JPS5844324Y2 - 金属疲労試験用ひずみ検出器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、金属疲労試験用ひずみ検出器、特に、円形断
面をもつ棒状試験片の直径方向のひずみ振巾を一定に制
御しながら、低温雰囲気での低サイクル疲労試験を行な
う場合に使用して有用な低温疲労試験用ひずみ検出器に
関する。

一般に、金属材料は温度が低くなるに従って延性が激減
し、いわゆる低温ぜい性の現象を示すようになる。

特に断面の形が急変する材料に低温で荷重が繰返して加
えられると、繰返し荷重のサイクルが低くても疲労破壊
が起り易くなる。

例えば、液化天然ガス等の貯槽のような溶接構造物には
、溶接欠陥や形状不連続部などによる多くの応力集中部
があり、このような個所に荷重が繰返し加えられると、
低温でいわゆる低サイクル疲労現象が生じ、疲労破壊の
原因となる。

したがってこのような構造物に用いられる鋼材について
は、使用条件に近い低温で疲労試験を行ない、予めその
疲労特性を十分把握しておき、構造物の設計上の資料と
しなければならない。

低サイクル疲労試験は、一般に降伏点をこえた塑性域で
応力振巾あるいはひずみ振巾のいずれかを一定に保ちな
がら、１〜１０４サイクル程度の繰返し荷重で破壊を生
じさせる。

室温大気中で行なう低サイクル疲労試験は、通常試験片
の直径方向のひずみまたは軸方向のひずみを制御して行
なう場合が多く、そのためのひずみ検出器は公知である
。

しかし、このような低サイクル疲労試験を、ひずみを一
定に制御しながら、室温以下液体窒素温度（−１９６℃
）に至る冷媒中で行なうには、従来、冷媒に浸漬できる
適当なひずみ検出器がなかったために、平行部に突起を
付けた試験片を用い、その突起に取付けたひずみ検出用
のアームを大気中に置かれた差動変圧器の可動鉄心に連
結して試験片の軸方向変位を検出し、これによって試験
片の軸ひずみ制御を行なう程度のことしかできなかった
。

また、このような突起付き試験片では、突起の根元から
疲労破断を起したり、座屈を起したりする場合が多く、
正確な試験結果を得ることができない。

さらに、疲労試験中の疲労亀裂の発生を外部から観察す
ることも困難であった。

本考案は、上述した従来の不具合をなくし、小型軽量に
して、試験片の横ひずみを制御しながら金属疲労試験を
行なう場合のひずみ検出器を提供することを目的とする
。

本考案はさらに、液体窒素などの冷媒中で、試験片の亀
裂発生状態を見ながら試験片の横ひずみを検出、制御し
て低サイクル疲労試験を行なうのに使用される構造簡単
で精度のよいひずみ検出器を提供することを目的とする
。

以下、本考案を、図面に示す実施例にしたがって説明す
る。

第１図および第２図は、本考案の１実施例に係るひずみ
検出器を、円形断面をもつ丸棒試験片に取付けた状態を
示したものである。

ひずみ検出器１は、全体として弾性を有する金属製リン
グ２と、金属製リング２に保持された一対のナイフェツ
ジ３．３′と、金属製リング２の局面の一部に貼付けら
れたひずみゲージ６とを有する。

金属製リング２はその一部が符号８．８′で示すように
切欠きをつげられており、その切欠き部の端部にスリッ
ト９．９’が形成されている。

また、金属製リング２の前記端部の近くの局面には貫通
した孔１１゜１１′が穿けられ、この孔１１．１１’に
支持棒４．４′がはんだ溶接にて固定される。

ナイフェツジ３．３′は金属製リング２の前記スリット
９゜９′に若干の間隙をもって挿入されるとともに、金
属製リング２に固定された支持棒４，４′にそれぞれ２
個の引張りばね５，５ａおよび５’ 、５ａ’を介して
連結される。

検出器１は、円形横断面をもつ試験片１００両側部をナ
イフェツジ３．３′の両刃先で挾さむようにして、試験
片１０に保持される。

金属製リング２は弾性を有するので、金属製リング２の
前記切欠き部の端部をおし拡げるようにしてナイフェツ
ジ３，３′の両刃先の間に試験片１０を挾さむことによ
り、ナイフェツジ３゜３′は試験片の側部に適当な測定
圧で接触することになる。

試験片１０に、第２図に示すような軸線方向の引張り又
は圧縮荷重を繰返し加えることにより、試験片１０の直
径方向の寸法が変化する。

この寸法変化は、ナイフェツジ３．３′を介して金属製
リング２に伝達され金属製リング２０曲率変化をもたら
し、その結果、リング２の金属表面２ａと裏面２ｂにひ
ずみの変化が生ずる。

金属製リング２の曲率変化が生ずる部分の金属表裏面に
ひずみゲージ６が貼付けられる。

図示実施例では切欠き部の直径方向反対側、即ち切欠き
部の両端部からほぼ等距離にある部分の金属表裏面にひ
ずみゲージ６が取付けられている。

このひずみゲージは、ドライアイスアルコールあるいは
液体窒素などのような冷媒中においても安定に使用でき
るものを用いる。

上述のようにして発生した金属表裏面のひずみ変化は、
ひずみゲージ６によって検出され、電気信号として疲労
試験機（図示省略）に装備されたひずみ増巾器７に入力
される。

試験片１０の直径方向の寸法変化とひずみゲージ６の出
力との関係を予め較正しておくことにより、試験片１０
の直径方向のひずみ（横ひずみ）の変化量を所定の振中
値に保ったひずみ制御の低サイクル疲労試験が可能とな
る。

上述の如く、この種疲労試験においては、繰返し荷重を
加えることによって試験片１０に外径の変化が生じる。

この外径変化によって金属製リング２に固定された支持
棒４，４′は、第３図に誇張して示すように、リング２
の中心と試験片１０の中心とを結ぶ直線１２に対し、若
干傾くことになる。

しかしながら、ナイフェツジ３．３′は、前記支持棒４
，４′からそれぞれ２個の独立した引張りばね５，５ａ
および５’ 、５ａ’によって金属製リング２０両端
部に押しつげられているので、試験片に繰返し荷重によ
る多少の外径変化がもたらされても、上述した支持棒４
，４′の傾きは前記引張りばねに吸収され、その結果、
両ナイフェツジ３，３′は常に試験片１０の直径上で試
験片１０の外周に接触することとなり、正確なひずみ検
出が遠戚される。

この態様は第３図に明瞭に示される。

このように、本考案では、ナイフェツジが引張りばねに
よって金属製リングに押しつげられながら、リングのば
ね作用によってリングとともにナイフェツジが試験片に
圧接するので、試験片の寸法変化にナイフェツジおよび
リングが正確に追従する。

なお、ナイフェツジとリングとの連結は図示実施例の態
様に限定されるものではなく、ナイフェツジ３．３′が
試験片の寸法変化に正確に追従し、しかもそれによる両
ナイフェツジ３．３′の間隔の変化が金属製リングのひ
ずみ変化に伝達されるような構成であればよい。

ひずみゲージの貼付は位置も、図示実施例に限定されな
いことは勿論である。

さらに、本考案の検出器は、従来の検出器と異なり、試
験片に何ら特別な加工を施すことなく、試験片に密接し
て取付けられるので、常温大気中での試験と全く同一形
状の丸棒試験片を用いることが可能となり、大気中での
試験結果との比較も非常に正確に行ない得る。

測定精度はフルスケールに対し、±２φ以下であること
が確認されている。

また、図示の構成からも分かるように、検出器の試験片
への取付けを、弾性リングによるばねの作用を利用して
行ない、小型軽量であるので金属リング２の重量を受け
るに足るやわらかいばね（図示せず）で吊ることのほか
、他の取付は治具を一切用いておらず、試験片に不要な
負担をかげることがなく、冷媒中に試験片および検出器
を浸漬することも簡単に行え、その場合でも試験中に試
験片の中央部の観察が容易となり、低サイクル疲労試験
において重要な試験片の亀裂発生状態も直接観察するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係るひずみ検出器を丸棒試
験片に取付けた状態を示す平面断面図、第２図は第１図
の矢視Ａからみた側面図、第３図は試験中の試験片の外
径変化にナイフェツジが追従する態様を誇張して示した
部分的な平面断面図である。 １・・・・・・ひずみ検出器、２・・・・・・金属製リ
ング、３・・・・・・ナイフェツジ、４・・・・・・支
持棒、５・・・・・・引張りばね、６・・・・・・ひず
みゲージ、７・・・・・・ひずみ増巾器、１０・・・・
・・試験片。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 金属製弾性リングの一部を切断し、その切断部の両端に
   スリットを形成して該スリットにそれぞれ試験片の両側
   部に圧接され得るナイフェツジを遊嵌せしめるとともに
   前記リングの前記切断部の両端近傍に支持棒を固着し、
   前記ナイフェツジの両端を各々一対の引張りばねによっ
   て前記支持棒に連結し、一対の前記ナイフェツジの間隔
   の変化により前記金属製弾性リングの曲率変化が生ずる
   部分に、ひずみゲージを貼付けたことを特徴とする金属
   疲労試験用ひずみ検出器。