(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮バー材料試験システムの入力部材に圧縮波を発生させることができる圧縮波発生装置であって、前記圧縮波発生装置が、
前記入力部材の入力端に隣接する作動位置に保持されるインパクタ部材と、
前記入力部材から離れるような方向に予荷重力を向けることができるようにしたインパクタ部材と連係する予荷重手段と、
前記作動位置に前記インパクタ部材をブロックして、前記インパクタ部材が前記予荷重方向の運動には抵抗するが予荷重力と反対の方向の運動は自由であるようにしたブロッキング手段と、
前記インパクタ部材と連係する破壊手段であって、自身の破壊によって前記予荷重力が突然解かれ、前記インパクタ部材が前記入力部材の方向へ解放され、それによって前記インパクタ部材が前記入力部材の前記入力端に衝撃を与え、圧縮波を前記入力部材を介して試験中の試験片に伝えるようになっている破壊手段を包含することを特徴とする圧縮波発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記予荷重手段が液圧式アクチュエータからなることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、前記予荷重手段が空気圧式アクチュエータからなることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の装置において、前記破壊手段が、前記インパクタ部材に設けられている壊れやすい構成要素からなることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の装置において、前記破壊手段が、前記予荷重力下で、ある特定の予設定値で壊れるように設計されていることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の装置において、前記インパクタ部材が、軸方向に案内され前記入力部材の前記入力端に隣接して保持される衝撃端を持つインパクタ・バーであることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、前記入力部材がバーの形状を持つ入力端を有しており、
前記インパクタ・バーの前記衝撃端が、その中に前記入力部材の前記入力端を受け入れ前記インパクタ・バーの前記衝撃端に隣接して保持されるカラーを有することを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置において、
前記カラーが内部断面を有し、前記入力端が前記カラーの前記内部断面と緊密に一致する外部断面を有し、
前記インパクト・バーが前記カラー内の前記入力端の前記外部断面と一致する外部断面を有することを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項６から請求項８のいずれかに記載の装置において、前記ブロッキング手段が前記カラーの背後に設けてある固定支持体を包含し、
前記インパクタ部材が固定支持体と協働して、前記予荷重方向の運動には抵抗するが予荷重を反対の方向の運動には自由であるようにしてあることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の装置において、前記圧縮バー材料試験システムが分割式ホプキンソン圧縮バーであり、前記入力バーが圧縮試験中の試験片を介して出力バーに連結してあることを特徴とする装置。
【請求項１１】
圧縮バーシステムの入力バーに圧縮波を発生させる方法であって、前記方法が、前記入力バーと軸方向に同列の作動位置にインパクタ・バーを保持し、その位置において前記インパクタ・バーの衝撃端が前記入力バーの入力端に隣接して配置されており、
前記インパクタ・バーに対し、前記入力バーから離れるような予荷重方向の予荷重力を与え、
前記インパクタ・バーが前記作動位置にあるとき、前記予荷重力が突然解かれ、前記予荷重方向と反対向きにあるインパクタ・バーを解放し、前記入力バーの前記隣接する入力端でエネルギが伝達するようにし、
圧縮波を前記入力バーを介して試験中の試験片に伝達する、
というステップからなることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項11に記載の方法において、前記インパクタ・バーの壊れやすい構成要素を破壊することによって、前記予荷重力が突然に解かれ、前記インパクタ・バーを解放することを包含する方法。
【発明の詳細な説明】
この発明は、ホプキンソン・バー試験装置として知られているような試験片試験装置の改良に関する。
たとえば圧縮状態に置かれた材料試験片の動的機械特性に関する情報を得るためにホプキンソン・バーのような圧力バーを使用することはよく知られている。特に、分割式ホプキンソン圧力バー（SHPB）は、材料の動的機械的性質を種々の事例研究するために利用されてきた。分割式ホプキンソン圧力バーを用いて圧縮状態にある材料試験片の研究をする必要がある場合、普通、ガス銃から発射された円筒状の発射体によって入力バーに圧縮波を発生させて入力バーの一端に衝撃を与える。入力バーの他端はテスト中の試験片によって出力バーに連結されている。この出力バーから、周知の方法でセンサによって情報を集められることができる。しかしながら、少なくとも或る種の状況においては、特に入力バーの入力端と接触する発射体前端の境界のところでの不完全なエネルギ伝達を避ける際に、衝撃バーの入力端へ発射体を発射することによって圧縮波を生成することが不利になる傾向があると考えられている。理論的には、発射体とバーは衝撃の瞬間に完全に平行でなければならず、特別な注意を送出しガス銃の内側での発射体の誘導に払わなければならない。その上、発射体、入力バーの境界接触面を機械的に処理して衝撃の瞬間に発射体の前面全体と入力バーの入力面との間にかなりの接触量を保つ必要がある。このように、実際問題として、発射体、入力バーの境界のところに生じる可能性のあるエネルギ伝達問題を避けるために、それほど多い公差の余裕を許さない或る種の構造上の限界が要求される。さらに、材料試験片の直径またはサイズが大きい場合、発射体の直径を大きくする必要がある。その結果として、このような発射体を発射するガス銃に改造を行ったり、もっと大きい銃と取り替えたりする必要が生じる。
ホプキンソン・バー・システムあるいは圧力バー・システムの入力バーまたは入力部材に圧縮波もしくは圧縮パルスを発生させる装置であって、圧縮波発生装置に伴う前記問題あるいは他の問題のうちの１つまたはそれ以上を少なくとも軽減する装置を提供することが本発明の目的である。
本発明によれば、分割式ホプキンソン圧力バーのような圧力バー・システムの入力バーあるいは入力部材に圧縮波または圧縮パルスを発生させることができる圧縮波または圧縮パルス発生装置であって、インパクタ・バーまたはインパクタ部材を包含し、このインパクタ・バーまたはインパクタ部材が、使用中に、入力バーまたは入力部材の一端に隣接して保持され、前記入力バー／部材から離れる方向にアクチュエータ手段が予荷重を与えたときにこの方向の運動に抵抗を与えるように支持され、使用中に、たとえばインパクタ・バー／部材の脆弱なあるいは壊れやすい構成要素の破壊によって予荷重力が突然低下できるように構成してあり、インパクタ・バー／部材を衝撃あるいはエネルギの伝達から解放し、それによって、テスト中の試験片へ入力バーを介して圧縮波または圧縮パルスを伝えることができるようになっている圧縮波または圧縮パルス発生装置を得ることできる。
アクチュエータ手段は液圧式あるいは空気圧式アクチュエータのような任意の便利な手段であってよい。
前記のようにインパクタ・バー／部材に脆弱なあるいは壊れやすい構成要素が設けてある場合、前記インパクタ・バー／部材はアクチュエータ手段によって与えられる予荷重の或る特定の予設定値で壊れるように配置すると好ましい。
本発明の或る実施例においては、好ましくは、前記インパクタ・バー／部材の一端に連結されたカラーによって、インパクタ・バー／部材を案内し、入力バー／部材の入力端に隣接して保持する（そして、予荷重力の付与中、入力バーに隣接した状態に留める）。使用中に、カラーは入力バーの入力端を受け入れ、これをインパクタ・バー／部材の衝撃端に隣接した状態に保持する。前記カラーは、インパクタ・バー／部材の端に溶接してもよいし、円筒状であってもよいし、これら両方であってもよい。好ましくは、カラーの内径あるいは内部寸法は、入力バーの外径あるいは外部寸法に一致し、これがまたインパクタ・バーの直径あるいは寸法に一致するとよい。ブロッキング・システムあるいは固定支持体をインパクタ・バー／部材を囲んでいるカラーの背後に設け、これにより予荷重力の付与の際に前記方向におけるインパクタ・バーの動きに抵抗を与えるかまたはそれを阻止するようにしてもよい。こうすれば、前記予荷重力がインパクタ・バー／部材に付与されたときに予荷重力が前記方向において入力バーに加わることがない。
通常、入力バーは圧縮試験中の試験片介して出力バーに連結される。
さらに、本発明によれば、分割式ホプキンソン圧力バーのような圧力バー・システムの入力バーまたは入力部材において圧縮波または圧縮パルスを誘発するかあるいは発生させる方法であって、前記入力バーから離れる方向においてインパクタ・バーまたはインパクタ部材に予荷重を与えてから（たとえば、インパクタ・バー／部材の脆弱なあるいは壊れやすい構成要素を破壊することによって）予荷重力を急速に除去し、それによって、インパクタ・バー／部材を衝撃あるいはエネルギの伝達から解放し、こうして、インパクタ・バー／部材が入力バーを介して圧縮波をテスト中の試験片に伝える方法を得ることができる。
さらに、本発明の有利な装置、方法の特徴は以下に説明および図面から明らかとなろう。
以下、分割式ホプキンソン・バーに圧縮波を発生させる圧縮波発生装置の実施例を添付の非常に単純化した概略的な図面を参照しながら説明する。添付図面において：
第１図は、従来技術の圧縮波発生装置および分割式ホプキンソン圧力バーの縦断面図を示す。
第２図は、本発明による圧縮波発生装置および分割式ホプキンソン圧力バーを示す。
図面の第１図は、分割式ホプキンソン圧力バー１に圧縮波を発生させる公知の構成を概略的に示している。この構成は、テスト中の試験片３を介して出力バーまたは出力部材４に連結した入力バーまたは入力部材２を包含する。第１図から自明である方法によって入力バー２の自由端2aと衝突するように適当な発射体６を発射するガス銃５が配置してある。こうすれば、発射体は、発射体の前端6aが入力バーの端2aと接触したとき、入力バー２、それ故、試験片３に圧縮波を発生させる。図示例において、入力、出力バー２、４は発射体６と同様の断面の円筒形断面である。
この明細書において先に述べたように、発射体の前面6aと入力バーの衝突面2aとの間の前記構成には境界問題があり、これはかなりの困難を生じさせる可能性がある。境界問題を最小限に抑えるために、発射体とバーは衝突時に完全に平行でなければならず、銃の内側の誘導表面は、表面6aのほぼ全体が衝突時に表面2aの全体と接触するように滑らかであり、機械的に処理してある必要がある。
第２図は、分割式ホプキンソン圧力バー102の左に衝撃を与える、本発明による圧縮波発生装置101を示している。この分割式ホプキンソン圧力バーは、（圧縮試験を行おうとしている）試験片104を介して出力バー105に連結された入力バー103を包含する。大きい矢印106、107はホプキンソン・バー102を介して発生した圧縮波の方向を表している。圧縮波発生装置101は、液圧式アクチュエータ108を有する。（このアクチュエータの形状は任意の便利な手段、たとえば液圧であるというよりはむしろ空気圧の動作を行うものであってよい）。これは、使用中に、インパクタ・バーまたはインパクタ部材109に予荷重力（矢印Ａによって表す）を誘発する。このインパクタ・バーまたはインパクタ部材の右端109aは入力バー103の入力端あるいは衝撃端103aに隣接して位置する。脆弱なあるいは壊れやすい構成要素110がインパクタ・バー109の長さに沿って設けてあり、前記壊れやすい部材はアクチュエータによって与えられる予荷重力の特定の値で壊れるように配置してある。インパクタ109の前端109aは、インパクタ109の前記端109aに溶接された円筒状のカラー111によって案内され、入力バー103の端103aに隣接して保持される。カラー111の内径111aは入力バー103の直径に精密に一致しており、入力バー103の直径はインパクタ・バー109の直径に一致している。このことは図面から明らかであろう。
ブロッキング・システムあるいは固定支持体112がインパクタ・バー109を囲んでいるカラー111の背後に設けてある。これにより、液圧アクチュエータ108によって矢印「Ａ」の方向において予荷重力を付与した際に支持体112の左に向かうインパクタ・バー109の動きに抵抗を与えるすなわちその動きを阻止する。予荷重力の下で、カラー111の後面111bがブロッキング・システム112の前面112aに対して緊密に押圧され、予荷重力が矢印「Ａ」の方向において入力バー103に加えられることはない。しかしながら、予荷重力が既知の予設定レベルに達すると直ちに、脆弱な部材110が壊れ、インパクタ・バーにおける作用力がインパクタ・バーの衝撃表面109aと入力バー103の入力端103aとの間の境界に衝撃を生じさせる（これは自明のことであろう）。さらに、衝撃は正確な既知の振幅および持続時間の圧縮応力波を入力バー103、試験片104および出力バー107を介して発生させることになる。こうして、圧縮波発生装置は、予荷重を受けた静止インパクタ・バーに弾性位置エネルギを蓄積させ、次に（たとえばインパクタ・バーの脆弱な部材を壊すことによって）急速にそのエネルギを解放してインパクタ・バーを入力バーと衝突させるという原理に依存する。こうして、図面の第２図と関連して先に説明した発明は、溶接シリンダ・ブロッキング・システムによってインパクタと衝撃を受けるシステムとに分割された独特な連続的なバー・システム109、103により、第１図に関連して説明した従来技術構成に伴う問題を避けることができる。インパクタ・バー109と入力バーあるいは衝突バーの接触はほぼ完璧であり、それによって生じたパルスはシステム全体を通して効果的に伝播するが、第１図に関連して説明した構成と異なりいかなる目に見える障害もない。
第１図に関連して説明した装置において、もしより大きい試験片を試験するために入力バーの直径を大きくしたならば、必然的に発射体６の直径も大きくなり、この大きくなった発射体を送り出すことができるようにするために銃５を改造したり、もっと大きい銃と交換したりしなければならなくなる。しかしながら、第２図と関連して説明した本発明の構成においては、入力、出力バーおよびインパクタ・バーの直径を大きくするだけで大きい直径の試験片をより容易かつ簡単に試験することができる。このとき、同じアクチュエータ手段108を使用できる。
さらに、ホプキンソン・バーの幾何学的形状を、たとえば必要に応じて矩形あるいは正方形の断面のバーを与えるように比較的容易に変えることも可能である。従来ならば、このような状況においては、同様の断面の適切なサイズの発射体をこのようなバーと衝突させるように発射するガス銃に改造を施さなければならないであろう。
本発明による装置は、３種類の試験片、すなわちチューブ、シリンダ、プリズムが一般的に使用されるコンクリートの動的な機械的特性付けのために使用することができた。シリンダは標準の試験片としてアメリカ合衆国、カナダ、ニュージーランドにおいて使用されるのに対し、立方体形はヨーロッパの国々において一般的に使用される。
ここで、第２図に示す装置においては、予荷重を受けたバー109の長さを数メートルまで大きくして、第１図に示す場合のように銃の内側で発射体の振動ああるいは案内についての問題なしに、圧縮パルスの長さを大きくすることができることに注目されたい。したがって、第２図に示す配置は、上記の振動問題なしに圧縮パルスの長さを数メートルまで大きくすることができるという点で第１図に示す配置以上の付加的な利点を有する。
ここで、本発明の範囲が用語の特別な選択によって不当に制限を受けるものではなく、或る特定の用語を任意の均等なあるいは総括的な用語と置き換えることができることは了解されたい。さらに、圧縮波または圧縮パルス生成装置と関連した個々の特徴、方法あるいは機能が個々に特許性を持っているかもしれないということも了解されたい。単数が複数を含んでいてもよいし、またその逆であってもよい。さらに、任意の変数またはパラメータについてここに記載した任意の範囲は、その範囲内あるいはこの範囲あるいは副範囲内もしくはその終端に位置する変数またはパラメータの任意特別な値内で任意の推定副範囲の開示も含むように採用することになろう。
さらに、本発明によれば、予荷重したインパクタ・バー／部材において弾性蓄積エネルギを利用してこの蓄積エネルギを急速に解放し、インパクタ・バー／部材を入力バーに衝撃させることによって分割式ホプキンソン圧力バーのような圧力バー・システムにおいて圧縮波を発生させる方法を得ることができる。
さらに、本発明によれば、上記の方法を実施するための装置を得ることができる。
圧縮波または圧縮パルス生成装置は、圧力バー・システムにおけるよりむしろ特別なアイテムまたは機器（テスト中）において圧縮波または圧縮パルスを発生させることができるようになっている。そして、このような配置は特許性がある。
【図１】
0003594036.tif 000002
【図２】
0003594036.tif 000003