JPH07104294B2 - 材料評価装置 - Google Patents
材料評価装置Info
- Publication number
- JPH07104294B2 JPH07104294B2 JP2104893A JP10489390A JPH07104294B2 JP H07104294 B2 JPH07104294 B2 JP H07104294B2 JP 2104893 A JP2104893 A JP 2104893A JP 10489390 A JP10489390 A JP 10489390A JP H07104294 B2 JPH07104294 B2 JP H07104294B2
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- JP
- Japan
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- load
- ray
- test piece
- test
- control unit
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、各種材料の荷重負荷状態における材料内部の
変形状況を、Ｘ線CT法（Ｘ線断層撮影法）によって観察
・評価する装置に関する。
変形状況を、Ｘ線CT法（Ｘ線断層撮影法）によって観察
・評価する装置に関する。
［従来の技術］ セラミックスや複合材料等の新素材では、材料内部の破
壊過程を知ることが、材料開発や品質保証上特に重要で
ある。そこで破壊過程を唯一動的に検出しうるアコース
ティックエミッション（AE）法を適用した研究が盛んに
行われており、例えば、既刊行物である第６回アコース
ティック・エミッション総合コンファレンス論文集p243
〜p248には、繊維強化金属（FRM）の引張試験にAE法を
適用し、検出されたAE波形の振幅や立ち上がり時間の大
きさから、強化繊維の破断開始時期を推定している例が
紹介されている。
壊過程を知ることが、材料開発や品質保証上特に重要で
ある。そこで破壊過程を唯一動的に検出しうるアコース
ティックエミッション（AE）法を適用した研究が盛んに
行われており、例えば、既刊行物である第６回アコース
ティック・エミッション総合コンファレンス論文集p243
〜p248には、繊維強化金属（FRM）の引張試験にAE法を
適用し、検出されたAE波形の振幅や立ち上がり時間の大
きさから、強化繊維の破断開始時期を推定している例が
紹介されている。
ところで、上述したAE波形の特徴と複合材料等における
種々の破壊（繊維破断、繊維とマトリックスの解離、マ
トリックス割れ、層間剥離等）との対応付けを行う方法
として、試料の破面観察や応力−歪曲線の変化から、材
料内部で各種の破壊がどのような順序で起こったかを推
定し、その時々で発生したAEの特徴を個々の破壊と対応
付けることが行われている。
種々の破壊（繊維破断、繊維とマトリックスの解離、マ
トリックス割れ、層間剥離等）との対応付けを行う方法
として、試料の破面観察や応力−歪曲線の変化から、材
料内部で各種の破壊がどのような順序で起こったかを推
定し、その時々で発生したAEの特徴を個々の破壊と対応
付けることが行われている。
しかしこの方法は、破壊力学的に高度な知識を要求され
るほか、間接的であるため信頼性に欠ける問題がある。
従って多くの研究者は、AE計測と同時に他の非破壊的検
査方法を適用し、この問題の解決を試みている。
るほか、間接的であるため信頼性に欠ける問題がある。
従って多くの研究者は、AE計測と同時に他の非破壊的検
査方法を適用し、この問題の解決を試みている。
例えばAwerbuch等は、GFRP（クラファイト繊維強化プラ
スチック）の引張試験にAE法を適用する際、テレビカメ
ラによって試験片表面における損傷の進展状況を観察す
るとともに、試験前後の試験片内部を超音波探傷法とＸ
線探傷法で調べ、得られたAEの結果と破壊の種類との対
応付けを行っている（Material Evaluation/43/May,198
5,p754〜p764）。
スチック）の引張試験にAE法を適用する際、テレビカメ
ラによって試験片表面における損傷の進展状況を観察す
るとともに、試験前後の試験片内部を超音波探傷法とＸ
線探傷法で調べ、得られたAEの結果と破壊の種類との対
応付けを行っている（Material Evaluation/43/May,198
5,p754〜p764）。
またGustafson等は、CFRP（カーボン繊維強化プラスチ
ック）の疲労試験にAE法を適用すると同時に、試験を中
断してＸ線撮影を行い、層間剥離とAEの結果とを対応さ
せている（Delemination and Debonding of Material
s、ASTM STP876、1985、p448〜p464）。
ック）の疲労試験にAE法を適用すると同時に、試験を中
断してＸ線撮影を行い、層間剥離とAEの結果とを対応さ
せている（Delemination and Debonding of Material
s、ASTM STP876、1985、p448〜p464）。
その他負荷中のCFRPについて、電気抵抗を測定して電気
抵抗の変化からカーボン繊維の破断を検知し、AEの結果
を解釈している例も報告されている。
抵抗の変化からカーボン繊維の破断を検知し、AEの結果
を解釈している例も報告されている。
［課題を解決するための手段］ 以上種々の試みがなされているが、テレビカメラでは内
部の損傷がわからないこと、また超音波探傷法やＸ線探
傷法は内部の損傷状況を検査できるが、平面的な情報で
あり、破壊の大きさ，形状，厚さ方向の位置等の三次元
的な状況がわからないこと、そして電気抵抗は導電性繊
維の破断のみが検出できるにすぎず、いずれの方法も十
分ではない。
部の損傷がわからないこと、また超音波探傷法やＸ線探
傷法は内部の損傷状況を検査できるが、平面的な情報で
あり、破壊の大きさ，形状，厚さ方向の位置等の三次元
的な状況がわからないこと、そして電気抵抗は導電性繊
維の破断のみが検出できるにすぎず、いずれの方法も十
分ではない。
一方、材料内部を三次元的に検査する方法として、近年
広く用いられているものにＸ線断層撮影法があり、Ｘ線
CT装置としてはＸ線管とＸ線検出器とが同時に回転する
いわゆる第３世代のＸ線CT装置が多く用いられている。
広く用いられているものにＸ線断層撮影法があり、Ｘ線
CT装置としてはＸ線管とＸ線検出器とが同時に回転する
いわゆる第３世代のＸ線CT装置が多く用いられている。
この第３世代のＸ線CT装置には、特公昭57−46853号公
報及び実公平１−84609号公報等に示されているよう
に、（イ）Ｘ線源と、被検体が置かれる空間を隔てて該
Ｘ線源に対向配置した円弧方向に多数のチャンネルを有
する円弧状のＸ線検出器を、上記の被検体を中心に一体
に回転させる方法、あるいは（ロ）Ｘ線源とＸ線検出器
を固定し被検体を回転させる方法がある（鉄と鋼、第14
号、1985、p124〜p131）。
報及び実公平１−84609号公報等に示されているよう
に、（イ）Ｘ線源と、被検体が置かれる空間を隔てて該
Ｘ線源に対向配置した円弧方向に多数のチャンネルを有
する円弧状のＸ線検出器を、上記の被検体を中心に一体
に回転させる方法、あるいは（ロ）Ｘ線源とＸ線検出器
を固定し被検体を回転させる方法がある（鉄と鋼、第14
号、1985、p124〜p131）。
主として（イ）は医療用、（ロ）は産業用に用いられて
いるが、いずれの場合でも細部にわたって分解能の高い
断層像を得るためには、180゜以上の回転角にわたって
各角度でのＸ線投影データを収集することが必要であ
る。
いるが、いずれの場合でも細部にわたって分解能の高い
断層像を得るためには、180゜以上の回転角にわたって
各角度でのＸ線投影データを収集することが必要であ
る。
しかし引張試験中の試験片にＸ線CT法を適用する場合、
上記（イ）の方法では試験機の機枠の内側にＸ線源とＸ
線検出器を配置して試験片を中心に回転させることが必
要となるため、構造が複雑となる上にスペース的にかな
り大きな引張試験機を必要とし、従って費用も膨大とな
る。
上記（イ）の方法では試験機の機枠の内側にＸ線源とＸ
線検出器を配置して試験片を中心に回転させることが必
要となるため、構造が複雑となる上にスペース的にかな
り大きな引張試験機を必要とし、従って費用も膨大とな
る。
一方、上記（ロ）の方法ではＸ線源とＸ線検出器を固定
したままでよく、構造上簡単であるが引張中の試験片を
引張応力一定で且つ試験片に捩じり応力を加えないよう
にして180゜以上回転させることが必要となる。
したままでよく、構造上簡単であるが引張中の試験片を
引張応力一定で且つ試験片に捩じり応力を加えないよう
にして180゜以上回転させることが必要となる。
本発明は以上の点を考慮してなされたものであり、引張
試験中の材料内部の破壊状況をＸ線CT法によって三次元
的に観察する材料評価装置を提供するものである。
試験中の材料内部の破壊状況をＸ線CT法によって三次元
的に観察する材料評価装置を提供するものである。
［課題を解決するための手段］ 前記課題を解決するための本発明に係る材料評価装置
は、試験片の荷重方向軸回りに180゜以上の回動を付与
するように上下の試験片掴み部にそれぞれ接続した互い
に同期して回転する２台の回転用モータ、試験片に荷重
を負荷する荷重負荷用モータ、試験片に作用する荷重を
計測するロードセルを備えた荷重試験装置と、前記荷重
試験装置を挟んで対向し直線上に配設したＸ線源および
Ｘ線検出器と、前記Ｘ線源の作動を制御するＸ線制御部
と、前記荷重試験装置の駆動を制御する試験装置制御部
と、Ｘ線制御部と試験装置制御部への指示を出すととも
に前記Ｘ線検出器からのデータをデータ収集部を介して
収録しＸ線CT像を再構成計算するデータ処理部と、デー
タ処理の結果を出力する画像表示装置とで構成されたこ
とを特徴とするものである。
は、試験片の荷重方向軸回りに180゜以上の回動を付与
するように上下の試験片掴み部にそれぞれ接続した互い
に同期して回転する２台の回転用モータ、試験片に荷重
を負荷する荷重負荷用モータ、試験片に作用する荷重を
計測するロードセルを備えた荷重試験装置と、前記荷重
試験装置を挟んで対向し直線上に配設したＸ線源および
Ｘ線検出器と、前記Ｘ線源の作動を制御するＸ線制御部
と、前記荷重試験装置の駆動を制御する試験装置制御部
と、Ｘ線制御部と試験装置制御部への指示を出すととも
に前記Ｘ線検出器からのデータをデータ収集部を介して
収録しＸ線CT像を再構成計算するデータ処理部と、デー
タ処理の結果を出力する画像表示装置とで構成されたこ
とを特徴とするものである。
［作用］ 以下図面を参照しながら、本発明の詳細について説明す
る。
る。
第１図は本発明を構成する荷重試験装置の断面図で、１
は荷重負荷用モータ、２は該モータ軸と接続されたネジ
軸、３は上部にネジ軸２と螺合する雌ねじが切られた部
材で、同部材にはそれが回転せずに上下移動するように
案内する軸受4a,4bが固定されている。また5a,5bは試験
片回転用モータで、上部回転用モータ5aの軸には試験片
掴み部6aが接続されており、そして下部回転用モータ5b
の軸にはロードセル７を介して試験片掴み部6bが接続さ
れている。8a,8bは部材３を引張方向に摺動させるため
の案内軸、９は試験片である。
は荷重負荷用モータ、２は該モータ軸と接続されたネジ
軸、３は上部にネジ軸２と螺合する雌ねじが切られた部
材で、同部材にはそれが回転せずに上下移動するように
案内する軸受4a,4bが固定されている。また5a,5bは試験
片回転用モータで、上部回転用モータ5aの軸には試験片
掴み部6aが接続されており、そして下部回転用モータ5b
の軸にはロードセル７を介して試験片掴み部6bが接続さ
れている。8a,8bは部材３を引張方向に摺動させるため
の案内軸、９は試験片である。
第２図は本発明の全体を示す構成図で、11は第１図に示
した荷重試験装置、12は前記試験片９の断面を示す。13
は荷重試験装置の制御部、14はＸ線源、15はＸ線制御
部、16は扇状Ｘ線ビーム、17はＸ線検出器、18はデータ
収集部、19は上記18によって収集されたＸ線投影データ
を記憶しCT画像の再構成計算を行うとともに、上記制御
部13および15の制御を行うためのデータ処理部、20は画
像表示装置である。
した荷重試験装置、12は前記試験片９の断面を示す。13
は荷重試験装置の制御部、14はＸ線源、15はＸ線制御
部、16は扇状Ｘ線ビーム、17はＸ線検出器、18はデータ
収集部、19は上記18によって収集されたＸ線投影データ
を記憶しCT画像の再構成計算を行うとともに、上記制御
部13および15の制御を行うためのデータ処理部、20は画
像表示装置である。
次に本装置による測定方法について説明する。
まず第１図において、試験片９を試験片掴み部6a,6bに
セットした後、荷重負荷用モータ１によりネジ軸２を回
転させることによって部材３を引張方向に動かし、試験
片９に張力を加える。張力はロードセル７によって計測
され、予め設定した値に達すると該モータ１が停止す
る。そして張力一定の状態で試験片９のＸ線断層撮影を
行うためＸ線源14を作動させ、まずステップ角θ＝０゜
におけるＸ線投影データを収集する。続いて上部および
下部回転用モータ5a,5bにより、試験片を引張方向の軸
を中心として所定のステップ角Δθ（例えば１゜）だけ
回転させた後、該モータ5a,5bを停止してθ＝Δθでの
Ｘ線投影データを収集する。
セットした後、荷重負荷用モータ１によりネジ軸２を回
転させることによって部材３を引張方向に動かし、試験
片９に張力を加える。張力はロードセル７によって計測
され、予め設定した値に達すると該モータ１が停止す
る。そして張力一定の状態で試験片９のＸ線断層撮影を
行うためＸ線源14を作動させ、まずステップ角θ＝０゜
におけるＸ線投影データを収集する。続いて上部および
下部回転用モータ5a,5bにより、試験片を引張方向の軸
を中心として所定のステップ角Δθ（例えば１゜）だけ
回転させた後、該モータ5a,5bを停止してθ＝Δθでの
Ｘ線投影データを収集する。
このようにして、Δθおきに試験片の回転角が画像再構
成に必要な角度に達するまで、各角度におけるＸ線投影
データを収集し、その後は、該モータ5a,5bを逆転さ
せ、θ＝０゜まで試験片を戻す。なお回転用モータ5a,5
bは、それぞれ高分解能のエンコーダーを内蔵してお
り、エンコーダーからのパルス数を比較することによっ
て、両モータを同期して回転させ、試験片には回転によ
る捩り応力が加わらない方法を採用している。
成に必要な角度に達するまで、各角度におけるＸ線投影
データを収集し、その後は、該モータ5a,5bを逆転さ
せ、θ＝０゜まで試験片を戻す。なお回転用モータ5a,5
bは、それぞれ高分解能のエンコーダーを内蔵してお
り、エンコーダーからのパルス数を比較することによっ
て、両モータを同期して回転させ、試験片には回転によ
る捩り応力が加わらない方法を採用している。
第２図のデータ処理部19は、Ｘ線制御部15,荷重試験装
置制御部13等の制御を行うとともに、データ収集部18か
らＸ線投影データを収録してCT画像の再構成計算を行
い、その結果を画像表示装置20に出力する。
置制御部13等の制御を行うとともに、データ収集部18か
らＸ線投影データを収録してCT画像の再構成計算を行
い、その結果を画像表示装置20に出力する。
以上のようにして、ある一定張力のもとで特定断面の断
層像が得られるが、張力を増やした場合の断層像をとる
とすれば、ステップ角θ＝０゜の状態で負荷用モータ１
を再度動かして、所望の張力下における断層像を上述の
手段で測定すればよい。また異った位置例えば試験片長
手方向の断層像を得る場合は、試験片12とＸ線源14及び
Ｘ線検出器17との相対的位置を変える必要があるが、そ
のためには荷重試験装置11をＺ軸ステージ（図示なし）
にのせて該試験装置を上下し、所定の位置における断層
像を同様の手段で測定すればよい。
層像が得られるが、張力を増やした場合の断層像をとる
とすれば、ステップ角θ＝０゜の状態で負荷用モータ１
を再度動かして、所望の張力下における断層像を上述の
手段で測定すればよい。また異った位置例えば試験片長
手方向の断層像を得る場合は、試験片12とＸ線源14及び
Ｘ線検出器17との相対的位置を変える必要があるが、そ
のためには荷重試験装置11をＺ軸ステージ（図示なし）
にのせて該試験装置を上下し、所定の位置における断層
像を同様の手段で測定すればよい。
［実施例］ 以下に、本発明の一実施例について説明する。
試験片としては、平行部の長さが20mm,幅3mm,板厚1.5mm
で、材質は炭化珪素を強化繊維としたアルミマトリック
スの複合材料を用いた。本試験片を掴み部にセットした
後、荷重０の状態で予めＸ線断層撮影を行った結果、試
験片中心部に試験片幅方向に伸びた約長さ50μm,幅20μ
ｍのマトリックス割れが見つかった。この試験片につい
て、引張応力を段階的に変えながら断層撮影を行ったと
ころ、クラックが進展拡大する状況や、クラックの先端
が強化繊維に到達して繊維が破断する様子がＸ線CT断層
像から観測された。
で、材質は炭化珪素を強化繊維としたアルミマトリック
スの複合材料を用いた。本試験片を掴み部にセットした
後、荷重０の状態で予めＸ線断層撮影を行った結果、試
験片中心部に試験片幅方向に伸びた約長さ50μm,幅20μ
ｍのマトリックス割れが見つかった。この試験片につい
て、引張応力を段階的に変えながら断層撮影を行ったと
ころ、クラックが進展拡大する状況や、クラックの先端
が強化繊維に到達して繊維が破断する様子がＸ線CT断層
像から観測された。
またAE変換子を試験片に取り付けて同時にAE計測を行う
ことにより、マトリックス割れの進展や繊維破断にとも
なって特徴のあるAEが放出されることがわかった。
ことにより、マトリックス割れの進展や繊維破断にとも
なって特徴のあるAEが放出されることがわかった。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、荷重負荷状態で試
験片を180゜以上回転可能な荷重試験装置と、該試験片
をはさんでＸ線源及びＸ線検出器を配置し、Ｘ線断層撮
影を行うことによって、引張試験中の材料内部の破壊状
況を高分解能で観察することができる。なお以上の説明
は全て試験片の負荷は引張荷重としてきたが、荷重負荷
用モータの回転方向を反対にすれば圧縮荷重状態での観
察や、さらには上部と下部回転用モータの回転角を変え
ることによって、試験片に捩り荷重を加えた後捩り荷重
一定の状態を保つように上部と下部回転用モータを同期
して回転させることによって、捩り状態での破壊状況も
観察することができる。
験片を180゜以上回転可能な荷重試験装置と、該試験片
をはさんでＸ線源及びＸ線検出器を配置し、Ｘ線断層撮
影を行うことによって、引張試験中の材料内部の破壊状
況を高分解能で観察することができる。なお以上の説明
は全て試験片の負荷は引張荷重としてきたが、荷重負荷
用モータの回転方向を反対にすれば圧縮荷重状態での観
察や、さらには上部と下部回転用モータの回転角を変え
ることによって、試験片に捩り荷重を加えた後捩り荷重
一定の状態を保つように上部と下部回転用モータを同期
して回転させることによって、捩り状態での破壊状況も
観察することができる。
第１図は本発明を構成する荷重試験装置の構造を示す模
式断面図、第２図は本発明の全体を示す構成図である。 １……荷重負荷用モータ、２……ネジ軸、３……構造部
材、4a,4b……軸受け、5a,5b……上部および下部回転用
モータ、6a,6b……上部および下部掴み部、７……ロー
ドセル、8a,8b……案内軸、９……試験片、11……荷重
試験装置、12……試験片（断面のみを示す）、13……荷
重試験装置制御部、14……Ｘ線源、15……Ｘ線制御部、
16……扇状Ｘ線ビーム、17……Ｘ線検出器、18……デー
タ収集部、19……データ処理部、20……画像表示装置。
式断面図、第２図は本発明の全体を示す構成図である。 １……荷重負荷用モータ、２……ネジ軸、３……構造部
材、4a,4b……軸受け、5a,5b……上部および下部回転用
モータ、6a,6b……上部および下部掴み部、７……ロー
ドセル、8a,8b……案内軸、９……試験片、11……荷重
試験装置、12……試験片（断面のみを示す）、13……荷
重試験装置制御部、14……Ｘ線源、15……Ｘ線制御部、
16……扇状Ｘ線ビーム、17……Ｘ線検出器、18……デー
タ収集部、19……データ処理部、20……画像表示装置。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−251750（ＪＰ，Ａ) 米国特許4550255（ＵＳ，Ａ) 米国特許4710946（ＵＳ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】試験片の荷重方向軸回りに180゜以上の回
動を付与するように上下の試験片掴み部にそれぞれ接続
した互いに同期して回転する２台の回転用モータ、試験
片に荷重を負荷する荷重負荷用モータ、試験片に作用す
る荷重を計測するロードセルを備えた荷重試験装置と前
記荷重試験装置を挟んで対向し直線上に配設したＸ線源
およびＸ線検出器と、前記Ｘ線源の作動を制御するＸ線
制御部と、前記荷重試験装置の駆動を制御する試験装置
制御部と、Ｘ線制御部と試験装置制御部への指示を出す
とともに前記Ｘ線検出器からのデータをデータ収集部を
介して収録しＸ線CT像を再構成計算するデータ処理部
と、データ処理の結果を出力する画像表示装置とで構成
されたことを特徴とする材料評価装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2104893A JPH07104294B2 (ja) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | 材料評価装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2104893A JPH07104294B2 (ja) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | 材料評価装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH042954A JPH042954A (ja) | 1992-01-07 |
| JPH07104294B2 true JPH07104294B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=14392841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2104893A Expired - Lifetime JPH07104294B2 (ja) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | 材料評価装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07104294B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007315874A (ja) * | 2006-05-24 | 2007-12-06 | Chiba Univ | 動態撮影システム |
| JP2010151532A (ja) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Honda Motor Co Ltd | Ｘ線解析装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3007522B1 (fr) * | 2013-06-20 | 2015-07-03 | Ecole Nationale Superieure De Mecanique Et D Aerotechnique | Dispositif de sollicitations mecaniques en traction/compression et/ou torsion |
| CN107014841A (zh) * | 2017-05-25 | 2017-08-04 | 中国科学技术大学 | 一种sr‑ct力学试验系统及sr‑ct力学试验方法 |
| CN117871288B (zh) * | 2024-01-30 | 2025-03-04 | 海南大学 | 一种用于裂隙流体剪切特性测试的x射线显影试验设备 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4550255A (en) | 1983-07-05 | 1985-10-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Void detection and composition measurements in composite wires |
| US4710946A (en) | 1985-08-06 | 1987-12-01 | Amoco Corporation | Method and apparatus for X-ray video fluoroscopic analysis of rock samples |
-
1990
- 1990-04-20 JP JP2104893A patent/JPH07104294B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH042954A (ja) | 1992-01-07 |
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