(57)【要約】【課題】実機に近い載荷状態を模擬して試験片の実際の疲労強度を測定し得、材料の健全性評価の精度向上を図り得る二軸四点曲げ試験装置を提供する。【解決手段】平板状の試験片１の一面側に四個の支持点２を、該試験片１の面内において一方向へ延びる第一軸方向並びに該第一軸に対し交差する方向へ延びる第二軸方向に互いに離間させて配置すると共に、前記試験片１の他面側に四個の載荷点３を、前記第一軸方向並びに第二軸方向に互いに離間させて配置し、前記第一軸方向における支持点２の離間間隔内に前記載荷点３が配置されると共に、前記第二軸方向における載荷点３の離間間隔内に前記支持点２が配置されるようにすることにより、前記試験片１の中央部に、引張応力と圧縮応力とが交差する応力場を発生させるよう構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の試験片の一面側に四個の支持点を、該試験片の面内において一方向へ延びる第一軸方向並びに該第一軸に対し交差する方向へ延びる第二軸方向に互いに離間させて配置すると共に、前記試験片の他面側に四個の載荷点を、前記第一軸方向並びに第二軸方向に互いに離間させて配置し、
前記第一軸方向における支持点の離間間隔内に前記載荷点が配置されると共に、前記第二軸方向における載荷点の離間間隔内に前記支持点が配置されるようにすることにより、前記試験片の中央部に、引張応力と圧縮応力とが交差する応力場を発生させるよう構成したことを特徴とする二軸四点曲げ試験装置。
【請求項２】
前記第一軸及び第二軸を互いに直交する方向へ延びるＸ軸及びＹ軸とし、該Ｘ軸を基準線として前記支持点及び載荷点が線対称に配置されると共に、前記Ｙ軸を基準線として前記支持点及び載荷点が線対称に配置されるようにした請求項１記載の二軸四点曲げ試験装置。
【請求項３】
請求項２記載の二軸四点曲げ試験装置における支持点及び載荷点の配置を基準配置とした場合に、Ｘ軸を挟んで線対称に対向配置される二組の載荷点のうち各組の載荷点同士を結ぶ二本の直線がＸ軸に対し９０°以外の角度で傾斜するよう、各載荷点をＸ軸方向へ移動させた位置に配置した二軸四点曲げ試験装置。
【請求項４】
請求項２記載の二軸四点曲げ試験装置における支持点及び載荷点の配置を基準配置とした場合に、Ｘ軸とＹ軸との交点を基準点として点対称の位置に配置される二組の載荷点のうち一方の組の二個の載荷点をそれぞれ、前記Ｘ軸とＹ軸との交点を基準点とする点対称の位置関係が保持されるよう、Ｙ軸方向へ移動させた位置に配置した二軸四点曲げ試験装置。
【請求項５】
請求項２記載の二軸四点曲げ試験装置における支持点及び載荷点の配置を基準配置とした場合に、Ｙ軸を挟んで線対称に対向配置される二組の支持点のうち各組の支持点同士を結ぶ二本の直線がＹ軸に対し９０°以外の角度で傾斜するよう、各支持点をＹ軸方向へ移動させた位置に配置した二軸四点曲げ試験装置。
【請求項６】
請求項２記載の二軸四点曲げ試験装置における支持点及び載荷点の配置を基準配置とした場合に、Ｘ軸とＹ軸との交点を基準点として点対称の位置に配置される二組の支持点のうち一方の組の二個の支持点をそれぞれ、前記Ｘ軸とＹ軸との交点を基準点とする点対称の位置関係が保持されるよう、Ｘ軸方向へ移動させた位置に配置した二軸四点曲げ試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二軸四点曲げ試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、試験片の曲げ試験装置としては、水平方向へ所定の間隔をあけた位置に二つの支持点を固定し、該支持点によって試験片の一面側（下面側）を支持した状態で、二つの支持点の間において試験片の他面側（上面側）から、三点曲げの場合には一つの載荷点を、四点曲げの場合には二つの載荷点を押しつけて試験片に曲げ応力を与えるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
又、試験片に正負の曲げ応力を繰り返し与えて疲労強度を計測できるようにした四点曲げ試験装置としては、例えば、特許文献２に開示されているようなものが存在する。
【０００４】
前記特許文献２に開示されている四点曲げ試験装置は、センター治具と該センター治具の両脇に位置するサイド治具とを有し、該各サイド治具にはローラによる下側支持点と上側支持点が配置され、且つ前記センター治具には水平方向へ所定の間隔をあけて配置したローラによる下側載荷点と上側載荷点が上下で一致した位置に備えられ、前記サイド治具の下側支持点と上側支持点の間、及びセンター治具の下側載荷点と上側載荷点の間に、試験片を配置するようにしたものである。
【０００５】
そして、前記サイド治具が両脇に配置された中央のセンター治具を上下動させることにより、該センター治具の下側載荷点と上側載荷点によって、試験片に正負の曲げを交互に与え、試験片の一面側と他面側に圧縮応力から引張応力までの負荷を繰り返し加えることができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３２２７２８号公報
【特許文献２】特開２０００−１３１２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１、２に開示されているような従来の四点曲げ試験装置では、試験片の中央部を水平に貫通する方向へ延びる一本の軸を基準として、その左右両側に上下方向へ負荷を加えるようにした、いわゆる単軸載荷により、試験片の疲労強度データを取得するようになっている。
【０００８】
しかしながら、実機において、前記単軸載荷による一様な応力のみが部品等に生じることはごく稀であるため、従来の四点曲げ試験装置で取得された試験片の疲労強度データは、該試験片の実際の疲労強度とは異なったものとなり、材料の健全性評価の精度が低下するという不具合を有していた。
【０００９】
本発明は、斯かる実情に鑑み、実機に近い載荷状態を模擬して試験片の実際の疲労強度を測定し得、材料の健全性評価の精度向上を図り得る二軸四点曲げ試験装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、平板状の試験片の一面側に四個の支持点を、該試験片の面内において一方向へ延びる第一軸方向並びに該第一軸に対し交差する方向へ延びる第二軸方向に互いに離間させて配置すると共に、前記試験片の他面側に四個の載荷点を、前記第一軸方向並びに第二軸方向に互いに離間させて配置し、
前記第一軸方向における支持点の離間間隔内に前記載荷点が配置されると共に、前記第二軸方向における載荷点の離間間隔内に前記支持点が配置されるようにすることにより、前記試験片の中央部に、引張応力と圧縮応力とが交差する応力場を発生させるよう構成したことを特徴とする二軸四点曲げ試験装置にかかるものである。
【００１１】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１２】
前述の如く支持点及び載荷点を配置して、試験機により所定の荷重を与えることで、曲げ試験を行なうと、前記試験片の中央部に、引張応力と圧縮応力とが交差する応力場を発生させることが可能となる。
【００１３】
この結果、特許文献１、２に開示されているような従来の四点曲げ試験装置では、試験片の中央部を水平に貫通する方向へ延びる一本の軸を基準として、その左右両側に上下方向へ負荷を加えるようにした、いわゆる単軸載荷により、試験片の疲労強度データを取得することしかできないが、本発明で取得された試験片の疲労強度データは、前記単軸載荷による一様な応力ではなく、前記試験片の実際の疲労強度に近似したものとなり、材料の健全性評価の精度が大幅に向上する。
【００１４】
前記二軸四点曲げ試験装置においては、前記第一軸及び第二軸を互いに直交する方向へ延びるＸ軸及びＹ軸とし、該Ｘ軸を基準線として前記支持点及び載荷点が線対称に配置されると共に、前記Ｙ軸を基準線として前記支持点及び載荷点が線対称に配置されるようにすることができる。
【００１５】
前記第一軸及び第二軸を互いに直交する方向へ延びるＸ軸及びＹ軸とし、該Ｘ軸を基準線として前記支持点及び載荷点が線対称に配置されると共に、前記Ｙ軸を基準線として前記支持点及び載荷点が線対称に配置されるようにした二軸四点曲げ試験装置における支持点及び載荷点の配置を基準配置とした場合に、Ｘ軸を挟んで線対称に対向配置される二組の載荷点のうち各組の載荷点同士を結ぶ二本の直線がＸ軸に対し９０°以外の角度で傾斜するよう、各載荷点をＸ軸方向へ移動させた位置に配置することもできる。
【００１６】
前記第一軸及び第二軸を互いに直交する方向へ延びるＸ軸及びＹ軸とし、該Ｘ軸を基準線として前記支持点及び載荷点が線対称に配置されると共に、前記Ｙ軸を基準線として前記支持点及び載荷点が線対称に配置されるようにした二軸四点曲げ試験装置における支持点及び載荷点の配置を基準配置とした場合に、Ｘ軸とＹ軸との交点を基準点として点対称の位置に配置される二組の載荷点のうち一方の組の二個の載荷点をそれぞれ、前記Ｘ軸とＹ軸との交点を基準点とする点対称の位置関係が保持されるよう、Ｙ軸方向へ移動させた位置に配置することもできる。
【００１７】
前記第一軸及び第二軸を互いに直交する方向へ延びるＸ軸及びＹ軸とし、該Ｘ軸を基準線として前記支持点及び載荷点が線対称に配置されると共に、前記Ｙ軸を基準線として前記支持点及び載荷点が線対称に配置されるようにした二軸四点曲げ試験装置における支持点及び載荷点の配置を基準配置とした場合に、Ｙ軸を挟んで線対称に対向配置される二組の支持点のうち各組の支持点同士を結ぶ二本の直線がＹ軸に対し９０°以外の角度で傾斜するよう、各支持点をＹ軸方向へ移動させた位置に配置することもできる。
【００１８】
前記第一軸及び第二軸を互いに直交する方向へ延びるＸ軸及びＹ軸とし、該Ｘ軸を基準線として前記支持点及び載荷点が線対称に配置されると共に、前記Ｙ軸を基準線として前記支持点及び載荷点が線対称に配置されるようにした二軸四点曲げ試験装置における支持点及び載荷点の配置を基準配置とした場合に、Ｘ軸とＹ軸との交点を基準点として点対称の位置に配置される二組の支持点のうち一方の組の二個の支持点をそれぞれ、前記Ｘ軸とＹ軸との交点を基準点とする点対称の位置関係が保持されるよう、Ｘ軸方向へ移動させた位置に配置することもできる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の二軸四点曲げ試験装置によれば、実機に近い載荷状態を模擬して試験片の実際の疲労強度を測定し得、材料の健全性評価の精度向上を図り得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の二軸四点曲げ試験装置の第一実施例を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は本発明の二軸四点曲げ試験装置の第一実施例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＩＩｃ−ＩＩｃ矢視図である。
【図３】本発明の二軸四点曲げ試験装置の第一実施例における試験片の応力状態を示す平面図である。
【図４】本発明の二軸四点曲げ試験装置の第二実施例を示す平面図である。
【図５】本発明の二軸四点曲げ試験装置の第二実施例における試験片の応力状態を示す平面図である。
【図６】本発明の二軸四点曲げ試験装置の第三実施例を示す平面図である。
【図７】本発明の二軸四点曲げ試験装置の第三実施例における試験片の応力状態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２２】
図１〜図３は本発明の二軸四点曲げ試験装置の第一実施例であって、平板状の試験片１の一面側（図１の例では下面側）に四個の支持点２を、該試験片１の面内において一方向へ延びる第一軸方向並びに該第一軸に対し試験片１の面内中央部で交差する方向へ延びる第二軸方向に互いに離間させて配置すると共に、前記試験片１の他面側（図１の例では上面側）に四個の載荷点３を、前記第一軸方向並びに第二軸方向に互いに離間させて配置し、前記第一軸方向における支持点２の離間間隔内に前記載荷点３が配置される（図２（ｂ）においてＳxs＞Ｓxf）と共に、前記第二軸方向における載荷点３の離間間隔内に前記支持点２が配置される（図２（ｃ）においてＳyf＞Ｓys）ようにしたものであり、これにより、前記試験片１の中央部に、引張応力と圧縮応力とが交差する応力場を発生させるよう構成したものである。
【００２３】
本第一実施例の場合、前記第一軸及び第二軸を互いに直交する方向へ延びるＸ軸及びＹ軸とし、該Ｘ軸を基準線として前記支持点２及び載荷点３が線対称に配置されると共に、前記Ｙ軸を基準線として前記支持点２及び載荷点３が線対称に配置されるようにしてある。
【００２４】
次に、上記第一実施例の作用を説明する。
【００２５】
前述の如く支持点２及び載荷点３を配置して、試験機（図示せず）により所定の荷重を与えることで、曲げ試験を行なうと、前記試験片１の中央部に、図３に示す如く、引張応力と圧縮応力とが交差し且つそのなす角度が９０°（直角）で、最大主応力と最小主応力の大きさがそれぞれ一様な応力場を発生させることが可能となる。因みに、前記最大主応力（引張）が試験片１に作用する方向はＹ軸方向と一致する形になると共に、最小主応力（圧縮）が試験片１に作用する方向はＸ軸方向と一致する形になる。
【００２６】
この結果、特許文献１、２に開示されているような従来の四点曲げ試験装置では、試験片１の中央部を水平に貫通する方向へ延びる一本の軸を基準として、その左右両側に上下方向へ負荷を加えるようにした、いわゆる単軸載荷により、試験片１の疲労強度データを取得することしかできないが、本第一実施例で取得された試験片１の疲労強度データは、前記単軸載荷による一様な応力ではなく、前記試験片１の実際の疲労強度に近似したものとなり、材料の健全性評価の精度が大幅に向上する。
【００２７】
こうして、実機に近い載荷状態を模擬して試験片１の実際の疲労強度を測定し得、材料の健全性評価の精度向上を図り得る。
【００２８】
図４及び図５は本発明の二軸四点曲げ試験装置の第二実施例であって、図中、図１〜図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１〜図３に示す第一実施例と同様であるが、本第二実施例の特徴とするところは、図４及び図５に示す如く、前記第一実施例における支持点２及び載荷点３の配置を基準配置とした場合に、Ｘ軸を挟んで線対称に対向配置される二組の載荷点３のうち各組の載荷点３同士を結ぶ二本の直線ＬがＸ軸に対し９０°以外の角度で傾斜するよう、各載荷点３をＸ軸方向へ移動させた位置に配置した点にある。
【００２９】
次に、上記第二実施例の作用を説明する。
【００３０】
前述の如く支持点２及び載荷点３を配置して、試験機（図示せず）により所定の荷重を与えることで、曲げ試験を行なうと、前記試験片１の中央部に、図５に示す如く、引張応力と圧縮応力とが交差し且つそのなす角度が９０°（直角）以外で、最大主応力の大きさは一様であるが最小主応力の大きさが変化を持つ（図５中、斜線を付した箇所の圧縮がより強まる傾向の分布を有する）応力場を発生させることが可能となる。因みに、前記最大主応力（引張）が試験片１に作用する方向はＹ軸方向であるが、最小主応力（圧縮）が試験片１に作用する方向は、直線Ｌに対し直交する方向であってＸ軸方向とは一致せず傾斜する形となる。
【００３１】
ここで、特許文献１、２に開示されているような従来の四点曲げ試験装置では、試験片１の中央部を水平に貫通する方向へ延びる一本の軸を基準として、その左右両側に上下方向へ負荷を加えるようにした、いわゆる単軸載荷により、試験片１の疲労強度データを取得することしかできない。しかし、本第二実施例で取得された試験片１の疲労強度データは、前記単軸載荷による一様な応力ではなく、前記試験片１の実際の疲労強度に近似したものとなり、材料の健全性評価の精度が大幅に向上する。このことに加え更に、本第二実施例では、一様な最大主応力（引張）と、単に一様ではなく強弱の分布を有する最小主応力（圧縮）とを合成した形の複雑な載荷状態を作り出すことにより、更に複雑な応力状態での材料強度を比較することも可能となる。
【００３２】
尚、本第二実施例においては、前記第一実施例における支持点２及び載荷点３の配置を基準配置とした場合に、Ｙ軸を挟んで線対称に対向配置される二組の支持点２のうち各組の支持点２同士を結ぶ二本の直線ＬがＹ軸に対し９０°以外の角度で傾斜するよう、各支持点２をＹ軸方向へ移動させた位置に配置しても良いことは言うまでもない。
【００３３】
こうして、本第二実施例においては、第一実施例と比較し更に複雑で、実機に近い載荷状態を模擬して試験片１の実際の疲労強度を測定し得、材料の健全性評価の精度向上を図り得る。
【００３４】
図６及び図７は本発明の二軸四点曲げ試験装置の第三実施例であって、図中、図１〜図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１〜図３に示す第一実施例と同様であるが、本第三実施例の特徴とするところは、図６及び図７に示す如く、前記第一実施例における支持点２及び載荷点３の配置を基準配置とした場合に、Ｘ軸とＹ軸との交点Ｏを基準点として点対称の位置に配置される二組の載荷点３のうち一方の組の二個の載荷点３をそれぞれ、前記Ｘ軸とＹ軸との交点Ｏを基準点とする点対称の位置関係が保持されるよう、Ｙ軸方向へ移動させた位置に配置した点にある。
【００３５】
次に、上記第三実施例の作用を説明する。
【００３６】
前述の如く支持点２及び載荷点３を配置して、試験機（図示せず）により所定の荷重を与えることで、曲げ試験を行なうと、前記試験片１の中央部に、図７に示す如く、引張応力と圧縮応力とが交差し且つそのなす角度が９０°（直角）で、最小主応力の大きさは一様であるが最大主応力の大きさが変化を持つ（図７中、斜線を付した箇所の引張がより強まる傾向の分布を有する）応力場を発生させることが可能となる。因みに、前記最大主応力（引張）が試験片１に作用する方向はＹ軸方向と一致する形になると共に、最小主応力（圧縮）が試験片１に作用する方向はＸ軸方向と一致する形になる。
【００３７】
ここで、特許文献１、２に開示されているような従来の四点曲げ試験装置では、試験片１の中央部を水平に貫通する方向へ延びる一本の軸を基準として、その左右両側に上下方向へ負荷を加えるようにした、いわゆる単軸載荷により、試験片１の疲労強度データを取得することしかできない。しかし、本第三実施例で取得された試験片１の疲労強度データは、前記単軸載荷による一様な応力ではなく、前記試験片１の実際の疲労強度に近似したものとなり、材料の健全性評価の精度が大幅に向上する。このことに加え更に、本第三実施例では、単に一様ではなく強弱の分布を有する最大主応力（引張）と、一様な最小主応力（圧縮）とを合成した形の複雑な載荷状態を作り出すことにより、更に複雑な応力状態での材料強度を比較することも可能となる。
【００３８】
尚、本第三実施例においては、前記第一実施例における支持点２及び載荷点３の配置を基準配置とした場合に、Ｘ軸とＹ軸との交点Ｏを基準点として点対称の位置に配置される二組の支持点２のうち一方の組の二個の支持点２をそれぞれ、前記Ｘ軸とＹ軸との交点Ｏを基準点とする点対称の位置関係が保持されるよう、Ｘ軸方向へ移動させた位置に配置しても良いことは言うまでもない。
【００３９】
こうして、本第三実施例においては、第一実施例と比較し更に複雑で、実機に近い載荷状態を模擬して試験片１の実際の疲労強度を測定し得、材料の健全性評価の精度向上を図り得る。
【００４０】
尚、本発明の二軸四点曲げ試験装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、例えば、Ｙ軸を挟んで線対称に配置される載荷点３のＸ軸方向における間隔を一方の組の載荷点３と他方の組の載荷点３とで変えることも可能であること等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４１】
１  試験片
２  支持点
３  載荷点
Ｌ  直線
Ｏ  交点
【図１】
2014070931.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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