JPS6251414B2 - - Google Patents
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- JPS6251414B2 JPS6251414B2 JP21323283A JP21323283A JPS6251414B2 JP S6251414 B2 JPS6251414 B2 JP S6251414B2 JP 21323283 A JP21323283 A JP 21323283A JP 21323283 A JP21323283 A JP 21323283A JP S6251414 B2 JPS6251414 B2 JP S6251414B2
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- Japan
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- test piece
- heat
- heat actuator
- testing machine
- actuator
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/022—Environment of the test
- G01N2203/0222—Temperature
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
本発明は材料の疲れ試験機、特に低速長時間の
疲れ試験に好適な材料の疲れ試験機に関する。 従来、材料の荷重あるいはひずみの繰返し下に
おける疲れ特性を調べる方法には多くの方法が知
られている。 材料の疲れ試験の中には、高温疲れのように、
クリープと疲れが重畳するクリープ疲れ試験、あ
るいは腐食環境下の腐食疲れ試験等の場合、低速
度繰返しで数ケ月というような極めて長時間の連
続試験を要するものがある。 従来の材料疲れ試験機における駆動形式として
は、油水圧シリンダとピストンを利用するもの、
電動モータとカムやネジ機構を使用するもの、電
磁力、その他による共振を利用するもの等が一般
的である。 これらの疲れ試験機は基本的に機械的可動部を
有し、長期低速運転に対して、保守管理、運転費
の面で問題が生じ易く、そのうえ運転中の騒音や
安全性の面でも問題点が多い。特に機械可動部を
多く持つものは試験機が大型複雑化し、製作も割
高となり、長期的には故絹障率も高くなる等の問
題点が多かつた。 本発明は前記のような問題点を解消すべくなさ
れたもので、その目的は機械的可動部をなくし、
簡単で、かつ長期低速運転に適する材料の疲れ試
験機を提供するにある。 本発明の要旨は、金属棒あるいは金属管の加熱
冷却により熱膨張、熱収縮を駆動源とするヒート
アクチユエータを用い、試験片のひずみまたは荷
重の大きさにより、試験片とは熱的に絶縁したヒ
ートアクチユエータの加熱冷却を制御することに
よつて試験片に所望のひずみまたは荷重を繰返し
与えるようにしたことを特徴とする材料の疲れ試
験機にある。 本発明の試験機を図面に基づいて説明すると、
第１図は本発明の試験機の概要を示す側面図であ
る。図中、１は試験片で、これは通常の方法でチ
ヤツク３ａ，３ｂを介して取付けられる。２は金
属棒、好ましくは熱容量が小さく、かつ座屈に対
して強い薄肉金属管の表面に電熱線５を備え、金
属棒を加熱冷却するようにしたヒートアクチユエ
ータで、金属棒２の端部４ａ，４ｂは熱を他に伝
達させないため、断面積減少部を設けたり、放熱
フインを設けたり、あるいは水冷、空冷等により
強制冷却する。ヒートアクチユエータ２の上端部
４ａと下チヤツク３ｂは、板バネ６によりフレー
ム７に保持され、試験片１に曲げ荷重が作用する
のを防止している。板バネは同時にヒートアクチ
ユエータ２からの対流による熱伝達を防ぐ作用を
する。 本試験機の運転に際しては、電熱線５に通す電
流を試験片１に取付けた伸び計８の信号により開
閉させてひずみ制御試験を、またチヤツク３ａに
連なるロードセル９の信号により開閉させて荷重
制御試験を行つてもよい。 第１図に示す試験片１とヒートアクチユエータ
２を直列に配置するものではヒートアクチユエー
タ２の加熱の際、試験片１に圧縮・冷却による引
張り荷重を生ずるが、その変化速度は電熱線５の
発熱量とヒートアクチユエータ２の冷却方法によ
り広範囲に選ぶことができる。 ヒートアクチユエータ２の温度をT1とT2の間
に変化させるとき、試験片１には原理的にほぼ の相対ひずみを生ずる。ただし、αは金属棒の熱
膨張係数、l1，A1は試験片の有効長さと断面積、
l2，A2は金属棒の有効長と断面積を表わす。フレ
ームの剛性は十分高いとした。 l1／l2、A1／A2はどちらも容易に1/20以下にす
ることができ、金属棒の材料としてステンレス鋼
を用いると、α＝1.8×10-5／℃であるから、T2
−T1＝200℃とすると、ε0.036となる。 一般的なひずみ制御の疲れ試験において繰返さ
れるひずみ幅は0.001〜0.02程度の範囲であるか
ら、十分有効な疲れ試験が可能であることが分
る。 第２図は本発明の試験機の構造形式の例を示す
ものである。図は構造の変わつた部分を示し、他
は第１図に示す構造で略す。 第２図イは第１図に示すものと同じで、試験片
１とヒートアクチユエータ２を直列に連ねたもで
ある。これはヒートアクチユエータ２の加熱に際
し、試験片１に圧縮が作用するものである。 第２図ロは試験片１に対し、２個のヒートアク
チユエータ２ａ，２ｂを並列に配したもので、両
ヒートアクチユエータ２ａ，２ｂの同時加熱に際
し、試験片１に引張りが作用し、ヒートアクチユ
エータと試験片の間の熱の遮断が容易である利点
がある。 第２図ハはヒートアクチユエータ２を管構造と
し、その内部を貫通して他端に連なる軸により試
験片１に力を作用させるので、形式的には第２図
ロと同様な並列型であり、ヒートアクチユエータ
の加熱の際、試験片に引張りが作用する。 第２図ニは３個のヒートアクチユエータ２ａ，
２ｂ，２ｃを有する直並二重型で、直列ヒートア
クチユエータ２ａと並列ヒートアクチユエータ２
ｂと２ｃとをそれぞれ独立に制御することにより
優れた性能を得ることができる。例えば直列ヒー
トアクチユエータが冷却過程にあるとき同時に並
列ヒートアクチユエータを加熱し、また逆に一方
を加熱するき同時に他方を冷却するようにして、
引張り圧縮の幅や速度を倍加することができるほ
か、一方を試験片に加える荷重振幅の制御に、他
方を平均荷重の制御に用いることにより、振幅と
平均値を独立に制御するプログラム荷重試験を行
うことができる。 第２図ホは直列ヒートアクチユエータ２ａと並
列ヒートアクチユエータ２ｂを同軸二重構造とし
た直並二重型のもので、第２図ニと同じ使い方を
することができる。 なお、前記イ，ハ，ホは複数の装置を並べて設
置する場合に相隣り合うフレームの支柱を共有さ
せることが可能であるから、低速長時間試験に不
可欠な試験機台数の増加に有利である。 また、ヒートアクチユエータを適当な支点やレ
バーを組合せ用いることにより、ねじり形式、曲
げ形式、それらの組合せなど多様な疲れ試験形式
に適用可能である。第３図は曲げ形式、第４図は
ねじり形式ものを示す。図中の各番号は前記と同
じである。 実施例
疲れ試験に好適な材料の疲れ試験機に関する。 従来、材料の荷重あるいはひずみの繰返し下に
おける疲れ特性を調べる方法には多くの方法が知
られている。 材料の疲れ試験の中には、高温疲れのように、
クリープと疲れが重畳するクリープ疲れ試験、あ
るいは腐食環境下の腐食疲れ試験等の場合、低速
度繰返しで数ケ月というような極めて長時間の連
続試験を要するものがある。 従来の材料疲れ試験機における駆動形式として
は、油水圧シリンダとピストンを利用するもの、
電動モータとカムやネジ機構を使用するもの、電
磁力、その他による共振を利用するもの等が一般
的である。 これらの疲れ試験機は基本的に機械的可動部を
有し、長期低速運転に対して、保守管理、運転費
の面で問題が生じ易く、そのうえ運転中の騒音や
安全性の面でも問題点が多い。特に機械可動部を
多く持つものは試験機が大型複雑化し、製作も割
高となり、長期的には故絹障率も高くなる等の問
題点が多かつた。 本発明は前記のような問題点を解消すべくなさ
れたもので、その目的は機械的可動部をなくし、
簡単で、かつ長期低速運転に適する材料の疲れ試
験機を提供するにある。 本発明の要旨は、金属棒あるいは金属管の加熱
冷却により熱膨張、熱収縮を駆動源とするヒート
アクチユエータを用い、試験片のひずみまたは荷
重の大きさにより、試験片とは熱的に絶縁したヒ
ートアクチユエータの加熱冷却を制御することに
よつて試験片に所望のひずみまたは荷重を繰返し
与えるようにしたことを特徴とする材料の疲れ試
験機にある。 本発明の試験機を図面に基づいて説明すると、
第１図は本発明の試験機の概要を示す側面図であ
る。図中、１は試験片で、これは通常の方法でチ
ヤツク３ａ，３ｂを介して取付けられる。２は金
属棒、好ましくは熱容量が小さく、かつ座屈に対
して強い薄肉金属管の表面に電熱線５を備え、金
属棒を加熱冷却するようにしたヒートアクチユエ
ータで、金属棒２の端部４ａ，４ｂは熱を他に伝
達させないため、断面積減少部を設けたり、放熱
フインを設けたり、あるいは水冷、空冷等により
強制冷却する。ヒートアクチユエータ２の上端部
４ａと下チヤツク３ｂは、板バネ６によりフレー
ム７に保持され、試験片１に曲げ荷重が作用する
のを防止している。板バネは同時にヒートアクチ
ユエータ２からの対流による熱伝達を防ぐ作用を
する。 本試験機の運転に際しては、電熱線５に通す電
流を試験片１に取付けた伸び計８の信号により開
閉させてひずみ制御試験を、またチヤツク３ａに
連なるロードセル９の信号により開閉させて荷重
制御試験を行つてもよい。 第１図に示す試験片１とヒートアクチユエータ
２を直列に配置するものではヒートアクチユエー
タ２の加熱の際、試験片１に圧縮・冷却による引
張り荷重を生ずるが、その変化速度は電熱線５の
発熱量とヒートアクチユエータ２の冷却方法によ
り広範囲に選ぶことができる。 ヒートアクチユエータ２の温度をT1とT2の間
に変化させるとき、試験片１には原理的にほぼ の相対ひずみを生ずる。ただし、αは金属棒の熱
膨張係数、l1，A1は試験片の有効長さと断面積、
l2，A2は金属棒の有効長と断面積を表わす。フレ
ームの剛性は十分高いとした。 l1／l2、A1／A2はどちらも容易に1/20以下にす
ることができ、金属棒の材料としてステンレス鋼
を用いると、α＝1.8×10-5／℃であるから、T2
−T1＝200℃とすると、ε0.036となる。 一般的なひずみ制御の疲れ試験において繰返さ
れるひずみ幅は0.001〜0.02程度の範囲であるか
ら、十分有効な疲れ試験が可能であることが分
る。 第２図は本発明の試験機の構造形式の例を示す
ものである。図は構造の変わつた部分を示し、他
は第１図に示す構造で略す。 第２図イは第１図に示すものと同じで、試験片
１とヒートアクチユエータ２を直列に連ねたもで
ある。これはヒートアクチユエータ２の加熱に際
し、試験片１に圧縮が作用するものである。 第２図ロは試験片１に対し、２個のヒートアク
チユエータ２ａ，２ｂを並列に配したもので、両
ヒートアクチユエータ２ａ，２ｂの同時加熱に際
し、試験片１に引張りが作用し、ヒートアクチユ
エータと試験片の間の熱の遮断が容易である利点
がある。 第２図ハはヒートアクチユエータ２を管構造と
し、その内部を貫通して他端に連なる軸により試
験片１に力を作用させるので、形式的には第２図
ロと同様な並列型であり、ヒートアクチユエータ
の加熱の際、試験片に引張りが作用する。 第２図ニは３個のヒートアクチユエータ２ａ，
２ｂ，２ｃを有する直並二重型で、直列ヒートア
クチユエータ２ａと並列ヒートアクチユエータ２
ｂと２ｃとをそれぞれ独立に制御することにより
優れた性能を得ることができる。例えば直列ヒー
トアクチユエータが冷却過程にあるとき同時に並
列ヒートアクチユエータを加熱し、また逆に一方
を加熱するき同時に他方を冷却するようにして、
引張り圧縮の幅や速度を倍加することができるほ
か、一方を試験片に加える荷重振幅の制御に、他
方を平均荷重の制御に用いることにより、振幅と
平均値を独立に制御するプログラム荷重試験を行
うことができる。 第２図ホは直列ヒートアクチユエータ２ａと並
列ヒートアクチユエータ２ｂを同軸二重構造とし
た直並二重型のもので、第２図ニと同じ使い方を
することができる。 なお、前記イ，ハ，ホは複数の装置を並べて設
置する場合に相隣り合うフレームの支柱を共有さ
せることが可能であるから、低速長時間試験に不
可欠な試験機台数の増加に有利である。 また、ヒートアクチユエータを適当な支点やレ
バーを組合せ用いることにより、ねじり形式、曲
げ形式、それらの組合せなど多様な疲れ試験形式
に適用可能である。第３図は曲げ形式、第４図は
ねじり形式ものを示す。図中の各番号は前記と同
じである。 実施例
【表】
【表】
【表】
上記条件で第(1)式から試験片ひずみεを計算す
ると0.013となる。しかし試験機のチヤツク部の
剛性を考慮に入れると試験片有効長さに加わるひ
ずみは計算値の約1/2となり、実際の伸び計から
検出されるひずみ及び一定に制御するひずみは
0.006であつた。第５図，第６図にそれぞれ直列
型ヒートアクチユエータの温度Ｔ、試験片ひずみ
εα時間的ｔ変化を示す。試験片ひずみはヒート
アクチユエータの温度変化によつて生じるもので
あるから、第６図のように、ヒートアクチユエー
タの温度変化曲線と同様に曲線で変化し、１サイ
クル当りの時間も20分程度となつたが、試験片に
一定のひずみ幅0.006で繰返し変形を与えるとい
う所期の目的を達成することができた。図におい
て、１０は試験片伸び計取り付け、１１は試験開
始、１２は空冷、１３は加熱、１４は引張り、１
５は圧縮を示す。 以上のように、本発明の材料の疲れ試験機は次
のような特長を有する。 １ 機械的可動部を有しないため、無騒音、無公
害で長期間メンテナンスフリーで稼働できる。 ２ 構造的に簡単であるため、小型、軽量化で
き、限られた設置面積に多数の試験機を収容で
きる。 ３ 試験機の製作費、運転経費ともに大巾に切下
げ得る。 ４ 試験片温度はヒートアクチユエータ温度と
は、独立に制御可能である。 ５ クリープ疲れ試験のように、１サイクル最大
10時間、総試験時間１万時間というような長期
間試験も経済的にできる。 ６ 応力腐食割れのような腐食環境下の試験も行
うことができる。
ると0.013となる。しかし試験機のチヤツク部の
剛性を考慮に入れると試験片有効長さに加わるひ
ずみは計算値の約1/2となり、実際の伸び計から
検出されるひずみ及び一定に制御するひずみは
0.006であつた。第５図，第６図にそれぞれ直列
型ヒートアクチユエータの温度Ｔ、試験片ひずみ
εα時間的ｔ変化を示す。試験片ひずみはヒート
アクチユエータの温度変化によつて生じるもので
あるから、第６図のように、ヒートアクチユエー
タの温度変化曲線と同様に曲線で変化し、１サイ
クル当りの時間も20分程度となつたが、試験片に
一定のひずみ幅0.006で繰返し変形を与えるとい
う所期の目的を達成することができた。図におい
て、１０は試験片伸び計取り付け、１１は試験開
始、１２は空冷、１３は加熱、１４は引張り、１
５は圧縮を示す。 以上のように、本発明の材料の疲れ試験機は次
のような特長を有する。 １ 機械的可動部を有しないため、無騒音、無公
害で長期間メンテナンスフリーで稼働できる。 ２ 構造的に簡単であるため、小型、軽量化で
き、限られた設置面積に多数の試験機を収容で
きる。 ３ 試験機の製作費、運転経費ともに大巾に切下
げ得る。 ４ 試験片温度はヒートアクチユエータ温度と
は、独立に制御可能である。 ５ クリープ疲れ試験のように、１サイクル最大
10時間、総試験時間１万時間というような長期
間試験も経済的にできる。 ６ 応力腐食割れのような腐食環境下の試験も行
うことができる。
第１図は本発明の試験機の概要図、第２図イ，
ロ，ハ，ニ，ホは本発明の試験機の構造形式図、
第３図及び第４図はそれぞれ、曲げ形式、、ねじ
り形式を付加した図、第５図は試験時におけるヒ
ートアクチユエータの時間的温度変化図、第６図
は試験時における試験片ひずみの時間的変化図を
示す。 １：試験片、２，２ａ，２ｂ，２ｃ：ヒートア
クチユエータ、３ａ，３ｂ：チヤツク、４ａ，４
ｂ：ヒートアクチユエータ端部、５：電熱線、
６：板バネ、７：フレーム、８：伸び計、９：ロ
ードセル、１０：試験片伸び計取付け時、１１：
試験開始、１２：空冷、１３：加熱、１４：引張
り、１５：圧縮。
ロ，ハ，ニ，ホは本発明の試験機の構造形式図、
第３図及び第４図はそれぞれ、曲げ形式、、ねじ
り形式を付加した図、第５図は試験時におけるヒ
ートアクチユエータの時間的温度変化図、第６図
は試験時における試験片ひずみの時間的変化図を
示す。 １：試験片、２，２ａ，２ｂ，２ｃ：ヒートア
クチユエータ、３ａ，３ｂ：チヤツク、４ａ，４
ｂ：ヒートアクチユエータ端部、５：電熱線、
６：板バネ、７：フレーム、８：伸び計、９：ロ
ードセル、１０：試験片伸び計取付け時、１１：
試験開始、１２：空冷、１３：加熱、１４：引張
り、１５：圧縮。
Claims (1)
- １ 金属棒あるいは金属管の加熱冷却による熱膨
張、熱収縮を駆動源とするヒートアクチユエータ
を用い、試験片のひずみまたは荷重の大きさによ
り、試験片とは熱的に絶縁したヒートアクチユエ
ータの加熱冷却を制御することによつて試験片に
所望のひずみまたは荷重を繰返し与えるようにし
たことを特徴とする材料の疲れ試験機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21323283A JPS60105941A (ja) | 1983-11-15 | 1983-11-15 | 材料の疲れ試験機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21323283A JPS60105941A (ja) | 1983-11-15 | 1983-11-15 | 材料の疲れ試験機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60105941A JPS60105941A (ja) | 1985-06-11 |
| JPS6251414B2 true JPS6251414B2 (ja) | 1987-10-29 |
Family
ID=16635715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21323283A Granted JPS60105941A (ja) | 1983-11-15 | 1983-11-15 | 材料の疲れ試験機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60105941A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0660100A3 (en) * | 1993-12-10 | 1996-02-21 | Inst Michanikis Ylikon Kai Geo | Sample to obtain a uniform distribution of stresses and triaxial stresses in tension at a low or high temperature. |
| EP0687899B1 (en) * | 1994-06-14 | 2000-10-11 | Instituto Michanikis Ylikon Kai Geodomon A.E. | Specimen geometric configuration for uniform shear distribution during testing |
| KR101209909B1 (ko) | 2010-07-30 | 2012-12-10 | 한국전력공사 | 가스터빈 고온부품 내구성 평가방법 |
-
1983
- 1983-11-15 JP JP21323283A patent/JPS60105941A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60105941A (ja) | 1985-06-11 |
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