试验装置的制造方法
试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及强度的试验装置。
【背景技术】
[0002]在汽车、铁路等运输机械、挖土机、翻斗机等施工机械、以及风力发电、波力发电等自然能发电系统的结构体系中，由于各种原因，在运转时会，复杂的负荷产生交变作用。该交变负荷是多轴交变负荷，负荷波形的振幅随时间而发生变化，且负荷方向也发生变化，根据情况的不同有可能引起所述机械的疲劳破坏。为了避免这样的疲劳破坏，相对于多轴交变负荷的疲劳现象的把握就非常重要。以此为目的，发明、开发了能够进行多轴交变负荷的疲劳试验的多轴强度试验装置。
[0003]最通常的多轴强度试验装置是具有如下结构的装置:其将棒状、圆筒状的试验片的一端固定，在一端施加轴向负荷(拉伸、压缩负荷)和扭转负荷的两轴负荷而进行试验。与后述的其他的多轴强度试验装置具有两轴以上的试验轴的情况相对，该类型的多轴试验装置的试验轴是一轴。该类型的多轴试验装置具有轴向负荷用的线性致动器和扭转负荷用的旋转致动器这两个致动器。通过这些致动器而使轴向负荷波形和扭转负荷波形的相位变化，能够进行多轴负荷的试验，其中，该多轴负荷是在试验片产生的多轴应力的主应力方向随时间而发生变化的多轴负荷(被称为非比例负荷)。但是，在该类型的试验装置中，仅限于能够在试验片上实现的多轴应力状态。具体而言，该装置能够在由最大主应力σ?、最小主应力σ 3求得的主应力比λ (λ = σ 3/o I)进入-1彡λ彡O的范围的多轴应力状态下进行试验。
[0004]为了实施超过该主应力比的范围的试验，开发了具有非专利文献I所述的结构的多轴试验装置。在该装置中，相对于大致十字形状的试验片，为了分别向十字的四处端部施加负荷而各自配置一个、合计配置四个线性致动器。两个致动器以相向形式配置而构成一轴试验结构，能够通过两组一轴试验结构进行两轴负荷的多轴疲劳试验。通过相向的两个致动器的轴中心的试验轴与由另一对致动器构成的试验轴相交于一点，该点与试验片中心一致。通过控制由各致动器产生的负荷，能够在包括试验片中心在内的试验片的中央区域产生多轴应力状态。在该装置中，能够在前述的主应力比处于-1 < λ < I的范围的多轴应力状态下实施试验，但关于前述的非比例负荷，只能进行一部分的非比例负荷的试验。另夕卜，由于以两个致动器构成一轴试验结构，因而为了将试验片中心维持在试验轴的交点，需要以高精度控制相向的致动器。
[0005]在专利文献I中，公开了如下装置:该装置包括三组以上的机械负荷用的一轴试验结构，且具有磁性材料的磁特性测定机构。通过该装置，能够在任意的多轴应力状态下进行磁性材料的磁特性评价。对应于三组以上的一轴试验结构而存在的三个以上的试验轴交叉于某一点，该交点存在于试验片的中央区域。根据提出的应力施加机构，能够在试验片的中央区域产生多轴应力状态。在此专利公开的装置结构中，能够实现主应力比处于-K λ < I的范围的多轴应力状态，而且能够使多轴应力的主应力朝向任意的方向。试验片的形状是与试验轴的个数、轴的方向相匹配，从试验片中央放射状地延伸出端部的形状。在此专利文献的实施例中公开了在试验片的端部设置用于使拉伸载荷及压缩载荷作用的负荷机构(配重、液压致动器)的装置结构。这意味着其与非专利文献I相同，以两个致动器构成一轴试验结构。
[0006]在专利文献2中，与专利文献I相同，公开了具备多个一轴试验结构的多轴万能试验装置。与一轴试验结构的个数相同而存在的试验轴以交叉于某一点的方式构成装置。由于在各轴的两端具备电动致动器，因而在以两个致动器构成一轴试验结构的观点中，该装置具有与非专利文献I相同的装置结构。与专利文献I相同，其能够实现主应力比处于-1 < λ < I的范围的多轴应力状态，而且能够使多轴应力的主应力朝向任意的方向。
[0007]在先技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2012-202974号公报
[0010]专利文献2:日本特表2007-510151号公报
[0011]非专利文献
[0012]非专利文献1:《关于使用十字型试验片的高温二轴低循环疲劳的研宄》材料，第37 卷，第 414 号，ρρ340 ?346，1988 年
[0013]在具有两轴以上的试验轴，且试验轴以交叉于某一点的方式构成装置的情况下，在试验轴的交点配置试验片的中央区域，在其中央区域产生多轴应力状态。因此，为了在试验轴的交点配置试验片的中央区域，需要将试验片固定于装置，并施加载荷。非专利文献1、专利文献I及2记载的试验装置，为了得到一轴试验结构而相向配置两个载荷负荷装置(致动器等)。在采用这样的一轴试验结构的情况下，如果相向的载荷负荷装置的负荷的平衡被破坏，则会在试验片中央区域与试验轴的交点产生位置偏离。如专利文献I所述，在以产生多轴应力状态为目的的情况下，试验片中央区域与试验轴的交点的稍微的位置偏离不是问题。但是，为了明确由多轴负荷导致的疲劳现象，必须在试验片的中央区域产生交变多轴应力，使试验片的中央区域发生疲劳破坏。当试验片是从试验片中央放射状地延伸出端部的形状(在试验轴为两轴时是十字形状)的试验片时，从装夹在装置的试验片端部开始直到中央的部分被称为臂部，如果试验片中央区域与试验轴的交点产生位置偏离，则弯曲载荷作用于臂部。由于该弯曲载荷，有可能在试验片的中央区域产生疲劳破坏前在臂部的根部产生疲劳破坏。为了避免在试验片的不希望产生疲劳破坏的部位产生的疲劳破坏，在非专利文献1、专利文献I及2记载的试验装置中，必须以试验轴的交点始终被包含于试验片中央区域的方式严密地控制相向的载荷负荷装置的负荷。
[0014]另外，本来，为了实现一轴试验结构，如采用通常的单轴的强度试验装置那样，采用沙漏型、哑铃型等试验片的一端固定、在另一端配置施加载荷的致动器的装置结构即可。即，为了构成一轴试验结构，最低只要具有一个载荷负荷装置即可。与此相对，在非专利文献1、专利文献I及2记载的装置中，一轴试验结构包括两个载荷负荷装置，若试验轴的个数增加，则导致装置非常高价。
【发明内容】
[0015]本发明是鉴于上述现有技术中存在的相关问题而作出的，更具体而言，其目的在于，提供一种强度的试验装置，在具有多个试验轴的试验装置中，载荷负荷装置个数少而廉价，且在试验过程中试验轴的交点被自动调整到试验片的中央区域。
[0016]用于解决课题的方案
[0017]在本发明中，为了解决上述课题，例如，采用在技术方案中记载的结构。在本发明中，包括多个解决上述课题的手段，举其中一例而言，提出了一种试验装置，该试验装置包括多组一轴试验结构，该一轴试验结构由以下构件构成:致动器，该致动器能够直线移动，并向试验体施加负荷；致动器固定台，该致动器固定台将该致动器保持在规定位置；反力台，该反力台具备设置在该致动器的端部的夹具和成对地夹住试验片的另一夹具；以及底座，该底座连结该致动器固定台与该反力台，将该一轴试验结构配置成，通过各致动器的大致轴中心的试验轴全部相交于一点，且被包含在同一平面中。
[0018]此外，在试验过程中，试验轴的交点被自动地配置在试验片的中央区域，为了从试验片的中央区域产生疲劳破坏，各一轴试验结构被配置成，能够与包括全部试验轴在内的平面平行地移动或者位置固定，该试验轴通过各致动器的大致轴中心，在未安装试验片的状态下，其他的一轴试验结构不会妨碍能够移动的一轴试验结构的动作。
[0019]发明效果
[0020]根据本发明，由于一轴试验结构中包含一个载荷负荷装置，所以即使准备三组一轴试验结构，所需的致动器的个数也是三个，因此，能够提供廉价而稳定地进行试验的多轴强度试验装置。另外，对于除上述内容以外的课题、结构及效果，能够根据以下的实施方式的说明而明确。
【附图说明】
[0021]图1是表示强度试验装置的整体的示意图。
[0022]图2是表示第一实施方式的强度试验装置的第一结构例的立体图。
[0023]图3是表示第一实施方式的强度试验装置的第一结构例的俯视图。
[0024]图4是在第一实施方式的强度试验装置的第一结构例之中只抽出45。轴的试验结构而表示的立体图。
[0025]图5是在第一实施方式的强度试验装置的第一结构例之中只抽出O。轴的试验结构而表示的立体图。
[0026]图6是表示第一实施方式的强度试验装置的第一结构例的主视图。
[0027]图7是在第一实施方式的强度试验装置的第一结构例中安装了试验片的情况的立 体图。
[0028]图8是表示在第一实施方式的强度试验装置的第一结构例中供试验的试验片的立体图。
[0029]图9是表示从第一实施方式的强度试验装置的第一结构例派生出的结构例的立体图。
[0030]图10是表示从第一实施方式的强度试验装置的第一结构例派生出的结构例的主视图。
[0031]图11是表示第一实施方式的强度试验装置的第一结构例的示意图。
[0032]图12是表示从第一实施方式的强度试验装置的第一结构例派生出的结构例的示意图。
[0033]图13是表示第一实施方式的强度试验装置的第二结构例的示意图。
[0034]图14是表示第二实施方式的强度试验装置的第一结构例的立体图。
[0035]图15是表示在第二实施方式的强度试验装置的第一结构例之中只抽出O。轴的试验结构的立体图。
[0036]图16是表示第二实施方式的强度试验装置的第一结构例的示意图。
[0037]图17是表示第二实施方式的强度试验装置的第二结构例的示意图。
[0038]图18是表示第三实施方式的强度试验装置的第一结构例的示意图。
[0039]图19是表示第三实施方式的强度试验装置的第二结构例的示意图。
[0040]图20是表示第四实施方式的强度试验装置的结构例的示意图。
[0041]图21是表示上述第四实施方式的强度试验装置的其他的结构例的局部放大俯视图。
[0042]附图标记说明
[0043]L...致动器(O。轴用)、2…致动器(45。轴用)、3…致动器(90。轴用)、4…底座(O。轴用)、5...底座(45。轴用)、6…底座(90。轴用)、7…反力台(O。轴用)、8…反力台(45 °轴用)、9…反力台(90 °轴用)、lla…夹具(致动器侧)、Ilb…夹具(反力台侧)、12…两轴直线导轨、13...0。试验轴、14...45。试验轴、15...90。试验轴、16...试验片(O °、45 °、90。臂形)、17…试验片臂根部(O。-45。间)、18…试验片臂根部(O。-90
。间)、19…试验片中央区域、20...试验轴交点、21...通过试验轴交点，垂直于包括试验轴在内的平面的轴、22...试验片中心、23...试验片臂部(O °、45 ° )、24…试验片臂部(90。)、25...1轴直线导轨、31...60。试验轴、32...致动器(60。轴用)、33…致动器(120。轴用)、34…120。试验轴、35...底座(60。轴用)、36…底座(120。轴用)、38…反力台(60。轴用)、39…反力台(120 °轴用)、40…致动器固定台(O °轴用)、41…致动器固定台(45。轴用)、42…致动器固定台(90。轴用)、43…加固构件(O。轴用)、44…加固构件(45 。轴用)、45…加固构件(90。轴用)、46…主体框架设置面、50...—轴试验结构(O。轴用)、
51----轴试验结构(45。轴用)、56…试验片(O °、60 °、120。臂形)、66…试验片(十字形)、100…强度试验装置、101…主体框架、102…致动器、103…载荷传感器、104...控制装置、105...液压源、106…数据收集系统。
【具体实施方式】
[0044]以下，用附图详细地说明本发明的实施方式。
[0045]首先，利用图1，对本发明的实施方式中通用的强度试验装置100的整体结构进行说明。在主体框架101上安装有用于向试验片施加载荷的致动器102、用于检测载荷的载荷传感器103。主体框架101为了在试验过程中将致动器102和载荷传感器103保持在某个位置，具有相对于致动器102产生的载荷足够刚度的结构。致动器102和载荷传感器103对应于试验轴的个数在主体框架101上配置有多个。致动器102适用可动部进行直线运动的线性致动器。在利用液压对致动器102进行驱动的情况下，强度试验装置100包括液压源105。但是，本发明的强度试验装置100不仅是液压驱动的致动器，也能够由电动致动器、其他的载荷负荷装置等构成。致动器102由控制装置104控制载荷或直线运动的行程量。控制装置104对载荷传感器103、未图示的其他的检测器(位移仪等)的输出进行监视，同时进行反馈控制以便使致动器102产生规定的载荷、行程量。既存在使用与致动器102的个数相同的控制装置104的情况，也存在适用能够对多个致动器102进行同时控制的控制装置104的情况。数据收集系统105是用于预先记录控制装置104监视控制的载荷、行程量等的系统，使用PC等。在由控制装置104对未图示的检测器的输出监视控制的情况下，也能够由数据收集系统105对其输出进行记录。
[0046][实施方式I]
[0047]以下，利用图2?11对本发明的第一实施方式的强度试验装置的第一结构例进行说明。图2是强度试验装置的主体框架的立体图，图3是从与主体框架设置面(平行于包括全部的试验轴在内的平面的面)垂直的方向看图2的主体框架的俯视图，图4及5是表示从图2的主体框架抽出不同的一轴试验结构而表示的图，图6是从与设置面水平的方向看图2的主体框架的主视图，图7是在图2的主体框架上安装了试验片的情况的立体图，图8是试验片的立体图，图9是在图2的主体框架上安装了加固构件时的立体图，图10是从与图2相同的方向看图9的主视图，图11是图2的主体框架的主要结构要素的示意图。
[0048]如图2、3所示，主体框架101具有三组一轴试验结构，包括:三个致动器1、2、3 ?’三个致动器固定台40、41、42 ;三个反力台7、8、9 ;以及三个底座4、5、6。即，实现如下的试验结构:0。轴13的试验结构，其由致动器1、致动器固定台40、反力台7连结于底座4而形成；45。轴14的试验结构，其由致动器2、致动器固定台41、反力台8连结于底座5而形成；90
。轴15的试验结构，其由致动器3、致动器固定台42、反力台9连结于底座6而形成。这三组一轴试验结构配置成:在图3的俯视图中，O。轴13与45。轴14呈45。角、45。轴14与90。轴15呈45。角。通过致动器1、2、3的大致轴中心的试验轴是O。轴13、45。轴14及90。轴15，它们在轴交点20相交，被包含于同一平面内。
[0049]图4和5分别是从图2的主体框架抽出45。轴14的试验结构51的图和抽出O。轴13的试验结构50的图。致动器1、2、3可直线移动而产生向试验片施加的载荷，并在端部安装有夹具11a。与该夹具Ila成对的夹具Ilb安装于反力台7、8、9，通过夹具IlaUlb而装夹试验片。另外，为了检测致动器产生的载荷的大小，载荷传感器103被安装于致动器与夹具Ila之间。在该结构例中，载荷传感器103被安装于致动器与夹具I Ia之间，但也可以在反力台7、8、9与夹具Ilb之间配置载荷传感器103。
[0050]包含于45 °轴14的试验结构的底座5的位置是被固定的。另一方面，如图5所示，在包含于O。轴13的试验结构的底座4与包含于90 °轴的试验结构的底座6上，安装有两轴直线导轨12。另外，如图6所示，底座4、5及6平行于包括试验轴13、14及15在内的平面而配置，在底座4与5之间设置有距离为h2的间隔、在底座4与6之间设置有距离为hi的间隔。这样，各底座配置成不干涉，且通过两轴直线导轨12，包括底座4的O。轴13的试验结构和包括底座6的90。轴15的试验结构能够在未安装试验片的状态下，与包括试验轴13、14及15在内的平面平行地移动。
[0051]如图7所示，图8的试验片16由夹具装夹而供试验，该试验片16通过轴交点20，且轴21通过试验片中心22，该轴21垂直于包括试验轴13、14及15在内的平面。试验片16是从试验片中央向试验轴方向即O °、45。及90。方向延伸出端部的形状。在试验片16的中央区域19，能够通过致动器1、2及3而再现在构成构造物的板的表面出现的任意的多轴应力状态。
[0052]在此，对三组一轴试验结构的多轴应力的产生原理进行简单的说明。对于通过包含于O °轴13的试验结构的致动器I的载荷IkN而在试验片的中央区域19产生的O。、45。及90。方向的垂直应力，将其定义为“ σ O-OACT”、“ σ 45-0ACT”及“ σ 90-0ACT”。同样地，对于通过包含于45。轴14的试验结构的致动器2的载荷IkN而产生的O °、45 °及90。方向的垂直应力，将其定义为“ σ 0-45ACT”、“ σ 45-45ACT”及“ σ 90-45ACT” ；对于通过 包含于90。轴15的试验结构的致动器3的载荷IkN而产生的O °、45。及90。方向的垂直应力，将其定义为“ σ 0-90ACT”、“ σ 45-90ACT”及“ σ 90-90ACT”。在致动器1、2、3的产生载荷分别是“ a kN”、“ β kN”及“ ykN”的情况下，在试验片的中央区域19产生的多轴应力如以下的式⑴?(3)所示。
[0053]σ O = α.σ O-OACT+β.σ 0-45ACT+ γ.σ 0-90ACT …(I)
[0054]σ 45 = α.σ 45-0ACT+β.σ 45-45ACT+ γ.σ 45-90ACT …(2)
[0055]σ 90 = α.σ 90-0ACT+β.σ 90-45ACT+ γ.σ 90-90ACT …(3)
[0056]在此，式(I)?(3)的“ σ 0”、“ σ 45”、“ σ 90”分别是在试验片的中央区域19产生的O °、45。及90。方向的垂直应力。如果能够预先通过实验、数值解析而对“ σ 0-0ACT”、“ σ45-0ACT”、“ σ90-0ACT”、“ σ0-45ACT”、“ σ45-45ACT”、“ σ90-45ACT”、“ σ0-90ACT”、“ σ 45-90ACT”及“ σ 90-90ACT”进行把握，则如上述的式(I)?(3)明确所示，能够通过使致动器1、2及3的载荷发生变化(使α、β及γ变化)而在中央区域19产生任意的多轴应力 “ σ 0”、“ σ 45” 及“ σ 90”。
[0057]为了在这样的多轴应力状态下进行疲劳试验，试验片16的中央区域19的板厚比装夹部、臂部23、24的板厚薄，从而易于从中央区域19产生疲劳破坏。在底座4和6上未配置可移动的机构的情况下，弯曲载荷作用于臂部23、24，在臂部23、24的根部17、18产生高应力。这样的臂部23、24的弯曲变形是在试验片16的面内产生的变形。这样的面内弯曲变形的结果与在多轴应力状态下进行疲劳试验这样的本来的目的相反，在不处于多轴应力状态下的根部17、18产生疲劳破坏。在该结构例中，由于底座4、6可移动，试验轴的交点20在试验过程中能够被自动调整到试验片的中央区域19，因而能够从中央区域19产生疲劳破坏。
[0058]另外，在底座的刚性不高时，底座由于致动器产生的载荷而大幅变形，根据情况的不同，试验片16会在板厚方向变形，在中央区域19产生预想之外的应力。为了防止这样的试验片16的面外变形，对底座4、5及6采用高刚性的构造即可。但是，提高包含于可移动的试验结构的底座4、6的刚性的结果是，在它们的质量增大时，可移动的O。轴和90。轴的试验结构的可移动性变差，因而难以进行高交变频率的疲劳试验。在这样的情况下，如图9、10所示，如果将致动器侧的固定台(40,41,42)与反力台(7、8、9)通过加固构件(43、44,45)而连接，则能够同只提高底座的刚性的情况相比分量轻地防止试验片16的面外变形。通过对加固构件43、44及45的连接采用螺栓连结而使其可装卸，能够当试验片16装夹、卸下时在加固构件卸下的状态下进行作业。在图10中，由于加固构件43、44及45(未图示)不干涉地设置间隙而连接，所以加固构件不会对底座4、6的可移动产生阻碍。在图9、10中，与一轴的试验结构相对，通过以两根加固构件连接致动器侧的固定台与反力台，加固构件的截面形状能够全部形成为长方形。对于加固构件的个数、截面形状，不限于该结构例，还能够根据致动器产生的载荷、底座的刚性、试验片的刚性而相应地确定个数、形状。
[0059]图11是表示关于该结构例的主体框架101的主要结构要素，即致动器(1、2、3)、反力台(7、8、9)、底座(4、5、6)及两轴直线导轨12的平面配置的示意图，试验轴的角度位置与图3的俯视图相同地正确示出。即以致动器I与致动器2的角度间隔是135 °、1与3的角度间隔是90。的方式配置，但也可以如图12所示，以致动器I与致动器2的角度间隔是45。、致动器I与致动器3的角度间隔是90。的方式配置。即，无论连结于相同底座的致动器和反力台配置在以轴交点20为界的哪一侧，都与该结构例相同，不会在试验片16的根部17、18因弯曲载荷而产生高应力，从而能够在中央区域19产生多轴应力状态。另外，在该结构例中，包含于90。轴试验结构的底座6配置在图3、11及12的俯视图中从纸面起的最近侧、图6的主视图中纸面上的最上方。与此相对，即使包含于O。轴的试验结构的底座4在俯视图中配置在最近侧、在主视图中配置在最上方，仍然能够实现与该结构例同样的装置的功能。这样，只要与包括底座4、5及6的试验轴在内的平面垂直方向的位置关系能配置成底座互不干涉，就能够不特别地限定于该结构例，从而得到本发明的效果。进而，在该结构例中，虽然45 °轴的试验结构的位置固定，在底座4和6安装两轴直线导轨12而使O
。轴和90。轴的试验结构可移动，但无论选择固定哪一个轴的位置，只要其他的两轴的试验结构可移动，仍然能够得到本发明的效果。
[0060]如该结构例所述，作为将三组一轴的试验结构配置在图3及11示出的平面中O\45。及90。的角度位置的优点，也列举有以下的点，即，只要只利用O。轴13的试验结构和90。轴15的试验结构，就能够实施在非专利文献I记载的两轴负荷的强度试验。
[0061]接下来，利用图13对本发明的第一实施方式的强度试验装置的第二结构例进行说明。如在示意图11示出第一结构例一样，图13是第二结构例的主体框架的主要结构要素的示意图。
[0062]与第一实施方式的第一结构例相同，能够实现包括致动器1、32、33 ;反力台7、38、39 ;及底座4、35、36在内的三轴的试验结构。通过致动器的大致轴中心的试验轴13、31、34相交于轴交点20，被包含于同一平面内。但是，在第一结构例中，如图3、11所示，试验轴在包括试验轴在内的平面中以O °、45。及90。的角度位置配置，但在第二结构例中，试验轴在相同的平面中以O °、60。及120 °的角度位置配置。即使是这样的一轴试验结构的配置，也能够得到与第一结构例相同的发明的效果。作为该第二结构例的优点，能够将试验轴间的角度从45。扩大到60 °，因而能够使主体框架101的结构要素同第一实施方式的第一结构例相比更有余量地配置。另外，采用试验片56从试验片中央向试验轴方向，即O。、60。及120 °方向延伸出端部的形状，由于该形状与图8的形状相比，试验片的臂部间角度全部都是60。，因而能够易于防止由弯曲载荷引起的高应力所导致的臂部的根部17的疲劳破坏。
[0063][实施方式2]
[0064]接下来，利用图14?16对本发明的第二实施方式的强度试验装置的第一结构例进行说明。图14是该结构例的主体框架101的立体图，图15是从主体框架抽出一轴试验结构而表示的图，图16是在该结构例的主体框架之中只表示主要的结构要素的示意图。对于图16，也与图11?13的示意图相同，正确地示出了包括试验轴在内的平面的结构要素的角度位置。与第一实施方式相同，也具有如下的特征，即:全部的试验轴都被包含于同一平面且相交于轴交点20的一点，可移动的一轴试验结构与包括试验轴在内的平面平行地移动。
[0065]由于准备三组一轴试验结构，因而与第一实施方式相同，主体框架101包括致动器(1、2及3)、致动器固定台(40、41、42)、反力台(7、8及9)及底座(4、5及6)。另外，关于第一实施方式的第一实施例，如图6所示，底座4、5及6在垂直于包括试验轴在内的平面的方向配置在相互不同位置，试验结构即使可移动，底座彼此也不互相干涉这一点也与第一实施方式的结构例相同。但是，与第一实施方式不同，全部的一轴试验结构在试验轴的方向可移动地设置。即，O。轴13的试验结构以在O。轴方向可直线移动的方式安装有一轴直线导轨25。对于45。轴14与90。轴15的试验结构也相同，以在45。轴及90。轴方向以可直线移动的方式将一轴直线导轨25安装于底座。通过这样向底座4、5及6配置直线导轨，即使通过致动器1、2及3将载荷作用于试验片16而使试验片16变形，也能通过一轴直线导轨25使轴交点20始终保持在相同位置。其结果是，弯曲载荷不会作用于试验片16的臂部，因而在试验过程中不会从试验片16的臂部的根部17、18产生预想之外的疲劳破坏。
[0066]在图16中，包含于90。轴15的试验结构的底座6在从纸面起的最近侧示出，包含于45。轴14的试验结构的底座5在最内侧示出，但与第一实施方式相同，垂直于包括试验轴在内的平面的方向的底座的位置关系不限于图14与16所示的位置关系。例如，即 使底座4或5在图16中位于从纸面起的最近侧，也没有问题地得到本发明的效果。
[0067]在该第二实施方式中，能够由一轴直线导轨等只能够向某一轴方向移动的可移动机构而构成主体框架101。由于一轴直线导轨同两轴直线导轨12相比尺寸小，因而能够减小第一实施方式所示的图6的底座间距离hl、h2。如果底座间距离hl、h2能够减小，则试验时作用于反力台、底座的弯曲载荷减小，因而能够实现分量轻且刚性高的试验结构，能够提供能以高交变频率进行疲劳试验的强度试验装置。在第一实施方式中，如图2所示，能够在位置固定的底座5之上设置经由两轴直线导轨12而可移动的O。轴和90。轴的试验结构。另一方面，在第二实施方式中，由于全部的一轴试验结构都可移动，因而需要在包含于45。轴的试验结构的底座5上也配置一轴直线导轨。
[0068]在图17示出第二实施方式的第二结构例。该结构例与在图13示出的第一实施方式的第二结构例相同，在包括试验轴在内的平面以3根试验轴的角度间隔是60。的方式配置三个底座4、35及36。但是，与在图13示出的结构例不同，在各底座上安装有一轴直线导轨25，各一轴试验结构在试验轴方向可直线移动。在该结构例中，与第二实施方式的第一结构例相同，通过一轴直线导轨25使轴交点20在试验过程中始终保持在相同位置而使弯曲载荷不作用于试验片56的臂部。另外，同第一结构例相比，由于试验轴间的角度间隔大，因而能够有余量地配置试验装置的结构要素。
[0069][实施方式3]
[0070]接下来，利用图18对本发明的第三实施方式的强度试验装置的第一结构例进行说明。图18是该结构例的主体框架101之中只表示主要的结构要素的示意图。对于图18，也与图11?13的示意图相同，正确地示出包括试验轴在内的平面的结构要素的角度位置。全部的试验轴包含于同一平面且相交于轴交点20的一点、底座与包括试验轴在内的平面平行地移动这样的特征也与第一及第二实施方式相同。
[0071]在第三实施方式的强度试验装置中，主体框架101具有两组一轴试验结构。与第一、二实施方式相同，各试验结构包括以下主要的结构要素:致动器(1、3)、致动器固定台(在图18未示出)、反力台(7、9)及底座(4、6)。在图18的结构例中，包括O。轴13的试验结构和90。轴15的试验结构这两组一轴试验结构。O。轴13的试验结构的位置固定，在90。轴15的试验结构中，在底座6上安装有两轴直线导轨12，与包括试验轴在内的平面平行地移动。利用这样的主体框架构造，能够通过两个致动器实施与非专利文献I所述的两轴试验相同的试验。因此，通过第三实施方式的强度试验装置而供试验的试验片66的形状是从中央区域呈十字地延伸臂部的十字形。在该结构例中，如在图2示出的第一实施方式所示，能够在位置固定的底座4之上配置经由两轴直线导轨12而可移动的90。轴15的试验结构，因此，无需为了配设可移动的一轴试验结构而重新准备与包括试验轴在内的平面平行的设置面。
[0072]在图19示出了第三实施方式的第二结构例。该结构例与图18的结构例相同，包括两组一轴试验结构，具有如下的各试验结构的主要的结构要素:致动器(1、3)、致动器固定台(在图19未示出)、反力台(7、9)及底座(4、6)。在包含于O °轴13的试验结构的底座4、包含于90。轴15的试验结构的底座6上设置一轴直线导轨25，实现向O。轴13和90。轴15的试验轴方向的可直线移动。通过这样的直线导轨配置，与第二实施方式相同，即使通过致动器向试验片66施加载荷而使试验片66变形，也能通过一轴直线导轨的可移动而不使轴交点20移动。其结果是，因为弯曲载荷不作用于试验片66的臂部，所以不会在臂部的根部产生预想之外的高应力，不会从那里产生预想之外的疲劳破断。
[0073]在第三实施方式的结构例1、2的示意图18、19中，在从纸面起的最近侧配置有90°轴15的试验结构，但即使将O。轴13的试验结构配置在从纸面起的最近侧也能够得到相同的发明的效果。
[0074][实施方式4]
[0075]另外，利用图20对本发明的第4实施方式的强度试验装置的结构例进行说明。此夕卜，在该图20中，对与上述相同的结构要件标注相同的附图标记。从图中可以明确，在各自的致动器1、3和反力台7、9的端部，安装有夹具Ila和11b，另外，在致动器侧设置有载荷传感器103。在该第4实施方式中，与上述的实施方式不同，对于可移动的一轴试验结构，致动器固定台(40、42)和反力台(7、9)不是通过板状的底座而是通过棒状的底座(4、6)而连结。除此之外，在其他的实施方式中，为了使一轴试验结构可移动而在底座上配置有一轴或两轴的直线导轨，但在该实施方式中不是在底座，而是在致动器固定台40、42和反力台7、9上配置有直线导轨25。
[0076]如果只通过示意图表示图20的结构例的主要的结构要素，则成为与图19相同的图。在图19中底座4和6示出为板状，但如果将其解释为棒状的底座、则关于各一轴结构要素的角度关系、可移动方向，图20的结构例与图19的结构例相同。这样，即使是如图20所示采用棒状的底座，并将直线导轨配置在致动器固定台、反力台上的构造，也能够实现与第一到第三实施方式(图11、12、13、16、17、18及19)相同的功能、作用。即，在图20的结构例中，示出了具有O。轴的试验结构和90。轴的试验结构的两轴结构，然而，本发明并不限定于此，也可以是例如沿着O。轴、90。轴、45。轴而配置的三轴结构。在图21示出的是在上述第四实施方式的强度试验装置为三轴结构的情况下，以试验片16为中心的局部放大的平面结构。在第四实施方式中，能够在以包括全部的试验轴在内的平面为界的不同的两侧配置棒状的底座，所以能够比应用图9、10示出的加固构件更有效地防止试验片的面外弯曲。
[0077]此外，本发明不限定于上述实施例，还包括各种变形例。例如，上述实施例是为了易于理解地说明本发明而对系统整体进行的详细说明，并不限定于具备说明的全部的结构。另外，能够将某实施例的结构的一部分置换为其他的实施例的结构，另外，也能够在某实施例的结构中加入其他的实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，也能够进行其他的结构的加入、删除、置换。
【主权项】
1.一种试验装置，其特征在于， 该试验装置包括多组一轴试验结构，该一轴试验结构由以下构件构成: 致动器，该致动器能够直线移动，并向试验体施加负荷； 致动器固定台，该致动器固定台将该致动器保持在规定位置； 反力台，该反力台具备设置在该致动器的端部的夹具和成对地夹住试验片的另一夹具；以及 底座，该底座连结该致动器固定台与该反力台， 将该一轴试验结构配置成，通过各致动器的大致轴中心的试验轴全部相交于一点，且被包含在同一平面中。2.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于， 各一轴试验结构能够与包括全部试验轴在内的平面平行地移动或者位置固定，该试验轴通过各致动器的大致轴中心，在未安装试验片的状态下，其他的一轴试验结构不会妨碍能够移动的一轴试验结构的动作。3.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于， 该一轴试验结构包括三组，通过各致动器的大致轴中心的三根试验轴配置成具有O。、45°、90°的角度关系。4.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于， 致动器固定台和反力台以包括全部的试验轴在内的平面为界，在不同的两侧的空间内由底座或加固构件连接。
【专利摘要】本发明提供强度试验装置，载荷负荷装置的个数少而廉价，且试验片在中央区域具有多个稳定地断裂的试验轴。其包括多组一轴试验结构，该一轴试验结构由可直线移动并对试验体施加负荷的致动器、将该致动器保持在规定的位置的致动器固定台、设置有安装在该致动器的端部的夹具和成对地夹住试验片的另一夹具的反力台、和连结该致动器固定台与该反力台的底座构成，将该一轴试验结构配置成通过各致动器的大致轴中心的试验轴全部相交于一点，且被包含在同一平面中，各一轴试验结构能够与包括全部通过各致动器的大致轴中心的试验轴在内的平面平行地移动或者位置固定，在未安装试验片的状态下，其他的一轴试验结构不会妨碍能够移动的一轴试验结构的动作。
【IPC分类】G01N3/12
【公开号】CN104897468
【申请号】CN201510083112
【发明人】竹田宪生, 渡部将平, 泷井忠兴
【申请人】株式会社日立制作所, 株式会社岛津制作所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年2月16日
【公告号】EP2930493A1, US20150253227
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及强度的试验装置。
【背景技术】
[0002]在汽车、铁路等运输机械、挖土机、翻斗机等施工机械、以及风力发电、波力发电等自然能发电系统的结构体系中，由于各种原因，在运转时会，复杂的负荷产生交变作用。该交变负荷是多轴交变负荷，负荷波形的振幅随时间而发生变化，且负荷方向也发生变化，根据情况的不同有可能引起所述机械的疲劳破坏。为了避免这样的疲劳破坏，相对于多轴交变负荷的疲劳现象的把握就非常重要。以此为目的，发明、开发了能够进行多轴交变负荷的疲劳试验的多轴强度试验装置。
[0003]最通常的多轴强度试验装置是具有如下结构的装置:其将棒状、圆筒状的试验片的一端固定，在一端施加轴向负荷(拉伸、压缩负荷)和扭转负荷的两轴负荷而进行试验。与后述的其他的多轴强度试验装置具有两轴以上的试验轴的情况相对，该类型的多轴试验装置的试验轴是一轴。该类型的多轴试验装置具有轴向负荷用的线性致动器和扭转负荷用的旋转致动器这两个致动器。通过这些致动器而使轴向负荷波形和扭转负荷波形的相位变化，能够进行多轴负荷的试验，其中，该多轴负荷是在试验片产生的多轴应力的主应力方向随时间而发生变化的多轴负荷(被称为非比例负荷)。但是，在该类型的试验装置中，仅限于能够在试验片上实现的多轴应力状态。具体而言，该装置能够在由最大主应力σ?、最小主应力σ 3求得的主应力比λ (λ = σ 3/o I)进入-1彡λ彡O的范围的多轴应力状态下进行试验。
[0004]为了实施超过该主应力比的范围的试验，开发了具有非专利文献I所述的结构的多轴试验装置。在该装置中，相对于大致十字形状的试验片，为了分别向十字的四处端部施加负荷而各自配置一个、合计配置四个线性致动器。两个致动器以相向形式配置而构成一轴试验结构，能够通过两组一轴试验结构进行两轴负荷的多轴疲劳试验。通过相向的两个致动器的轴中心的试验轴与由另一对致动器构成的试验轴相交于一点，该点与试验片中心一致。通过控制由各致动器产生的负荷，能够在包括试验片中心在内的试验片的中央区域产生多轴应力状态。在该装置中，能够在前述的主应力比处于-1 < λ < I的范围的多轴应力状态下实施试验，但关于前述的非比例负荷，只能进行一部分的非比例负荷的试验。另夕卜，由于以两个致动器构成一轴试验结构，因而为了将试验片中心维持在试验轴的交点，需要以高精度控制相向的致动器。
[0005]在专利文献I中，公开了如下装置:该装置包括三组以上的机械负荷用的一轴试验结构，且具有磁性材料的磁特性测定机构。通过该装置，能够在任意的多轴应力状态下进行磁性材料的磁特性评价。对应于三组以上的一轴试验结构而存在的三个以上的试验轴交叉于某一点，该交点存在于试验片的中央区域。根据提出的应力施加机构，能够在试验片的中央区域产生多轴应力状态。在此专利公开的装置结构中，能够实现主应力比处于-K λ < I的范围的多轴应力状态，而且能够使多轴应力的主应力朝向任意的方向。试验片的形状是与试验轴的个数、轴的方向相匹配，从试验片中央放射状地延伸出端部的形状。在此专利文献的实施例中公开了在试验片的端部设置用于使拉伸载荷及压缩载荷作用的负荷机构(配重、液压致动器)的装置结构。这意味着其与非专利文献I相同，以两个致动器构成一轴试验结构。
[0006]在专利文献2中，与专利文献I相同，公开了具备多个一轴试验结构的多轴万能试验装置。与一轴试验结构的个数相同而存在的试验轴以交叉于某一点的方式构成装置。由于在各轴的两端具备电动致动器，因而在以两个致动器构成一轴试验结构的观点中，该装置具有与非专利文献I相同的装置结构。与专利文献I相同，其能够实现主应力比处于-1 < λ < I的范围的多轴应力状态，而且能够使多轴应力的主应力朝向任意的方向。
[0007]在先技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2012-202974号公报
[0010]专利文献2:日本特表2007-510151号公报
[0011]非专利文献
[0012]非专利文献1:《关于使用十字型试验片的高温二轴低循环疲劳的研宄》材料，第37 卷，第 414 号，ρρ340 ?346，1988 年
[0013]在具有两轴以上的试验轴，且试验轴以交叉于某一点的方式构成装置的情况下，在试验轴的交点配置试验片的中央区域，在其中央区域产生多轴应力状态。因此，为了在试验轴的交点配置试验片的中央区域，需要将试验片固定于装置，并施加载荷。非专利文献1、专利文献I及2记载的试验装置，为了得到一轴试验结构而相向配置两个载荷负荷装置(致动器等)。在采用这样的一轴试验结构的情况下，如果相向的载荷负荷装置的负荷的平衡被破坏，则会在试验片中央区域与试验轴的交点产生位置偏离。如专利文献I所述，在以产生多轴应力状态为目的的情况下，试验片中央区域与试验轴的交点的稍微的位置偏离不是问题。但是，为了明确由多轴负荷导致的疲劳现象，必须在试验片的中央区域产生交变多轴应力，使试验片的中央区域发生疲劳破坏。当试验片是从试验片中央放射状地延伸出端部的形状(在试验轴为两轴时是十字形状)的试验片时，从装夹在装置的试验片端部开始直到中央的部分被称为臂部，如果试验片中央区域与试验轴的交点产生位置偏离，则弯曲载荷作用于臂部。由于该弯曲载荷，有可能在试验片的中央区域产生疲劳破坏前在臂部的根部产生疲劳破坏。为了避免在试验片的不希望产生疲劳破坏的部位产生的疲劳破坏，在非专利文献1、专利文献I及2记载的试验装置中，必须以试验轴的交点始终被包含于试验片中央区域的方式严密地控制相向的载荷负荷装置的负荷。
[0014]另外，本来，为了实现一轴试验结构，如采用通常的单轴的强度试验装置那样，采用沙漏型、哑铃型等试验片的一端固定、在另一端配置施加载荷的致动器的装置结构即可。即，为了构成一轴试验结构，最低只要具有一个载荷负荷装置即可。与此相对，在非专利文献1、专利文献I及2记载的装置中，一轴试验结构包括两个载荷负荷装置，若试验轴的个数增加，则导致装置非常高价。
【发明内容】
[0015]本发明是鉴于上述现有技术中存在的相关问题而作出的，更具体而言，其目的在于，提供一种强度的试验装置，在具有多个试验轴的试验装置中，载荷负荷装置个数少而廉价，且在试验过程中试验轴的交点被自动调整到试验片的中央区域。
[0016]用于解决课题的方案
[0017]在本发明中，为了解决上述课题，例如，采用在技术方案中记载的结构。在本发明中，包括多个解决上述课题的手段，举其中一例而言，提出了一种试验装置，该试验装置包括多组一轴试验结构，该一轴试验结构由以下构件构成:致动器，该致动器能够直线移动，并向试验体施加负荷；致动器固定台，该致动器固定台将该致动器保持在规定位置；反力台，该反力台具备设置在该致动器的端部的夹具和成对地夹住试验片的另一夹具；以及底座，该底座连结该致动器固定台与该反力台，将该一轴试验结构配置成，通过各致动器的大致轴中心的试验轴全部相交于一点，且被包含在同一平面中。
[0018]此外，在试验过程中，试验轴的交点被自动地配置在试验片的中央区域，为了从试验片的中央区域产生疲劳破坏，各一轴试验结构被配置成，能够与包括全部试验轴在内的平面平行地移动或者位置固定，该试验轴通过各致动器的大致轴中心，在未安装试验片的状态下，其他的一轴试验结构不会妨碍能够移动的一轴试验结构的动作。
[0019]发明效果
[0020]根据本发明，由于一轴试验结构中包含一个载荷负荷装置，所以即使准备三组一轴试验结构，所需的致动器的个数也是三个，因此，能够提供廉价而稳定地进行试验的多轴强度试验装置。另外，对于除上述内容以外的课题、结构及效果，能够根据以下的实施方式的说明而明确。
【附图说明】
[0021]图1是表示强度试验装置的整体的示意图。
[0022]图2是表示第一实施方式的强度试验装置的第一结构例的立体图。
[0023]图3是表示第一实施方式的强度试验装置的第一结构例的俯视图。
[0024]图4是在第一实施方式的强度试验装置的第一结构例之中只抽出45。轴的试验结构而表示的立体图。
[0025]图5是在第一实施方式的强度试验装置的第一结构例之中只抽出O。轴的试验结构而表示的立体图。
[0026]图6是表示第一实施方式的强度试验装置的第一结构例的主视图。
[0027]图7是在第一实施方式的强度试验装置的第一结构例中安装了试验片的情况的立 体图。
[0028]图8是表示在第一实施方式的强度试验装置的第一结构例中供试验的试验片的立体图。
[0029]图9是表示从第一实施方式的强度试验装置的第一结构例派生出的结构例的立体图。
[0030]图10是表示从第一实施方式的强度试验装置的第一结构例派生出的结构例的主视图。
[0031]图11是表示第一实施方式的强度试验装置的第一结构例的示意图。
[0032]图12是表示从第一实施方式的强度试验装置的第一结构例派生出的结构例的示意图。
[0033]图13是表示第一实施方式的强度试验装置的第二结构例的示意图。
[0034]图14是表示第二实施方式的强度试验装置的第一结构例的立体图。
[0035]图15是表示在第二实施方式的强度试验装置的第一结构例之中只抽出O。轴的试验结构的立体图。
[0036]图16是表示第二实施方式的强度试验装置的第一结构例的示意图。
[0037]图17是表示第二实施方式的强度试验装置的第二结构例的示意图。
[0038]图18是表示第三实施方式的强度试验装置的第一结构例的示意图。
[0039]图19是表示第三实施方式的强度试验装置的第二结构例的示意图。
[0040]图20是表示第四实施方式的强度试验装置的结构例的示意图。
[0041]图21是表示上述第四实施方式的强度试验装置的其他的结构例的局部放大俯视图。
[0042]附图标记说明
[0043]L...致动器(O。轴用)、2…致动器(45。轴用)、3…致动器(90。轴用)、4…底座(O。轴用)、5...底座(45。轴用)、6…底座(90。轴用)、7…反力台(O。轴用)、8…反力台(45 °轴用)、9…反力台(90 °轴用)、lla…夹具(致动器侧)、Ilb…夹具(反力台侧)、12…两轴直线导轨、13...0。试验轴、14...45。试验轴、15...90。试验轴、16...试验片(O °、45 °、90。臂形)、17…试验片臂根部(O。-45。间)、18…试验片臂根部(O。-90
。间)、19…试验片中央区域、20...试验轴交点、21...通过试验轴交点，垂直于包括试验轴在内的平面的轴、22...试验片中心、23...试验片臂部(O °、45 ° )、24…试验片臂部(90。)、25...1轴直线导轨、31...60。试验轴、32...致动器(60。轴用)、33…致动器(120。轴用)、34…120。试验轴、35...底座(60。轴用)、36…底座(120。轴用)、38…反力台(60。轴用)、39…反力台(120 °轴用)、40…致动器固定台(O °轴用)、41…致动器固定台(45。轴用)、42…致动器固定台(90。轴用)、43…加固构件(O。轴用)、44…加固构件(45 。轴用)、45…加固构件(90。轴用)、46…主体框架设置面、50...—轴试验结构(O。轴用)、
51----轴试验结构(45。轴用)、56…试验片(O °、60 °、120。臂形)、66…试验片(十字形)、100…强度试验装置、101…主体框架、102…致动器、103…载荷传感器、104...控制装置、105...液压源、106…数据收集系统。
【具体实施方式】
[0044]以下，用附图详细地说明本发明的实施方式。
[0045]首先，利用图1，对本发明的实施方式中通用的强度试验装置100的整体结构进行说明。在主体框架101上安装有用于向试验片施加载荷的致动器102、用于检测载荷的载荷传感器103。主体框架101为了在试验过程中将致动器102和载荷传感器103保持在某个位置，具有相对于致动器102产生的载荷足够刚度的结构。致动器102和载荷传感器103对应于试验轴的个数在主体框架101上配置有多个。致动器102适用可动部进行直线运动的线性致动器。在利用液压对致动器102进行驱动的情况下，强度试验装置100包括液压源105。但是，本发明的强度试验装置100不仅是液压驱动的致动器，也能够由电动致动器、其他的载荷负荷装置等构成。致动器102由控制装置104控制载荷或直线运动的行程量。控制装置104对载荷传感器103、未图示的其他的检测器(位移仪等)的输出进行监视，同时进行反馈控制以便使致动器102产生规定的载荷、行程量。既存在使用与致动器102的个数相同的控制装置104的情况，也存在适用能够对多个致动器102进行同时控制的控制装置104的情况。数据收集系统105是用于预先记录控制装置104监视控制的载荷、行程量等的系统，使用PC等。在由控制装置104对未图示的检测器的输出监视控制的情况下，也能够由数据收集系统105对其输出进行记录。
[0046][实施方式I]
[0047]以下，利用图2?11对本发明的第一实施方式的强度试验装置的第一结构例进行说明。图2是强度试验装置的主体框架的立体图，图3是从与主体框架设置面(平行于包括全部的试验轴在内的平面的面)垂直的方向看图2的主体框架的俯视图，图4及5是表示从图2的主体框架抽出不同的一轴试验结构而表示的图，图6是从与设置面水平的方向看图2的主体框架的主视图，图7是在图2的主体框架上安装了试验片的情况的立体图，图8是试验片的立体图，图9是在图2的主体框架上安装了加固构件时的立体图，图10是从与图2相同的方向看图9的主视图，图11是图2的主体框架的主要结构要素的示意图。
[0048]如图2、3所示，主体框架101具有三组一轴试验结构，包括:三个致动器1、2、3 ?’三个致动器固定台40、41、42 ;三个反力台7、8、9 ;以及三个底座4、5、6。即，实现如下的试验结构:0。轴13的试验结构，其由致动器1、致动器固定台40、反力台7连结于底座4而形成；45。轴14的试验结构，其由致动器2、致动器固定台41、反力台8连结于底座5而形成；90
。轴15的试验结构，其由致动器3、致动器固定台42、反力台9连结于底座6而形成。这三组一轴试验结构配置成:在图3的俯视图中，O。轴13与45。轴14呈45。角、45。轴14与90。轴15呈45。角。通过致动器1、2、3的大致轴中心的试验轴是O。轴13、45。轴14及90。轴15，它们在轴交点20相交，被包含于同一平面内。
[0049]图4和5分别是从图2的主体框架抽出45。轴14的试验结构51的图和抽出O。轴13的试验结构50的图。致动器1、2、3可直线移动而产生向试验片施加的载荷，并在端部安装有夹具11a。与该夹具Ila成对的夹具Ilb安装于反力台7、8、9，通过夹具IlaUlb而装夹试验片。另外，为了检测致动器产生的载荷的大小，载荷传感器103被安装于致动器与夹具Ila之间。在该结构例中，载荷传感器103被安装于致动器与夹具I Ia之间，但也可以在反力台7、8、9与夹具Ilb之间配置载荷传感器103。
[0050]包含于45 °轴14的试验结构的底座5的位置是被固定的。另一方面，如图5所示，在包含于O。轴13的试验结构的底座4与包含于90 °轴的试验结构的底座6上，安装有两轴直线导轨12。另外，如图6所示，底座4、5及6平行于包括试验轴13、14及15在内的平面而配置，在底座4与5之间设置有距离为h2的间隔、在底座4与6之间设置有距离为hi的间隔。这样，各底座配置成不干涉，且通过两轴直线导轨12，包括底座4的O。轴13的试验结构和包括底座6的90。轴15的试验结构能够在未安装试验片的状态下，与包括试验轴13、14及15在内的平面平行地移动。
[0051]如图7所示，图8的试验片16由夹具装夹而供试验，该试验片16通过轴交点20，且轴21通过试验片中心22，该轴21垂直于包括试验轴13、14及15在内的平面。试验片16是从试验片中央向试验轴方向即O °、45。及90。方向延伸出端部的形状。在试验片16的中央区域19，能够通过致动器1、2及3而再现在构成构造物的板的表面出现的任意的多轴应力状态。
[0052]在此，对三组一轴试验结构的多轴应力的产生原理进行简单的说明。对于通过包含于O °轴13的试验结构的致动器I的载荷IkN而在试验片的中央区域19产生的O。、45。及90。方向的垂直应力，将其定义为“ σ O-OACT”、“ σ 45-0ACT”及“ σ 90-0ACT”。同样地，对于通过包含于45。轴14的试验结构的致动器2的载荷IkN而产生的O °、45 °及90。方向的垂直应力，将其定义为“ σ 0-45ACT”、“ σ 45-45ACT”及“ σ 90-45ACT” ；对于通过 包含于90。轴15的试验结构的致动器3的载荷IkN而产生的O °、45。及90。方向的垂直应力，将其定义为“ σ 0-90ACT”、“ σ 45-90ACT”及“ σ 90-90ACT”。在致动器1、2、3的产生载荷分别是“ a kN”、“ β kN”及“ ykN”的情况下，在试验片的中央区域19产生的多轴应力如以下的式⑴?(3)所示。
[0053]σ O = α.σ O-OACT+β.σ 0-45ACT+ γ.σ 0-90ACT …(I)
[0054]σ 45 = α.σ 45-0ACT+β.σ 45-45ACT+ γ.σ 45-90ACT …(2)
[0055]σ 90 = α.σ 90-0ACT+β.σ 90-45ACT+ γ.σ 90-90ACT …(3)
[0056]在此，式(I)?(3)的“ σ 0”、“ σ 45”、“ σ 90”分别是在试验片的中央区域19产生的O °、45。及90。方向的垂直应力。如果能够预先通过实验、数值解析而对“ σ 0-0ACT”、“ σ45-0ACT”、“ σ90-0ACT”、“ σ0-45ACT”、“ σ45-45ACT”、“ σ90-45ACT”、“ σ0-90ACT”、“ σ 45-90ACT”及“ σ 90-90ACT”进行把握，则如上述的式(I)?(3)明确所示，能够通过使致动器1、2及3的载荷发生变化(使α、β及γ变化)而在中央区域19产生任意的多轴应力 “ σ 0”、“ σ 45” 及“ σ 90”。
[0057]为了在这样的多轴应力状态下进行疲劳试验，试验片16的中央区域19的板厚比装夹部、臂部23、24的板厚薄，从而易于从中央区域19产生疲劳破坏。在底座4和6上未配置可移动的机构的情况下，弯曲载荷作用于臂部23、24，在臂部23、24的根部17、18产生高应力。这样的臂部23、24的弯曲变形是在试验片16的面内产生的变形。这样的面内弯曲变形的结果与在多轴应力状态下进行疲劳试验这样的本来的目的相反，在不处于多轴应力状态下的根部17、18产生疲劳破坏。在该结构例中，由于底座4、6可移动，试验轴的交点20在试验过程中能够被自动调整到试验片的中央区域19，因而能够从中央区域19产生疲劳破坏。
[0058]另外，在底座的刚性不高时，底座由于致动器产生的载荷而大幅变形，根据情况的不同，试验片16会在板厚方向变形，在中央区域19产生预想之外的应力。为了防止这样的试验片16的面外变形，对底座4、5及6采用高刚性的构造即可。但是，提高包含于可移动的试验结构的底座4、6的刚性的结果是，在它们的质量增大时，可移动的O。轴和90。轴的试验结构的可移动性变差，因而难以进行高交变频率的疲劳试验。在这样的情况下，如图9、10所示，如果将致动器侧的固定台(40,41,42)与反力台(7、8、9)通过加固构件(43、44,45)而连接，则能够同只提高底座的刚性的情况相比分量轻地防止试验片16的面外变形。通过对加固构件43、44及45的连接采用螺栓连结而使其可装卸，能够当试验片16装夹、卸下时在加固构件卸下的状态下进行作业。在图10中，由于加固构件43、44及45(未图示)不干涉地设置间隙而连接，所以加固构件不会对底座4、6的可移动产生阻碍。在图9、10中，与一轴的试验结构相对，通过以两根加固构件连接致动器侧的固定台与反力台，加固构件的截面形状能够全部形成为长方形。对于加固构件的个数、截面形状，不限于该结构例，还能够根据致动器产生的载荷、底座的刚性、试验片的刚性而相应地确定个数、形状。
[0059]图11是表示关于该结构例的主体框架101的主要结构要素，即致动器(1、2、3)、反力台(7、8、9)、底座(4、5、6)及两轴直线导轨12的平面配置的示意图，试验轴的角度位置与图3的俯视图相同地正确示出。即以致动器I与致动器2的角度间隔是135 °、1与3的角度间隔是90。的方式配置，但也可以如图12所示，以致动器I与致动器2的角度间隔是45。、致动器I与致动器3的角度间隔是90。的方式配置。即，无论连结于相同底座的致动器和反力台配置在以轴交点20为界的哪一侧，都与该结构例相同，不会在试验片16的根部17、18因弯曲载荷而产生高应力，从而能够在中央区域19产生多轴应力状态。另外，在该结构例中，包含于90。轴试验结构的底座6配置在图3、11及12的俯视图中从纸面起的最近侧、图6的主视图中纸面上的最上方。与此相对，即使包含于O。轴的试验结构的底座4在俯视图中配置在最近侧、在主视图中配置在最上方，仍然能够实现与该结构例同样的装置的功能。这样，只要与包括底座4、5及6的试验轴在内的平面垂直方向的位置关系能配置成底座互不干涉，就能够不特别地限定于该结构例，从而得到本发明的效果。进而，在该结构例中，虽然45 °轴的试验结构的位置固定，在底座4和6安装两轴直线导轨12而使O
。轴和90。轴的试验结构可移动，但无论选择固定哪一个轴的位置，只要其他的两轴的试验结构可移动，仍然能够得到本发明的效果。
[0060]如该结构例所述，作为将三组一轴的试验结构配置在图3及11示出的平面中O\45。及90。的角度位置的优点，也列举有以下的点，即，只要只利用O。轴13的试验结构和90。轴15的试验结构，就能够实施在非专利文献I记载的两轴负荷的强度试验。
[0061]接下来，利用图13对本发明的第一实施方式的强度试验装置的第二结构例进行说明。如在示意图11示出第一结构例一样，图13是第二结构例的主体框架的主要结构要素的示意图。
[0062]与第一实施方式的第一结构例相同，能够实现包括致动器1、32、33 ;反力台7、38、39 ;及底座4、35、36在内的三轴的试验结构。通过致动器的大致轴中心的试验轴13、31、34相交于轴交点20，被包含于同一平面内。但是，在第一结构例中，如图3、11所示，试验轴在包括试验轴在内的平面中以O °、45。及90。的角度位置配置，但在第二结构例中，试验轴在相同的平面中以O °、60。及120 °的角度位置配置。即使是这样的一轴试验结构的配置，也能够得到与第一结构例相同的发明的效果。作为该第二结构例的优点，能够将试验轴间的角度从45。扩大到60 °，因而能够使主体框架101的结构要素同第一实施方式的第一结构例相比更有余量地配置。另外，采用试验片56从试验片中央向试验轴方向，即O。、60。及120 °方向延伸出端部的形状，由于该形状与图8的形状相比，试验片的臂部间角度全部都是60。，因而能够易于防止由弯曲载荷引起的高应力所导致的臂部的根部17的疲劳破坏。
[0063][实施方式2]
[0064]接下来，利用图14?16对本发明的第二实施方式的强度试验装置的第一结构例进行说明。图14是该结构例的主体框架101的立体图，图15是从主体框架抽出一轴试验结构而表示的图，图16是在该结构例的主体框架之中只表示主要的结构要素的示意图。对于图16，也与图11?13的示意图相同，正确地示出了包括试验轴在内的平面的结构要素的角度位置。与第一实施方式相同，也具有如下的特征，即:全部的试验轴都被包含于同一平面且相交于轴交点20的一点，可移动的一轴试验结构与包括试验轴在内的平面平行地移动。
[0065]由于准备三组一轴试验结构，因而与第一实施方式相同，主体框架101包括致动器(1、2及3)、致动器固定台(40、41、42)、反力台(7、8及9)及底座(4、5及6)。另外，关于第一实施方式的第一实施例，如图6所示，底座4、5及6在垂直于包括试验轴在内的平面的方向配置在相互不同位置，试验结构即使可移动，底座彼此也不互相干涉这一点也与第一实施方式的结构例相同。但是，与第一实施方式不同，全部的一轴试验结构在试验轴的方向可移动地设置。即，O。轴13的试验结构以在O。轴方向可直线移动的方式安装有一轴直线导轨25。对于45。轴14与90。轴15的试验结构也相同，以在45。轴及90。轴方向以可直线移动的方式将一轴直线导轨25安装于底座。通过这样向底座4、5及6配置直线导轨，即使通过致动器1、2及3将载荷作用于试验片16而使试验片16变形，也能通过一轴直线导轨25使轴交点20始终保持在相同位置。其结果是，弯曲载荷不会作用于试验片16的臂部，因而在试验过程中不会从试验片16的臂部的根部17、18产生预想之外的疲劳破坏。
[0066]在图16中，包含于90。轴15的试验结构的底座6在从纸面起的最近侧示出，包含于45。轴14的试验结构的底座5在最内侧示出，但与第一实施方式相同，垂直于包括试验轴在内的平面的方向的底座的位置关系不限于图14与16所示的位置关系。例如，即 使底座4或5在图16中位于从纸面起的最近侧，也没有问题地得到本发明的效果。
[0067]在该第二实施方式中，能够由一轴直线导轨等只能够向某一轴方向移动的可移动机构而构成主体框架101。由于一轴直线导轨同两轴直线导轨12相比尺寸小，因而能够减小第一实施方式所示的图6的底座间距离hl、h2。如果底座间距离hl、h2能够减小，则试验时作用于反力台、底座的弯曲载荷减小，因而能够实现分量轻且刚性高的试验结构，能够提供能以高交变频率进行疲劳试验的强度试验装置。在第一实施方式中，如图2所示，能够在位置固定的底座5之上设置经由两轴直线导轨12而可移动的O。轴和90。轴的试验结构。另一方面，在第二实施方式中，由于全部的一轴试验结构都可移动，因而需要在包含于45。轴的试验结构的底座5上也配置一轴直线导轨。
[0068]在图17示出第二实施方式的第二结构例。该结构例与在图13示出的第一实施方式的第二结构例相同，在包括试验轴在内的平面以3根试验轴的角度间隔是60。的方式配置三个底座4、35及36。但是，与在图13示出的结构例不同，在各底座上安装有一轴直线导轨25，各一轴试验结构在试验轴方向可直线移动。在该结构例中，与第二实施方式的第一结构例相同，通过一轴直线导轨25使轴交点20在试验过程中始终保持在相同位置而使弯曲载荷不作用于试验片56的臂部。另外，同第一结构例相比，由于试验轴间的角度间隔大，因而能够有余量地配置试验装置的结构要素。
[0069][实施方式3]
[0070]接下来，利用图18对本发明的第三实施方式的强度试验装置的第一结构例进行说明。图18是该结构例的主体框架101之中只表示主要的结构要素的示意图。对于图18，也与图11?13的示意图相同，正确地示出包括试验轴在内的平面的结构要素的角度位置。全部的试验轴包含于同一平面且相交于轴交点20的一点、底座与包括试验轴在内的平面平行地移动这样的特征也与第一及第二实施方式相同。
[0071]在第三实施方式的强度试验装置中，主体框架101具有两组一轴试验结构。与第一、二实施方式相同，各试验结构包括以下主要的结构要素:致动器(1、3)、致动器固定台(在图18未示出)、反力台(7、9)及底座(4、6)。在图18的结构例中，包括O。轴13的试验结构和90。轴15的试验结构这两组一轴试验结构。O。轴13的试验结构的位置固定，在90。轴15的试验结构中，在底座6上安装有两轴直线导轨12，与包括试验轴在内的平面平行地移动。利用这样的主体框架构造，能够通过两个致动器实施与非专利文献I所述的两轴试验相同的试验。因此，通过第三实施方式的强度试验装置而供试验的试验片66的形状是从中央区域呈十字地延伸臂部的十字形。在该结构例中，如在图2示出的第一实施方式所示，能够在位置固定的底座4之上配置经由两轴直线导轨12而可移动的90。轴15的试验结构，因此，无需为了配设可移动的一轴试验结构而重新准备与包括试验轴在内的平面平行的设置面。
[0072]在图19示出了第三实施方式的第二结构例。该结构例与图18的结构例相同，包括两组一轴试验结构，具有如下的各试验结构的主要的结构要素:致动器(1、3)、致动器固定台(在图19未示出)、反力台(7、9)及底座(4、6)。在包含于O °轴13的试验结构的底座4、包含于90。轴15的试验结构的底座6上设置一轴直线导轨25，实现向O。轴13和90。轴15的试验轴方向的可直线移动。通过这样的直线导轨配置，与第二实施方式相同，即使通过致动器向试验片66施加载荷而使试验片66变形，也能通过一轴直线导轨的可移动而不使轴交点20移动。其结果是，因为弯曲载荷不作用于试验片66的臂部，所以不会在臂部的根部产生预想之外的高应力，不会从那里产生预想之外的疲劳破断。
[0073]在第三实施方式的结构例1、2的示意图18、19中，在从纸面起的最近侧配置有90°轴15的试验结构，但即使将O。轴13的试验结构配置在从纸面起的最近侧也能够得到相同的发明的效果。
[0074][实施方式4]
[0075]另外，利用图20对本发明的第4实施方式的强度试验装置的结构例进行说明。此夕卜，在该图20中，对与上述相同的结构要件标注相同的附图标记。从图中可以明确，在各自的致动器1、3和反力台7、9的端部，安装有夹具Ila和11b，另外，在致动器侧设置有载荷传感器103。在该第4实施方式中，与上述的实施方式不同，对于可移动的一轴试验结构，致动器固定台(40、42)和反力台(7、9)不是通过板状的底座而是通过棒状的底座(4、6)而连结。除此之外，在其他的实施方式中，为了使一轴试验结构可移动而在底座上配置有一轴或两轴的直线导轨，但在该实施方式中不是在底座，而是在致动器固定台40、42和反力台7、9上配置有直线导轨25。
[0076]如果只通过示意图表示图20的结构例的主要的结构要素，则成为与图19相同的图。在图19中底座4和6示出为板状，但如果将其解释为棒状的底座、则关于各一轴结构要素的角度关系、可移动方向，图20的结构例与图19的结构例相同。这样，即使是如图20所示采用棒状的底座，并将直线导轨配置在致动器固定台、反力台上的构造，也能够实现与第一到第三实施方式(图11、12、13、16、17、18及19)相同的功能、作用。即，在图20的结构例中，示出了具有O。轴的试验结构和90。轴的试验结构的两轴结构，然而，本发明并不限定于此，也可以是例如沿着O。轴、90。轴、45。轴而配置的三轴结构。在图21示出的是在上述第四实施方式的强度试验装置为三轴结构的情况下，以试验片16为中心的局部放大的平面结构。在第四实施方式中，能够在以包括全部的试验轴在内的平面为界的不同的两侧配置棒状的底座，所以能够比应用图9、10示出的加固构件更有效地防止试验片的面外弯曲。
[0077]此外，本发明不限定于上述实施例，还包括各种变形例。例如，上述实施例是为了易于理解地说明本发明而对系统整体进行的详细说明，并不限定于具备说明的全部的结构。另外，能够将某实施例的结构的一部分置换为其他的实施例的结构，另外，也能够在某实施例的结构中加入其他的实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，也能够进行其他的结构的加入、删除、置换。
【主权项】
1.一种试验装置，其特征在于， 该试验装置包括多组一轴试验结构，该一轴试验结构由以下构件构成: 致动器，该致动器能够直线移动，并向试验体施加负荷； 致动器固定台，该致动器固定台将该致动器保持在规定位置； 反力台，该反力台具备设置在该致动器的端部的夹具和成对地夹住试验片的另一夹具；以及 底座，该底座连结该致动器固定台与该反力台， 将该一轴试验结构配置成，通过各致动器的大致轴中心的试验轴全部相交于一点，且被包含在同一平面中。2.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于， 各一轴试验结构能够与包括全部试验轴在内的平面平行地移动或者位置固定，该试验轴通过各致动器的大致轴中心，在未安装试验片的状态下，其他的一轴试验结构不会妨碍能够移动的一轴试验结构的动作。3.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于， 该一轴试验结构包括三组，通过各致动器的大致轴中心的三根试验轴配置成具有O。、45°、90°的角度关系。4.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于， 致动器固定台和反力台以包括全部的试验轴在内的平面为界，在不同的两侧的空间内由底座或加固构件连接。
【专利摘要】本发明提供强度试验装置，载荷负荷装置的个数少而廉价，且试验片在中央区域具有多个稳定地断裂的试验轴。其包括多组一轴试验结构，该一轴试验结构由可直线移动并对试验体施加负荷的致动器、将该致动器保持在规定的位置的致动器固定台、设置有安装在该致动器的端部的夹具和成对地夹住试验片的另一夹具的反力台、和连结该致动器固定台与该反力台的底座构成，将该一轴试验结构配置成通过各致动器的大致轴中心的试验轴全部相交于一点，且被包含在同一平面中，各一轴试验结构能够与包括全部通过各致动器的大致轴中心的试验轴在内的平面平行地移动或者位置固定，在未安装试验片的状态下，其他的一轴试验结构不会妨碍能够移动的一轴试验结构的动作。
【IPC分类】G01N3/12
【公开号】CN104897468
【申请号】CN201510083112
【发明人】竹田宪生, 渡部将平, 泷井忠兴
【申请人】株式会社日立制作所, 株式会社岛津制作所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年2月16日
【公告号】EP2930493A1, US20150253227
最新回复(0)