(57)【要約】【課題】フランジ片強度試験装置において、強度試験中にフランジ片の一端部に局所的に大きな荷重がかかることを抑制して適切なコーナ部の強度評価を可能とする。【解決手段】コーナ部を介して両端が接続する板状のフランジ片１０の第１端部１０ｂを把持すると共に第１端部１０ｂの表裏面と交差する方向を載荷方向とする載荷装置１と、フランジ片１０の第２端部１０ｃを把持して固定する固定部２とを備えるフランジ片強度試験装置であって、上記載荷装置１が、上記フランジ片１０の第１端部１０ｂを把持する第１把持治具１ａと、上記載荷方向に移動するロッド部１ｂと、上記第１把持治具１ａ及び上記ロッド部１ｂの各々に対して軸支される第１連結部１ｃとを備える。【選択図】図２
2011053182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コーナ部を介して両端が接続する板状のフランジ片の一端部である第１端部を把持すると共に第１端部の表裏面と交差する方向を載荷方向とする載荷装置と、前記フランジ片の他端部である第２端部を把持して固定する固定部とを備えるフランジ片強度試験装置であって、
前記載荷装置は、
前記フランジ片の第１端部を把持する第１把持治具と、
前記載荷方向に移動するロッド部と、
前記第１把持治具及び前記ロッド部の各々に対して軸支される第１連結部と
を備えることを特徴とするフランジ片強度試験装置。
【請求項２】
前記固定部は、
設置面に固定される基部と、
該基部に対して軸支されると共に前記フランジ片の第２端部を把持する第２把持治具と
を備えることを特徴とする請求項１記載のフランジ片強度試験装置。
【請求項３】
前記第１把持治具と前記第２把持治具とは、前記フランジ片の前記第１端部の表裏面と前記第２端部の表裏面とが前記載荷方向と交差するように前記フランジ片を把持することを特徴とする請求項２記載のフランジ片強度試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フランジ片強度試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ターボファンエンジン等のジェットエンジンでは、複数の構成部品を接続することによって構成されており、例えば、各構成部品同士がフランジを介して接続されている。
ジェットエンジンの稼動中には、このようなフランジには、大きな荷重がかかる。このため、ジェットエンジンにおける構成部品の強度を予め評価し、この評価結果を用いてジェットエンジンの設計やメンテナンスを行う。特に、ジェットエンジン等で使用されるＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic）積層板で構成部品が形成されている場合には、フランジで板厚方向での剥離が生じ易く、強度評価の要求が高い。
【０００３】
通常、このような構成部品の強度を評価は、非特許文献１に示されているように、構成部品の試作体を形成し、ジェットエンジンに組み込まれた際と同様の荷重を試作体に対してかける方法が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Proceedings of ASME Turbo Expo 2003, Power for Land, Sea, and Air, June 16-19, 2003 Atlanta, Georgia, USA, [UNIQUE CHALLENGES FOR BOLTED JOINT DESIGN IN HIGE-BYPASS TURBOFAN ENGINES], GT2003-38042, ROBERT P CZACHOR
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特にジェットエンジンの構成部品となると、それ自体が大きな構造物であるため、試作体の製作には、多大な時間とコストが必要となる。
このため、近年においては、構成部品が有するフランジのみを切り出したフランジ片を用いて強度試験を行う方法が提案されている。
【０００６】
このような強度試験を行うフランジ片強度試験装置は、フランジ片の一端部を把持する載荷装置と、フランジ片の他端部を把持して固定する固定部とを備えており、載荷装置によってフランジ片のコーナ部が開くように荷重をかけ、その際の挙動を取得するように構成されている。
より詳細には、従来のフランジ片強度試験装置では、フランジ片のコーナ部が開くように載荷装置によってフランジ片の一端部をその表裏面と直交する方向に引っ張っている。
【０００７】
ところで、フランジ片のコーナ部に対して開くように荷重をかけるということは、フランジ片に対して回転モーメントを作用させることに等しい。
ところが、フランジ片は、一端部及び他端部が移動できないように固定されており、上記回転モーメントの方向において拘束されている。
この結果、載荷装置が把持するフランジ片の一端部に局所的に大きな荷重がかかり、コーナ部よりも載荷装置が把持するフランジ片の一端部にかかる荷重の方が大きくなる。この場合、フランジ片のコーナ部よりも先に一端部が破壊に至るため、コーナ部における強度評価を適切に行うことができない。
【０００８】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、フランジ片強度試験装置において、強度試験中にフランジ片の一端部に局所的に大きな荷重がかかることを抑制して適切なコーナ部の強度評価を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【００１０】
第１の発明は、コーナ部を介して両端が接続する板状のフランジ片の一端部である第１端部を把持すると共に第１端部の表裏面と交差する方向を載荷方向とする載荷装置と、上記フランジ片の他端部である第２端部を把持して固定する固定部とを備えるフランジ片強度試験装置であって、上記載荷装置が、上記フランジ片の第１端部を把持する第１把持治具と、上記載荷方向に移動するロッド部と、上記第１把持治具及び上記ロッド部の各々に対して軸支される第１連結部とを備えるという構成を採用する。
【００１１】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記固定部が、設置面に固定される基部と、該基部に対して軸支されると共に上記フランジ片の第２端部を把持する第２把持治具とを備えるという構成を採用する。
【００１２】
第３の発明は、上記第２の発明において、上記第１把持治具と上記第２把持治具とは、上記フランジ片の上記第１端部の表裏面と上記第２端部の表裏面とが上記載荷方向と交差するように上記フランジ片を把持するという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
コーナ部を介して両端が接続する板状のフランジ片の一端部である第１端部に、載荷装置によって当該第１端部の表裏面と交差する載荷方向に荷重がかけられると、フランジ片には、コーナ部を開く方向に回転モーメントが作用する。
ここで、本発明は、フランジ片の一端部である第１端部を把持すると共に第１端部の表裏面と交差する方向を載荷方向とする載荷装置が、フランジ片の第１端部を把持する第１把持治具と、載荷方向に移動するロッド部と、第１把持治具及びロッド部の各々に軸支される第１連結部とを備えている。つまり、本発明においては、第１連結部が第１把持治具及びロッド部の各々に対して回動可能とされている。
そして、上述のようにフランジ片に対して回転モーメントが作用した場合には、当該回転モーメントによって第１連結部が第１把持治具及びロッド部の各々に対して回動し、この結果、上記回転モーメントの一部が吸収され、載荷装置に把持されたフランジ片の一端部に局所的に大きな荷重がかかることを抑制することができる。
したがって、本発明によれば、強度試験中にフランジ片の一端部に局所的に大きな荷重がかかることを抑制して適切なコーナ部の強度評価を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態におけるフランジ片強度試験装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】本発明の第１実施形態におけるフランジ片強度試験装置の概略構成を示す側面図である。
【図３】本発明の第１実施形態におけるフランジ片強度試験装置によって強度試験が行われるフランジ片の斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態におけるフランジ片強度試験装置の動作を説明するための模式図である。
【図５】従来のフランジ片強度試験装置を用いた強度試験を想定して行われた有限要素法解析によって得られたフランジ片の剪断応力分布を示す図である。
【図６】本実施形態のフランジ片強度試験装置を用いた強度試験を想定して行われた有限要素法解析によって得られたフランジ片の剪断応力分布を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態におけるフランジ片強度試験装置の概略構成を示す正面図である。
【図８】本発明の第２実施形態におけるフランジ片強度試験装置の概略構成を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に係るフランジ片強度試験装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１６】
（第１実施形態）
図１及び図２は、本実施形態のフランジ片強度試験装置Ｓ１の概略構成を示す図であり、図１が正面図、図２が側面図である。
本実施形態のフランジ片強度試験装置Ｓ１は、フランジ片１０の強度試験を行うものであり、図１及び図２に示すように、載荷装置１と、固定部２とを備えている。
【００１７】
ここで先にフランジ片１０について説明する。図３は、フランジ片１０の斜視図である。この図に示すように、フランジ片１０は、コーナ部１０ａを介して両端が接続する板状の試験片であり、例えば、ＣＦＲＰ積層板によって構成されている。より詳細には、フランジ片１０は、フランジ片１０の一端部である第１端部１０ｂとフランジ片の他端部である第２端部１０ｃとが滑らかに湾曲するコーナ部１０ａを介して接続されており、第１端部１０ｂと第２端部１０ｃとが直角に配置された略Ｌ字型を有している。そして、第１端部１０ｂは、第２端部１０ｃよりも長さが短く設定されている。
また、第１端部１０ｂ及び第２端部１０ｃには、後述のボルト（ボルト１ａ３、ボルト２ａ２）が挿通する貫通孔１０ｄが各々２つずつ形成されている。
【００１８】
図１及び図２に戻り、載荷装置１は、フランジ片１０の第１端部１０ｂを把持すると共に第１端部１０ｂの表裏面と交差する方向を載荷方向としてフランジ片１０に荷重をかけるものである。なお、本実施形態のフランジ片強度試験装置Ｓ１において載荷装置１は、変形前のフランジ片の第１端部１０ｂの表裏面と直交する方向を載荷方向としている。また、載荷装置１は、図２に示すように第１端部１０ｂを上にして姿勢設定されたフランジ片１０の上記第１端部１０ｂを上方から引っ張ることによって、コーナ部１０ａが開くようにフランジ片１０に対して荷重をかける。
そして、この載荷装置１は、第１把持冶具１ａと、ロッド部１ｂと、第１連結部１ｃとを備えている。  
【００１９】
第１把持冶具１ａは、フランジ片１０の第１端部１０ｂを把持するものであり、第１端部１０ｂを上下方向から挟み込む狭持部１ａ１と、フランジ片１０の第１端部１０ｂに形成された貫通孔１０ｄに挿通されると共に狭持部１ａ１に形成されたネジ孔１ａ２に螺合するボルト１ａ３とを備えている。
【００２０】
ロッド部１ｂは、載荷装置１が備える不図示の動力源から動力を伝達されることによって、載荷方向（上下方向）に移動するものである。
【００２１】
第１連結部１ｃは、第１把持冶具１ａとロッド部１ｂとを連結するもとであり、第１把持冶具１ａとロッド部１ｂとの各々に対して軸支されている。
この第１連結部１ｃは、図２に示すように略Ｈ型の連結片１ｃ１と、連結片１ｃ１の上部とロッド部１ｂの下部とに挿通される第１ピン１ｃ２と、内輪が第１ピン１ｃ２に固定されると共に外輪がロッド部１ｂに固定される軸受１ｃ３と、連結片１ｃ１の下部と第１把持冶具１ａの上部とに挿通される第２ピン１ｃ４と、内輪が第２ピン１ｃ４に固定されると共に外輪が第１把持冶具１ａに固定される軸受１ｃ５とを備えている。
第１ピン１ｃ２は、中央部が軸受１ｃ３の内輪に固定され、端部が連結片１ｃ１と固定されている。この結果、第１連結部１ｃは、ロッド部１ｂに対して回動可能とされている。
また、第２ピン１ｃ４は、中央部が軸受１ｃ５の内輪に固定され、端部が連結片１ｃ１と固定されている。この結果、第１連結部１ｃは、第１把持冶具１ａに対して回動可能とされている。
【００２２】
固定部２は、フランジ片１０の第２端部１０ｃを把持して固定するものである。この固定部２は、フランジ片１０の第２端部１０ｃを把持する第２把持冶具２ａを備えている。そして、第２把持冶具２ａは、第２端部１０ｃを側方から挟み込む狭持部２ａ１と、当該狭持部２ａ１に形成された貫通孔及びフランジ片１０の第２端部１０ｃに形成された貫通孔１０ｄに挿通されてベース部に螺合されるボルト２ａ２とを備えている。
【００２３】
そして、このように構成された本実施形態のフランジ片強度試験装置Ｓ１では、フランジ片１０の第１端部１０ｂを載荷装置１によって把持し、フランジ片１０の第２端部１０ｃを固定部２によって把持し、さらに載荷装置１によって鉛直方向（載荷方向）に第１端部１０ｂを引っ張ることによってフランジ片１０の強度試験を行う。
【００２４】
このような本実施形態のフランジ片強度試験装置Ｓ１において、コーナ部を介して両端が接続する板状のフランジ片１０の第１端部１０ｂに、載荷装置１によって当該第１端部１０ｂの表裏面と交差する載荷方向に荷重がかけられると、フランジ片１０には、コーナ部１０ａを開く方向に回転モーメントが作用する。
ここで、本実施形態のフランジ片強度試験装置Ｓ１は、フランジ片１０の第１端部１０ｂを把持すると共に第１端部１０ｂの表裏面と交差する方向を載荷方向とする載荷装置１が、フランジ片１０の第１端部１０ｂを把持する第１把持治具１ａと、載荷方向に移動するロッド部１ｂと、第１把持治具１ａ及びロッド部１ｂの各々に軸支される第１連結部１ｃとを備えている。つまり、本実施形態のフランジ片強度試験装置においては、第１連結部１ｃが第１把持治具１ａ及びロッド部１ｂの各々に対して回動可能とされている。
そして、図４に示すように、上述のようにフランジ片１０に対して回転モーメントが作用した場合には、当該回転モーメントによって第１連結部１ｃが第１把持治具１ａ及びロッド部１ｂの各々に対して回動し、この結果、上記回転モーメントの一部が吸収され、載荷装置１に把持されたフランジ片１０の一端部に局所的に大きな荷重がかかることを抑制することができる。
したがって、本実施形態のフランジ片強度試験装置Ｓ１によれば、強度試験中にフランジ片１０の一端部に局所的に大きな荷重がかかることを抑制して適切なコーナ部の強度評価を行うことが可能となる。
【００２５】
図５は、従来のフランジ片強度試験装置を用いた強度試験を想定して行われた有限要素法解析によって得られたフランジ片の剪断応力分布を示す図である。
また、図６は、本実施形態のフランジ片強度試験装置Ｓ１を用いた強度試験を想定して行われた有限要素法解析によって得られたフランジ片の剪断応力分布を示す図である。
図５及び図６を比較して分かるように、従来のフランジ片強度試験装置においてはフランジ片１０の第１端部１０ｂに局所的に大きな剪断応力が発生しているが、本実施形態のフランジ片強度試験装置においてはフランジ片１０の第１端部１０ｂに局所的に大きな剪断応力が生じていない。
【００２６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
【００２７】
図７及び図８は、本実施形態のフランジ片強度試験装置Ｓ２の概略構成を示す図であり、図７が正面図、図８が側面図である。なお、図７においては、フランジ片１０の図示を省略し、図８においては、フランジ片１０を図示している。
これらの図に示すように、本実施形態のフランジ片強度試験装置Ｓ２において固定部２は、上述の第２把持冶具２ａと、設置面Ｄ１を備える設置台Ｄに固定される基部２ｂとを備えている。そして、第２把持冶具２ａは、基部２ｂに対して摺動可能に軸支された支持ピン２ｃに側方から固定されており、この結果、基部２ｂに対して回動可能とされている。
【００２８】
また、本実施形態のフランジ片強度試験装置Ｓ２では、上述のように載荷方向が鉛直方向とされており、強度試験を開始する準備段階において、載荷方向に対してフランジ片１０が傾けて取り付けられる。
より詳細には、第１把持治具１ａと第２把持治具２ａとが、フランジ片１０の第１端部１０ｂの表裏面と第２端部１０ｃの表裏面とが載荷方向と交差するようにフランジ片１０を把持することによって、フランジ片１０が載荷方向に対して傾けて取り付けられる。
【００２９】
上記第１実施形態のように、第２端部１０ｃの表裏面が載荷方向と平行である場合には、フランジ片１０のコーナ部１０ａが開くに連れて、第１端部１０ｂのみが変位することとなる。一方、本実施形態のフランジ片強度試験装置Ｓ２のように、フランジ片１０が載荷方向に対して傾けて取り付けられることによって、フランジ片１０のコーナ部１０ａが開くに連れて、第１端部１０ｂ及び第２端部１０ｃの両方が変位することとなる。
そして、本実施形態のフランジ片強度試験装置Ｓ２では、第２把持冶具２ａが基部２ｂに対して回動可能とされているため、第２端部１０ｃの変位に追従して第２把持冶具２ａが基部２ｂに対して回動する。
このような本実施形態のフランジ片強度試験装置Ｓ２によれば、フランジ片１０のコーナ部１０ａが開く方向に上述の回転モーメントが発生した場合に、第１把持冶具１ａの回動に加えて、第２把持冶具２ａの回動によっても上記回転モーメントの吸収を行うことができる。つまり、回転モーメントを、第１把持冶具１ａと、第２把持冶具２ａと分散して吸収することができる。
【００３０】
なお、本実施形態のフランジ片強度試験装置Ｓ２において支持ピン２ｃの回転軸は、第２把持冶具２ａにおいてフランジ片１０が把持される領域を貫通するように設定されている。また、連結片１ｃ１の下部が幅広に設定されており、第１把持冶具１ａが連結片１ｃ１に挟み込まれて配置され、さらには、第２ピン１ｃ４の回転軸が第１把持冶具１ａにおいてフランジ片１０が把持される領域を貫通するように設定されている。
このため、フランジ片１０のコーナ部１０ａが開くに連れて、第１端部１０ｂ及び第２端部１０ｃが自らを貫通する回転軸を中心として回動しながら変位する。したがって、フランジ片の移動を最小限に抑えることが可能となる。
【００３１】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００３２】
Ｓ１，Ｓ２……フランジ片強度試験装置、１……載荷装置、１ａ……第１把持冶具、１ｂ……ロッド部、１ｃ……連結部、２……固定部、２ａ……第２把持冶具、２ｂ……基部、２ｃ……支持ピン、１０……フランジ片、１０ａ……コーナ部、１０ｂ……第１端部、１０ｃ……第２端部、Ｄ１……設置面
【図１】
2011053182.tif 000003
【図２】
2011053182.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011053182.tif 000008
【図７】
2011053182.tif 000009
【図８】
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