと下部端面１ｂとを平行に保つ
為は、機械装置側で下式で示されるモーメントＭを保持
する必要がある。

【００１３】

【数１】

【００１４】ここで、Ｆｘ：せん断荷重 Ｆｚ：軸荷重 Ｈ ：試験体高さ Ｘ₁ ：水平方向の変形量 Ｚ₁ ：上下方向の変形量 数１で示されるモーメントＭは、水平ガイド３のスライ
ドバー３ｃ，３ｄを支持する静圧軸受３ａ，３ｂおよび
鉛直ガイド軸５を支持する鉛直ガイド６の静圧軸受６
ａ，６ｂとで保持し、各々案内する方向の変形を許容し
つつ試験体１の端面１ａ，１ｂを水平に保つ。

【００１５】図２は、試験体１を動的に加振する場合に
各加振機の可動部質量（水平加振機の場合は、加振機ピ
ストンの質量＋スイベルジョイント４ａの質量＋振動テ
ーブル２の質量であり、上下加振機の場合は上下加振機
ピストンの質量＋スイベルジョイント７ａの質量＋鉛直
ガイド軸５の質量である。）による慣性力の影響を取り
除くため、試験体１に二分力計８を取付け、直接せん断
荷重Ｆｘと軸荷重Ｆｚを検出するもので、図３はこの場
合の等価振動モデルを示す。この図における運動方程
式，座標の関係式，試験体である免震要素の反力Ｆｓお
よび二分力計での計測力Ｆｍは、下式で示される。

【００１６】

【数２】

【００１７】で計算した結果を示し、図６は図２に示す
試験体である免震要素１（ｋ＝1.54×１０⁶Ｎ／ｍ)と二
分力計８の取付関係を逆にした時の計算結果を示す。こ
の結果は、免震要素１のばね剛性に比べ、二分力計のば
ね剛性が十分に大きいため、二分力計８を鉛直ガイド軸
５側に取付けることにより高い周波数まで精度の良い計
測が可能であることを示している。このため、二分力計
８を鉛直ガイド軸５に取付け試験体１に加わるせん断荷
重と軸荷重を検出し、制御回路にフィードバックするこ
とにより、振動テーブル２を含む加振機の可動部質量に
よる慣性力の影響を排除し、高い周波数まで加振ができ
る。

【００１８】本実施例の二次元振動試験機によれば、試
験体のせん断方向の変形に伴って増大するモーメントに
よる試験体上下端部の回転動を静圧軸受方式による案内
装置で拘束することにより、水平動と上下動だけを許容
して回転動を発生させず精度の良い載荷試験が可能とな
り、その効果は大なるものがある。

【００１９】また、鉛直ガイド軸に固定した二分力計に
より、試験体に作用するせん断荷重と軸荷重とを直接検
出し制御回路にフィードバックすることにより、加振機
の可動部質量による慣性力の影響を極めて小さく高い周
波数まで加振が可能となる。

【００２０】従って、両者を組合わせて用いることによ
り、その効果は、さらに大なるものがある。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、試験体に軸方向および
せん断方向の荷重を載荷する試験において試験体が受け
る軸方向の変形とせん断方向の変形とを同時に許容し、
かつ回転動を拘束して試験体上下端部の水平を保持する
ことができ、さらに振動テーブルを含む加振機の可動部
質量による慣性力の影響を極めて小さくし、高い周波数
帯域まで試験体に加わる軸荷重とせん断荷重を検出可能
なので高精度な加振試験が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る二次元振動試験機の全
体構成を示す系統図。

【図２】二分力計と試験体の取付関係を示す側面図。

【図３】図２の振動モデル図。

【図４】試験体に加わる力と変形状態の説明図。

【図５】図３で表される振動モデルの特性図。

【図６】図３で表される振動モデルの特性図。

【符号の説明】

１…試験体、２…振動テーブル、３…水平ガイド、４…
水平加振機、５…鉛直ガイド軸、６…鉛直ガイド、７…
上下加振機、８…二分力計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水平動と上下動の単独、もしくは水平−上
   下動の連成加振を行う二次元振動試験機において、試験
   体を搭載する振動テーブルと、前記振動テーブルを微小
   な摩擦力で水平方向に案内し回転動を拘束する静圧軸
   受、前記振動テーブルを継手を介して加振する水平加振
   機、前記振動テーブルに搭載した試験体に上下方向に力
   を加える鉛直ガイド軸、前記鉛直ガイド軸を微小な摩擦
   力で上下方向に案内し回転動を拘束する静圧軸受、前記
   鉛直ガイド軸を継手を介して加振する上下加振機とから
   なり、前記試験体に水平単独，上下単独、もしくは水平
   −上下同時に加振力を与えることを特徴とする二次元振
   動試験機。