(57)【要約】【課題】被測定物が大型の構造物である場合でも、被測定物に実際に生じ得るレベルの大きな繰り返し荷重を付加することが可能な応力分布測定用荷重付加装置等を提供する。【解決手段】荷重付加装置１０は、被測定物Ｍの応力分布を測定する際に、被測定物に繰り返し荷重を付加するための装置であって、荷重計１１と、上端が被測定物に取り付けられ、下端が荷重計に取り付けられた第１吊下部材１２と、荷重計の下方に位置し、荷重計に連結された錘部材１３と、第１吊下部材に発生する張力が変動するように、錘部材を上下方向に昇降させる昇降手段１４と、を備える。応力分布測定装置１００は、荷重付加装置１０と、第１吊下部材の上端が取り付けられた被測定物の表面を撮像する赤外線撮像装置２０と、赤外線撮像装置から入力された画像信号と、荷重計の出力信号とに基づき、被測定物の応力分布の時間的変化を算出する演算装置３０とを備える。【選択図】 図１
2019082464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の応力分布を測定する際に、該被測定物に繰り返し荷重を付加するための装置であって、
荷重計と、
上端が前記被測定物に取り付けられ、下端が前記荷重計に取り付けられて、前記被測定物に対して前記荷重計を吊り下げるための第１吊下部材と、
前記荷重計の下方に位置し、前記荷重計に連結された錘部材と、
前記第１吊下部材に発生する張力が変動するように、前記錘部材を上下方向に昇降させる昇降手段と、
を備えることを特徴とする応力分布測定用荷重付加装置。
【請求項２】
前記錘部材は、下方に突出する突出部を具備し、
前記昇降手段は、前記錘部材の下方に位置し、水平方向周りに回転可能で、周方向に沿って凸部と凹部とが交互に設けられた回転体を具備し、
前記回転体が回転することで、前記突出部が前記回転体の凸部に支持された状態と、前記突出部が前記回転体の凹部上に位置する状態とが交互に繰り返される、
ことを特徴とする請求項１に記載の応力分布測定用荷重付加装置。
【請求項３】
前記錘部材は、水平方向に延びる回転軸周りに回転可能で、周方向に沿って凸部と凹部とが交互に設けられた回転体であり、
前記昇降手段は、
上端が前記荷重計に取り付けられ、下端が前記錘部材の回転軸に取り付けられて、前記荷重計に対して前記錘部材を吊り下げるための第２吊下部材と、
前記錘部材の下方に位置し、上面が平坦な水平面である支持台とを具備し、
前記錘部材が回転することで、前記錘部材の凸部が前記支持台に支持されて前記錘部材が上方に変位している状態と、前記錘部材の凹部が前記支持台に近接して前記錘部材が下方に変位している状態とが交互に繰り返される、
ことを特徴とする請求項１に記載の応力分布測定用荷重付加装置。
【請求項４】
前記昇降手段は、前記錘部材を上下方向に昇降させると共に、上下方向周りに回転させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の応力分布測定用荷重付加装置。
【請求項５】
前記昇降手段は、
前記錘部材の下方に位置し、周方向に沿って凸部と凹部とが交互に設けられた載置台と、
前記載置台に立設され、前記載置台に対して上下方向周りに回転可能な回転軸と、
前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸と共に前記載置台に対して上下方向周りに回転可能な羽板とを具備し、
前記錘部材は、前記羽板が回転することで、前記羽板に押圧されて、前記凸部に載置される位置と、前記凹部上の位置とに交互に回転移動する、
ことを特徴とする請求項４に記載の応力分布測定用荷重付加装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れかに記載の応力分布測定用荷重付加装置と、
前記第１吊下部材の上端が取り付けられた前記被測定物の表面を撮像する赤外線撮像装置と、
前記赤外線撮像装置から入力された画像信号と、前記荷重計の出力信号とに基づき、前記被測定物の応力分布の時間的変化を算出する演算装置とを備え、
前記演算装置は、前記昇降手段によって前記錘部材が上下方向に昇降する際の前記荷重計の出力信号を参照信号として前記赤外線撮像装置から入力された画像信号を同期検波し、前記参照信号に応じた周波数帯域の画像信号成分のみを抽出し、該抽出した画像信号成分に基づき、応力分布の時間的変化を算出する、
ことを特徴とする応力分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆる熱弾性応力測定法によって被測定物の応力分布を測定する際に、該被測定物に繰り返し荷重を付加するための荷重付加装置、及びこれを用いた応力分布測定装置に関する。特に、本発明は、被測定物が橋梁等の大型の構造物である場合であっても、被測定物に実際に生じ得るレベルの大きな繰り返し荷重を付加することが可能な応力分布測定用荷重付加装置、及びこれを用いた応力分布測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、疲労試験機によって繰り返し荷重が付加される被測定物の応力分布を非接触で測定する方法として、赤外線撮像装置（サーモグラフィ）を用いた熱弾性応力測定法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
熱弾性応力測定法は、被測定物が断熱的に弾性変形する際に温度変化が生じるという熱弾性効果を利用し、赤外線撮像装置を用いて被測定物を連続的に撮像することで被測定物の温度分布の時間的変化（所定時間内における温度分布の変化）を測定し、この測定した温度分布の時間的変化を被測定物の応力分布の時間的変化（所定時間内における応力分布の変化）に換算する方法である。
【０００３】
この熱弾性応力測定法を用いて被測定物の温度分布の時間的変化を測定する際、被測定物の周囲の熱（赤外線）が被測定物の表面で反射し、赤外線撮像装置で受光される場合がある。換言すれば、赤外線撮像装置を用いて測定した被測定物の温度分布の時間的変化に、熱弾性効果によって生じる温度変化（被測定物から放射される赤外線の強度変化）以外の要因で生じた温度変化が含まれる場合がある。熱弾性効果によって生じる温度変化は極微小であるため、被測定物表面における赤外線の反射率が大きければ、熱弾性効果によって生じる温度変化が被測定物表面における赤外線の反射強度の変化に埋もれてしまい、被測定物の応力分布の時間的変化を精度良く算出できないおそれがある。
【０００４】
このため、非特許文献１に記載の技術では、赤外線撮像装置から出力された画像信号から、測定対象とする熱弾性効果によって生じる温度変化に応じた信号波形をロックイン処理している。すなわち、赤外線撮像装置から出力された画像信号から、所定の周波数成分のみを抽出する。
具体的には、疲労試験機から出力され、疲労試験機で付加する繰り返し荷重と同じ周波数の参照信号を利用する。この参照信号で画像信号を同期検波し、参照信号に応じた周波数帯域の画像信号成分のみ（参照信号と同じ周波数を有する画像信号成分のみ又は参照信号と同じ周波数を含む狭周波数帯域の画像信号のみ）を抽出することで、測定すべき熱弾性効果によって生じる温度変化のＳ／Ｎ比を向上させている。そして、抽出した画像信号成分の大きさと、予め記憶されている画像信号成分の大きさ及び温度の対応関係とに応じて、被測定物の温度分布の時間的変化（赤外線撮像装置で撮像した撮像画像を構成する画素毎の温度分布の時間的変化）を算出する。次いで、被測定体物の温度分布の時間的変化と、温度の時間的変化及び応力の時間的変化の間の所定の関係式とに基づき、被測定物の応力分布の時間的変化を算出する。
このように、ロックイン処理を用いれば、被測定物の応力分布の時間的変化を精度良く算出することが可能である。
【０００５】
上記のように、疲労試験機に取り付けられた被測定物の場合には、ロックイン処理をするための参照信号を疲労試験機から容易に得ることが可能である。
しかしながら、橋梁等の大型の構造物の応力分布を測定する場合には、構造物を疲労試験機に取り付けることができないため、参照信号を得ることが容易ではない。
【０００６】
例えば、特許文献１には、熱弾性応力法を用いてベルトコンベアのフレーム構造部のような構造物の劣化度を診断する劣化度診断方法が提案されている（特許文献１の特許請求の範囲等）。
特許文献１に記載の方法においてロックイン処理を行う場合には、構造物に周期的な振動を与える加振装置から参照信号を得ることが考えられる。
しかしながら、特許文献１に記載の方法で測定する応力は、固有振動数から算出される応力であるため、特許文献１に記載の加振装置で構造物に付加する繰り返し荷重は微弱であると考えられる。換言すれば、特許文献１に記載の加振装置では、橋梁等の大型の構造物に実際に生じ得るレベルの大きな繰り返し荷重を付加することができない。
【０００７】
また、特許文献２には、超音波振動発生装置の発振信号を参照信号として、赤外線サーモグラフィ装置で測定された変動する温度分布データを取り出し、ロックイン処理を行う構造物の亀裂診断装置が提案されている（特許文献２の請求項６等）。
しかしながら、特許文献２に記載の超音波振動発生装置で構造物に付加する繰り返し荷重は、超音波振動による荷重であるため、極めて微弱であることは自明である。換言すれば、特許文献２に記載の超音波振動発生装置では、橋梁等の大型の構造物に実際に生じ得るレベルの大きな繰り返し荷重を付加することができない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】矢尾板達也、他２名、「赤外線カメラによる応力測定と疲労限界点の予測測定」、自動車技術会秋季学術講演会、Ｎｏ．９８−０３、（２００３）
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２３２７０８号公報
【特許文献２】特開２０１３−８３６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、被測定物が橋梁等の大型の構造物である場合でも、被測定物に実際に生じ得るレベルの大きな繰り返し荷重を付加することが可能な応力分布測定用荷重付加装置、及びこれを用いた応力分布測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明は、被測定物の応力分布を測定する際に、該被測定物に繰り返し荷重を付加するための装置であって、荷重計と、上端が前記被測定物に取り付けられ、下端が前記荷重計に取り付けられて、前記被測定物に対して前記荷重計を吊り下げるための第１吊下部材と、前記荷重計の下方に位置し、前記荷重計に連結された錘部材と、前記第１吊下部材に発生する張力が変動するように、前記錘部材を上下方向に昇降させる昇降手段と、を備えることを特徴とする応力分布測定用荷重付加装置を提供する。
【００１２】
本発明に係る応力分布測定用荷重付加装置において、第１吊下部材（例えば、ワイヤ）の上端は被測定物（例えば、大型の構造物）に取り付けられ、下端は荷重計に取り付けられる。このため、第１吊下部材に張力が発生している状態において、被測定物には、第１吊下部材に発生している張力に相当する下方への引張荷重が付加され、荷重計には、第１吊下部材に発生している張力に相当する上方への引張荷重が付加されることになる。したがい、荷重計によって上方への引張荷重を測定することで、被測定物に付加される下方への引張荷重を測定することが可能である。
【００１３】
また、本発明に係る応力分布測定用荷重付加装置において、錘部材は、荷重計の下方に位置し、荷重計に連結されている。このため、仮に、錘部材の重さが、荷重計の重さや荷重計と錘部材とを連結する連結部材等の重さに比べて十分に大きく、且つ、錘部材が昇降手段に載置されていなければ（昇降手段から離間し、昇降手段によって支持されていなければ）、第１吊下部材には、ほぼ錘部材の重さに相当する最も大きな張力が発生することになる。したがい、第１吊下部材に発生する張力は、昇降手段によって昇降する錘部材の上下方向の位置に応じて変動し得る。すなわち、昇降手段によって錘部材が降下し、錘部材が昇降手段から離間する瞬間又は離間した後に、第１吊下部材には、最も大きな張力が発生する。一方、昇降手段によって錘部材が上昇し、第１吊下部材が撓んだ状態になった場合、第１吊下部材には、張力が発生しなくなる（昇降手段のみで錘部材等を支持することになる）。
【００１４】
本発明に係る応力分布測定用荷重付加装置が備える昇降手段は、第１吊下部材に発生する張力が変動するように、錘部材を上下方向に昇降させる。したがい、昇降手段によって錘部材を上下方向に繰り返し昇降させることで、第１吊下部材に発生する張力を最大張力から０まで繰り返し変動させることも可能であり、ひいては、被測定物に付加される下方への引張荷重を最大荷重（錘部材の重さが十分に大きい場合、ほぼ錘部材の重さに相当）から０まで繰り返し変動させることができる。
本発明に係る応力分布測定用荷重付加装置において、錘部材の重さを橋梁等の大型の構造物に実際に生じ得るレベルの荷重に相当する重さ（例えば、数ｔｏｎ〜数十ｔｏｎ）に設定すれば、この大型の構造物に実際に生じ得るレベルの大きな繰り返し荷重を付加することが可能である。
【００１５】
好ましくは、前記錘部材は、下方に突出する突出部を具備し、前記昇降手段は、前記錘部材の下方に位置し、水平方向周りに回転可能で、周方向に沿って凸部と凹部とが交互に設けられた回転体を具備し、前記回転体が回転することで、前記突出部が前記回転体の凸部に支持された状態と、前記突出部が前記回転体の凹部上に位置する状態とが交互に繰り返される。
【００１６】
上記の好ましい構成によれば、回転体が回転することで、錘部材の突出部が回転体の凸部に支持された状態となった場合、錘部材が上昇する（突出部が回転体の凹部上に位置する状態に比べて上昇する）。この際、第１吊下部材が撓むように第１吊下部材の長さ等を設定しておけば、第１吊下部材には、張力が発生しなくなる。一方、回転体が回転することで、錘部材の突出部が回転体の凹部上に位置する状態となった場合、錘部材が降下する（突出部が回転体の凸部に支持された状態に比べて降下する）。この際、錘部材が回転体から離間するように第１吊下部材の長さ等を設定しておけば、第１吊下部材には、最も大きな張力が発生する。
【００１７】
好ましくは、前記錘部材は、水平方向に延びる回転軸周りに回転可能で、周方向に沿って凸部と凹部とが交互に設けられた回転体であり、前記昇降手段は、上端が前記荷重計に取り付けられ、下端が前記錘部材の回転軸に取り付けられて、前記荷重計に対して前記錘部材を吊り下げるための第２吊下部材と、前記錘部材の下方に位置し、上面が平坦な水平面である支持台とを具備し、前記錘部材が回転することで、前記錘部材の凸部が前記支持台に支持されて前記錘部材が上方に変位している状態と、前記錘部材の凹部が前記支持台に近接して前記錘部材が下方に変位している状態とが交互に繰り返される。
【００１８】
上記の好ましい構成によれば、錘部材が回転することで、錘部材の凸部が支持台に支持（支持台の平坦な水平面である上面に支持）されて錘部材が上方に変位（凹部が支持台に近接している状態に比べて上方に変位）している状態となった場合に、第１吊下部材が撓むように第１吊下部材や第２吊下部材の長さ等を設定しておけば、第１吊下部材には、張力が発生しなくなる。一方、錘部材が回転することで、錘部材の凹部が支持台に近接して錘部材が下方に変位（凸部が支持台に支持されている状態に比べて下方に変位）している状態となった場合に、第１吊下部材に張力が発生するように第１吊下部材や第２吊下部材の長さ等を設定しておけば、第１吊下部材には、最も大きな張力が発生する。
【００１９】
好ましくは、前記昇降手段は、前記錘部材を上下方向に昇降させると共に、上下方向周りに回転させる。
【００２０】
上記の好ましい構成によれば、錘部材は、昇降手段によって、単なる上下方向の昇降のみならず、上下方向周りに回転する。したがい、被測定物に付加される下方への引張荷重を、上下方向の成分のみならず、上下方向に垂直な水平方向の成分についても繰り返し変動させることができる。したがい、被測定物に水平方向の繰り返し荷重成分が付加された場合の被測定物の応力分布も測定することが可能である。
【００２１】
好ましくは、前記昇降手段は、前記錘部材の下方に位置し、周方向に沿って凸部と凹部とが交互に設けられた載置台と、前記載置台に立設され、前記載置台に対して上下方向周りに回転可能な回転軸と、前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸と共に前記載置台に対して上下方向周りに回転可能な羽板とを具備し、前記錘部材は、前記羽板が回転することで、前記羽板に押圧されて、前記凸部に載置される位置と、前記凹部上の位置とに交互に回転移動する。
【００２２】
上記の好ましい構成によれば、羽板が回転することで、錘部材は、載置台の凸部に載置される位置と、凹部上の位置とに交互に回転移動する。錘部材が凹部上の位置から凸部に載置される位置に回転移動すると、錘部材が上昇する。この際、第１吊下部材が撓むように第１吊下部材の長さ等を設定しておけば、第１吊下部材には、張力が発生しなくなる。一方、錘部材が凸部に載置される位置から凹部上の位置に回転移動すると、錘部材が降下する。この際、錘部材が凹部の底面から離間するように第１吊下部材の長さ等を設定しておけば、第１吊下部材には、最も大きな張力が発生する。
【００２３】
また、前記課題を解決するため、本発明は、前記何れかの応力分布測定用荷重付加装置と、前記第１吊下部材の上端が取り付けられた前記被測定物の表面を撮像する赤外線撮像装置と、前記赤外線撮像装置から入力された画像信号と、前記荷重計の出力信号とに基づき、前記被測定物の応力分布の時間的変化を算出する演算装置とを備え、前記演算装置は、前記昇降手段によって前記錘部材が上下方向に昇降する際の前記荷重計の出力信号を参照信号として前記赤外線撮像装置から入力された画像信号を同期検波し、前記参照信号に応じた周波数帯域の画像信号成分のみを抽出し、該抽出した画像信号成分に基づき、応力分布の時間的変化を算出する、ことを特徴とする応力分布測定装置としても提供される。
【００２４】
本発明に係る応力分布測定装置において、演算装置は、応力分布測定用荷重付加装置が備える荷重計の出力信号（被測定物に付加される繰り返し荷重（下方への引張荷重）に相当する信号）を参照信号として、赤外線撮像装置から入力された画像信号から、測定対象とする熱弾性効果によって生じる温度変化に応じた信号波形をロックイン処理することになる。
このため、第１吊下部材の上端が取り付けられた被測定物の表面における応力分布の時間的変化を精度良く算出することが可能である。なお、応力分布の初期値を把握していれば（実際に応力分布を測定して把握している場合のみならず、想定可能な場合も含む）、この初期値に応力分布の時間的変化を加算することで、所定時間経過後の応力分布の絶対値も測定可能である。応力分布の初期値がゼロである場合、応力分布の時間的変化自体が所定時間経過後の応力分布の絶対値に相当する。本発明でいう「応力分布測定」とは、応力分布の時間的変化のみを測定する場合と、所定時間経過後の応力分布の絶対値をも測定する場合との双方を含む概念である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る応力分布測定用荷重付加装置によれば、被測定物が橋梁等の大型の構造物である場合でも、被測定物に実際に生じ得るレベルの大きな繰り返し荷重を付加することが可能である。また、本発明に係る応力分布測定装置によれば、応力分布測定用荷重付加装置が備える荷重計の出力信号を参照信号とするロックイン処理を行うことで、被測定物の応力分布の時間的変化（ひいては、応力分布）を精度良く算出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る応力分布測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１の矢符Ａの方向から見た応力分布測定用荷重付加装置の概略構成を拡大して示す模式図である。
【図３】図１に示す昇降手段によって昇降する錘部材の上下方向の位置に応じて、第１吊下部材に発生する張力が変動することを説明する図である。
【図４】図１に示す応力分布測定装置を用いた試験において、被測定物に付加した繰り返し荷重を模式的に示す図である。
【図５】図１に示す応力分布測定装置を用いた試験及び数値解析の結果を示す図である。
【図６】図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すＡＡ’線に沿った応力分布を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る応力分布測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図８】図７に示す応力分布測定用荷重付加装置の概略構成を拡大して示す斜視模式図である。
【図９】図７の矢符Ｂの方向から見た応力分布測定用荷重付加装置の一部の概略構成を拡大して示す模式図である。
【図１０】図７に示す応力分布測定装置を用いた試験において、被測定物に付加した繰り返し荷重を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る応力分布測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図１２】図１１に示す錘部材及び応力分布測定用荷重付加装置の概略構成を拡大して示す斜視模式図である。
【図１３】図１１の矢符Ｃの方向から見た錘部材及び応力分布測定用荷重付加装置の一部の概略構成を拡大して示す模式図である。
【図１４】図１１に示す応力分布測定装置を用いた試験において、被測定物に付加した繰り返し荷重を模式的に示す図である。
【図１５】本発明の第４実施形態に係る応力分布測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図１６】図１５の矢符Ｄの方向から見た応力分布測定用荷重付加装置の概略構成を拡大して示す模式図である。
【図１７】図１５に示す応力分布測定用荷重付加装置の概略構成を拡大して示す斜視模式図である。
【図１８】図１５に示す昇降手段によって昇降する錘部材の上下方向の位置に応じて、第１吊下部材に発生する張力が変動することを説明する図である。
【図１９】図１７に示す凸部の好ましい形態の概略構成を拡大して示す模式図である。
【図２０】図１５に示す応力分布測定装置を用いた試験において、被測定物に付加した繰り返し荷重を模式的に示す図である。
【図２１】図１５に示す応力分布測定装置を用いた試験における挟角の変化を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の実施形態に係る応力分布測定装置について説明する。
【００２８】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る応力分布測定装置の概略構成を示す模式図である。図２は、図１の矢符Ａから見た応力分布測定用荷重付加装置の概略構成を拡大して示す模式図である。
図１に示すように、第１実施形態に係る応力分布測定装置１００は、応力分布測定用荷重付加装置（以下、適宜、単に「荷重付加装置」という）１０と、赤外線撮像装置２０と、演算装置３０とを備えている。
【００２９】
荷重付加装置１０は、被測定物（例えば、大型の構造物）Ｍの応力分布を測定する際に、被測定物Ｍに繰り返し荷重を付加するための装置である。
図１又は図２に示すように、荷重付加装置１０は、荷重計１１と、第１吊下部材１２と、錘部材１３と、昇降手段１４とを備えている。
【００３０】
荷重計１１は、荷重の大きさを電気信号に変える変換器であり、本実施形態では、荷重計１１として、ひずみゲージ式のロードセルが用いられている。
【００３１】
第１吊下部材１２は、上端が被測定物Ｍに取り付けられ、下端が荷重計１１に取り付けられて、被測定物Ｍに対して荷重計１１を吊り下げるための部材である。
具体的には、第１吊下部材１２の上端及び下端には、それぞれフック１ａ、１ｂが取り付けられている。また、被測定物Ｍ及び荷重計１１の上端には、それぞれ治具（アイボルト等）２ａ、２ｂが取り付けられている。第１吊下部材１２の上端に取り付けられたフック１ａと、被測定物Ｍに取り付けられた治具２ａとが係合することで、第１吊下部材１２の上端が被測定物Ｍに取り付けられる。また、第１吊下部材１２の下端に取り付けられたフック１ｂと、荷重計１１の上端に取り付けられた治具２ｂとが係合することで、第１吊下部材１２の下端が荷重計１１に取り付けられる。
【００３２】
なお、本実施形態では、被測定物Ｍに治具２ａが取り付けられている例を示したが、被測定物Ｍが元々フック１ａを係合させることができる部分を有する場合には、治具２ａを別途取り付ける必要はない。また、第１吊下部材１２の上端を被測定物Ｍに取り付けるための手段、及び、第１吊下部材１２の下端を荷重計１１に取り付けるための手段は、本実施形態のようなフック１ａ、１ｂと治具２ａ、２ｂとの組み合わせに何ら限られるものではなく、種々の手段を用いることが可能である。
【００３３】
第１吊下部材１２としては、錘部材１３の重さ（例えば、数ｔｏｎ〜数十ｔｏｎ）に耐え得る引張強度を有すると共に、錘部材１３を上昇させたときに撓むように可撓性を有する部材であることが好ましい。本実施形態では、第１吊下部材１２として、ワイヤが用いられている。しかしながら、これに限られるものではなく、第１吊下部材１２として、チェーン等を用いることも可能である。
【００３４】
錘部材１３は、荷重計１１の下方に位置し、荷重計１１に連結されている。錘部材１３の重さとしては、被測定物Ｍに実際に生じ得るレベルの荷重を推測し、この推測した荷重に相当する重さに設定すればよい。
具体的には、荷重計１１の下端には、水平方向に突出する４つのアーム部３ａを具備する治具３が取り付けられている。また、本実施形態の錘部材１３は、水平方向に突出する４つのアーム部１３ａを具備する。そして、治具３の各アーム部３ａと、錘部材１３の各アーム部１３ａとの間に、それぞれ吊下部材４を巻架することで、錘部材１３は、荷重計１１に連結されている（荷重計１１に対して吊り下げられている）。吊下部材４としては、第１吊下部材１２と同種であってもよいが、第１吊下部材１２よりも剛性の高い部材を好適に用いることができる。吊下部材４として、第１吊下部材１２よりも剛性の高い部材を用いることにより、錘部材１３を上昇させたときに第１吊下部材１２が撓みやすくなる。本実施形態では、吊下部材４として、ワイヤが用いられている。
なお、錘部材１３を荷重計１１に連結するための手段は、本実施形態のような治具３と吊下部材４との組み合わせに何ら限られるものではなく、種々の手段を用いることが可能である。何れの手段を用いる場合であっても、錘部材１３の重さを変更可能なように（用いる錘部材１３を変更可能なように）、荷重計１１と錘部材１３とは着脱自在に連結することが好ましい。
【００３５】
昇降手段１４は、第１吊下部材１２に発生する張力が変動するように、錘部材１３を上下方向に昇降させる手段である。本実施形態では、昇降手段１４として、油圧ジャッキ装置が用いられている。好ましくは、電動ポンプ等を具備し、周期的な昇降動作が可能な自動制御方式の油圧ジャッキ装置が用いられる。しかしながら、これに限られるものではなく、フォークリフト等を用いることも可能である。
【００３６】
図３は、昇降手段１４によって昇降する錘部材１３の上下方向の位置に応じて、第１吊下部材１２に発生する張力が変動することを説明する図である。図３（ａ）は、第１吊下部材１２に最も大きな張力Ｔが発生している状態を示す模式図である。図３（ｂ）は、第１吊下部材１２に張力が発生していない状態を示す模式図である。
図３（ａ）に示すように、昇降手段１４によって錘部材１３が降下し、錘部材１３が昇降手段から離間する瞬間（又は離間した後）に、第１吊下部材１２には、最も大きな張力Ｔが発生する。換言すれば、錘部材１３の重さ（錘部材１３に作用する重力Ｇ）が、荷重計１１等の重さに比べて十分に大きく、荷重計１１等の重さを無視できる場合には、錘部材１３に作用する重力Ｇと、張力Ｔとが釣り合うことになる。
一方、図３（ｂ）に示すように、昇降手段１４によって錘部材１３が上昇し、第１吊下部材１２が撓んだ状態になった場合、第１吊下部材１２には、張力が発生しなくなる。換言すれば、錘部材１３に作用する重力Ｇと、昇降手段１４が下方から錘部材１３を押す力Ｆとが釣り合うことになる（昇降手段１４のみで錘部材１３等を支持することになる）。
【００３７】
したがい、昇降手段１４によって錘部材１３を上下方向に繰り返し昇降させることで、第１吊下部材１２に発生する張力を最大張力Ｔから０まで繰り返し変動させることができ、ひいては、被測定物Ｍに付加される下方への引張荷重を最大荷重（錘部材１３の重さが十分に大きい場合、ほぼ錘部材１３の重さに相当）から０まで繰り返し変動させることができる。この際、荷重計１１の出力信号も、最大荷重に相当する信号から０に相当する信号まで繰り返し変動することになる。昇降手段１４による錘部材１３の昇降は、一定の周波数で行うことが好ましい。これにより、荷重計１１の出力信号も、一定の周波数の信号となる。
以上のように、本実施形態の荷重付加装置１０によれば、大型の構造物に実際に生じ得るレベルの大きな繰り返し荷重を付加することが可能である。
【００３８】
なお、本実施形態では、昇降手段１４によって錘部材１３が上昇したときに、第１吊下部材１２が撓んだ状態となるように、第１吊下部材１２及び吊下部材４の長さや、昇降手段１４の昇降位置を設定しており、これにより、第１吊下部材１２に発生する張力を０まで変動させることができる点で好ましい。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、第１吊下部材１２に発生する張力が変動するように錘部材１３を上下方向に昇降させる限りにおいて、必ずしも第１吊下部材１２が撓む状態まで上昇させる必要はない。
また、吊下部材４として、第１吊下部材１２よりも剛性の低い部材を用いることにより、錘部材１３を上昇させたときに吊下部材４の方を撓ませ、第１吊下部材１２に発生する張力を低下させる（錘部材１３の重さに相当する張力が発生しなくなる）ことも可能である。これによっても、第１吊下部材１２に発生する張力を変動させることが可能である。
【００３９】
赤外線撮像装置２０は、第１吊下部材１２の上端が取り付けられた被測定物Ｍの表面を撮像する。すなわち、被測定物Ｍの全表面のうち、第１吊下部材１２の上端が取り付けられた部位近傍の表面を撮像できるように、視軸方向や視野が設定されている。
赤外線撮像装置２０は、２次元配列されたＩｎＳｂ等の赤外線検出素子及び結像光学系を具備し、被測定物Ｍから放射された赤外線を結像光学系を介して各赤外線検出素子に結像して電気信号に変換し、撮像画像を構成する所定のフレームレートの画像信号として演算装置３０に出力する。
【００４０】
演算装置３０は、赤外線撮像装置２０から入力された画像信号と、荷重計１１の出力信号とに基づき、応力分布の時間的変化を算出する。以下、具体的に説明する。
演算装置３０は、赤外線撮像装置２０から入力された画像信号から、測定対象とする熱弾性効果によって生じる温度変化に応じた信号波形をロックイン処理する。すなわち、赤外線撮像装置２０から入力された画像信号から、所定の周波数成分のみを抽出する。具体的には、演算装置３０には、昇降手段１４によって錘部材１３が上下方向に昇降する際の荷重計１１の出力信号が入力される。すなわち、被測定物Ｍに付加する繰り返し荷重と同じ周波数の参照信号が荷重計１１から入力される。そして、演算装置３０は、赤外線撮像装置２０から入力された画像信号を荷重計１１から入力された参照信号で同期検波し、参照信号に応じた周波数帯域の画像信号成分のみ（参照信号と同じ周波数を有する画像信号成分のみ又は参照信号と同じ周波数を含む狭周波数帯域の画像信号成分のみ）を抽出することで、測定すべき熱弾性効果によって生じる温度変化のＳ／Ｎ比を向上させている。
【００４１】
演算装置３０は、上記のようにして抽出した画像信号成分の大きさと、予め記憶されている画像信号成分の大きさ及び温度の対応関係とに応じて、被測定物Ｍの温度分布の時間的変化（赤外線撮像装置２０で撮像した撮像画像を構成する画素毎の温度分布の時間的変化）を算出する。
【００４２】
次いで、演算装置３０は、被測定物Ｍの温度分布の時間的変化と、温度の時間的変化及び応力の時間的変化の間の所定の関係式とに基づき、被測定物Ｍの応力分布の時間的変化を算出する。具体的には、演算装置３０は、被測定物Ｍの温度分布の時間的変化と、以下の式（Ａ）で表される関係式とに基づき、被測定物Ｍの応力分布の時間的変化を算出する。すなわち、赤外線撮像装置２０で撮像した撮像画像を構成する画素毎に応力の時間的変化を算出する。
Δσ＝−１／Ｋ・ΔＴ／Ｔ  ・・・（Ａ）
上記の式（Ａ）において、ΔＴは温度の時間的変化を、Δσは応力の時間的変化を、Ｔは被測定物Ｍの温度を、Ｋは熱弾性係数を意味する。熱弾性係数Ｋは被測定物Ｍの材質によって決まる物性値であり、例えば被測定物Ｍが鉄鋼材料から形成されている場合、Ｋ＝３．５×１０−１２［Ｐａ−１］となる。
【００４３】
なお、上記の赤外線撮像装置２０及び被測定物Ｍの応力分布の時間的変化を算出する機能を有する演算装置３０は、熱弾性応力測定法を実行するための市販の装置を用いて構成することが可能である。このような市販の装置としては、例えば、ＦＬＩＲ社製の「赤外線応力測定システム」（測定ソフトウェア：ＡｌｔａｉｒＬＩ）を例示できる。
【００４４】
以下、実施例として、本実施形態に係る応力分布測定装置１００によって、被測定物Ｍとしての梁部材の応力分布を測定した試験結果の一例について説明する。
本実施形態に係る応力分布測定装置１００において、錘部材１３の重さを４ｔｏｎとし、昇降手段１４によって、図４に示すような一定周期の繰り返し荷重を被測定物Ｍに付加した。赤外線撮像装置２０及び演算装置３０としては、ＦＬＩＲ社製の「赤外線応力測定システム」を用いた。具体的には、赤外線撮像装置２０として、温度分解能が０．０２℃であるものを用いて、解像度が３２０×２４０で、フレームレートが１３３Ｈｚの条件を設定した。また、赤外線撮像装置２０から入力された画像信号と、荷重計１１の出力信号とに基づき、応力分布の時間的変化（ひいては応力分布）を算出するソフトウェアとして、ＡｌｔａｉｒＬＩを用いた。
【００４５】
なお、比較例として、実施例と同じ被測定物Ｍについて、荷重計１１の出力信号を参照信号として用いずに（ロックイン処理を行わずに）、赤外線撮像装置２０から演算装置３０に入力された画像信号をそのまま用いて応力分布を算出する試験を行った。
さらに、上記実施例と同じ条件の繰り返し荷重を被測定物Ｍに付加した場合の応力分布を有限要素法（ＦＥＭ）を用いて解析する数値解析を行った。
【００４６】
図５は、上記試験及び数値解析の結果を示す図である。図５（ａ）は、実施例で測定した応力分布を示す。図５（ｂ）は、比較例で測定した応力分布を示す。図５（ｃ）は、ＦＥＭ解析で算出した応力分布を示す。なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す結果は、赤外線撮像装置２０で撮像した撮像画像を構成する画素毎に算出した応力の大小に応じて各画素の濃度値が設定されている画像である。図５（ｃ）に示す結果は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す画像と同等の領域において算出した応力の大小に応じて各画素の濃度値が設定されている画像である。図５（ａ）〜図５（ｃ）のＡＡ’線は、被測定物Ｍのほぼ同一の箇所を示している。
図５（ａ）に示す実施例の画像に比べて、図５（ｂ）に示す比較例の画像はノイズが多く、適正な応力分布が得られていないことが分かる。
【００４７】
図６は、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すＡＡ’線に沿った応力分布を示す図である。図６の横軸はＡ点からの距離を、縦軸は応力を示す。
図６に示すように、比較例では応力分布のバラツキが大きいのに対し、実施例ではバラツキが小さく、なお且つ、ＦＥＭ解析で算出した結果と近似した結果が得られていることが分かる。
【００４８】
＜第２実施形態＞
図７は、本発明の第２実施形態に係る応力分布測定装置の概略構成を示す模式図である。図８は、図７に示す応力分布測定用荷重付加装置の概略構成を拡大して示す斜視模式図である。図９は、図７の矢符Ｂの方向から見た応力分布測定用荷重付加装置の一部の概略構成を拡大して示す模式図である。図９（ａ）は錘部材の突出部が回転体の凸部に支持された状態を、図９（ｂ）は錘部材の突出部が回転体の凹部上に位置する状態を示す。なお、図７では、簡略化のため、錘部材１３ａの突出部３１と、回転体４１の凸部４１ａ及び凹部４１ｂとの図示を省略している。また、図８及び図９では、フック１ｂと治具２ｂの図示を省略している。
図７に示すように、第２実施形態に係る応力分布測定装置１００Ａは、第１実施形態に係る応力分布測定装置１００と同様に、応力分布測定用荷重付加装置（以下、適宜、単に「荷重付加装置」という）１０ａと、赤外線撮像装置２０と、演算装置３０とを備えている。
以下、第２実施形態に係る応力分布測定装置１００Ａについて、第１実施形態に係る応力分布測定装置１００が備える構成要素と同様の機能を有する構成要素については同一の符号を付して説明を適宜省略し、主として第１実施形態と異なる点について説明する。
【００４９】
荷重付加装置１０ａは、被測定物（例えば、大型の構造物）Ｍの応力分布を測定する際に、被測定物Ｍに繰り返し荷重を付加するための装置である。
図７又は図８に示すように、荷重付加装置１０ａは、荷重計１１と、第１吊下部材１２と、錘部材１３ａと、昇降手段１４ａとを備えている。
【００５０】
錘部材１３ａは、荷重計１１の下方に位置し、荷重計１１に適宜の連結部材を介して（図示せず）連結されている。錘部材１３ａの重さを変更可能なように（用いる錘部材１３ａを変更可能なように）、荷重計１１と錘部材１３ａとは着脱自在に連結することが好ましい。錘部材の重さとしては、被測定物Ｍに実際に生じ得るレベルの荷重を推測し、この推測した荷重に相当する重さに設定すればよい。
図９に示すように、本実施形態の錘部材１３ａは、下方に突出する突出部３１を具備する。本実施形態の突出部３１は、円錐台形状とされているが、本発明はこれに限るものではない。突出部３１が回転体４１の凹部４１ｂ上に位置する状態（図９（ｂ））から凸部４１ａ上に位置する状態（図９（ａ））に移行する際に、突出部３１が凸部４１ａの角部に引っ掛かって移行できなくなるおそれがない限り、突出部３１を半円筒形状や半球形状などの種々の形状にすることが可能である。
また、本実施形態の突出部３１は、直方体状の錘部材本体３２に固着されているが、本発明はこれに限るものではない。突出部３１として、例えば、回転体４１の回転軸４４と平行な方向周りに回転可能な円筒形状のローラを錘部材本体３２に取り付けた構成を採用することも可能である。
【００５１】
昇降手段１４ａは、第１吊下部材１２に発生する張力が変動するように、錘部材１３ａを上下方向に昇降させる手段である。
本実施形態の昇降手段１４ａは、錘部材１３ａの下方に位置し、水平方向周りに回転可能で、周方向に沿って凸部４１ａと凹部４１ｂとが交互に設けられた回転体４１を具備する。また、本実施形態の昇降手段１４ａは、支持台４２と、支持部４３と、駆動手段４５とを具備する。
【００５２】
具体的には、回転体４１の回転軸４４の一方の端部（図８の右側の端部）が、支持台４２に立設された支持部４３によって回転可能に支持されている。回転軸４４の他方の端部（図８の左側の端部）は、モータ等の駆動手段４５に連結されている。駆動手段４５によって回転軸４４が回転することで、回転体４１も回転することになる。
【００５３】
回転体４１の凸部４１ａ及び凹部４１ｂは、回転軸４４に平行な方向に沿って延びている。図９に示すように、本実施形態の凸部４１ａの角部には、突出部３１が凸部４１ａの角部に引っ掛かって移行できなくなることを防止するため、テーパが設けられている。
【００５４】
以上の構成を有する昇降手段１４ａによれば、回転体４１が回転することで、錘部材１３ａの突出部３１が回転体４１の凸部４１ａに支持された状態と、突出部３１が回転体４１の凹部４１ｂ上に位置する状態とが交互に繰り返されることになる。
図９（ａ）に示すように、錘部材１３ａの突出部３１が回転体４１の凸部４１ａに支持された状態となった場合、錘部材１３ａが上昇する（突出部３１が回転体４１の凹部４１ｂ上に位置する状態に比べて上昇する）。この際、第１吊下部材１２が撓むように第１吊下部材１２の長さ等を設定しておけば、第１吊下部材１２には、張力が発生しなくなる。
一方、図９（ｂ）に示すように、錘部材１３ａの突出部３１が回転体４１の凹部４１ｂ上に位置する状態となった場合、錘部材１３ａが降下する（突出部３１が回転体４１の凸部４１ａに支持された状態に比べて降下する）。この際、錘部材１３ａが回転体４１から離間するように第１吊下部材１２の長さ等を設定しておけば、第１吊下部材１２には、最も大きな張力が発生する。
【００５５】
したがい、昇降手段１４ａの回転体４１を回転させて錘部材１３ａを上下方向に繰り返し昇降させることで、第１吊下部材１２に発生する張力を最大張力から０まで繰り返し変動させることができ、ひいては、被測定物Ｍに付加される下方への引張荷重を最大荷重（錘部材１３ａの重さが十分に大きい場合、ほぼ錘部材１３ａの重さに相当）から０まで繰り返し変動させることができる。この際、荷重計１１の出力信号も、最大荷重に相当する信号から０に相当する信号まで繰り返し変動することになる。昇降手段１４ａによる錘部材１３ａの昇降は、一定の周波数で行うことが好ましい。具体的には、駆動手段４５によって回転体４１の回転軸４４を一定の回転速度で回転させることが好ましい。これにより、荷重計１１の出力信号も、一定の周波数の信号となる。なお、荷重計１１の出力信号の周波数は、回転体４１の回転速度と、回転体４１の凸部４１ａのピッチ（凹部４１ｂのピッチ）に依存するため、被測定物Ｍに実際に生じ得る荷重の周波数を推測し、荷重計１１の出力信号の周波数がこの推測した周波数に近くなるように、回転体４１の回転速度や回転体４１の凸部４１ａのピッチ（凹部４１ｂのピッチ）を決定すればよい。
以上のように、本実施形態の荷重付加装置１０ａによれば、大型の構造物に実際に生じ得るレベルの大きな繰り返し荷重を付加することが可能である。
【００５６】
第１実施形態で説明した試験と同様に、本実施形態に係る応力分布測定装置１００Ａにおいて、錘部材１３ａの重さを４ｔｏｎとし、昇降手段１４ａによって、図１０に示すような一定周期の繰り返し荷重を被測定物Ｍに付加し、被測定物Ｍとしての梁部材の応力分布を測定する試験を行った。
その結果、第１実施形態で説明した試験と同様に、比較例では応力分布のバラツキが大きいのに対し、実施例ではバラツキが小さく、なお且つ、ＦＥＭ解析で算出した結果と近似した結果が得られることが分かった。
【００５７】
＜第３実施形態＞
図１１は、本発明の第３実施形態に係る応力分布測定装置の概略構成を示す模式図である。図１２は、図１１に示す錘部材及び応力分布測定用荷重付加装置の概略構成を拡大して示す斜視模式図である。図１３は、図１１の矢符Ｃの方向から見た錘部材及び応力分布測定用荷重付加装置の一部の概略構成を拡大して示す模式図である。図１３（ａ）は錘部材の凸部が支持台に支持されて錘部材が上方に変位している状態を、図１３（ｂ）は錘部材の凹部が支持台に近接して錘部材が下方に変位している状態を示す。なお、図１１では、簡略化のため、錘部材１３ｂの凸部１３２及び凹部１３３と、回転体６１の凸部６１ａ及び凹部６１ｂとの図示を省略している。また、図１２では、フック１ｂと治具２ｂの図示を省略している。
図１１に示すように、第３実施形態に係る応力分布測定装置１００Ｂは、第１実施形態に係る応力分布測定装置１００及び第２実施形態に係る応力分布測定装置１００Ａと同様に、応力分布測定用荷重付加装置（以下、適宜、単に「荷重付加装置」という）１０ｂと、赤外線撮像装置２０と、演算装置３０とを備えている。
以下、第３実施形態に係る応力分布測定装置１００Ｂについて、第１実施形態に係る応力分布測定装置１００及び第２実施形態に係る応力分布測定装置１００Ａが備える構成要素と同様の機能を有する構成要素については同一の符号を付して説明を適宜省略し、主として第１実施形態及び第２実施形態と異なる点について説明する。
【００５８】
荷重付加装置１０ｂは、被測定物（例えば、大型の構造物）Ｍの応力分布を測定する際に、被測定物Ｍに繰り返し荷重を付加するための装置である。
図１１又は図１２に示すように、荷重付加装置１０ｂは、荷重計１１と、第１吊下部材１２と、錘部材１３ｂと、昇降手段１４ｂとを備えている。
【００５９】
錘部材１３ｂは、荷重計１１の下方に位置し、荷重計１１に連結されている。錘部材１３ｂの重さとしては、被測定物Ｍに実際に生じ得るレベルの荷重を推測し、この推測した荷重に相当する重さに設定すればよい。
具体的には、荷重計１１の下端には、水平方向に突出する２つのアーム部５３ａを具備する治具５３が取り付けられている。そして、治具５３の各アーム部５３ａと、錘部材１３ｂの回転軸１３１の各端部との間に、それぞれ第２吊下部材５１を巻架することで、錘部材１３ｂは、荷重計１１に連結されている（荷重計１１に対して吊り下げられている）。第２吊下部材５１としては、第１吊下部材１２と同種であってもよいが、第１吊下部材１２よりも剛性の高い部材を好適に用いることができる。第２吊下部材５１として、第１吊下部材１２よりも剛性の高い部材を用いることにより、錘部材１３ｂを上昇させたときに第１吊下部材１２が撓みやすくなる。本実施形態では、第２吊下部材５１として、ワイヤが用いられている。
【００６０】
図１２に示すように、本実施形態の錘部材１３ｂは、水平方向に延びる回転軸１３１周りに回転可能で、周方向に沿って凸部１３２と凹部１３３とが交互に設けられた回転体である。錘部材１３ｂの凸部１３２と凹部１３３は、回転軸１３１に平行な方向に沿って延びている。本実施形態の凸部１３２の最外面１３２ａ（図１３参照）は、錘部材１３ｂが回転する際に、錘部材１３ｂの最外面が支持台５２の上面５２ａに引っ掛かって回転できなくなることを防止するため、回転軸１３１を中心とする円弧状に形成されている。
【００６１】
昇降手段１４ｂは、第１吊下部材１２に発生する張力が変動するように、錘部材１３ｂを上下方向に昇降させる手段である。
本実施形態の昇降手段１４ｂは、前述のように治具５３を介して上端が荷重計１１に取り付けられ、下端が錘部材１３ｂの回転軸１３１に取り付けられて、荷重計１１に対して錘部材１３ｂを吊り下げるための第２吊下部材５１と、錘部材１３ｂの下方に位置し、上面５２ａが平坦な水平面である支持台５２とを具備する。また、本実施形態の昇降手段１４ｂは、案内部５４と、回転駆動手段６とを具備する。
【００６２】
回転駆動手段６は、回転体６１と、支持部６２と、駆動手段６４とを具備する。回転体６１の回転軸６３の一方の端部（図１２の右側の端部）は、支持台５２に立設された支持部６２によって回転可能に支持されている。回転軸６３の他方の端部（図１２の左側の端部）は、モータ等の駆動手段６４に連結されている。駆動手段６４によって回転軸６３が回転することで、回転体６１も回転することになる。
【００６３】
回転体６１の凸部６１ａ及び凹部６１ｂは、回転軸６３に平行な方向に沿って延びている。そして、回転体６１の凸部６１ａと錘部材１３ｂの凹部１３３とが噛み合い、回転体６１の凹部６１ｂと錘部材１３ｂの凸部１３２とが噛み合うように、錘部材１３ｂの凹部１３３のピッチ（凸部１３２のピッチ）に応じて、回転体６１の凸部６１ａのピッチ（凹部６１ｂ）が決められている。回転体６１と錘部材１３ｂとが噛み合い、回転体６１が回転することで、錘部材１３ｂも回転することになる。ただし、錘部材１３ｂの昇降が可能なように、回転体６１と錘部材１３ｂとの噛み合いには所定量の遊びが設けられる。
【００６４】
案内部５４は、支持台５２に立設されており、錘部材１３ｂの回転軸１３１を案内する。具体的には、案内部５４には、孔５４ａが設けられており、この孔５４ａに錘部材１３ｂの回転軸１３１が挿通されている。孔５４ａは、錘部材１３ｂの昇降を阻害しないように、その上下方向の長さが錘部材１３ｂの昇降量に応じて決められた長孔である。この案内部５４により、錘部材１３ｂが回転する際の回転軸１３１の水平方向への過度の移動が防止されるため、スムーズに錘部材１３ｂが回転可能であると共に、昇降可能である。
【００６５】
以上の構成を有する錘部材１３ｂ及び昇降手段１４ｂによれば、回転駆動手段６によって錘部材１３ｂが回転することで、錘部材１３ｂの凸部１３２が支持台５２に支持されて錘部材１３ｂが上方に変位している状態と、錘部材１３ｂの凹部１３３が支持台５２に近接して錘部材１３ｂが下方に変位している状態とが交互に繰り返されることになる。
図１３（ａ）に示すように、錘部材１３ｂが回転することで、錘部材１３ｂの凸部１３２が支持台５２に支持（支持台５２の平坦な水平面である上面５２ａに支持）されて錘部材１３ｂが上方に変位（凹部１３３が支持台５２に近接している状態に比べて上方に変位）している状態となる。このときに、第１吊下部材１２が撓むように第１吊下部材１２や第２吊下部材５１の長さ等を設定しておけば、第１吊下部材１２には、張力が発生しなくなる。
一方、図１３（ｂ）に実線で示すように、錘部材１３ｂが回転することで、錘部材１３ｂの凹部１３３が支持台５２に近接して錘部材１３ｂが下方に変位（破線で示すように、凸部１３２が支持台５２に支持されている状態に比べて、変位量Ｈだけ下方に変位）している状態となる。このときに、第１吊下部材１２に張力が発生するように第１吊下部材１２や第２吊下部材５１の長さ等を設定しておけば、第１吊下部材１２には、最も大きな張力が発生する。図１３（ｂ）に示す例では、錘部材１３ｂが下方に変位した状態で、錘部材１３ｂ（錘部材１３ｂの角部）は支持台５２に接触している。しかしながら、錘部材１３ｂが下方に変位した状態で、錘部材１３ｂが支持台５２から離間するように、第１吊下部材１２や第２吊下部材５１の長さ等を設定しておけば、錘部材１３ｂの重さが十分に大きい場合、ほぼ錘部材１３ｂの重さに相当する張力が第１吊下部材１２に発生することになる。
【００６６】
したがい、回転駆動手段６により錘部材１３ｂを回転させて錘部材１３ｂを上下方向に繰り返し昇降させることで、第１吊下部材１２に発生する張力を最大張力から０まで繰り返し変動させることができ、ひいては、被測定物Ｍに付加される下方への引張荷重を最大荷重から０まで繰り返し変動させることができる。この際、荷重計１１の出力信号も、最大荷重に相当する信号から０に相当する信号まで繰り返し変動することになる。昇降手段１４ｂによる錘部材１３ｂの昇降は、一定の周波数で行うことが好ましい。具体的には、回転駆動手段６によって錘部材１３ｂを一定の回転速度で回転させることが好ましい。これにより、荷重計１１の出力信号も、一定の周波数の信号となる。なお、荷重計１１の出力信号の周波数は、錘部材１３ｂの回転速度と、錘部材１３ｂの凸部１３２のピッチ（凹部１３３のピッチ）に依存するため、被測定物Ｍに実際に生じ得る荷重の周波数を推測し、荷重計１１の出力信号の周波数がこの推測した周波数に近くなるように、錘部材１３ｂの回転速度や錘部材１３ｂの凸部１３２のピッチ（凹部１３３のピッチ）を決定すればよい。
以上のように、本実施形態の荷重付加装置１０ｂによれば、大型の構造物に実際に生じ得るレベルの大きな繰り返し荷重を付加することが可能である。
【００６７】
第１実施形態及び第２実施形態で説明した試験と同様に、本実施形態に係る応力分布測定装置１００Ｂにおいて、錘部材１３ｂの重さを４ｔｏｎとし、昇降手段１４ｂによって、図１４に示すような一定周期の繰り返し荷重を被測定物Ｍに付加し、被測定物Ｍとしての梁部材の応力分布を測定する試験を行った。
その結果、第１実施形態及び第２実施形態で説明した試験と同様に、比較例では応力分布のバラツキが大きいのに対し、実施例ではバラツキが小さく、なお且つ、ＦＥＭ解析で算出した結果と近似した結果が得られることが分かった。
【００６８】
＜第４実施形態＞
図１５は、本発明の第４実施形態に係る応力分布測定装置の概略構成を示す模式図である。図１６は、図１５の矢符Ｄの方向から見た応力分布測定用荷重付加装置の概略構成を拡大して示す模式図である。図１７は、図１５に示す応力分布測定用荷重付加装置の概略構成を拡大して示す斜視模式図である。図１７（ａ）は錘部材が載置台の凸部に載置されている状態を、図１７（ｂ）は錘部材が載置台の凹部上に位置する状態を示す。なお、図１７では、簡略化のため、フック１ｂと治具２ｂの図示を省略している。
図１５に示すように、第４実施形態に係る応力分布測定装置１００Ｃは、第１実施形態に係る応力分布測定装置１００〜第３実施形態に係る応力分布測定装置１００Ｂと同様に、応力分布測定用荷重付加装置（以下、適宜、単に「荷重付加装置」という）１０ｃと、赤外線撮像装置２０と、演算装置３０とを備えている。
以下、第４実施形態に係る応力分布測定装置１００Ｃについて、第１実施形態に係る応力分布測定装置１００〜第３実施形態に係る応力分布測定装置１００Ｂが備える構成要素と同様の機能を有する構成要素については同一の符号を付して説明を適宜省略し、主として第１実施形態〜第３実施形態と異なる点について説明する。
【００６９】
荷重付加装置１０ｃは、被測定物（例えば、大型の構造物）Ｍの応力分布を測定する際に、被測定物Ｍに繰り返し荷重を付加するための装置である。
図１５〜図１７に示すように、荷重付加装置１０ｃは、荷重計１１と、第１吊下部材１２と、錘部材１３と、昇降手段１４ｃとを備えている。
【００７０】
昇降手段１４ｃは、第１吊下部材１２に発生する張力が変動するように、錘部材１３を上下方向に昇降させる手段である。
特に、本実施形態の昇降手段１４ｃは、錘部材１３を上下方向に昇降させると共に、上下方向周りに回転させる手段となっている。
本実施形態の昇降手段１４ｃは、載置台１５と、回転軸１６と、羽板１７とを具備する。
【００７１】
載置台１５は、錘部材１３の下方に位置する。載置台１５には、錘部材１３が載置される凸部１５１と、凸部１５１の上面１５１ａよりも底面１５２ａが下方に位置する凹部１５２とが、載置台１５の周方向に沿って交互に設けられている。
具体的には、本実施形態の載置台１５は、平面視略円形状の基台１５３を具備し、基台１５３上に、基台１５３の半径と略同等の半径を有する平面視略１／４円弧状の凸部１５１が基台１５３の中心軸周りに１８０°ピッチで２つ形成されている。凸部１５１が形成されていない箇所が凹部１５２に相当する。しかしながら、載置台１５としては、これに限られるものではなく、例えば、平面視略１／８円弧状の凸部１５１を基台１５３の中心軸周りに９０°ピッチに設けたり、平面視略半円弧状の凸部１５１を１つ設けることも可能である。また、凸部１５１を設けるピッチを必ずしも一定にする必要はない。さらに、複数の凸部１５１を設ける場合、各凸部１５１が必ずしも同一形状である必要はない。後述のように、錘部材１３が凸部１５１に載置される位置と、凹部１５２上の位置とに交互に回転移動できるように、凸部１５１及び凹部１５２が設けられていればよい。
【００７２】
回転軸１６は、載置台１５に立設され、載置台１５に対して上下方向周りに回転可能である。具体的には、本実施形態の回転軸１６は、載置台１５の基台１５３の中心軸に形成された孔に挿通され、モータ等の駆動手段（図示せず）に連結されており、該駆動手段によって回転可能とされている。
【００７３】
羽板１７は、回転軸１６に取り付けられ、回転軸１６と共に載置台１５に対して上下方向周りに回転可能である。そして、羽板１７が回転することで、錘部材１３（及び荷重計１１）は羽板１７に押圧されて、載置台１５の凸部１５１に載置される位置と、凹部１５２上の位置とに交互に回転移動することになる。
本実施形態の羽板１７は、略矩形状であり、水平方向の一端が回転軸１６に取り付けられ、他端が基台１５３の径方向に延びている。羽板１７の水平方向（基台１５３の径方向）の長さは、基台１５３の半径と同等以上とされている。また、羽板１７の上下方向の長さは、錘部材１３及び荷重計１１の上下方向の総長さと略同等とされている。しかしながら、羽板１７としては、これに限られるものではなく、羽板１７が回転する際に、錘部材１３（及び荷重計１１）を押圧して回転移動させることができる限りにおいて、種々の形状及び寸法を採用可能である。
【００７４】
図１８は、昇降手段１４ｃによって昇降する錘部材１３の上下方向の位置に応じて、第１吊下部材１２に発生する張力が変動することを説明する図である。図１８（ａ）は、第１吊下部材１２に最も大きな張力Ｔが発生している状態を示す平面視模式図である。図１８（ｂ）は、第１吊下部材１２に張力が発生していない状態を示す平面視模式図である。図１８（ｃ）は、図１８（ａ）の矢符Ｆの方向から見た正面視模式図である。図１８（ｄ）は、図１８（ｂ）の矢符Ｊの方向から見た正面視模式図である。
図１８（ａ）及び図１８（ｃ）に示すように、羽板１７が回転（反時計回りに回転）することで、錘部材１３が凸部１５１に載置される位置から凹部１５２上の位置に回転移動し、錘部材１３が降下して、凹部１５２の底面１５２ａから離間した状態になった場合、第１吊下部材１２には、最も大きな張力Ｔが発生する。換言すれば、錘部材１３の重さ（錘部材１３に作用する重力Ｇ）が、荷重計１１等の重さに比べて十分に大きく、荷重計１１等の重さを無視できる場合には、錘部材１３に作用する重力Ｇと、張力Ｔの上下方向（Ｚ方向）成分とが釣り合うことになる。
【００７５】
一方、図１８（ｂ）及び図１８（ｄ）に示すように、羽板１７が回転（反時計回りに回転）することで、錘部材１３が凹部１５２上の位置から凸部１５１に載置される位置に回転移動し、錘部材１３が上昇して凸部１５１の上面１５１ａに載置され、第１吊下部材１２が撓んだ状態になった場合、第１吊下部材１２には、張力が発生しなくなる。換言すれば、錘部材１３に作用する重力Ｇと、載置台１５の凸部１５１が下方から錘部材１３を押す力Ｆとが釣り合うことになる（昇降手段１４ｃのみで錘部材１３等を支持することになる）。
【００７６】
したがい、上記のように昇降手段１４ｃによって錘部材１３を上下方向に繰り返し昇降させることで、第１吊下部材１２に発生する張力を最大張力Ｔから０まで繰り返し変動させることができ、ひいては、被測定物Ｍに付加される下方への引張荷重を最大荷重（錘部材１３の重さが十分に大きい場合、ほぼ錘部材１３の重さに相当）から０まで繰り返し変動させることができる。また、錘部材１３は、昇降手段１４ｃによって、単なる上下方向（Ｚ方向）の昇降のみならず、上下方向周りに回転する。したがい、被測定物Ｍに付加される下方への引張荷重を、上下方向（Ｚ方向）の成分のみならず、上下方向に垂直な水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）の成分についても繰り返し変動させることができる。この際、荷重計１１の出力信号も、最大荷重に相当する信号から０に相当する信号まで繰り返し変動することになる。本実施形態では、一定のピッチ（１８０°ピッチ）で同一形状・寸法の凸部１５１が設けられているため、回転軸１６を一定の速度で回転させれば、昇降手段１４ｃによる錘部材１３の昇降が、一定の周波数で行われる点で好ましい。これにより、荷重計１１の出力信号も、一定の周波数の信号となる。
以上のように、本実施形態の荷重付加装置１０ｃによれば、大型の構造物に実際に生じ得るレベルの大きな繰り返し荷重を付加することが可能である。
【００７７】
図１９は、凸部１５１の好ましい形態の概略構成を拡大して示す模式図である。具体的には、図１７（ｂ）の矢符Ｅの方向から見た凸部１５１の好ましい形態の模式図である。
前述のように、羽板１７が回転することで、錘部材１３が凹部１５２上の位置から凸部１５１に載置される位置に回転移動し、錘部材１３が上昇して凸部１５１の上面１５１ａに載置される。この際、凸部１５１の角部に錘部材１３が引っ掛からないようにするには、図１９に示すように、凸部１５１の角部に下広がりのテーパ１５１ｂを設けることが好ましい。図１９に示す例では、矢符で示す錘部材１３の回転移動方向上流側（図１９の左側）及び下流側（図１９の右側）の双方の角部にテーパ１５１ｂを設けているが、少なくとも錘部材１３の回転移動方向上流側にテーパ１５１ｂを設けることが好ましい。
【００７８】
第１実施形態〜第３実施形態で説明した試験と同様に、本実施形態に係る応力分布測定装置１００Ｃにおいて、錘部材１３の重さを４ｔｏｎとし、昇降手段１４ｃによって、図２０に示すような一定周期の繰り返し荷重を被測定物Ｍに付加し、被測定物Ｍとしての梁部材の応力分布を測定する試験を行った。
図２０及び図２１の横軸は、回転軸１６（及び羽板１７）の回転角度を意味する。この際、図２１（ａ）に示すように、Ｘ方向から見た回転軸１６の中心と第１吊下部材１２との挟角θｘ（図１８参照）は、回転軸１６の回転に伴い（錘部材１３の回転移動に伴い）変化する。また、図２１（ｂ）に示すように、Ｙ方向から見た回転軸１６の中心と第１吊下部材１２との挟角θｙ（図１８参照）も、回転軸１６の回転に伴い（錘部材１３の回転移動に伴い）変化する。したがい、被測定物Ｍに付加される下方への引張荷重を、上下方向（Ｚ方向）の成分のみならず、上下方向に垂直な水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）の成分についても繰り返し変動させることができる。このため、被測定物Ｍに水平方向の繰り返し荷重成分が付加された場合の被測定物Ｍの応力分布も評価可能である。なお、錘部材１３が凸部１５１に載置され、第１吊下部材１２が撓んだ状態での挟角は、第１吊下部材１２の両端を結ぶ直線と回転軸１６の中心との成す角度を意味する（図１８（ｄ）参照）、また、図２１において実線で示すデータは被測定物Ｍに荷重が付加されている状態を、破線で示すデータは被測定物Ｍに荷重が付加されていない状態を示す。
その結果、第１実施形態〜第３実施形態で説明した試験と同様に、比較例では応力分布のバラツキが大きいのに対し、実施例ではバラツキが小さく、なお且つ、ＦＥＭ解析で算出した結果と近似した結果が得られることが分かった。
【符号の説明】
【００７９】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・応力分布測定用荷重付加装置
１１・・・荷重計
１２・・・第１吊下部材
１３、１３ａ、１３ｂ・・・錘部材
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・昇降手段
２０・・・赤外線撮像装置
３０・・・演算装置
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ・・・応力分布測定装置
Ｍ・・・被測定物
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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