(57)【要約】【課題】疲労試験に要する所要時間を短縮する。【解決手段】加振台に固定された試験対象の部材からなる所定数の試験片を振動させ、振動により試験片に生じる応力の発生回数を応力繰り返し回数として試験片毎にカウントする（ステップＳ３）。加振台に固定された試験片のうちのいずれかが疲労状態に達したと判断されるとき、疲労状態に達したと判断された試験片に生じていた応力範囲及び応力繰り返し回数を疲労特性情報として取得し（ステップＳ６、Ｓ７）、疲労状態に達したと判断された試験片をこの試験片と同一部材からなる他の試験片と交換する（ステップＳ９）。このとき、試験片の交換が終了した後は、加振台に新たに固定された試験片については応力繰り返し回数を初期値からカウントし、その他の試験片については振動が中断された時点での応力繰り返し回数からカウントする。【選択図】図２０
2018179616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加振台に固定された試験対象の部材からなる複数の試験片を一定の目標周波数で同時に振動させる振動処理工程と、
前記振動により前記試験片に生じる応力の発生回数を応力繰り返し回数として前記試験片毎にカウントするカウント工程と、
前記加振台に固定された前記試験片のうちのいずれかが予め設定した疲労状態に達したと判断されるとき、当該疲労状態に達したと判断された試験片に生じていた応力及び前記応力繰り返し回数を、当該試験片の疲労特性情報として記憶する記憶工程と、
前記疲労状態に達したと判断された試験片を、当該試験片と同一部材からなる他の試験片と交換する交換工程と、
を備え、
前記振動処理工程では、前記試験片の交換が行われているときには前記試験片の振動を中断させ、前記試験片の交換が終了した後に前記一定の目標周波数で振動を再開させ、
前記カウント工程では、前記試験片の交換が終了した後は、前記加振台に固定された試験片のうち、新たに固定された試験片については前記応力繰り返し回数を初期値からカウントし、その他の試験片については前記振動が中断された時点での応力繰り返し回数からカウントすることを特徴とする疲労特性検出方法。
【請求項２】
前記加振台に最初に固定された前記複数の試験片のうち、当該試験片に生じる応力がより大きいと予測される試験片の固有周波数を前記目標周波数とすることを特徴とする請求項１に記載の疲労特性検出方法。
【請求項３】
全ての前記試験片は同一の部材からなり、
前記目標周波数で振動することにより生じる応力がそれぞれ異なることを特徴とする請求項２に記載の疲労特性検出方法。
【請求項４】
前記加振台に最初に固定された試験片は互いに異なる部材からなり、
前記複数の試験片の周波数応答特性を表す波形同士が交差する周波数のうち、当該周波数で振動させたときに前記試験片に生じると予測される応力がより大きな値となる周波数を前記目標周波数とすることを特徴とする請求項１に記載の疲労特性検出方法。
【請求項５】
前記交換工程では、前記疲労状態に達したと判断される試験片と同一の部材からなり、前記目標周波数で振動させたときに生じると予測される応力が同一の部材間で順に小さくなるような試験片に交換することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の疲労特性検出方法。
【請求項６】
前記試験片に当該試験片の振幅を検出するセンサを設け、
前記振動処理工程では、前記センサで検出された振幅が一定となるように、前記試験片を振動させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の疲労特性検出方法。
【請求項７】
前記加振台に最初に固定された前記複数の試験片のうち、前記目標周波数で振動させたときに試験片に生じると予測される振幅が最大となる試験片の振幅を目標振幅とし、
前記予測される振幅が最大となる試験片に当該試験片の振幅を検出するセンサを設け、
前記振動処理工程では、前記センサで検出された振幅が前記目標振幅と一致するように前記試験片を振動させることを特徴とする請求項６に記載の疲労特性検出方法。
【請求項８】
前記加振台に最初に固定された試験片は互いに異なる部材からなり、
前記複数の試験片の周波数応答特性を表す波形同士が交差する周波数のうち、当該周波数で振動させたときに前記試験片に生じると予測される応力がより大きな値となる周波数を前記目標周波数とし、
前記複数の試験片のうち、前記周波数応答特性を表す波形同士が交差する周波数が前記目標周波数として設定された試験片を前記目標周波数で振動させたときに前記試験片に生じると予測される振幅を目標振幅とし、
前記周波数応答特性を表す波形同士が交差する周波数が前記目標周波数として設定された試験片うちのいずれかに当該試験片の振幅を検出するセンサを設け、
前記振動処理工程では、前記センサで検出された振幅が前記目標振幅と一致するように前記試験片を振動させることを特徴とする請求項６に記載の疲労特性検出方法。
【請求項９】
前記試験片の長手方向が垂直となるように前記試験片を片持ち支持することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の疲労特性検出方法。
【請求項１０】
同一部材からなる複数の試験片の前記疲労特性情報に基づき、当該試験片を形成する部材の疲労限度を検出することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の疲労特性検出方法。
【請求項１１】
加振台に固定された複数の試験片を一定の目標周波数で振動させ、前記加振台に固定された試験片のうちのいずれかが予め設定した疲労状態に達したと判断されて交換されるとき前記試験片の振動を中断させ、交換が終了した後振動を再開させる振動処理部と、
前記振動により前記試験片に生じる応力の発生回数を応力繰り返し回数として前記試験片毎にカウントするカウント処理部と、
前記加振台に固定された試験片のうちのいずれかが前記疲労状態に達したと判断されるとき、当該疲労状態に達したと判断された試験片に生じていた応力及び前記応力繰り返し回数を、当該試験片の疲労特性情報として記憶部に記憶する疲労特性情報取得部と、
を備え、
前記カウント処理部は、前記試験片が交換されるとき、前記加振台に固定された試験片のうち非交換対象の試験片毎の応力繰り返し回数を繰り返し数記憶部に格納し、前記試験片の交換が終了した後は、前記加振台に新たに固定された試験片については前記応力繰り返し回数を初期値からカウントし、非交換対象の試験片については前記繰り返し数記憶部に格納した応力繰り返し回数からカウントすることを特徴とする疲労特性検出装置。
【請求項１２】
前記疲労特性情報取得部で取得した同一部材からなる複数の試験片の前記疲労特性情報に基づき、当該試験片を形成する部材の疲労限度を検出する疲労限度検出部を備えることを特徴とする請求項１１に記載の疲労特性検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、疲労特性検出方法及び疲労特性検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、試験片の疲労試験を行う場合には、試験片に対して極めて多い繰り返し回数で試験荷重を与えて疲労試験を行うことが行われている。
一般に、疲労試験では、一定応力又は一定変位を維持した状態で試験片に繰り返し応力を発生させ、試験片が劣化（破壊）するまでの応力値（応力範囲）と応力を発生させた回数との関係をグラフ化し、いわゆるＳ−Ｎ曲線を取得することによって、疲労限度を求めている。具体的には、試験片に発生する応力レベルを変化させ、ある応力レベル以下では何回繰り返し振動させたとしても、試験片に損傷が発生しないという応力レベルを検索し、検索により得た応力レベルを試験片の疲労限度とみなしている。
【０００３】
ここで、Ｓ−Ｎ曲線では、横軸に劣化までの応力繰り返し回数、縦軸を応力範囲として、データプロット点を近似曲線で結び、応力繰り返し回数が増加しても応力範囲が略一定の状態を維持するときの応力範囲を、疲労限度としている。
通常、金属材料では、１００万回繰り返し応力を発生させたとしても損傷が生じなければ、それ以上の回数繰り返し応力を発生させたとしても十分耐えられるとみなして、その時点で疲労試験を終了するようにしている。
しかしながら、ＣＦＲＰ（carbon fiber reinforced plastic、炭素繊維強化プラスチック）等といった疲労特性が明確ではない新素材について疲労試験を行う場合には、「これ以上の回数繰り返し応力を発生させたとしても十分耐えられる」とみなすためには、場合によっては、１０００万回近く繰り返し応力を発生させなければならない場合もある。
【０００４】
このように、ある応力値を発生させたときに試験片が劣化までの繰り返し応力の発生回数を得るためには、数万回から数百万回以上、繰り返し応力を発生させる必要がある。つまり、Ｓ−Ｎ曲線を得るための１点のデータをプロットするだけでも多くの時間を必要とする。また、Ｓ−Ｎ曲線を得るためには、最低でも５点又は６点のデータが必要であるため、Ｓ−Ｎ極性を得るためには、多大な時間を要することになる。
そのため、例えば、翼状形状のような長尺部材の疲労試験を行う際に、１体の試験片を専用の加振装置に固定して片持ち支持し、固有振動数で振動させることで、試験片に対して高速で繰り返し応力を発生させて所要時間の短縮を図り、また、簡易な構成で加振することにより加振機の稼動に伴うコスト削減を図るようにした方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、薄板状の試験片の疲労試験を実施する際に、片持ち梁状の試験片を固有振動数で共振させ、固有振動数のずれを検知することで試験片の疲労を検出することによって、所要時間の短縮を図るようにした方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１１４１６４号公報
【特許文献２】特開平８−５４３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されているように、翼状形状の試験片を片持ち支持して振動させるようにした場合、所要時間を十分に短縮させるためには振動周波数を十分に高く設定する必要がある。しかしながら、翼状形状のような長尺の試験片の場合、一般的に固有周波数が低いため、所要時間を十分に短縮させることは困難である。また、固有周波数のずれを検知することにより試験片の疲労を検出する方法にあっても所要時間を短縮することはできるものの、より一層、所要時間を短縮することのできる方法が望まれていた。
本発明は、上記未解決の問題に着目してなされたものであり、疲労試験に要する所要時間をより短縮し効率よく疲労試験を行うことの可能な振動特性検出方法及び振動特性検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、加振台に固定された試験対象の部材からなる複数の試験片を一定の目標周波数で同時に振動させる振動処理工程と、前記振動により前記試験片に生じる応力の発生回数を応力繰り返し回数として前記試験片毎にカウントするカウント工程と、前記加振台に固定された前記試験片のうちのいずれかが予め設定した疲労状態に達したと判断されるとき、当該疲労状態に達したと判断された試験片に生じていた応力及び前記応力繰り返し回数を、当該試験片の疲労特性情報として記憶する記憶工程と、前記疲労状態に達したと判断された試験片を、当該試験片と同一部材からなる他の試験片と交換する交換工程と、を備え、前記振動処理工程では、前記試験片の交換が行われているときには前記試験片の振動を中断させ、前記試験片の交換が終了した後に前記一定の目標周波数で振動を再開させ、前記カウント工程では、前記試験片の交換が終了した後は、前記加振台に固定された試験片のうち、新たに固定された試験片については前記応力繰り返し回数を初期値からカウントし、その他の試験片については前記振動が中断された時点での応力繰り返し回数からカウントする、疲労特性検出方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の一態様によれば、加振台に固定された複数の試験片を一定の目標周波数で振動させ、前記加振台に固定された試験片のうちのいずれかが予め設定した疲労状態に達したと判断されて交換されるとき前記試験片の振動を中断させ、交換が終了した後振動を再開させる振動処理部と、前記振動により前記試験片に生じる応力の発生回数を応力繰り返し回数として前記試験片毎にカウントするカウント処理部と、前記加振台に固定された試験片のうちのいずれかが前記疲労状態に達したと判断されるとき、当該疲労状態に達したと判断された試験片に生じていた応力及び前記応力繰り返し回数を、当該試験片の疲労特性情報として記憶部に記憶する疲労特性情報取得部と、を備え、前記カウント処理部は、前記試験片が交換されるとき、前記加振台に固定された試験片のうち非交換対象の試験片毎の応力繰り返し回数を繰り返し数記憶部に格納し、前記試験片の交換が終了した後は、前記加振台に新たに固定された試験片については前記応力繰り返し回数を初期値からカウントし、非交換対象の試験片については前記繰り返し数記憶部に格納した応力繰り返し回数からカウントする、疲労特性検出装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、疲労特性情報が取得されたものから順に試験片を交換しながら、同時に複数の試験片に対して繰り返し応力を発生させることができるため、より多くの試験片に対して、より効率よく繰り返し応力を発生させることができ、結果的に振動特性の検出に要する所要時間をより短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る疲労試験装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】実施例１における、加振台に固定される試験片の遷移状況を説明するための説明図である。
【図３】試験片の支持方法の一例を説明するための説明図である。
【図４】図２に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図５】実施例１における、データ点のプロット状況の遷移を説明するための説明図である。
【図６】図２の続きである。
【図７】図６に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図８】図５の続きである。
【図９】図６の続きである。
【図１０】図９に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図１１】図８の続きである。
【図１２】図９の続きである。
【図１３】図１２に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図１４】図１１の続きである。
【図１５】図１２の続きである。
【図１６】図１５に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図１７】図１４の続きである。
【図１８】図１５の続きである。
【図１９】図１７の続きである。
【図２０】制御部の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図２１】実施例２における、加振台に固定される試験片の遷移状況を説明するための説明図である。
【図２２】図２１に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図２３】実施例２における、データ点のプロット状況の遷移を説明するための説明図である。
【図２４】図２１の続きである。
【図２５】図２３の続きである。
【図２６】図２４の続きである。
【図２７】図２５の続きである。
【図２８】図２６の続きである。
【図２９】図２７の続きである。
【図３０】図２８の続きである。
【図３１】図２９の続きである。
【図３２】制御部の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図３３】実施例３における、加振台に固定される試験片の遷移状況を説明するための説明図である。
【図３４】図３３に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図３５】実施例３における、データ点のプロット状況の遷移を説明するための説明図である。
【図３６】図３３の続きである。
【図３７】図３６に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図３８】図３５の続きである。
【図３９】図３６の続きである。
【図４０】図３９に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図４１】図３８の続きである。
【図４２】図３９の続きである。
【図４３】図４２に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図４４】図４１の続きである。
【図４５】図４２の続きである。
【図４６】図４５に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図４７】図４４の続きである。
【図４８】図４５の続きである。
【図４９】図４８に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図５０】図４７の続きである。
【図５１】図４８の続きである。
【図５２】図５１に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図５３】図５０の続きである。
【図５４】制御部の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図５５】実施例４における、加振台に固定される試験片の遷移状況を説明するための説明図である。
【図５６】図５５に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図５７】実施例３における、データ点のプロット状況の遷移を説明するための説明図である。
【図５８】図５５の続きである。
【図５９】図５８に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図６０】図５７の続きである。
【図６１】図５８の続きである。
【図６２】図６１に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図６３】図６０の続きである。
【図６４】図６１の続きである。
【図６５】図６４に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図６６】図６３の続きである。
【図６７】図６４の続きである。
【図６８】図６６に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図６９】図６６の続きである。
【図７０】図６７の続きである。
【図７１】図７０に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図７２】図６９の続きである。
【図７３】図７０の続きである。
【図７４】図７３に示す試験片の一次曲げ固有モードに相当する周波数応答関数の一例である。
【図７５】図７２の続きである。
【図７６】制御部の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図７７】両持ち梁からなる試験片の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る疲労特性検出装置を適用した疲労試験装置の一例を示す概略構成図である。
疲労試験装置１は、試験片Ｔが固定される加振台２と、加振台２を支持する支持台３と、加振台２を水平方向に振動させるモータ４と、モータ４を駆動制御すると共に、試験片から得た各種信号を信号処理し疲労限度を演算する制御装置５と、を備える。
加振台２は、例えば図２に示すように、水平方向に往復動可能に支持された移動可能なテーブルを備えており、このテーブルの上面に複数の試験片Ｔを固定するようになっている。そして、モータ４によってテーブルを一方向に水平に往復動することによって、試験片Ｔを振動させる。加振台２をモータ４で駆動することによって、試験片Ｔを高周波数で振動させるようになっている。
【００１３】
図２は、３つの試験片Ｔ１〜Ｔ３が固定されている場合を示す。試験片Ｔは長尺の板状に形成され、図３に示すように一端が、固定冶具１１により加振台２のテーブル上面に固定され、固定冶具１１により試験片Ｔを垂直に支持する。また、試験片Ｔは表裏面が加振台２の振動方向に面するように固定される。
固定冶具１１は、図３に示すように、長方形の板状部材を直角に折り曲げた部材からなり側面から見てＬ字状を有し、二つの固定冶具１１の垂直に立ち上がった面と試験片Ｔとが接するように試験片Ｔの下部を挟み込み、固定冶具１１の垂直に立ち上がった面の上端部部分と下端部部分とで試験片Ｔを挟んで固定冶具１１同士がねじ止めされる。そして、固定冶具１１の水平な面部分を加振台２のテーブル上面に固定するようになっている。
【００１４】
これにより、加振台２が駆動されることにより試験片Ｔが振動し、これにより試験片Ｔに曲げモーメントが加わったとき、固定冶具１１の上端部を基点として試験片Ｔに曲げが生じるようになっている。
図１に戻って、制御装置５は、演算処理を行うマイクロプロセッサ等の制御部５ａと、制御部５ａからの制御信号にしたがってモータ４を駆動制御する駆動回路５ｂと、ユーザによる各種パラメータ等の入力を行うためのキーボード等の入力部５ｃと、Ｓ−Ｎ曲線や疲労限度等の各種情報を表示するための表示部５ｄと、試験中の各種パラメータや、疲労特性情報等を記憶するための記憶部５ｅと、を備える。
【００１５】
制御部５ａは、加振台２に固定された試験片Ｔのうちのいずれか一つに取り付けられた変位計１２、各試験片Ｔに取り付けられた歪みゲージ１３等の各種信号及び、入力部５ｃから入力された各種パラメータに基づき駆動回路５ｂを介してモータ４を駆動制御する。また、制御部５ａは、各種センサからの情報を処理し例えば、Ｓ−Ｎ曲線や疲労限度等を、表示部５ｄに表示する。
試験片Ｔには、図２に示すように、固定冶具１１とは逆側の端部に重りＷが設けられている。変位計１２は、重りＷの下端部に設けられ、重りＷの下端部位置における振動方向の変位を検出するようになっている。
【００１６】
なお、変位計１２は、加振台２に固定されている試験片Ｔのうちの少なくとも一つに設けられていればよく、全ての試験片Ｔに設けられていてもよい。また、変位計１２として加速度センサを設け、制御部５ａで、加速度センサで検出された加速度を変位量、または振動速度に変換するようにしてもよい。また、変位計１２を加振台２に設置し、加振台２の変位や加速度を、変位量、又は振動速度に変換するようにしてもよい。
歪みゲージ１３は試験片Ｔ毎に設けられる。歪みゲージ１３は、図３に示すように、試験片Ｔの表裏面のうちの一方の、固定冶具１１と試験片Ｔとが接する部分の上端部、すなわち、振動により試験片Ｔに曲げが生じる基点となる部分、又は、試験片Ｔの最大応力が発生する部位に設けられる。
【００１７】
次に、上記実施形態を、具体例（実施例）を挙げて説明する。
＜実施例１＞
実施例１では、ある材料特性を有する部材の疲労限度を検出する場合の疲労試験装置１の動作を説明する。
まず、試験対象の部材からなる複数の試験片Ｔを用意する。ここでは、試験片Ｔを３つずつ振動させる場合について説明する。試験片Ｔとして６つの試験片Ｔ１〜Ｔ６を用意する。なお、試験片Ｔは３つずつ振動させる場合に限るものではない。また、試験片Ｔの数は６つに限るものではない。一つの試験片Ｔから得られる、劣化時における一つのデータ点を、複数の試験片Ｔから得て、得られた複数のデータ点を通るように近似曲線を得たときに、疲労限度を検出することのできるＳ−Ｎ曲線を得ることができれば、試験片Ｔの数はいくつであってもよい。なお、ここでいう「劣化」とは、歪みゲージ１３の出力信号が閾値以上変化した、或いは、試験片Ｔそのものに亀裂が生じた等、試験片Ｔの目視による状態、或いは、各種センサの検出信号に変化が生じ、試験片Ｔに劣化が生じたとみなすことの可能な状態（疲労状態）となったことをいう。劣化と判断するための条件は試験内容等に応じて任意に設定すればよい。
【００１８】
試験片Ｔ１〜Ｔ６は同一形状であり、試験片Ｔ１〜Ｔ６は梁の長さ及び厚みは同一であって、重りＷの質量がそれぞれ異なる。つまり、試験片Ｔ１〜Ｔ６は、これらを同一周波数で振動させたときに、試験片Ｔ１〜Ｔ６に生じると予測される振幅が全て異なるようにしている。なお、ここでいう梁の長さとは、図３において、重りＷを設置する前の試験片Ｔの曲げの基点から梁の先端までの長さをいう。
各試験片Ｔ１〜Ｔ５の重りＷの質量ｗ１〜ｗ５は、ｗ１＞ｗ２＞ｗ３＞ｗ４＞ｗ５の関係を満足するように設定される。また、試験片Ｔ６の重りＷの質量は、試験片Ｔ１〜Ｔ５の劣化状況に応じて設定する。
片持ち梁の一次曲げ固有モードの固有周波数は、試験片Ｔの梁の長さと板厚と重りＷの質量及び梁の材料定数とで決まり、試験片Ｔ１〜Ｔ５の場合、重りＷの質量が最も大きい試験片Ｔ１の一次曲げ固有モードの固有周波数（以下、単に固有周波数ともいう。）が最も低くなる。
【００１９】
次に、図２に示すように、重りＷの質量の大きい３つの試験片Ｔ１〜試験片Ｔ３を加振台２に固定する。
ここで、試験片Ｔ１〜試験片Ｔ３の周波数応答関数は例えば図４のように表される。なお、図４及び同様に周波数応答関数を表す図面において横軸は試験片Ｔの振動周波数、縦軸は試験片Ｔの振幅を示す。つまり、試験片Ｔをある周波数で振動させたときに、試験片Ｔの片持ち梁の端部に相当する位置で生じると予測される振幅を表す。
図４に示すように、試験片Ｔ１〜Ｔ３のうち、重りＷの質量が最も大きい試験片Ｔ１の固有周波数が最も低く、且つ、固有振動数が低いことにより減衰効果が減少するため試験片Ｔ１の振幅は一般的に最も大きい。言い換えると、固有振動数の最も高いＴ３は固有振動数が高い分だけ減衰効果が大きいため、同じ材質であれば振幅値は最も小さくなる。
【００２０】
そこで、固有周波数が最も低く応力の振幅が最も大きい試験片Ｔ、すなわち最初に劣化すると予測される試験片Ｔ１の固有周波数ｆ１を目標周波数とする。また、周波数応答関数から得られる、試験片Ｔ１を固有周波数ｆ１で振動させたときに生じると予測される振幅ａ１を目標振幅とする。劣化までの応力繰り返し回数が最も少ないと予測される試験片Ｔ１の固有周波数ｆ１を目標周波数として設定することにより、試験片Ｔ１〜Ｔ６の応力レベルをより広い範囲で変化させることができる。
なお、ここでは、固有周波数ｆ１を目標周波数としているが、固有周波数ｆ１近傍の値を目標周波数として設定してもよい。また、必ずしも固有周波数ｆ１を目標周波数として設定しなくともよい。ただし、試験片Ｔを形成する部材の疲労限度をできるだけ少ない試験片で探索するため、または、Ｓ−Ｎ曲線を得るためのトータル時間をできるだけ少なくするため、疲労試験開始初期段階では、比較的大きな応力が試験片Ｔに生じるように目標周波数を設定することが好ましい。つまり、疲労試験開始初期段階で比較的大きな応力が試験片Ｔに生じたときの疲労限度を得ることによって、次に振動させるべき応力値を想定しやすくなり、結果的に、Ｓ−Ｎ曲線を得るために必要な試験片Ｔの数を減らすことができる。
【００２１】
そして、加振台２を目標周波数で振動させ、このとき、変位計１２からの出力信号から得られる振幅、つまり試験片Ｔ１の振幅が目標振幅と一致するように加振台２の振動周波数と振幅値とを調整する。
試験片Ｔ１〜Ｔ３に取り付けられた各歪みゲージ１３からの出力信号は制御部５ａに入力され、制御部５ａでは、各試験片Ｔ１〜Ｔ３の歪みを常時収集し、例えば、歪みに大きな変化がないかどうかを監視する。また、制御部５ａでは、例えば収集した歪みを表示部５ｄに表示する。これにより、ユーザは、振動中の各試験片Ｔ１〜Ｔ３に生じている歪みを監視することができる。
【００２２】
また、制御部５ａでは各試験片Ｔが振動すると同時に、試験片Ｔ１〜Ｔ３の応力繰り返し回数を個別にカウントする。この応力繰り返し回数は、例えば、変位計１２から出力される変位信号に基づいて試験片Ｔが振動していた累計時間と周波数を用いてカウントする。
試験片Ｔ１〜Ｔ３に発生する応力は、図４に示す周波数応答関数からわかるように、振動周波数が固有周波数ｆ１のときの予測される振幅が最も大きい試験片Ｔ１が最も大きくなり、試験片Ｔ２、試験片Ｔ３の順に小さくなる。
【００２３】
ここで、図４において、振動周波数が固有周波数ｆ１のときの試験片Ｔ１の振幅値をａ１、試験片Ｔ２の振幅値をａ２、試験片Ｔ３の振幅値をａ３とする。各試験片Ｔ１〜Ｔ３に生じる応力は、試験片Ｔ１を基準に考えると、試験片Ｔ２は、試験片Ｔ１の応力のａ２／ａ１となり、試験片Ｔ３は試験片Ｔ１の応力のａ３／ａ１となる。つまり、試験片Ｔ１〜Ｔ３を振動させている状態は、同一部材からなる試験片Ｔ１〜Ｔ３に対して、応力レベルを３段階に異ならせた状態で、同時に疲労試験を実施していることと同等となる。
振動回数、つまり、応力繰り返し回数を重ねるに伴い、最も早く劣化するのは、試験片Ｔ１である。
試験片Ｔ１が劣化したと判断すると、この時点で一時的に加振台２を停止させ、劣化した試験片Ｔ１の、劣化する直前の歪みゲージ１３の出力信号、つまり歪みを応力値に換算して、劣化したときの応力範囲を検出し、検出した応力範囲と試験片Ｔ１の応力繰り返し回数とを対応付けて記憶部５ｅに格納する。これにより、Ｓ−Ｎ曲線上の１つのデータ点が取得されたことになる。
【００２４】
そして、図５に示すように、横軸を応力繰り返し回数（図では単に繰返し数と記載）、縦軸を応力範囲とする、Ｓ−Ｎ曲線を描くためのグラフ領域に、取得したデータ点をプロットする。なお、以後、Ｓ−Ｎ曲線を形成するための過程を示すグラフにおいて、黒塗りのデータ点は試験片Ｔが劣化したことを表し、白抜きのデータ点は試験片が劣化する前の状態であることを表す。図５では、試験片Ｔ１が劣化した時点では試験片Ｔ２及びＴ３は劣化していないため、白抜きで示している。
続いて、劣化した試験片Ｔ１を加振台２から取り外し、次に、試験片Ｔ１よりも重りＷの質量の軽い試験片例えばＴ４を加振台２に固定する（図６）。また、図７の周波数応答関数に示すように、加振台２に固定された３つの試験片Ｔ２〜Ｔ４のうち、振動周波数がｆ１のときの振幅が最も大きく、最も先に劣化すると予測される試験片Ｔ２の振幅ａ２を目標振幅として設定し、変位計１２を試験片Ｔ２に取り付ける。
【００２５】
この状態で加振台２を再度振動させ、試験片Ｔ２〜Ｔ４を振動させる。このとき、試験片Ｔ２に生じる歪みが、中断前と同じ歪みとなるように振動させる。つまり、目標周波数は中断前と同じｆ１そのままとし、変位計１２から得られる振幅が試験片Ｔ２の振幅ａ２と一致するように、加振台２の振動周波数を調整する。また、加振台２の振動の再開と共に、応力繰り返し回数のカウントを開始し、試験片Ｔ２及びＴ３については、中断前のカウント値から引き続きカウントアップし、新たに振動させた試験片Ｔ４については、新たに初期値から零からカウントを開始する。
【００２６】
中断前と同様に目標周波数ｆ１で振動させ、試験片Ｔ２の振幅が中断前の振幅、つまり振幅ａ２となるように振動させているため、試験片Ｔ２に生じる応力は、中断の前後で同等であるとみなすことができ、同様に試験片Ｔ３に生じる応力も中断の前後で同等であるとみなすことができる。そのため、一時的に中断したものの、試験片Ｔ２及びＴ３は、継続して略一定の応力が繰り返し生じるように振動されることになる。
一方、試験片Ｔ４は、試験片Ｔ１よりも重りＷの質量が小さいため、図７に示すような周波数特性となり、試験片Ｔ１よりも共振点が高くなる。そのため、振動周波数ｆ１で振動させたときの試験片Ｔ４の振幅ａ４は、試験片Ｔ１の振幅ａ１よりも小さく、試験片Ｔ３の振幅ａ３よりも小さい。すなわち試験片Ｔ４に生じる応力レベルは試験片Ｔ１〜Ｔ３に生じる応力レベルよりも小さい。つまり、試験片Ｔ２〜Ｔ４を振動させている状態は、同一の材料特性を有する試験片Ｔ２〜Ｔ４に対して、応力レベルを３段階で異ならせた状態で、同時に疲労試験を実施していることと同等となる。
【００２７】
この状態から、試験片Ｔ２〜Ｔ４のうち、発生する応力レベルが最も高く、応力繰り返し回数が多い試験片Ｔ２が劣化すると、試験片Ｔ１が劣化したときと同様に一時的に加振台２の振動を中断させ、劣化が生じた試験片Ｔ２の、劣化直前の歪みゲージ１３の出力信号に基づき応力範囲を検出し、この応力範囲と試験片Ｔ４の応力繰り返し回数とを対応付けて記憶部５ｅに格納する。そして、図８に示すように、Ｓ−Ｎ曲線を描くためのグラフ領域に、取得したデータ点をプロットする。試験片Ｔ２及びＴ３は試験片Ｔ１が劣化した後も、継続して一定応力レベルが発生するように振動されているため、その応力繰り返し回数（図８では、７０,０００回）は、試験片Ｔ１が劣化した後に振動を開始した試験片Ｔ４の応力繰り返し回数（図８では１０，０００回）よりも大きい。
【００２８】
続いて、図９に示すように、劣化した試験片Ｔ２に代えて、試験片Ｔ４よりも重りＷの質量が小さい試験片Ｔ５を加振台２に固定する。また、図１０に示すように、加振台２に固定された３つの試験片Ｔ３〜Ｔ５のうち、振動周波数がｆ１のときの振幅が最も大きく最も早く劣化すると予測される試験片Ｔ３の振幅ａ３を目標振幅として設定し、変位計１２を試験片Ｔ３に取り付ける（図９）。
この状態で、加振台２を再度振動させ、試験片Ｔ３〜Ｔ５を振動させる。このとき、試験片Ｔ３に生じる歪みが、中断前と同じ歪みとなるように、引き続きｆ１を目標周波数とし、変位計１２から得られる振幅が試験片Ｔ３の振幅ａ３と一致するように目標周波数を調整する。このため、試験片Ｔ３及びＴ４に生じる応力レベルは、中断の前後で同等となり、試験片Ｔ３及びＴ４は、継続して略一定の応力レベルが生じるように振動されることになる。
【００２９】
一方、試験片Ｔ５は、試験片Ｔ１及び試験片Ｔ４よりも重りＷの質量が小さいため、図１０に示すように、試験片Ｔ１よりも共振点が高くなる。そのため、振動周波数ｆ１で振動する試験片Ｔ５の振幅ａ５は、試験片Ｔ４の振幅ａ４よりも小さく、発生する応力レベルはより小さい。つまり、試験片Ｔ３〜Ｔ５を振動させている状態は、同一の材料特性を有する試験片Ｔ３〜Ｔ５に対して応力レベルを３段階に異ならせた状態で同時に疲労試験を実施していることになる。また、加振台２の振動の再開と共に、応力繰り返し回数のカウントを開始し、試験片Ｔ３及びＴ４については中断前のカウント値から引き続きカウントアップし、新たに振動させる試験片Ｔ５については新たに初期値例えば零からカウントアップする。
【００３０】
この状態から、試験片Ｔ３〜Ｔ５のうち、発生する応力レベルが最も高く、応力繰り返し回数の多い試験片Ｔ３が劣化すると、試験片Ｔ１が劣化したときと同様に、加振台２の振動を中断し、試験片Ｔ３の劣化直前の応力範囲と応力繰り返し回数とを対応付けて記憶部５ｅに格納する。さらに、図１１に示すように、Ｓ−Ｎ曲線を描くためのグラフ領域に、取得したデータ点をプロットする。試験片Ｔ３及びＴ４は試験片Ｔ２が劣化した後も、継続して一定レベルの応力が発生するように振動されているため、その応力繰り返し回数は、試験片Ｔ２が劣化した後に振動が開始された試験片Ｔ５の応力繰り返し回数よりも大きい。
【００３１】
続いて、図１２に示すように、劣化した試験片Ｔ３に代えて、試験片Ｔ６を加振台２に固定する。このとき、試験片Ｔ６の重りＷの質量は、試験片Ｔ３の重りＷの質量と試験片Ｔ４の重りＷの質量との間の値とする。つまり、試験片Ｔ１〜Ｔ３が劣化した時の応力範囲や応力繰り返し回数、また、劣化していない試験片Ｔ４及びＴ５のこの時点での応力繰り返し回数や予測される応力範囲等から、試験片Ｔ４、Ｔ５が劣化するまでの応力繰り返し回数は、発生する応力レベルが試験片Ｔ１〜Ｔ３よりも小さく、且つ、試験片Ｔ１〜Ｔ３が劣化した時点における応力繰り返し回数よりもさらに増加すると予測される。そのため、これを見越して、試験片Ｔ６の重りＷの質量は、試験片Ｔ３の重りＷの質量と試験片Ｔ４の重りＷの質量との間に設定する。つまり、Ｓ−Ｎ曲線は、試験片Ｔが劣化したときの応力繰り返し回数と応力範囲とから特定される位置にプロットしているため、試験片Ｔが劣化したときの応力繰り返し回数が大きく異なり、また、応力範囲が大きく異なるとプロット間隔が広くなり、得られるＳ−Ｎ曲線の精度が悪くなる。そのため、試験片Ｔ１〜Ｔ５が劣化したときの応力及び応力繰り返し回数から得られる複数のデータ点がプロットされた位置状況から、データ点の間隔が広く、適切なＳ−Ｎ曲線を描くことが困難と予測される領域を埋めるように、試験片Ｔ６の重りＷの質量を設定する。
【００３２】
また、加振台２に固定された３つの試験片Ｔ４〜Ｔ６のうち、図１１に示すように、応力繰り返し回数が大きく、最も早く劣化すると予測される試験片Ｔ４の振幅ａ４を目標振幅として設定し、変位計１２を試験片Ｔ４に取り付ける。
そして、試験片Ｔ４〜Ｔ６を振動させる。このとき、試験片Ｔ４に生じる歪みが、中断前と同じ歪みとなるように、引き続きｆ１を目標周波数とし、変位計１２から得られる振幅が試験片Ｔ４の振幅ａ４と一致するように振動周波数を調整する。このため、試験片Ｔ４及びＴ５に生じる応力は、中断の前後で同等となり、試験片Ｔ４及びＴ５は、継続して略一定のレベルの応力が生じるように振動することになる。
【００３３】
一方、試験片Ｔ６の重りＷは、試験片Ｔ３の重りＷの質量と試験片Ｔ４の重りＷの質量との間の値であるため、図１３に示すように、振動周波数ｆ１で振動させたときの試験片Ｔ６の振幅ａ６は、試験片Ｔ３の振幅ａ３と試験片Ｔ４の振幅ａ４との間の振幅となり、試験片Ｔ３の応力レベルと試験片Ｔ４の応力レベルとの間の応力レベルが生じることになる。したがって、試験片Ｔ４〜Ｔ６を振動させている状態は、同一の材料特性を有する試験片Ｔ４〜Ｔ６に対して応力レベルを３段階に異ならせた状態で同時に疲労試験を実施していることになる。
【００３４】
また、加振台２の振動の再開と共に、応力繰り返し回数のカウントを開始し、試験片Ｔ４及びＴ５については中断前のカウント値から引き続きカウントアップし、新たに振動させる試験片Ｔ６については新たに初期値例えば零からカウントアップする。
この状態から、試験片Ｔ４〜Ｔ６のうち、応力繰り返し回数の多い試験片Ｔ４が劣化すると、加振台２の振動を中断させ、試験片Ｔ４の劣化直前の応力範囲と応力繰り返し回数とを対応付けて記憶部５ｅに格納する。また、図１４に示すように、Ｓ−Ｎ曲線を描くためのグラフ領域に、取得したデータ点をプロットする。
【００３５】
続いて、図１５に示すように、劣化した試験片Ｔ４を加振台２から取り外す。そして、試験片Ｔ５及びＴ６のうち応力レベルがより大きく先に劣化すると予測される試験片Ｔ６に変位計１２を取り付け、試験片Ｔ６を振動周波数ｆ１で振動させたときの予測される振幅ａ６（図１６）を目標振幅として加振台２の振動を再開させ、応力繰り返し回数のカウントを開始し、試験片Ｔ５及びＴ６の応力繰り返し回数は、中断前のカウント値から引き続きカウントアップする。
そして、試験片Ｔ６が劣化すると、上記と同様の手順で劣化直前の応力範囲を求めて応力繰り返し回数と対応付けて記憶すると共に、図１７に示すようにＳ−Ｎ曲線を描くためのグラフ領域に得られたデータ点をプロットする。図１７に示すように、この時点で、試験片Ｔ４が劣化したときの応力繰り返し回数は試験片Ｔ３に比較して桁違いに増加し、数十万回となっている。そのため、この時点で、試験片Ｔ４が劣化したときの応力レベル近傍の値が試験対象の部材の疲労限度に近づいていると予測することができる。
【００３６】
続いて、図１８に示すように、今度は試験片Ｔ５に変位計１２を取り付け、図１６に示すように、試験片Ｔ５を振動周波数ｆ１で振動させたときの予測される振幅ａ５を目標振幅として加振台２の振動を再開させ、応力繰り返し回数のカウントを開始し、中断前のカウント値から引き続きカウントアップする。
そして、試験片Ｔ５が劣化すると、同様の手順で劣化直前の応力範囲と応力繰り返し回数とを対応付けて記憶すると共に、図１９に示すようにＳ−Ｎ曲線を描くためのグラフ領域に得られたデータ点をプロットする。これによって、試験片Ｔ１〜Ｔ６に対応した６つのデータ点がプロットされる。
【００３７】
このプロットされた６つのデータ点をもとに、図１９に示すようにこれら６つのデータ点を通るように近似曲線を描くことにより、近似曲線が収束する応力範囲を、試験対象の部材の疲労限度として得ることができる。
ここで、本実施形態における疲労試験装置１では、上述の６つのデータ点を取得するに際し、加振台２に３つの試験片Ｔを同時に固定し、各試験片Ｔに異なる応力を発生させるようにしている。そのため、例えば、まず試験片Ｔ１をある応力が生じるように振動させ、次に試験片Ｔ１を試験片Ｔ２に代えて、試験片Ｔ２を、試験片Ｔ１とは異なる応力が生じるように振動させ、というように、試験片Ｔが劣化する毎に試験片Ｔを順に取り替えて振動させる場合に比較して、６つのデータ点を取得し終えるまでの所要時間を大幅に短縮することができる。
【００３８】
また、疲労特性が未知の材料に関しては、上述のように、疲労試験開始初期では、比較的少ない応力繰り返し回数で劣化する比較的大きめの応力レベルを発生させるようにする。そして、その後は、劣化した試験片Ｔの応力繰り返し回数や発生する応力レベル等に基づいて、複数の試験片Ｔの応力レベルを概略推定し、より効率的にＳ−Ｎ曲線を描けるように、応力レベルを調整しながら重りＷの質量を設定しつつ、応力レベルの異なる複数の試験片Ｔを同時に振動させるというサイクルを繰り返すことによって、応力レベル毎に一度に一つの試験片Ｔを振動させる場合に比較して、効率よくＳ−Ｎ曲線形成のためのデータ点を得ることができる。
【００３９】
また、従来の試験片Ｔを一つずつ振動させ、劣化した時点で次の試験片Ｔに交換するようにした方法では、例えば、５Ｈｚで繰り返し応力を与えた場合、１００万回繰り返す場合、データ点を１点得るためには、約５６時間かかり、１０００万回繰り返す場合には約５５７時間かかる。しかしながら、本実施形態にかかる疲労試験装置１では、仮に、５Ｈｚで繰り返し応力を与える場合、同じ、５６時間、５５６時間であっても、加振台２に固定した試験片Ｔの数だけより多くのデータ点を得ることができる。さらに、一次曲げ固有モードの固有周波数を例えば５Ｈｚ以上等、比較的高い周波数に設定することができれば、さらなる所要時間の短縮を図ることができ、より一層疲労試験の効率化、また、疲労試験装置１を稼動することに伴いコスト削減につなげることができる。
【００４０】
なお、ここでは、疲労試験開始初期では、重りＷの質量を段階的に順に減少させることで、６つの応力レベルを発生させる場合について説明したが、必ずしも段階的に減少させなくともよい。
例えば、応力レベル１、応力レベル２の順に応力が小さくなるものとすると、応力レベル１（最大レベル）、応力レベル４、応力レベル５、応力レベル３、応力レベル６（最小レベル）、応力レベル２というように、応力レベルの山谷を設け、次にプロットすべきデータ点に応じた応力レベルを探索しながら応力レベルを発生させるようにしてもよい。
【００４１】
また、ここでは、重りＷの質量を変更することにより、異なる応力を発生させるようにした場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、加振台２の振幅を変更させることで、生じる応力を変化させることも可能である。また、重りＷの質量は一定のまま、梁の長さ、つまり、振動可動部の長さや板厚、つまり振動可動部の板厚を変化させることにより生じる応力を変化させるようにしてもよい。また、試験片に固定した重りＷと試験片Ｔとの相対位置を調整することによって試験片Ｔの梁の長さを変更させることで、試験片Ｔに生じる応力を変化させるようにしてもよい。また、これらを組み合わせて試験片Ｔに生じる応力を変化させるようにしてもよい。
【００４２】
図２０は、実施例１における、疲労試験実施時の制御部５ａの処理手順の一例を示すフローチャートである。
疲労試験開始時、ユーザは、加振台２に固定された３つの試験片Ｔのうち最初に破壊すると予測される試験片Ｔの固有周波数を目標周波数として設定すると共に、固有周波数で振動させたときに生じると予測される振幅を目標振幅として設定する。そして、これら目標周波数、目標振幅、また、その他必要なパラメータを、入力部５ｃを操作して入力設定する。また、加振台２に固定した試験片Ｔと制御部５ａ内に有するカウンタとを対応付ける。
【００４３】
一方、制御部５ａでは疲労試験が開始されると、まず、初期設定を行う（ステップＳ１）。例えば、入力部５ｃでのユーザの入力操作により設定された、目標周波数、目標振幅等のパラメータを読み込むと共に、加振台２に固定された試験片Ｔに対応するカウンタをリセットする。
次いで、変位計１２の出力信号を読み込み（ステップＳ２）、振動処理を行う（ステップＳ３）。振動処理では試験片Ｔが目標周波数で振動するように駆動回路５ｂを介してモータ４を駆動制御すると共に、変位計１２の出力信号から得られる試験片Ｔの変位と目標振幅とが一致するようにモータ４を駆動制御する。
【００４４】
また、制御部５ａでは、変位計１２の出力信号に基づき試験片Ｔの応力繰り返し回数を試験片Ｔ毎にカウントすると共に、歪みゲージ１３の出力信号に基づき、各試験片Ｔに生じている応力を収集し、例えば表示部５ｄに表示する（ステップＳ４）。また、応力繰り返し回数と応力値とを対応付けて記憶部５ｅに記憶する。
次いで、試験片Ｔが劣化したかを判定し（ステップＳ５）、いずれの試験片Ｔも劣化していなければステップＳ２に戻り、いずれかの試験片Ｔが劣化したと判断した場合には（ステップＳ６）、劣化時の処理を行う（ステップＳ７）。具体的には、劣化が生じた試験片Ｔの劣化直前の応力範囲と応力繰り返し回数とを対応付けて疲労特性情報として記憶部５ｅに格納する。また、Ｓ−Ｎ極性形成用のグラフ領域にデータ点をプロットする。
ユーザは、いずれかの試験片Ｔが劣化した場合には、これを他の試験片Ｔに交換し、変位計１２を付け替え、変位計１２を取り付けた試験片Ｔの予測される振幅を目標振幅として設定する。
【００４５】
制御部５ａでは、試験片Ｔ１〜Ｔ６全てが劣化したかを判断し（ステップＳ８）、全てが劣化していなければステップＳ９に移行し、試験片交換時の処理を行う。つまり、ユーザにより入力部５ｃから入力設定された振幅を目標振幅として更新設定する。また、新たに加振台２に固定された試験片Ｔに対応するカウンタをリセットする。加振台２に固定されている劣化していないと判断された試験片Ｔに対応するカウンタ値については例えば、所定の記憶領域（繰り返し数記憶部）に一時的に格納する。そして、ステップＳ２に戻り、加振台２を目標周波数で振動させ、且つ、変位計１２が取り付けられた試験片Ｔの振幅が目標振幅となるようにモータ４を駆動制御する。また、応力繰り返し回数をカウントし、加振台２に新たに固定された試験片については初期値からカウントし、加振台２に固定している劣化していないと判断された試験片Ｔについては、所定の記憶領域に記憶しているカウント値、つまり、中断直前における応力繰り返し回数を初期値として、続きからカウントアップする。
【００４６】
一方、全ての試験片Ｔ１〜Ｔ６が劣化した場合には、ステップＳ１０に移行し、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域において、６つのデータ点を通るように近似曲線を検出し、近似曲線から疲労限度を検出し表示部５ｄに表示する。そして処理を終了する。
なお、図２０において、ステップＳ１からステップＳ９の処理が振動処理部に対応し、ステップＳ３で、試験片Ｔの応力繰り返し回数を試験片Ｔ毎にカウントする処理がカウント処理部に対応し、ステップＳ７で劣化が生じた試験片Ｔの劣化直前の応力範囲と応力繰り返し回数とを対応付けて疲労特性情報として記憶部５ｅに格納する処理が疲労特性情報取得部に対応し、ステップＳ１０の処理が疲労限度検出部に対応している。
【００４７】
＜実施例２＞
実施例２では、疲労試験のばらつきを低減し疲労限度の検出精度の向上を図る場合の動作を説明する。
まず、試験対象の部材からなる複数の試験片Ｔを用意する。ここでは、試験片Ｔを３つずつ振動させる場合について説明する。試験片Ｔとして１５個の試験片Ｔを用意する。なお、試験片Ｔは３つずつ振動させる場合に限るものではない。また、試験片Ｔの数は１５個に限るものではなく、複数の試験片Ｔから得られた、これら試験片Ｔが劣化したときの状況を表す複数のデータ点を通る近似曲線から、疲労限度を検出することのできるＳ−Ｎ曲線を得ることができれば、試験片Ｔの数はいくつであってもよい。
１５個の試験片Ｔは同一形状であり、梁の長さ及び厚みは同一である。１５個の試験片Ｔは、３つの試験片Ｔを一つのグループとしてグループ毎に重りＷの質量が異なる。試験片Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃの重りＷの質量、試験片Ｔ２ａ〜Ｔ２ｃの重りＷの質量、試験片Ｔ３ａ〜Ｔ３ｃの重りＷの質量、試験片Ｔ４ａ〜Ｔ４ｃの重りＷの質量、試験片Ｔ５ａ〜Ｔ５ｃの重りＷの質量は、全て異なるように設定される。
【００４８】
まず、図２１に示すように、重りＷの質量が最も大きい試験片Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃを加振台２に固定する。また、試験片Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃのいずれかに変位計１２を取り付ける。
そして、試験片Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃの固有周波数ｆ１を目標周波数とし、周波数応答特性から得られる試験片Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃを固有周波数ｆ１で振動させたときに生じると予測される振幅ａ１を目標振幅とする。以後、実施例１と同様の手順で、加振台２を目標周波数で振動させ、変位計１２から出力信号から得られる試験片Ｔ１の振幅が目標振幅と一致するように加振台２の振動周波数を調整する。
【００４９】
また、試験片Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃに取り付けられた各歪みゲージ１３からの出力信号に基づき試験片Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃの歪みを常時収集し、試験片Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃの状態を監視する。さらに、試験片Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃの応力繰り返し回数を個別にカウントする。
そして、いずれかの試験片Ｔが劣化したとき、その応力繰り返し回数とその時点における応力範囲とを検出し、これらを対応付けて記憶部５ｅに記憶すると共に、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域にデータ点をプロットする。
このとき、変位計１２が取り付けられている試験片Ｔが劣化したときには、劣化していない他の試験片Ｔに変位計１２を付け替える。そして、再度振動させ、劣化していない試験片Ｔについてはカウンタをリセットせずに継続してカウントする。３つの試験片Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃが全て劣化したとき、試験片Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃの交換を行う。
【００５０】
ここで、図２１に示すように、試験片Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃは、形状及び重りＷを含めて同一であるため、固有周波数は同一となるはずであるが、実際には、図２２に示すように、試験片Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃのわずかな個体差や支持条件のわずかな差異等により固有周波数にばらつきが生じる。そのため、試験片Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃの振幅にもばらつきが生じる。その結果、図２３に示すように、試験片Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃが劣化するタイミングも異なり、劣化時における応力繰り返し回数にもばらつきが生じる。
【００５１】
次に、図２４に示すように、試験片Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃに代えて、試験片Ｔ２ａ〜Ｔ２ｃを加振台２に固定する。試験片Ｔ２ａ〜Ｔ２ｃの重りＷの質量ｗ２は、試験片Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃの重りＷの質量ｗ１よりも小さい（ｗ１＞ｗ２）。
また、試験片Ｔ２ａ〜Ｔ２ｃのいずれかに変位計１２を取り付ける。そして、上記と同様の手順で振動させ、試験片Ｔ２ａ〜Ｔ２ｃが劣化するまでの応力繰り返し回数及びそのときの応力範囲を取得し、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域に、試験片Ｔ２ａ〜Ｔ２ｃから得られたデータ点をプロットする（図２５）。
【００５２】
以後、上記と同様にして、試験片２ａ〜Ｔ２ｃ全てが劣化したとき、試験片２ａ〜Ｔ２ｃに代えて試験片Ｔ３ａ〜Ｔ３ｃを加振台２に取り付け（図２６）、試験片Ｔ３ａ〜Ｔ３ｃが劣化したときの応力繰り返し回数及びそのときの応力範囲を取得し、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域に、試験片Ｔ３ａ〜Ｔ３ｃから得られたデータ点をプロットする（図２７）。なお、試験片Ｔ３ａ〜Ｔ３ｃの重りＷの質量ｗ３は、試験片Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃの重りＷの質量ｗ１よりも小さく、試験片Ｔ２ａ〜Ｔ２ｃの重りＷの質量ｗ２よりも大きい（ｗ１＞ｗ３＞ｗ２）。
【００５３】
さらに、試験片Ｔ３ａ〜Ｔ３ｃ全てが劣化すると、試験片Ｔ３ａ〜Ｔ３ｃに代えて試験片Ｔ４ａ〜Ｔ４ｃを加振台２に取り付け（図２８）、試験片Ｔ４ａ〜Ｔ４ｃが劣化したときの応力繰り返し回数及びそのときの応力範囲を取得し、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域に、試験片Ｔ４ａ〜Ｔ４ｃから得られたデータ点をプロットする（図２９）。なお、試験片Ｔ４ａ〜Ｔ４ｃの重りＷの質量ｗ４は、試験片Ｔ２ａ〜Ｔ２ｃの重りＷの質量ｗ２よりも小さい（ｗ２＞ｗ４）。
ここで、図２９に示すように、試験片Ｔ１ａ〜Ｔ３ｃから得られるデータ点は略同一直線上に配置されるが、試験片Ｔ４ａ〜Ｔ４ｃから得られるデータ点は試験片Ｔ１ａ〜Ｔ３ｃの直線上から外れる。したがって、試験片Ｔ４ａ〜Ｔ４ｃに発生する応力近傍に疲労限界が存在すると予測される。
【００５４】
そのため、試験片Ｔ４ａ〜Ｔ４ｃに代えて試験片Ｔ５ａ〜Ｔ５ｃを加振台２に取り付ける際には（図３０）、重りＷの質量ｗ５を、試験片Ｔ２ａ〜Ｔ２ｃの重りＷの質量ｗ２と試験片Ｔ４ａ〜Ｔ４ｃの重りＷの質量ｗ４との間に設定する（ｗ２＞ｗ５＞ｗ４）。
そして試験片Ｔ５ａ〜Ｔ５ｃが劣化したときの応力繰り返し回数及びそのときの応力範囲を取得し、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域に、試験片Ｔ５ａ〜Ｔ５ｃから得られたデータ点をプロットする（図３１）。
これによって、試験片Ｔ１ａ〜Ｔ５ｃに対応した１５個のデータ点がプロットされる。
【００５５】
この１５個のデータ点をもとに、図３１に示すようにこれら１５個のデータ点を通るように近似曲線を描くことにより、近似曲線が収束する応力を、試験対象の部材の疲労限度として得ることができる。
このように実施例２では、同一の試験片Ｔであっても、劣化したときの応力繰り返し回数にばらつきが生じることが予想されることから、重りの質量毎に、試験片を３つずつ用意し、同一の質量を有する試験片に対応するデータ点のうちのいずれかを通るように近似曲線を作成するため、疲労限界をより高精度に検出することができる。
【００５６】
ここで、一つの試験片Ｔに対して、順に応力を変更して劣化したときの応力繰り返し回数を検出する方法にあっては、一つの試験片Ｔが劣化するまでの応力繰り返し回数が膨大であるため、同一部材からなる同一形状の複数の試験片Ｔを、劣化するまで振動させた場合、かなりの所要時間を要することになり、さらに、この処理を順に応力を変更して行うことになるため、ばらつきが疲労限度の精度に与える影響を除去するには、さらに多大な時間を要することになる。
しかしながら、本実施形態における疲労試験装置１では、複数の試験片Ｔを同時に振動させるため、応力の異なる試験片毎に振動させる場合と同等の所要時間で疲労限度の精度向上を図ることができる。
さらに、実施例１と実施例２とを組み合わせ、試験片Ｔ１〜Ｔ６毎に、重りの質量が同一の複数の試験片を用意し、試験片Ｔ１〜Ｔ６毎にそれぞれ複数のデータ点を取得し、これらに基づき近似曲線を描くことによって、実施例１と同等の所要時間で、より精度の高い疲労限度を得るようにすることも可能である。
【００５７】
図３２は、実施例２における、疲労試験実施時の制御部５ａの処理手順の一例を示すフローチャートである。
疲労試験開始時、ユーザは、加振台２に固定された、形状や重りＷの質量が同一の試験片例えば、３つの試験片の固有周波数を目標周波数として設定すると共に、固有周波数で振動させたときに生じると予測される振幅を目標振幅として設定する。そして、これら目標周波数、目標振幅、また、その他必要なパラメータを、入力部５ｃを操作して入力設定する。また、加振台２に固定した試験片Ｔと制御部５ａ内に有するカウンタとを対応付ける。
【００５８】
一方、制御部５ａでは、疲労試験が開始されると、実施例１の場合と同様に初期設定を行う（ステップＳ１）。ステップＳ１からステップＳ７の処理は実施例１と同様であって、所定の初期設定を行い、変位計１２の出力信号を読み込み（ステップＳ２）、振動処理を行って、試験片Ｔを振動させ（ステップＳ３）、各試験片Ｔに生じている応力を収集する（ステップＳ４）。そして、いずれかの試験片Ｔが劣化したときには（ステップＳ５、Ｓ６）、劣化直前の応力範囲と応力繰り返し回数とを対応付けて記憶部５ｅに格納すると共に、Ｓ−Ｎ極性形成用のグラフ領域にデータ点をプロットする（ステップＳ７）。
【００５９】
そして、加振台２に固定された、形状や重りＷの質量が同一の試験片３つ全てが劣化していなければ（ステップＳ１１）、ユーザが変位計１２の交換を行うことに伴う処理、また、劣化した試験片Ｔに対応するカウンタの停止等の処理を行った後（ステップＳ１２）、ステップＳ２に戻る。一方、加振台２に固定された３つの試験片全てが劣化したときにはステップＳ１３に移行する。
ユーザは、加振台２に固定された３つの試験片全てが劣化したときに試験片Ｔの交換を行う。すなわち、重りＷの質量の異なる他の同一形状、重りＷの質量が同一の３つの試験片Ｔに交換する。また、試験片Ｔの固有周波数を目標周波数とし、固有周波数で振動させたときに生じると予測される試験片Ｔの振幅を目標振幅として設定する。
【００６０】
制御部５ａでは、試験片Ｔの交換が行われたときには（ステップＳ１３）、試験片交換時の処理を行う（ステップＳ１４）。具体的には、設定された目標周波数、目標振幅を読み込むと共に、新たに加振台２に固定された試験片に対応するカウンタを零にリセットする。そして、ステップＳ２に移行し、新たに加振台２に固定された試験片Ｔを振動させる。
そして、同様にして、３つの試験片Ｔが全て劣化する毎に、加振台２に固定する試験片Ｔを交換し、重りＷの質量が異なる全ての試験片Ｔを振動させたとき、ステップＳ１３からステップＳ１０に移行し、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域においてプロットされた複数のデータ点を通るように近似曲線を検出し、近似曲線から疲労限度を検出し表示部５ｄに表示する。そして処理を終了する。このとき、重りＷの質量が同一の試験片から得たデータ点についてはいずれか一点を通るように近似曲線を検出する。
【００６１】
＜実施例３＞
実施例３では、材料定数が異なる試験対象の部材それぞれの疲労限度を検出する場合の疲労試験装置１の動作を説明する。
まず、試験対象の部材毎に、複数の試験片を用意する。次に、試験対象の部材毎に一つずつ試験片を加振台２に固定する。例えば、試験対象の部材が３種類である場合には、試験対象の部材Ａからなる試験片Ｔａ１、試験対象の部材Ｂからなる試験片Ｔｂ１、試験対象の部材Ｃからなる試験片Ｔｃ１を加振台２に固定する（図３３）。
材料定数が異なる部材の場合、図３４に示すように、固有周波数が異なることが予測されるため、固有周波数近傍において、周波数応答関数を表す波形が交差するように各試験片Ｔの重りＷの質量、試験片Ｔの梁の長さ等いずれか一つ又は複数を調整する。このとき、試験片Ｔの固有周波数近傍で交差するように調整することが好ましく、交差する点における周波数で振動させたときの試験片の振幅がより大きくなるように調整することが好ましい。
【００６２】
そして、周波数応答関数を表す波形が交差する点のうち、交差する点における周波数で振動させたときの試験片Ｔの振幅が最大となる点における振幅を目標振幅とし、この点に対応する周波数を目標周波数とする。図３４の場合、試験片Ｔａ１及びＴｂ１の周波数応答関数を表す波形が交差する周波数ｆ１が目標周波数となり、このときの試験片Ｔａ１及びＴｂ１の振幅ａ１が目標振幅となる。このように目標振幅及び目標周波数を設定することにより、目標周波数で振動させたときの試験片Ｔａ１とＴｂ１との振幅は共に目標振幅ａ１と同等となるため、試験片Ｔａ１及びＴｂ１のいずれか一方に変位計１２を設け、目標周波数で振動させ、且つ変位計１２の出力信号から得られる変位が目標振幅ａ１となるように振動周波数を制御する。これによって、試験片Ｔａ１及びＴｂ１の振幅が共に目標振幅ａ１で一定となるように振動させることができる。
【００６３】
ここで、加振台２に固定された試験片Ｔａ１、Ｔｂ１、Ｔｃ１はそれぞれ異なる試験対象の部材Ａ〜Ｃから形成されているため、試験対象の部材Ａ〜Ｃ毎にＳ−Ｎ曲線を得る必要がある。そのため、いずれの試験片Ｔについても、疲労限度に達するときの応力繰り返し回数が比較的小さいときの、おおよその応力を把握するために、ある程度大きな応力を発生させる必要がある。
なお、ここでは、周波数応答特性を表す波形同士が交差する点における周波数を目標周波数として設定しているが、いずれかの試験片の固有周波数を目標周波数として設定した場合の、他の試験片の振幅が、Ｓ−Ｎ曲線の取得に十分な振幅となる場合には、この固有周波数を目標周波数として設定してもよい。
【００６４】
また、ここでは、周波数応答関数を表す波形が交差する点のうち、交差する点における周波数で振動させたときの試験片Ｔの振幅が最大となる点における振幅を目標振幅として設定することで、劣化するタイミングが最も早いと予測される試験片Ｔの振幅を目標振幅として設定している。加振台２に固定されている試験片のうち劣化するタイミングが最も早い試験片が既知である場合には、最初に劣化する試験片の目標周波数における振幅を目標振幅として設定すればよい。最初に劣化する試験片が不明である場合には、上述のように、周波数応答関数を表す波形が交差する点のうち、交差する点における周波数で振動させたときの試験片Ｔの振幅が最大となる点における振幅を目標振幅としているが、例えば、固有周波数における振幅が最大となる試験片の振幅を目標振幅として設定すればよい。
【００６５】
そして、目標周波数で振動させることにより、試験片Ｔａ１、試験片Ｔｂ１、試験片Ｔｃ１のうちのいずれか、例えば、試験片Ｔａ１が劣化すると、実施例１と同様に、一旦、振動を中断し、歪みゲージ１３の出力信号に基づき劣化直前における試験片Ｔａ１の応力範囲と応力繰り返し回数とを対応付けて記憶部５ｅに記憶する。また、図３５に示すように、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域に得られたデータ点をプロットする。
ここで、例えば実施例１のように、試験片Ｔが同一部材から形成されて同一の材料特性を有し、梁の長さが同一であって重りＷの質量のみが異なる場合、目標周波数で振動させたときの各試験片Ｔの振幅は重りＷの質量が大きいほど大きくなると予測され、試験片Ｔに生じる応力も重りＷの質量が大きいほど大きくなる。つまり、試験片Ｔの予測される振幅が大きいほど試験片Ｔに生じる応力も振幅に比例して大きくなる。
【００６６】
一方、試験片Ｔａ１、Ｔｂ１、Ｔｃ１が、異なる部材から形成されている場合には、図３４に示すように、振動周波数ｆ１で振動させたとき、試験片Ｔｃ１の振幅ａ３は、試験片Ｔａ１及びＴｂ１の振幅ａ１よりも小さくなると予測されるが、試験片Ｔに生じる応力は予測される振幅に必ずしも正の相関があるとは限らない。これは、試験片Ｔａ１、Ｔｂ１、Ｔｃ１が異なる部材から形成されており材料特性が異なること、また、重りＷの質量や梁の長さが任意に調整されているためである。
この時点では、試験片Ｔｂ１及びＴｃ１は劣化していないため、試験片Ｔａ１のみを加振台２から取り外し、図３６に示すように、試験片Ｔａ１と同一の試験対象の部材Ａからなる試験片Ｔａ２を固定する。また、試験片Ｔｂ１に変位計１２を取り付ける。
そして、目標周波数及び目標振幅は引き続きｆ１、ａ１として試験片Ｔを振動させる。これによって、試験片Ｔｂ１及びＴｃ１は、中断前と同等の応力が生じるように制御されることになる。つまり、中断を挟んで一定の周波数で試験片Ｔｂ１及びＴｃ１が振動することになり、図３４及び図３７に示すように、試験片Ｔｂ１は、振幅が引き続き目標振幅ａ１となるように振動させ、試験片Ｔｃ１については振幅が引き続きａ３となるように振動させる。
【００６７】
一方、試験片Ｔａ２は、図３７に示すように、目標周波数ｆ１、目標振幅ａ１として振動させたときに試験片Ｔａ２に生じる応力が、同じく目標周波数ｆ１、目標振幅ａ１として振動させたときに試験片Ｔａ１に生じる応力よりも十分に低く、試験片Ｔａ２が劣化するまでの応力繰り返し回数が十分大きな値となるように、重りＷの質量や梁の長さを調整しておく。
その結果、振動を再開した後、試験片Ｔａ２は、図３７に示すように、振幅ａ４で振幅する。なお、試験片Ｔｂ１及びＴｃ１の応力繰り返し回数のカウンタは中断前のカウント値から引き続きカウントし、試験片Ｔａ２のカウンタは初期値零からカウントを開始する。
【００６８】
この状態から例えば、試験片Ｔｂ１が劣化すると、劣化直前の応力及び応力繰り返し回数を取得して記憶すると共に、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域にデータ点をプロットする（図３８）。また、試験片Ｔａ１の場合と同様にして、試験片Ｔｂ１を、この試験片Ｔｂ１と同一の試験対象の部材Ｂからなる試験片Ｔｂ２に交換する（図３９）。また、変位計１２を次に劣化すると予測される試験片Ｔｃ１に取り付ける。また、目標振幅として、振動周波数ｆ１で振動させたときに試験片Ｔｃ１に生じると予測される振幅ａ３を設定する。また、試験片Ｔｂ２は、図４０に示すように、目標周波数ｆ１、目標振幅ａ３として振動させたときに試験片Ｔｂ２に生じる応力が、同じく目標周波数ｆ１、目標振幅ａ１として振動させたときに試験片Ｔｂ１に生じる応力よりも十分に低く、試験片Ｔｂ２が劣化するまでの応力繰り返し回数が十分大きな値となるように重りＷの質量や梁の長さを調整する。そして、再度試験片を振動させる。
【００６９】
この状態から、例えば試験片Ｔｃ１が劣化すると、上記と同様にして、データ点の情報を取得して、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域にデータ点をプロットし（図４１）、試験片Ｔｃ１を、試験対象の部材Ｃからなる試験片Ｔｃ２に交換し、変位計１２を次に劣化すると予測される試験片Ｔａ２に取り付ける（図４２）。また、図４３に示すように、試験片Ｔａ２を振動周波数ｆ１で振動させたときに生じると予測される振幅ａ４を目標振幅として設定する。また、試験片Ｔｃ２は、図４３に示すように、目標周波数ｆ１、目標振幅ａ４として振動させたときに試験片Ｔｃ２に生じる応力が、同じく目標周波数ｆ１、目標振幅ａ３として振動させたときに試験片Ｔｃ１に生じる応力よりも十分に低く、試験片Ｔｃ２が劣化するまでの応力繰り返し回数が十分大きな値となるように重りＷの質量や梁の長さを調整する。そして、再度振動させる。
【００７０】
そして、この時点以降では、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域にこの時点でプロットされている各データ点の、試験対象の部材Ａ〜Ｃ毎の変化状況等から、これら試験片Ｔが劣化するまでの応力繰り返し回数はさらに増加すると予測されるとして、加振台２に固定された試験片Ｔａ２、Ｔｂ２、Ｔｃ２が全て劣化した時点で、試験片の交換を行う。
試験片Ｔａ２、Ｔｂ２、Ｔｃ２全てが劣化した時点での、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域には、図４４に示すようにデータ点がプロットされることになる。そして、劣化した全ての試験片Ｔａ２、Ｔｂ２、Ｔｃ２を、それぞれ同じ試験対象の部材Ａ〜Ｃからなる試験片Ｔａ３、Ｔｂ３、Ｔｃ３に交換する。これら試験片Ｔａ３、Ｔｂ３、Ｔｃ３は、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域にプロットされている各データ点の、試験対象の部材Ａ〜Ｃ毎の変化状況等から、試験対象の部材Ａ〜Ｃ毎にＳ−Ｎ曲線を得るに当たって、欠如しているデータ点を補完するようなデータ点を得ることのできる応力が発生するように、梁の長さや重りＷの質量等を調整する（図４５）。
【００７１】
例えば、図４４に示すように、試験片Ｔａ２、Ｔｂ２、Ｔｃ２が劣化するまではいずれの試験片も劣化したときの応力繰り返し回数は１０万回未満であるため、劣化するまでに１０万回は応力を繰り返し発生させることの可能な応力が生じるように調整する。また、加振台２に新たに３つの試験片を固定したため、これまでの目標周波数（＝ｆ１）ではなく、新たに目標周波数を設定する。例えば、図４６に示すように、試験片Ｔａ３、Ｔｂ３、Ｔｃ３のうち、得られる振幅が最大（＝ａ７）となる試験片Ｔａ３の固有周波数ｆ２を目標周波数として設定する。また、試験片Ｔａ３に変位計１２を取り付け、試験片Ｔａ３の振幅ａ７を目標振幅とする。
【００７２】
この状態で試験片Ｔを再度振動させ、順次変位計１２の取り付け位置を切り替えつつ加振台２に固定された全ての試験片Ｔが劣化するまで振動させ、図４７に示すように、試験片Ｔａ３、Ｔｂ３、Ｔｃ３に対応するデータ点を取得する。
そして、試験片Ｔａ３、Ｔｂ３、Ｔｃ３を新たな試験片Ｔａ４、Ｔｂ４、Ｔｃ４に交換する（図４８）。試験片Ｔａ４、Ｔｂ４、Ｔｃ４は、試験片Ｔａ３、Ｔｂ３、Ｔｃ３が発生する応力を設定した場合と同様に、Ｓ−Ｎ曲線を得るに当たって欠如しているデータ点を補完するようなデータ点を得ることのできる応力を発生するように設定する。そして、図４９に示すように、得られる振幅が最大（ａ１０）となる試験片Ｔａ４の固有周波数ｆ３を目標周波数として設定する。また、試験片Ｔａ４の振幅ａ１０を目標振幅とし、試験片Ｔａ４に変位計１２を取り付ける。
【００７３】
この状態で試験片Ｔを再度振動させ、順次変位計１２の取り付け位置を切り替えつつ加振台２に固定された全ての試験片Ｔが劣化するまで振動させ、図５０に示すように、試験片Ｔａ４、Ｔｂ４、Ｔｃ４に対応するデータ点を取得する。
そして、同様の手順で、試験片Ｔａ４、Ｔｂ４、Ｔｃ４を新たな試験片Ｔａ５、Ｔｂ５、Ｔｃ５に交換し（図５１）、試験片Ｔａ５、Ｔｂ５、Ｔｃ５のうち得られる振幅が最大（ａ１４）となる試験片Ｔａ５の固有周波数ｆ４を目標周波数として設定し、試験片Ｔａ５の振幅ａ１４を目標振幅とし、試験片Ｔａ５に変位計１２を取り付ける（図５２）。
【００７４】
この状態で試験片Ｔを再度振動させ、順次変位計１２の取り付け位置を切り替えつつ加振台２に固定された全ての試験片Ｔが劣化するまで振動させ、図５３に示すように、試験片Ｔａ５、Ｔｂ５、Ｔｃ５に対応するデータ点を取得する。
以上の処理を繰り返し行い、Ｓ−Ｎ曲線の精度を向上させながらデータ点を取得する。そして、Ｓ−Ｎ曲線を得るために十分なデータ点を取得したとき、得られたデータ点を通るＳ−Ｎ曲線を、試験対象の部材Ａ〜Ｃ毎に取得し、これに基づき各部材Ａ〜Ｃの疲労限界を検出する。
このように、材料定数の異なる複数の試験対象の部材Ａ〜Ｃについてもこれら部材Ａ〜Ｃに対して同時に疲労試験を行うことができる。
【００７５】
図５４は、実施例３における、疲労試験実施時の制御部５ａの処理手順の一例を示すフローチャートである。
ユーザは、まず、例えば３種類の試験対象の部材Ａ〜Ｃからなる試験片を用意する。このとき、図３４に示すように、異なる部材Ａ〜Ｃの、周波数応答特性を表す波形が、固有周波数近傍の周波数で交差し、且つ交差するときの周波数における３つの試験片の振幅が比較的大きくなるように、各試験片Ｔの梁の長さや重りの質量等を調整する。そして、この比較的振幅が大きくなるときの周波数と、そのときの振幅とを目標周波数、目標振幅として設定する。また、変位計１２の取り付け等を行う。そして、これら目標周波数、目標振幅、また、その他必要なパラメータを、入力部５ｃを操作して入力設定する。また、加振台２に固定した試験片Ｔと制御部５ａ内に有するカウンタとを対応付ける。
【００７６】
一方、制御部５ａでは、疲労試験が開始されると、まず、図２０のステップＳ１の処理と同様の手順で初期設定を行う（ステップＳ２１）。例えば、入力部５ｃでのユーザの入力操作により設定された、目標周波数、目標振幅等のパラメータを読み込むと共に、加振台２に固定された試験片Ｔに対応するカウンタをリセットする。
次いで、６つの試験片Ｔａ１〜Ｔｃ１、Ｔａ２〜Ｔｃ２に対するデータ点取得処理を行う（ステップＳ２２）。この６つのデータ点取得処理は、図２０のステップＳ２〜Ｓ８の処理と同様である。つまり、まず、３つの試験片Ｔａ１〜Ｔｃ１を振動させて、劣化した試験片Ｔを、同一部材からなる試験片Ｔに交換すると共に、劣化時の応力範囲及び応力繰り返し回数を取得してＳ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域にプロットし、この処理を繰り返し行って６つの試験片Ｔに対応するデータ点をＳ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域にプロットする。６つの試験片Ｔは同一の目標周波数で振動させる。
【００７７】
次に、試験片Ｔａ３〜Ｔｃ３に対するデータ点取得処理を行う（ステップＳ２３）。すなわち、目標周波数及び目標振幅を更新し図２０のステップＳ２〜ステップＳ７の処理と同様の手順で、３つの試験片全てが劣化するまで、劣化した試験片に対応するデータ点をプロットしつつ振動させる。試験片Ｔａ３〜Ｔｃ３は、試験片Ｔａ１〜Ｔｃ２から得たデータ点の変化傾向に応じて発生する応力を調整する。目標周波数及び目標振幅は、試験片Ｔａ３〜Ｔｃ３のうち生じると予測される振幅が最も大きい試験片の固有周波数及びそのときの振幅を設定する。
【００７８】
次に、試験片Ｔａ４〜Ｔｃ４に対するデータ点取得処理をステップＳ２３と同様の手順で行う（ステップＳ２４）、続いて試験片Ｔａ５〜Ｔｃ５に対するデータ点取得処理をステップＳ２３と同様の手順で行う（ステップＳ２５）。
そして、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域にプロットされた試験片Ｔａ１〜Ｔｃ５のデータ点を通る近似曲線を部材Ａ〜Ｃ毎に取得し、部材Ａ〜Ｃ毎の疲労限度を検出し、表示部５ｄに表示する（ステップＳ２６）。そして、処理を終了する。
【００７９】
＜実施例４＞
実施例４は、実施例１において、加振台２に最初に６個の試験片を固定するようにしたものである。
まず、試験対象の部材からなる複数の試験片Ｔを用意する。複数の試験片Ｔは同一部材から形成され、同一形状であり、試験片Ｔは梁の長さ及び厚みは同一であり重りＷの質量がそれぞれ異なる。まず、試験片Ｔとして６つの試験片Ｔ１〜Ｔ６を加振台２に固定する（図５５）。試験片Ｔ１〜Ｔ６の重りＷの質量ｗ１〜ｗ６の質量は、ｗ１＞ｗ２＞ｗ３＞ｗ４＞ｗ５＞ｗ６の関係を満足する。材料定数が同一であり重りＷの質量が異なる試験片であるため、試験片Ｔ１〜Ｔ６の周波数応答関数は図５６に示すように、重りの質量が小さくなるほど、固有周波数が高くなる。
【００８０】
目標周波数として、振動に伴い生じる振幅が最も大きくなると予測される試験片Ｔ１の固有周波数を設定する。また、劣化するまでの応力繰り返し回数が最も多いと予測される試験片Ｔ６の振幅ａ６を目標振幅とし、試験片Ｔ６に変位計１２を取り付ける。
そして、各試験片Ｔ１〜Ｔ６の振動周波数が目標周波数となり、且つ変位計１２から検出される試験片Ｔ６の振幅が目標振幅と一致するように振動周波数を調整する。
この状態で、生じる応力が最も大きい試験片Ｔ１が劣化すると、上記と同様の手順でこのときの応力範囲及び応力繰り返し回数を取得し、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域にデータ点をプロットする（図５７）。そして、試験片Ｔ１を試験片Ｔ７に交換する（図５８）。試験片Ｔ７の重りＷの質量は、試験片Ｔ１の重りＷの質量と試験片Ｔ２の重りＷの質量との間の値とする。そして、引き続き目標周波数ｆ１、目標振幅ａ６で試験片Ｔを振動させる。試験片Ｔ７に生じる振幅は周波数応答関数（図５９）から、試験片Ｔ１及び試験片Ｔ２の振幅ａ１、ａ２間の振幅ａ７となると予測される。
【００８１】
この状態から試験片Ｔ２が劣化すると、図６０に示すように、試験片Ｔ２から得られたデータ点をＳ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域にプロットし、試験片Ｔ１が劣化したときと同様の手順で、試験片Ｔ２に代えて試験片Ｔ８を加振台２に固定する（図６１）。試験片Ｔ８の重りＷの質量は、試験片Ｔ２の重りＷの質量と試験片Ｔ３の重りＷの質量との間の値とする。そのため、試験片Ｔ８に生じる振幅ａ８は周波数応答関数（図６２）から、試験片Ｔ７の振幅ａ７と試験片Ｔ３の振幅ａ８との間の大きさであり、且つ試験片Ｔ２の振幅ａ２よりも小さくなると予測される。
【００８２】
そして、再度振動させ、試験片Ｔ３が劣化すると、図６３に示すように、試験片Ｔ３から得られたデータ点をＳ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域にプロットし、同様にして試験片Ｔ３に代えて試験片Ｔ９を加振台２に固定する（図６４）。試験片Ｔ９の重りＷの質量は、試験片Ｔ３の重りＷの質量と試験片Ｔ４の重りＷの質量との間の値とする。そのため、試験片Ｔ９に生じる振幅ａ９は周波数応答関数（図６５）から、試験片Ｔ８の振幅ａ８と試験片Ｔ９の振幅ａ９との間の大きさであり、且つ試験片Ｔ３の振幅ａ３よりも小さくなると予測される。
【００８３】
その結果、振動の再開に伴い試験片Ｔ４が劣化し、さらに試験片Ｔ４と同等のタイミングで試験片Ｔ７が劣化すると、図６６に示すように、試験片Ｔ４及びＴ７から得られたデータ点をＳ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域にプロットする。同様にして試験片Ｔ４に代えて試験片Ｔ１０を加振台２に固定するが、劣化した試験片Ｔ７も加振台２から取り外し、試験片Ｔ７の代わりとなる試験片は追加しない（図６７）。
ここで、試験片Ｔ１０の重りＷの質量は、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域にプロットされている各データ点の変化状況等からＳ−Ｎ曲線を得るに当たって、欠如しているデータ点を補完するようなデータ点を得ることのできる応力が発生する質量とする。例えば、プロット密度の小さい、試験片Ｔ５と試験片Ｔ６との間にデータ点がプロットされる質量とする。そのため、試験片Ｔ１０に生じる振幅ａ１０は周波数応答関数（図６８）から、試験片Ｔ５の振幅ａ５と試験片Ｔ６の振幅ａ６との間の大きさとなると予測される。
【００８４】
その結果、試験片Ｔを再度振動させ、試験片Ｔ５が劣化し、さらに試験片Ｔ５と同等のタイミングで試験片Ｔ８が劣化すると、図６９に示すように、試験片Ｔ５及び試験片Ｔ８から得られたデータ点が、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域にプロットされる。
次に、試験片Ｔ５と試験片Ｔ８とを取り外し、試験片の追加は行わず、再度試験片Ｔを振動させる（図７０）。これにより、各試験片Ｔ６、Ｔ９、Ｔ１０は、図７１に示すようにそれぞれ振幅ａ６、ａ９、ａ１０で振動すると予測される。
再度振動させることにより、試験片Ｔ９が劣化すると、試験片Ｔ９から得られたデータ点がＳ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域にプロットされる（図７２）。
【００８５】
次に、試験片Ｔ９を取り外し、試験片の追加は行わず、再度試験片Ｔを振動させる（ステップＳ７３）。これにより、各試験片Ｔ６及びＴ１０は、図７４に示すようにそれぞれ振幅ａ６、ａ１０で振動すると予測される。
そして、試験片Ｔ６が劣化し、試験片Ｔ６と同等のタイミングで試験片Ｔ１０が劣化すると、試験片Ｔ６及びＴ１０から得られたデータ点が、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域にプロットされる（図７５）。
そして、図７５に示すＳ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域にプロットされた試験片Ｔ１〜Ｔ１０から得たデータ点を通る近似曲線を作成し、この近似曲線から、試験片Ｔ１〜Ｔ１０を形成する試験対象の部材の疲労限界を求める。
【００８６】
したがって、この場合も、上記実施例１と同等の作用効果を得ることができると共に、実施例４では、劣化した試験片Ｔと交換する試験片Ｔの重りＷの質量を、データ点が少ない間は、加振台２に固定された試験片Ｔから得られる、プロットされたデータ点の間に位置する、データ点が得られるように設定し、さらに、ある程度のデータ点が得られ、データ点のプロット位置等から、Ｓ−Ｎ曲線の傾向が予測される状態となると、データ点のプロット密度の低い箇所にデータ点がプロットされるように設定している。そのため、より高精度なＳ−Ｎ曲線を得ることができる。
【００８７】
なお、実施例４では、加振台２に最初に固定されている試験片Ｔのうち、劣化するまでの応力繰り返し回数が最も多いと予測される試験片Ｔ６の振幅ａ６を目標振幅としているが、実施例１の場合と同様に、加振台２に最初に固定されている試験片Ｔのうち、最初に劣化すると予測される試験片の振幅を目標振幅として設定してもよい。実施例１の場合のように、最初に劣化すると予測される試験片の振幅を目標振幅とし、以後、加振台２に固定されている試験片Ｔのうち最初に劣化すると予測される試験片の振幅を順次目標振幅として設定するようにした場合、試験片が劣化する毎に、目標振幅を更新する必要がある。
一方、実施例４に示すように、加振台２に最初に固定されている試験片Ｔのうち、劣化するまでの応力繰り返し回数が最も多いと予測される試験片Ｔの振幅を目標振幅として設定する場合、加振台２に最初に固定されている試験片が劣化する毎に目標振幅の更新を行う必要はない。
【００８８】
図７６は、実施例４における、疲労試験実施時の制御部５ａの処理手順の一例を示すフローチャートである。
ユーザは、まず、同一の試験対象の部材からなる試験片Ｔを用意する。各試験片Ｔの重りＷの質量は互いに異なる値となるように設定し、重りＷの質量の大きいものから６つの試験片Ｔ１〜Ｔ６を、加振台２に固定する。そして、加振台２に固定された６つの試験片Ｔ１〜Ｔ６のうち、重りＷの質量が最大となる試験片Ｔ１の固有周波数を目標周波数として設定し、試験片Ｔ１を固有周波数で振動させたときの試験片Ｔ１の振幅を目標振幅とする。また、試験片Ｔ１に変位計１２を取り付ける。
制御部５ａでは、疲労試験が開始されると、図２０のステップＳ１と同様の手順で初期設定を行う（ステップＳ３１）。例えば、入力部５ｃでのユーザの入力操作により、目標周波数、目標振幅等のパラメータを読み込むと共に、加振台２に固定された試験片Ｔに対応するカウンタをリセットする。
【００８９】
次いで、６つの試験片Ｔ１〜Ｔ６に対するデータ点取得処理を行う（ステップＳ３２）。この６つのデータ点に対するデータ点取得処理は、図２０のステップＳ２〜Ｓ７の処理と同様である。つまり、まず、６つの試験片Ｔ１〜Ｔ６を振動させ、重りＷの質量が最も大きい試験片Ｔ１が劣化したとき、そのときの応力範囲及び応力繰り返し回数を取得し、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域にプロットする。
ユーザは、劣化した試験片Ｔ１を、同一部材からなる試験片に交換する。このとき、重りＷの質量が、試験片Ｔ１の重りＷの質量と試験片Ｔ２の重りＷの質量との間となる試験片Ｔ７に交換する。また、目標振幅の設定、変位計１２の交換等を行う。
【００９０】
一方、制御部５ａでは、試験片交換時の処理を行う（ステップＳ３３）。この試験片交換時の処理は図２０のステップＳ９の処理と同様であって、制御部５ａは、ユーザにより入力部５ｃから入力設定された振幅を目標振幅として更新設定する。また、新たに加振台２に固定された試験片Ｔに対応するカウンタをリセットする。
そして、試験片Ｔ２〜Ｔ７に対するデータ点取得処理をステップＳ３２と同様の手順で行って試験片Ｔを再度振動させ（ステップＳ３４）、これにより劣化した試験片Ｔ２が試験片Ｔ８に交換されると、ステップＳ３３と同様の手順で試験片交換時の処理を行う（ステップＳ３５）。
続いて、試験片Ｔ３〜Ｔ８に対するデータ点取得処理をステップＳ３２と同様の手順で行って試験片Ｔを再度振動させ（ステップＳ３６）、これにより劣化した試験片Ｔ３が試験片Ｔ９に交換されると、ステップＳ３３と同様の手順で試験片交換時の処理を行う（ステップＳ３７）。
【００９１】
続いて、試験片Ｔ４〜Ｔ９に対するデータ点取得処理をステップＳ３３と同様の手順で行って試験片Ｔを再度振動させ（ステップＳ３８）、これにより劣化した試験片Ｔ４と試験片Ｔ７とが取り外され、代わりに試験片Ｔ１０が加振台２に固定されると、ステップＳ３３の処理と同様の手順で試験片交換時の処理を行う（ステップＳ３９）。
続いて、試験片Ｔ５、Ｔ６、Ｔ８〜Ｔ１０に対するデータ点取得処理をステップＳ３３と同様の手順で行って試験片Ｔを再度振動させる（ステップＳ４０）。
そして、加振台２に固定されている試験片全てが劣化するまで（ステップＳ４１）、ステップＳ４０の処理を繰り返し行い、加振台２に固定されている試験片全てが劣化したとき、Ｓ−Ｎ曲線形成用のグラフ領域においてプロットされた試験片Ｔ１〜Ｔ１０から得られたデータ点を通る近似曲線を求め、これに基づき試験対象の部材の疲労限界を求める。求めた疲労限界を表示部５ｄに表示する等の処理を行う（ステップＳ４２）。そして、処理を終了する。
【００９２】
なお、上記実施形態においては、加振台２に固定された試験片のうちのいずれか一つに変位計１２を取り付ける場合について説明したが、これに限るものではなく、加振台２に固定された試験片のうちの二つ以上又は全てに変位計１２を固定し、いずれか一つの変位計１２から得られる振幅をもとに振動周波数を調整するようにしてもよい。
また、上記実施形態において、実施例１、実施例２、実施例４では、固有周波数を目標周波数として設定した場合について説明したが、これに限るものではない。実施例４と同様に、各試験片Ｔの周波数応答関数を表す波形において、各試験片Ｔの波形が固有周波数近傍で交差するように、各試験片Ｔの固有周波数を調整し、各試験片Ｔの波形が交差する点の周波数を目標周波数として設定してもよい。
【００９３】
また、上記実施形態においては、試験片Ｔを片持ち梁とし、一次曲げ固有モードで振動させて曲げモーメントを発生させ、試験片Ｔに曲げ応力を発生させる場合について説明したが、これに限るものではない。試験片Ｔを一次ねじれ固有モードで振動させてねじれモーメントを発生させ、試験片Ｔにねじれ応力を発生させるような疲労試験を行う場合にも適用することができる。また、例えば、図７７に示すように、両持ち梁とし、試験片に曲げ応力やねじれ応力を発生させるようにしてもよい。このとき、図７７に示すように試験片Ｔを垂直に支持してもよく、試験片Ｔを水平に支持してもよい。
【００９４】
また、上記実施形態においては、試験片Ｔを加振台２上に垂直に固定する場合に限るものではなく、試験片Ｔを加振台２に吊り下げるようにしてもよい。試験片Ｔを片持ち梁とする場合には、試験片Ｔを加振台２に対して垂直に支持することが好ましい。これは、片持ち梁状の試験片Ｔの応力集中部にかかる重力の影響を低減し、加振台２を振動させることにより生じる応力を除く他の力が、試験片Ｔにかかることを回避するためである。
なお、両持ち梁の場合には、重力の影響は小さいと予測されるため、その限りではない。
また、上記実施形態において、劣化した試験片Ｔを他の試験片と交換しない場合には、劣化した試験片Ｔを加振台２から取り外してもよく、取り外さずにそのまま固定しておいてもよい。
【００９５】
なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。
【符号の説明】
【００９６】
１  疲労試験装置
２  加振台
３  支持台
４  モータ
５  制御装置
５ａ  制御部
５ｂ  駆動回路
５ｃ  入力部
５ｄ  表示部
５ｅ  記憶部
Ｔ  試験片
Ｗ  重り
【図１】
2018179616.tif 000003
【図２】
2018179616.tif 000004
【図３】
2018179616.tif 000005
【図４】
2018179616.tif 000006
【図５】
2018179616.tif 000007
【図６】
2018179616.tif 000008
【図７】
2018179616.tif 000009
【図８】
2018179616.tif 000010
【図９】
2018179616.tif 000011
【図１０】
2018179616.tif 000012
【図１１】
2018179616.tif 000013
【図１２】
2018179616.tif 000014
【図１３】
2018179616.tif 000015
【図１４】
2018179616.tif 000016
【図１５】
2018179616.tif 000017
【図１６】
2018179616.tif 000018
【図１７】
2018179616.tif 000019
【図１８】
2018179616.tif 000020
【図１９】
2018179616.tif 000021
【図２０】
2018179616.tif 000022
【図２１】
2018179616.tif 000023
【図２２】
2018179616.tif 000024
【図２３】
2018179616.tif 000025
【図２４】
2018179616.tif 000026
【図２５】
2018179616.tif 000027
【図２６】
2018179616.tif 000028
【図２７】
2018179616.tif 000029
【図２８】
2018179616.tif 000030
【図２９】
2018179616.tif 000031
【図３０】
2018179616.tif 000032
【図３１】
2018179616.tif 000033
【図３２】
2018179616.tif 000034
【図３３】
2018179616.tif 000035
【図３４】
2018179616.tif 000036
【図３５】
2018179616.tif 000037
【図３６】
2018179616.tif 000038
【図３７】
2018179616.tif 000039
【図３８】
2018179616.tif 000040
【図３９】
2018179616.tif 000041
【図４０】
2018179616.tif 000042
【図４１】
2018179616.tif 000043
【図４２】
2018179616.tif 000044
【図４３】
2018179616.tif 000045
【図４４】
2018179616.tif 000046
【図４５】
2018179616.tif 000047
【図４６】
2018179616.tif 000048
【図４７】
2018179616.tif 000049
【図４８】
2018179616.tif 000050
【図４９】
2018179616.tif 000051
【図５０】
2018179616.tif 000052
【図５１】
2018179616.tif 000053
【図５２】
2018179616.tif 000054
【図５３】
2018179616.tif 000055
【図５４】
2018179616.tif 000056
【図５５】
2018179616.tif 000057
【図５６】
2018179616.tif 000058
【図５７】
2018179616.tif 000059
【図５８】
2018179616.tif 000060
【図５９】
2018179616.tif 000061
【図６０】
2018179616.tif 000062
【図６１】
2018179616.tif 000063
【図６２】
2018179616.tif 000064
【図６３】
2018179616.tif 000065
【図６４】
2018179616.tif 000066
【図６５】
2018179616.tif 000067
【図６６】
2018179616.tif 000068
【図６７】
2018179616.tif 000069
【図６８】
2018179616.tif 000070
【図６９】
2018179616.tif 000071
【図７０】
2018179616.tif 000072
【図７１】
2018179616.tif 000073
【図７２】
2018179616.tif 000074
【図７３】
2018179616.tif 000075
【図７４】
2018179616.tif 000076
【図７５】
2018179616.tif 000077
【図７６】
2018179616.tif 000078
【図７７】
2018179616.tif 000079