JPH0618385A - 破壊靭性試験方法 - Google Patents
破壊靭性試験方法Info
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- JPH0618385A JPH0618385A JP17578892A JP17578892A JPH0618385A JP H0618385 A JPH0618385 A JP H0618385A JP 17578892 A JP17578892 A JP 17578892A JP 17578892 A JP17578892 A JP 17578892A JP H0618385 A JPH0618385 A JP H0618385A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 除荷コンプライアンス法を用いてＪIc値を求
めるＪIc試験において、低荷重域において亀裂長さの誤
差の大きい試験データから求めるＪIc値の精度を高め
る。 【構成】 除荷コンプライアンス法で求めた亀裂長さ
を、試験中の最終除荷時に得られるコンプライアンスか
ら求めた試験終了時の亀裂長さと試験後脆性破壊させた
試験片の破面を実測して得た亀裂長さの差をコンプライ
アンスから亀裂長さを算出する式の第１項に加算し、計
算式を修正し、この修正された計算式に基づいてＲ曲線
を修正する。この修正したＲ曲線を利用しＪIc値を求め
る。
めるＪIc試験において、低荷重域において亀裂長さの誤
差の大きい試験データから求めるＪIc値の精度を高め
る。 【構成】 除荷コンプライアンス法で求めた亀裂長さ
を、試験中の最終除荷時に得られるコンプライアンスか
ら求めた試験終了時の亀裂長さと試験後脆性破壊させた
試験片の破面を実測して得た亀裂長さの差をコンプライ
アンスから亀裂長さを算出する式の第１項に加算し、計
算式を修正し、この修正された計算式に基づいてＲ曲線
を修正する。この修正したＲ曲線を利用しＪIc値を求め
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、亀裂等の欠陥が生じた
機械、構造物等がどの程度の外力まで耐えられるかを知
るのに基本となるデータを提供するＪIc破壊靭性試験方
法に関するものである。
機械、構造物等がどの程度の外力まで耐えられるかを知
るのに基本となるデータを提供するＪIc破壊靭性試験方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】機械、構造物等の設計に関しては、使用
する材料の強度データ（例えば降伏強度、引張強度、疲
労限度等でいずれも応力により表示される。）に基づい
て稼働中に生じる応力がこれらの値を超えないようにし
ている。
する材料の強度データ（例えば降伏強度、引張強度、疲
労限度等でいずれも応力により表示される。）に基づい
て稼働中に生じる応力がこれらの値を超えないようにし
ている。
【０００３】しかし、機械、構造物の部材にかなり大き
な欠陥あるいは亀裂がすでに存在している場合、その強
度が欠陥あるいは亀裂の寸法の増大とともに低下するこ
とは経験により知られている。このような場合の強度特
性はあまり大きな欠陥を含まない平滑試験片を用いて測
定した前記強度特性データと一致しない。例えば、平滑
試験片の引張り強度試験はＡ鋼の方がＢ鋼より高かった
としても、それぞれの材料に同じ寸法の亀裂が存在する
場合、破壊強度はＢ鋼の方がＡ鋼よりも高くなることが
ある。
な欠陥あるいは亀裂がすでに存在している場合、その強
度が欠陥あるいは亀裂の寸法の増大とともに低下するこ
とは経験により知られている。このような場合の強度特
性はあまり大きな欠陥を含まない平滑試験片を用いて測
定した前記強度特性データと一致しない。例えば、平滑
試験片の引張り強度試験はＡ鋼の方がＢ鋼より高かった
としても、それぞれの材料に同じ寸法の亀裂が存在する
場合、破壊強度はＢ鋼の方がＡ鋼よりも高くなることが
ある。
【０００４】そこで、亀裂等を起点として外力の増加を
伴うこと無く破壊が急速に進行する際、すなわち真の亀
裂破壊が生じる際に材料が示す抵抗値である“破壊靭性
値”から亀裂等の欠陥が生じた材料の破壊強度を求める
試験方法が提案されている。この破壊靭性値をＪIc値に
より求めるＪIc破壊靭性試験方法としては、“Ｒ曲線
法”、“除荷コンプライアンス法”等の方法が知られて
いる。
伴うこと無く破壊が急速に進行する際、すなわち真の亀
裂破壊が生じる際に材料が示す抵抗値である“破壊靭性
値”から亀裂等の欠陥が生じた材料の破壊強度を求める
試験方法が提案されている。この破壊靭性値をＪIc値に
より求めるＪIc破壊靭性試験方法としては、“Ｒ曲線
法”、“除荷コンプライアンス法”等の方法が知られて
いる。
【０００５】Ｒ曲線法と除荷コンプライアンス法はとも
にＲ曲線を求め、このＲ曲線と鈍化曲線とからＪIc値を
求める方法であるが、Ｒ曲線の求め方が相違している。
しかし、上述のＲ曲線法では、Ｒ曲線を求めるのに多数
の試験片を必要とし、手間がかかるが、除荷コンプライ
アンス法では、一本の試験片の荷重、変位曲線から亀裂
成長量を間接的に測定してＲ曲線を求めるため、試験時
間の短縮及び試験費用の節約を図ることができる。
にＲ曲線を求め、このＲ曲線と鈍化曲線とからＪIc値を
求める方法であるが、Ｒ曲線の求め方が相違している。
しかし、上述のＲ曲線法では、Ｒ曲線を求めるのに多数
の試験片を必要とし、手間がかかるが、除荷コンプライ
アンス法では、一本の試験片の荷重、変位曲線から亀裂
成長量を間接的に測定してＲ曲線を求めるため、試験時
間の短縮及び試験費用の節約を図ることができる。
【０００６】除荷コンプライアンス法によりＪIc値を求
めるには、“疲労予亀裂”を導入したコンパクト試験片
（以下ＣＴ試験片と略記する。図２を参照）を用いる方
法がある。この方法では、まず所定の長さの疲労予亀裂
を導入したＣＴ試験片をＪIc破壊靭性試験装置にセット
した後、静的荷重を作用させ、次いで該静的荷重を僅か
に除荷する操作を複数回繰り返して、一本のＣＴ試験片
から一連のコンプライアンスを求める（図３参照）。
めるには、“疲労予亀裂”を導入したコンパクト試験片
（以下ＣＴ試験片と略記する。図２を参照）を用いる方
法がある。この方法では、まず所定の長さの疲労予亀裂
を導入したＣＴ試験片をＪIc破壊靭性試験装置にセット
した後、静的荷重を作用させ、次いで該静的荷重を僅か
に除荷する操作を複数回繰り返して、一本のＣＴ試験片
から一連のコンプライアンスを求める（図３参照）。
【０００７】そして、このコンプライアンスを“Ｓａｘ
ｅｎａの式”（コンプライアンスから亀裂長さａn を算
出する式として代表的な式である。） ａn ＝Ａa ＋Ｂa ｆ1 （Ｋs ・Ｃn ）＋…… 〔なお、ａn は亀裂長さ、ｎ＝１，２，３……、Ｃn は
コンプライアンス、Ａa，Ｂa は係数、Ｋs は材料定
数〕に代入して亀裂長さａn を算出し、この亀裂長さａ
n から亀裂成長量Δａ Δａ＝ａn −ａ0 〔なお、ａ0 は荷重の作用点から疲労予亀裂先端までの
距離で（図２参照）、疲労予亀裂長さの設定値に基づい
て定められる。〕を算出し、この亀裂成長量Δａを基に
してＲ曲線を求める。
ｅｎａの式”（コンプライアンスから亀裂長さａn を算
出する式として代表的な式である。） ａn ＝Ａa ＋Ｂa ｆ1 （Ｋs ・Ｃn ）＋…… 〔なお、ａn は亀裂長さ、ｎ＝１，２，３……、Ｃn は
コンプライアンス、Ａa，Ｂa は係数、Ｋs は材料定
数〕に代入して亀裂長さａn を算出し、この亀裂長さａ
n から亀裂成長量Δａ Δａ＝ａn −ａ0 〔なお、ａ0 は荷重の作用点から疲労予亀裂先端までの
距離で（図２参照）、疲労予亀裂長さの設定値に基づい
て定められる。〕を算出し、この亀裂成長量Δａを基に
してＲ曲線を求める。
【０００８】しかしながら、低荷重域において実測さ
れるコンプライアンスの精度が悪く、コンプライアンス
から求められる亀裂成長量Δａの値が、例えば、負の値
をとったり、荷重を増しても減少したりする（図５参
照）ことがあり、ＪIc値を求めるデータとして使用でき
ないものが生ずる、コンプライアンスから求められた
亀裂長さａn と試験後脆性破壊させ実測した亀裂長さａ
R が異なるという問題があった。
れるコンプライアンスの精度が悪く、コンプライアンス
から求められる亀裂成長量Δａの値が、例えば、負の値
をとったり、荷重を増しても減少したりする（図５参
照）ことがあり、ＪIc値を求めるデータとして使用でき
ないものが生ずる、コンプライアンスから求められた
亀裂長さａn と試験後脆性破壊させ実測した亀裂長さａ
R が異なるという問題があった。
【０００９】本発明者等はこのような事態が生じる原因
は研究の結果、の問題は特に低荷重域においては試験
片、治具等の軸のズレや摩擦の影響により、実測される
荷重−変位曲線の歪みは得られるコンプライアンスに対
して大きくなり、求められるコンプライアンスの精度が
低下することが主な原因であろうと考えられる。また、
の問題は疲労予亀裂長さは材質の均一さや試験片に作
用する応力の三軸度の影響により測定する位置により異
なることによるものであると判明した。
は研究の結果、の問題は特に低荷重域においては試験
片、治具等の軸のズレや摩擦の影響により、実測される
荷重−変位曲線の歪みは得られるコンプライアンスに対
して大きくなり、求められるコンプライアンスの精度が
低下することが主な原因であろうと考えられる。また、
の問題は疲労予亀裂長さは材質の均一さや試験片に作
用する応力の三軸度の影響により測定する位置により異
なることによるものであると判明した。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたもので、その目的とするところは、正確な
Ｒ曲線を求めることができるＪIc破壊靭性試験法を提供
することにある。
みてなされたもので、その目的とするところは、正確な
Ｒ曲線を求めることができるＪIc破壊靭性試験法を提供
することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、“除荷コンプライアンス法”によって“ＪIc
値”を求めるＪIc破壊靭性試験方法において、試験終了
時の亀裂長さａL と試験後脆性破壊させた試験片の破面
を実測して得た亀裂長さａR の差ａE ａE ＝ａR −ａL をコンプライアンスから亀裂長さを算出する式 ａn ＝Ａa ＋Ｂa ｆ1 （Ｋs ・Ｃn ）＋…… 〔なお、ａn は亀裂長さ、ｎ＝１，２，３……、Ｃn は
コンプライアンス、Ａa，Ｂa は係数、Ｋs は材料定
数〕の第１項“Ａa ”に加算して、前記除荷コンプライ
アンス法で求めた亀裂長さａn を修正し、この修正され
た計算式に基づいて“Ｒ曲線”を修正することを特徴と
している。
するため、“除荷コンプライアンス法”によって“ＪIc
値”を求めるＪIc破壊靭性試験方法において、試験終了
時の亀裂長さａL と試験後脆性破壊させた試験片の破面
を実測して得た亀裂長さａR の差ａE ａE ＝ａR −ａL をコンプライアンスから亀裂長さを算出する式 ａn ＝Ａa ＋Ｂa ｆ1 （Ｋs ・Ｃn ）＋…… 〔なお、ａn は亀裂長さ、ｎ＝１，２，３……、Ｃn は
コンプライアンス、Ａa，Ｂa は係数、Ｋs は材料定
数〕の第１項“Ａa ”に加算して、前記除荷コンプライ
アンス法で求めた亀裂長さａn を修正し、この修正され
た計算式に基づいて“Ｒ曲線”を修正することを特徴と
している。
【００１２】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の試験法を実施する装置を示してい
る。図中符号１はＣＴ試験片、２は変位計、３はロード
セル、４はＸ−Ｙ記録計、５はアクチュエータ、６は演
算制御記憶装置をそれぞれ示している。ＣＴ試験片１の
一側縁には開口部１ａが設けられていて、この開口部１
ａには疲労予亀裂１ｂが導入されている。なお、ＣＴ試
験片の代わりに３点曲げ等の試験片を用いても良い。
する。図１は本発明の試験法を実施する装置を示してい
る。図中符号１はＣＴ試験片、２は変位計、３はロード
セル、４はＸ−Ｙ記録計、５はアクチュエータ、６は演
算制御記憶装置をそれぞれ示している。ＣＴ試験片１の
一側縁には開口部１ａが設けられていて、この開口部１
ａには疲労予亀裂１ｂが導入されている。なお、ＣＴ試
験片の代わりに３点曲げ等の試験片を用いても良い。
【００１３】変位計２はＣＯＤ（図２参照）を測定する
もので、例えばクリップゲージからなる。ロードセル３
はアクチュエータ５によりＣＴ試験片１に作用する荷重
を検出する。演算制御記憶装置６は２からのクリップゲ
ージ変位、３からの荷重データからアクチュエータ５を
制御し、ＪIc試験を行い、データ処理を行う。
もので、例えばクリップゲージからなる。ロードセル３
はアクチュエータ５によりＣＴ試験片１に作用する荷重
を検出する。演算制御記憶装置６は２からのクリップゲ
ージ変位、３からの荷重データからアクチュエータ５を
制御し、ＪIc試験を行い、データ処理を行う。
【００１４】次に上記装置を使用して本発明の試験方法
の一例を説明する。まず所定の長さ疲労予亀裂を導入し
たＣＴ試験片１にアクチュエータ５により静的荷重を作
用させ、次いで該静的荷重を１０％程度除荷する操作を
繰り返して、１本のＣＴ試験片１から一連のコンプライ
アンスを求める（図３参照）。そして、このコンプライ
アンスを“Ｓａｘｅｎａの式” ａn ＝Ａa ＋Ｂa ｆ1 （Ｋs ・Ｃn ）＋…… 〔なお、ａn は亀裂長さ、ｎ＝１，２，３……、Ｃn は
コンプライアンス、Ａa，Ｂa は係数、Ｋs は材料定
数〕に代入して亀裂長さａn を算出し、この亀裂長さａ
n から亀裂成長量Δａ Δａ＝ａn −ａ0 〔なお、ａ0 は荷重の作用点から疲労予亀裂先端までの
距離で（図２参照）、疲労予亀裂長さの設定値に基づい
て定められる。〕を算出する。また、ａn とＡn （Ａn
は図３の曲線で囲まれた面積）からＪn を算出する。
の一例を説明する。まず所定の長さ疲労予亀裂を導入し
たＣＴ試験片１にアクチュエータ５により静的荷重を作
用させ、次いで該静的荷重を１０％程度除荷する操作を
繰り返して、１本のＣＴ試験片１から一連のコンプライ
アンスを求める（図３参照）。そして、このコンプライ
アンスを“Ｓａｘｅｎａの式” ａn ＝Ａa ＋Ｂa ｆ1 （Ｋs ・Ｃn ）＋…… 〔なお、ａn は亀裂長さ、ｎ＝１，２，３……、Ｃn は
コンプライアンス、Ａa，Ｂa は係数、Ｋs は材料定
数〕に代入して亀裂長さａn を算出し、この亀裂長さａ
n から亀裂成長量Δａ Δａ＝ａn −ａ0 〔なお、ａ0 は荷重の作用点から疲労予亀裂先端までの
距離で（図２参照）、疲労予亀裂長さの設定値に基づい
て定められる。〕を算出する。また、ａn とＡn （Ａn
は図３の曲線で囲まれた面積）からＪn を算出する。
【００１５】
【数１】 なお、Ｂn は係数である。この後、亀裂成長量ΔａとＪ
積分との関係をプロットすることによりＲ曲線を求め
る。
積分との関係をプロットすることによりＲ曲線を求め
る。
【００１６】上記のようにしてＲ曲線を求めた後、例え
ば、試験片１が鋼材ならば試験片１を試験機から取り外
し、試験片１を３００℃程度に加熱することで“ｈｅａ
ｔｔｉｎｔ”を行い、試験片１に色付けをし、最終的な
実際の亀裂先端位置を明瞭にさせる。次いで、試験片１
を脆性的に破壊する温度以下まで十分に冷却し、試験機
にセットし、アクチュエータ５を動作させ試験片１に静
的荷重を作用させ、脆性破壊させる。破壊させた試験片
１の破面から実際の亀裂長さａR をＡＳＴＭ等の規格に
定められている方法により測定する。
ば、試験片１が鋼材ならば試験片１を試験機から取り外
し、試験片１を３００℃程度に加熱することで“ｈｅａ
ｔｔｉｎｔ”を行い、試験片１に色付けをし、最終的な
実際の亀裂先端位置を明瞭にさせる。次いで、試験片１
を脆性的に破壊する温度以下まで十分に冷却し、試験機
にセットし、アクチュエータ５を動作させ試験片１に静
的荷重を作用させ、脆性破壊させる。破壊させた試験片
１の破面から実際の亀裂長さａR をＡＳＴＭ等の規格に
定められている方法により測定する。
【００１７】これまでの操作は従来と同じである。次に
本発明の特徴部分を説明する。実際の亀裂長さａR とコ
ンプライアンスから“Ｓａｘｅｎａの式”を用いて計算
した試験終了時の亀裂長さａL の差ａE を“Ｓａｘｅｎ
ａの式”の第１項“Ａa ”に加算する。
本発明の特徴部分を説明する。実際の亀裂長さａR とコ
ンプライアンスから“Ｓａｘｅｎａの式”を用いて計算
した試験終了時の亀裂長さａL の差ａE を“Ｓａｘｅｎ
ａの式”の第１項“Ａa ”に加算する。
【００１８】このようにして該計算式を修正したら、こ
の修正された計算式に基づいて“Ｒ曲線”を修正する。
すなわち、図５においてＲ曲線を同図の右側にΔＸだけ
スライドさせる。この後、図４の如く鈍化曲線と修正さ
れたＲ曲線との交点からＪIc値を求める。
の修正された計算式に基づいて“Ｒ曲線”を修正する。
すなわち、図５においてＲ曲線を同図の右側にΔＸだけ
スライドさせる。この後、図４の如く鈍化曲線と修正さ
れたＲ曲線との交点からＪIc値を求める。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、除
荷コンプライアンス法で求めたＲ曲線の起点付近の誤差
が大きく起点がはっきりしない場合でも、実際の亀裂長
さａRとコンプライアンスから“Ｓａｘｅｎａの式”を
用いて計算した試験終了時の亀裂長さａL の差ａE を
“Ｓａｘｅｎａの式”の第１項“Ａa ”に加算すること
で該計算式を修正し、この修正された計算式に基づいて
“Ｒ曲線”を修正するので、精度良く“ＪIc値”を求め
ることが可能になる。
荷コンプライアンス法で求めたＲ曲線の起点付近の誤差
が大きく起点がはっきりしない場合でも、実際の亀裂長
さａRとコンプライアンスから“Ｓａｘｅｎａの式”を
用いて計算した試験終了時の亀裂長さａL の差ａE を
“Ｓａｘｅｎａの式”の第１項“Ａa ”に加算すること
で該計算式を修正し、この修正された計算式に基づいて
“Ｒ曲線”を修正するので、精度良く“ＪIc値”を求め
ることが可能になる。
【図１】本発明の方法を実施する装置のブロック図。
【図２】試験片の拡大斜視図。
【図３】荷重変位曲線を示すグラフ。
【図４】Ｒ曲線と鈍化曲線とからＪIc値を求める方法を
説明するグラフ。
説明するグラフ。
【図５】Ｒ曲線を示すグラフ。
１ 試験片 ２ 変位計 ３ ロードセル ４ Ｘ−Ｙ記録計 ５ アクチュエータ ６ 演算制御装置
Claims (1)
- 【請求項１】 “除荷コンプライアンス法”によって
“ＪIc値”を求めるＪIc破壊靭性試験方法において、試
験中の最終除荷時に得られる“コンプライアンス”から
求めた試験終了時の亀裂長さａL と試験後脆性破壊させ
た試験片の破面を実測して得た亀裂長さａR の差ａE ａE ＝ａR −ａL をコンプライアンスから亀裂長さを算出する式 ａn ＝Ａa ＋Ｂa ｆ1 （Ｋs ・Ｃn ）＋…… 〔なお、ａn は亀裂長さ、ｎ＝１，２，３……、Ｃn は
コンプライアンス、Ａa，Ｂa は係数、Ｋs は材料定
数〕の第１項“Ａa ”に加算して、前記除荷コンプライ
アンス法で求めた亀裂長さａn を修正し、この修正され
た計算式に基づいて“Ｒ曲線”を修正することを特徴と
するＪIc破壊靭性試験方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17578892A JPH0618385A (ja) | 1992-07-02 | 1992-07-02 | 破壊靭性試験方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17578892A JPH0618385A (ja) | 1992-07-02 | 1992-07-02 | 破壊靭性試験方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0618385A true JPH0618385A (ja) | 1994-01-25 |
Family
ID=16002264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17578892A Withdrawn JPH0618385A (ja) | 1992-07-02 | 1992-07-02 | 破壊靭性試験方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0618385A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109323921A (zh) * | 2018-08-16 | 2019-02-12 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 一种快速测试金属材料断裂韧度阻力曲线的方法 |
| CN111474070A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-07-31 | 上海电气电站设备有限公司 | 一种材料断裂韧性测试方法及测试装置 |
-
1992
- 1992-07-02 JP JP17578892A patent/JPH0618385A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109323921A (zh) * | 2018-08-16 | 2019-02-12 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 一种快速测试金属材料断裂韧度阻力曲线的方法 |
| CN109323921B (zh) * | 2018-08-16 | 2021-04-02 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 一种快速测试金属材料断裂韧度阻力曲线的方法 |
| CN111474070A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-07-31 | 上海电气电站设备有限公司 | 一种材料断裂韧性测试方法及测试装置 |
| CN111474070B (zh) * | 2020-05-20 | 2022-12-20 | 上海电气电站设备有限公司 | 一种材料断裂韧性测试方法及测试装置 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991005 |