(57)【要約】【課題】簡便かつ小型で、過度的な船体振動を模した「減衰する荷重」を付加する振動曲げ疲労試験装置および振動曲げ疲労試験方法を提供する。【解決手段】振動曲げ疲労試験装置１００は、試験体９０を振動させる振動手段２０と、試験体９０に固定された被打撃部８０を打撃する打撃手段３０と、打撃によって試験体９０に生じる振動を減衰させる減衰手段４０とを有し、打撃手段３０は、一定の方向に回転される上腕部３２と、上腕部３２に折れ曲がり自在に設置された前腕部３３と、前腕部３３の端部に固定された打撃部３４と、前腕部３３の一部が押し当てられる押し当て部３５と、前腕部３３を押し当て部３５の方向に付勢する付勢部３６とを具備し、打撃した際の反力によって前腕部３３が折れ曲がっている状態において、打撃部３４が被打撃部８０の端部８１ｂから離れた位置を通過する「二度打ち防止機構」を有する。【選択図】図３
2015203645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験体の一方の端部寄りの位置を固定する固定手段と、前記固定手段に固定された状態の前記試験体を振動させる振動手段と、前記固定手段に固定された状態の前記試験体の他方の端部寄りの位置を打撃する打撃手段と、該打撃手段による打撃によって前記試験体に生じる振動を減衰させる減衰手段と、前記振動手段と前記打撃手段とを制御する制御手段とを有し、
前記打撃手段は、上腕部回転モーターと、該上腕部回転モーターによって一定の方向に回転される上腕部と、該上腕部に対して折れ曲がり自在に前記上腕部に設置された前腕部と、該前腕部の端部に固定された打撃部と、前記上腕部に設置され、前記前腕部の一部が押し当てられる押し当て部と、前記前腕部を前記押し当て部の方向に付勢する付勢部とを具備し、
前記制御手段は、前記振動手段に対しては、所定の周期である振動周期で前記試験体を振動させ、前記上腕部回転モーターに対しては、前記振動周期よりも長い周期である打撃周期で、且つ、前記打撃部が前記試験体を所定の回転角速度で打撃するように前記上腕部を回転させ、
前記付勢部は、前記前腕部の一部を前記押し当て部に押し当てて、前記前腕部が前記上腕部に対して直線状になっている状態にして、前記打撃部に前記試験体を打撃させ、且つ、前記打撃の後、前記前腕部が打撃の際の反力によって前記上腕部に対して反回転方向に回転して、前記上腕部に対して折れ曲がっている状態において、前記打撃部が前記試験体の他方の端部から離れた位置を通過するようにする付勢力を有することを特徴とする振動曲げ疲労試験装置。
【請求項２】
試験体の一方の端部寄りの位置を固定する固定手段と、前記固定手段に固定された状態の前記試験体を振動させる振動手段と、前記試験体の他方の端部寄りの位置に固定される被打撃板と、前記試験体が前記固定手段に固定された状態において、前記被打撃板の他方の端部寄りの位置を打撃する打撃手段と、該打撃手段による打撃によって前記試験体に生じる振動を減衰させる減衰手段と、前記振動手段と前記打撃手段とを制御する制御手段とを有し、
前記打撃手段は、上腕部回転モーターと、該上腕部回転モーターによって一定の方向に回転される上腕部と、該上腕部に対して折れ曲がり自在に前記上腕部に設置された前腕部と、該前腕部の端部に固定された打撃部と、前記上腕部に設置され、前記前腕部の一部が押し当てられる押し当て部と、前記前腕部を前記押し当て部の方向に付勢する付勢部とを具備し、
前記制御手段は、前記振動手段に対しては、所定の周期である振動周期で前記試験体を振動させ、前記上腕部回転モーターに対しては、前記振動周期よりも長い周期である打撃周期で、且つ、前記打撃部が前記試験体を所定の回転角速度で打撃するように前記上腕部を回転させ、
前記付勢部は、前記前腕部の一部を前記押し当て部に押し当てて、前記前腕部が前記上腕部に対して直線状になっている状態にして、前記打撃部に前記被打撃板を打撃させ、且つ、前記打撃の後、前記前腕部が打撃の際の反力によって前記上腕部に対して反回転方向に回転して、前記上腕部に対して折れ曲がっている状態において、前記打撃部が前記被打撃板の他方の端部から離れた位置を通過するようにする付勢力を有することを特徴とする振動曲げ疲労試験装置。
【請求項３】
前記打撃に伴う振動が前記減衰手段によって所定の割合にまで減衰した状態で、前記打撃が繰り返されることを特徴とする請求項１または２記載の振動曲げ疲労試験装置。
【請求項４】
前記振動手段は、前記試験体のみに固定され、振動モーターと、該振動モーターの回転軸に固定された偏心錘とを具備し、前記振動モーターの回転に伴って発生する前記偏心錘の慣性力によって、前記試験体を振動させるものであって、
前記制御手段は、前記打撃周期が前記振動周期の整数倍で、前記偏心錘の慣性力が前記試験体に対して前記上腕部の回転方向に作用するタイミングと前記打撃のタイミングとが一致するように、前記振動モーターおよび前記上腕部回転モーターを回転することを特徴とする請求項３記載の振動曲げ疲労試験装置。
【請求項５】
前記押し当て部に、前記前腕部の一部が押し当てられた際の衝撃を吸収するための緩衝材が設置されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の振動曲げ疲労試験装置。
【請求項６】
前記減衰手段は、前記固定手段が設置されている基板に、高さ調整部を介して設置される基板側プレートと、前記試験体に設置される試験体側プレートと、前記基板側プレートと前記試験体側プレートとの間に、湾曲した状態で配置されたワイヤーロープとを具備し、
該ワイヤーロープの湾曲部の両端がそれぞれ前記基板側プレートおよび前記試験体側プレートに固定され、前記打撃に伴う前記試験体の振動によって、前記湾曲部が変形することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の振動曲げ疲労試験装置。
【請求項７】
請求項４記載の振動曲げ疲労試験装置における振動曲げ疲労試験方法であって、
前記振動手段が前記試験体に付与する振動力の値および前記振動周期を決定するステップと、
前記打撃手段が前記試験体を打撃する際の打撃力の値および前記打撃周期を決定するステップと、
前記打撃力に基づいて、前記回転角速度と、前記前腕部および打撃部を合計した重量とを決定するステップと、
前記打撃周期が前記振動周期の整数倍であって、前記打撃の際、前記振動力の位相と前記打撃力の位相とが一致するように、前記偏心錘の位相と前記打撃部の位相とを調整するステップと、
前記調整するステップの後、前記振動周期で前記振動手段と、前記打撃周期で前記上腕部回転モーターとを同時に回転させるステップと、
を有する振動曲げ疲労試験方法。
【請求項８】
前記打撃に伴う振動が前記減衰手段によって所定の割合にまで減衰した状態で、前記打撃が繰り返されることを特徴とする請求項７記載の振動曲げ疲労試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動曲げ疲労試験装置および振動曲げ疲労試験方法、特に、重畳波形の荷重を付加する振動曲げ疲労試験装置、および該振動曲げ疲労試験装置を用いた振動曲げ疲労試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、重畳波形の荷重を付加する疲労試験装置として、電気式油圧サーボ式疲労試験装置や、機械式疲労試験装置が知られている。電気式油圧サーボ式疲労試験装置には、装置自体の価格および運転費用（試験時間が長い、定期的な保守点検が必須）が高価であるという問題、また、機械式疲労試験装置（歯車機構やプーリ／ベルト機構等によって繰り返し載荷する）には、大きな試験体に対応するには装置が大型化し、装置自体の価格が高騰したり、摺動部の発熱や摩耗の問題から、高速運転が困難で、定期的な保守点検が必要であるという問題があった。
そこで、前記問題を解消するものとして、回転軸に固定された偏心錘を具備する振動モーターを試験体のみに固定し、振動モーターの回転に伴って発生する偏心錘の慣性力によって、試験体を振動させる発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−５７４２９号公報（第５−７頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された発明（曲げ疲労試験機および曲げ疲労試験方法）は、装置の小型化や試験方法の簡素化を可能にすると共に、複数の振動モーターを試験体に固定して、それぞれの回転数を変更することによって重畳波形の載荷を可能にしているものの、以下のような問題点があった。
すなわち、近年の超大型コンテナ船において、所謂「スプリンギング」および「ホイッピング」といった波浪中弾性応答による船体の損傷を検討し、超大型コンテナ船の適切な強度評価手法の確立が求められている。このとき、スプリンギングとは、周期的な波浪外力と船体構造との共振による定常的な船体振動（比較的穏やかな海象において発生する）であって、一方、ホイッピングとは、スラミング衝撃荷重のような衝撃的波浪外力によって誘発される過度的な船体振動（主に荒天において発生する）である。このため、スプリンギングおよびホイッピングを模した荷重条件において、鋼板や鋼板の溶接継手部の疲労試験をすることが必要になっている。
しかしながら、特許文献１に開示された曲げ疲労試験機では、偏心錘の回転半径が一定であることから、過度的な船体振動を模した「減衰する荷重」を付加することが不可能であるため、過度的な船体振動を模した荷重条件を再現することができないという問題があった。
【０００５】
本発明はかかる問題を解決するものであって、簡便かつ小型でありながら、過度的な船体振動を模した「減衰する荷重」を付加することができる振動曲げ疲労試験装置および振動曲げ疲労試験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明に係る振動曲げ疲労試験装置は、試験体の一方の端部寄りの位置を固定する固定手段と、前記固定手段に固定された状態の前記試験体を振動させる振動手段と、前記固定手段に固定された状態の前記試験体の他方の端部寄りの位置を打撃する打撃手段と、該打撃手段による打撃によって前記試験体に生じる振動を減衰させる減衰手段と、前記振動手段と前記打撃手段とを制御する制御手段とを有し、
前記打撃手段は、上腕部回転モーターと、該上腕部回転モーターによって一定の方向に回転される上腕部と、該上腕部に対して折れ曲がり自在に前記上腕部に設置された前腕部と、該前腕部の端部に固定された打撃部と、前記上腕部に設置され、前記前腕部の一部が押し当てられる押し当て部と、前記前腕部を前記押し当て部の方向に付勢する付勢部とを具備し、
前記制御手段は、前記振動手段に対しては、所定の周期である振動周期で前記試験体を振動させ、前記上腕部回転モーターに対しては、前記振動周期よりも長い周期である打撃周期で、且つ、前記打撃部が前記試験体を所定の回転角速度で打撃するように前記上腕部を回転させ、
前記付勢部は、前記前腕部の一部を前記押し当て部に押し当てて、前記前腕部が前記上腕部に対して直線状になっている状態にして、前記打撃部に前記試験体を打撃させ、且つ、前記打撃の後、前記前腕部が打撃の際の反力によって前記上腕部に対して反回転方向に回転して、前記上腕部に対して折れ曲がっている状態において、前記打撃部が前記試験体の他方の端部から離れた位置を通過するようにする付勢力を有することを特徴とする。
【０００７】
（２）また、試験体の一方の端部寄りの位置を固定する固定手段と、前記固定手段に固定された状態の前記試験体を振動させる振動手段と、前記試験体の他方の端部寄りの位置に固定される被打撃板と、前記試験体が前記固定手段に固定された状態において、前記被打撃板の他方の端部寄りの位置を打撃する打撃手段と、該打撃手段による打撃によって前記試験体に生じる振動を減衰させる減衰手段と、前記振動手段と前記打撃手段とを制御する制御手段とを有し、
前記打撃手段は、上腕部回転モーターと、該上腕部回転モーターによって一定の方向に回転される上腕部と、該上腕部に対して折れ曲がり自在に前記上腕部に設置された前腕部と、該前腕部の端部に固定された打撃部と、前記上腕部に設置され、前記前腕部の一部が押し当てられる押し当て部と、前記前腕部を前記押し当て部の方向に付勢する付勢部とを具備し、
前記制御手段は、前記振動手段に対しては、所定の周期である振動周期で前記試験体を振動させ、前記上腕部回転モーターに対しては、前記振動周期よりも長い周期である打撃周期で、且つ、前記打撃部が前記試験体を所定の回転角速度で打撃するように前記上腕部を回転させ、
前記付勢部は、前記前腕部の一部を前記押し当て部に押し当てて、前記前腕部が前記上腕部に対して直線状になっている状態にして、前記打撃部に前記被打撃板を打撃させ、且つ、前記打撃の後、前記前腕部が打撃の際の反力によって前記上腕部に対して反回転方向に回転して、前記上腕部に対して折れ曲がっている状態において、前記打撃部が前記被打撃板の他方の端部から離れた位置を通過するようにする付勢力を有することを特徴とする。
【０００８】
（３）また、前記（１）または（２）において、前記打撃に伴う振動が前記減衰手段によって所定の割合にまで減衰した状態で、前記打撃が繰り返されることを特徴とする。
（４）また、前記（３）において、前記振動手段は、前記試験体のみに固定され、振動モーターと、該振動モーターの回転軸に固定された偏心錘とを具備し、前記振動モーターの回転に伴って発生する前記偏心錘の慣性力によって、前記試験体を振動させるものであって、
前記制御手段は、前記打撃周期が前記振動周期の整数倍で、前記偏心錘の慣性力が前記試験体に対して前記上腕部の回転方向に作用するタイミングと前記打撃のタイミングとが一致するように、前記振動モーターおよび前記上腕部回転モーターを回転することを特徴とする。
【０００９】
（５）また、前記（１）〜（４）の何れかにおいて、前記押し当て部に、前記前腕部の一部が押し当てられた際の衝撃を吸収するための緩衝材が設置されていることを特徴とする。
（６）また、前記（１）〜（５）の何れかにおいて、前記減衰手段は、前記固定手段が設置されている基板に、高さ調整部を介して設置される基板側プレートと、前記試験体に設置される試験体側プレートと、前記基板側プレートと前記試験体側プレートとの間に、湾曲した状態で配置されたワイヤーロープとを具備し、
該ワイヤーロープの湾曲部の両端がそれぞれ前記基板側プレートおよび前記試験体側プレートに固定され、前記打撃に伴う前記試験体の振動によって、前記湾曲部が変形することを特徴とする。
【００１０】
（７）本発明に係る振動曲げ疲労試験方法は、前記（４）記載の振動曲げ疲労試験装置における振動曲げ疲労試験方法であって、前記振動手段が前記試験体に付与する振動力の値および前記振動周期を決定するステップと、
前記打撃手段が前記試験体を打撃する際の打撃力の値および前記打撃周期を決定するステップと、
前記打撃力に基づいて、前記回転角速度と、前記前腕部および打撃部を合計した重量とを決定するステップと、
前記打撃周期が前記振動周期の整数倍であって、前記打撃の際、前記振動力の位相と前記打撃力の位相とが一致するように、前記偏心錘の位相と前記打撃部の位相とを調整するステップと、
前記調整するステップの後、前記振動周期で前記振動手段と、前記打撃周期で前記上腕部回転モーターとを同時に回転させるステップと、を有する。
（８）また、前記（７）において、前記打撃に伴う振動が前記減衰手段によって所定の割合にまで減衰した状態で、前記打撃が繰り返されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
（ｉ）本発明に係る振動曲げ疲労試験装置および振動曲げ疲労試験方法は、前記構成であって、打撃の後、前腕部が打撃の際の反力によって上腕部に対して反回転方向に回転して、上腕部に対して折れ曲がっている状態において、打撃部が試験体の他方の端部から離れた位置または被打撃板の他方の端部から離れた位置を通過するから、上腕部回転モーターが一定の方向に回転を継続しても、「二度打ち」が防止される。よって、簡素かつ小型の構造でありながら、重畳波形の繰り返し荷重による振動曲げ疲労試験が可能になる。
（ｉｉ）また、打撃に伴う振動が減衰手段によって所定の割合にまで減衰した状態で、打撃が繰り返されるから、例えば、超大型コンテナ船において発生する「ホイッピング」を伴った船体振動等の過度的な船体振動を模した「減衰する荷重」を繰り返し付加することができる。
（ｉｉｉ）振動周期および打撃周期を、適宜、比較的高い値に設定することができるから、疲労試験を比較的短時間に終了することができる。よって、例えば、スプリンギングおよびホイッピングを模した荷重条件において、多量の疲労試験を比較的短期間に実施することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る振動曲げ疲労試験装置を説明するものであって、（ａ）は振動曲げ疲労試験装置によって試験される試験体の一例を示す正面図、（ｂ）は振動曲げ疲労試験装置によって試験される試験体の一例を示す平面図、（ｃ）は振動曲げ疲労試験装置を形成する被打撃板を示す正面図。
【図２】本発明の実施の形態１に係る振動曲げ疲労試験装置を示す平面図。
【図３】本発明の実施の形態１に係る振動曲げ疲労試験装置を示す正面図。
【図４】本発明の実施の形態１に係る振動曲げ疲労試験装置を示す側面図。
【図５】本発明の実施の形態１に係る振動曲げ疲労試験装置が具備する減衰手段を説明するものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図。
【図６】本発明の実施の形態１に係る振動曲げ疲労試験装置が具備する制御手段を説明するブロック図。
【図７】本発明の実施の形態１に係る振動曲げ疲労試験装置における二度打防止機構を説明する正面図であって、（ａ）は打撃直前の前腕部の状態、（ｂ）は打撃時の前腕部の状態。
【図８】本発明の実施の形態１に係る振動曲げ疲労試験装置における二度打防止機構を説明する正面図であって、（ａ）は打撃直後の前腕部の状態、（ｂ）は打撃部が試験体から離れた位置を通過したときの状態。
【図９】本発明の実施の形態２に係る振動曲げ疲労試験方法を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［実施の形態１：振動曲げ疲労試験装置］
図１〜図４は、本発明の実施の形態１に係る振動曲げ疲労試験装置を説明するものであって、図１の（ａ）は振動曲げ疲労試験装置によって試験される試験体の一例を示す正面図、図１の（ｂ）は振動曲げ疲労試験装置によって試験される試験体の一例を示す平面図、図１の（ｃ）は振動曲げ疲労試験装置を形成する被打撃板を示す正面図、図２は振動曲げ疲労試験装置を示す平面図、図３は振動曲げ疲労試験装置を示す正面図、図４は振動曲げ疲労試験装置を示す側面図である。なお、各図は模式的に示すものであって、本発明は図示された形態に限定されるものではない。
【００１４】
（試験体）
図１の（ａ）および（ｂ）において、試験体９０は、矩形状の水平板９１と矩形状の垂直板９２とが溶接９３によって接合された溶接継手である。垂直板９２は水平板９１の略半分の長さであって、側面９１ｃ、９１ｄに対して平行で、幅方向の中央に、一方の端部９１ａ側に配置されている。また、水平板９１の一方の端部９１ａ寄りの位置には、固定手段１０を固定するためのボルト１３（図３参照）が貫通する固定用貫通孔９４が複数形成されている。また、水平板９１の他方の端部９１ｂ寄りの位置には、振動手段２０および被打撃板８０を固定するためのボルト２６（図３参照）が貫通する振動用貫通孔９５が複数形成されている。
なお、以上は、試験体９０として溶接継手を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、平板や、より複雑な構造体であってもよい。さらに、水平板９１の表面には、垂直板９２から他方の端部９１ｂ側に僅かに離れた位置に歪みゲージ９６が貼付され、さらに、歪みゲージ９６と側面９１ｃとの中間に歪みゲージ９７ｃが、歪みゲージ９６と側面９１ｄとの中間に歪みゲージ９７ｄがそれぞれ貼付されている。そして、歪みゲージ９６、９７ｃ、９７ｄの計測結果は制御手段５０に入力される。
【００１５】
（被打撃板）
図１の（ｃ）において、被打撃板８０は、試験体９０の他方の端部９１ｂ寄りの位置に設置されるものであって、略矩形状であって、一方の端部８１ａ側の範囲に、試験体９０の振動用貫通孔９５と同じ配置に貫通孔８５が形成されている。また、他方の端部８１ｂには、一対の切り欠き溝８２が形成され、一対の切り欠き溝８２に挟まれた位置が被打撃位置８１になっている。なお、一対の切り欠き溝８２は後記する減衰手段４０（図３参照）の設置を容易にするためのものである。
なお、本発明は、試験体９０に被打撃板８０が設置されるものに限定するものではなく、被打撃板８０を設置することなく、試験体９０の他方の端部９１ｂ寄りの位置を直接打撃してもよい。
【００１６】
（振動曲げ疲労試験装置）
図２〜図４において、振動曲げ疲労試験装置１００は、試験体９０の一方の端部９１ａ寄りの位置を固定する固定手段１０と、試験体９０の他方の端部９１ｂ寄りの位置に固定される被打撃板８０と、試験体９０が固定手段１０に固定された状態において、被打撃板８０の被打撃位置８１（他方の端部８１ｂ寄りの位置）を打撃する打撃手段３０と、打撃手段３０による打撃によって試験体９０に生じる振動を減衰させる減衰手段４０と、振動手段２０と打撃手段３０とを制御する制御手段５０と、振動手段２０の状況を計測する計測手段６０とを有している。以下、それぞれについて説明する。
【００１７】
（固定手段）
固定手段１０は、基板１に固定された固定用台２に試験体９０を設置するものであって、試験体９０の固定用貫通孔９４の配置に同じ配置の貫通孔１２が形成された固定板１１と、固定用台２の上面２ａに試験体９０の固定用貫通孔９４の配置に同じ配置に形成された複数の貫通孔２ｂと、貫通孔１２、固定用貫通孔９４および貫通孔２ｂを貫通するボルト１３と、ボルト１３に螺合するナット１４とを具備している。
したがって、試験体９０の一方の端部９１ａ寄りを、固定用台２の上面に載置して、その上に固定板１１を載置し、ボルト１３を貫通孔１２、固定用貫通孔９４および貫通孔２ｂに通して、ボルト１３にナット１４を螺合することによって、試験体９０は固定用台２に固定される。
【００１８】
（振動手段）
振動手段２０は、試験体９０のみに固定されるものであって、振動モーター２１と、振動モーター２１の回転軸２１ａに固定された偏心錘２２と、振動モーター２１に一体的に設けられた複数の支持脚２３を具備している。複数の支持脚２３にはそれぞれ貫通孔２５が形成され、複数の貫通孔２５の配置は、試験体９０の複数の振動用貫通孔９５および被打撃板８０の貫通孔８５の配置に同じである。
そして、試験体９０の他方の端部９１ｂ寄りに被打撃板８０を載置し、さらに、被打撃板８０に振動モーター２１を載置し、ボルト２６を貫通孔２５、貫通孔８５および振動用貫通孔９５に通し、ボルト２６にナット２７を螺合することによって、振動モーター２１および被打撃板８０は試験体９０に設置される。
したがって、固定用台２に固定された状態の試験体９０に被打撃板８０を介して振動モーター２１が設置されるから、振動モーター２１を回転すると、該回転に伴って発生する偏心錘２２の慣性力によって、試験体９０を振動させることができる。
【００１９】
（計測手段）
また、計測手段６０は、基板１に固定された計測手段用台６に設置されたエンコーダー６１を具備している。すなわち、振動モーター２１の回転軸２１ａの一方の端部は延長され、回転軸延長部２１ｂが形成されている。そして、回転軸延長部２１ｂに、自在継手（フレキシブルジョント）６２ａ、中間軸６３および自在継手（フレキシブルジョント）６２ｂを介してエンコーダー６１が接続されている。
したがって、振動モーター２１（回転軸延長部２１ｂに同じ）は試験体９０の振動によって上下方向に振動（移動）するものの、かかる振動（移動）は自在継手６２ａ、６２ｂによって吸収されるから、回転軸２１ａが回転する際の位相は、エンコーダー６１によって計測される。また、計測手段用台６には、図示しないフォトセンサーが設置され、振動モーター２１の回転数（回転開始から回転停止までの回転数）を計測している。そして、エンコーダー６１およびフォトセンサーの計測結果は制御手段５０に入力される。
【００２０】
（打撃手段）
打撃手段３０は、基板１に固定された打撃手段用台３に設置された上腕部回転モーター３１と、上腕部回転モーター３１の回転軸３１ａに固定された上腕部３２と、上腕部３２に設けられた上腕部軸３２ａに前腕部軸受け３３ａにおいて回動自在に設置され、上腕部３２に対して折れ曲がり自在な前腕部３３と、前腕部３３の端部（前腕部軸受け３３ａとは反対側の端部）に一体的に形成された打撃部３４と、上腕部３２に設置され、前腕部３３の一部が押し当てられる押し当て部３５と、両端がそれぞれ上腕部３２および前腕部３３に設置され、前腕部３３を押し当て部３５の方向に付勢するコイルスプリング（付勢部に同じ）３６と、上腕部３２の上腕部軸３２ａとは反対の端部に平衡錘（カウンターウエイト）３７が設置されている。
【００２１】
打撃手段３０は、上腕部回転モーター３１の回転によって、上腕部３２および前腕部３３を回転し、打撃部３４において、被打撃板８０の被打撃位置８１を打撃するものである。そして、打撃の際の反力によって前腕部３３が反回転方向に折れ曲がり、被打撃板８０の他方の端部８１ｂと、打撃部３４の端部３４ａ（正確には、端部３４ａの回転軸３１ａから最も遠い位置）との間に隙間が生じている状態で、被打撃板８０の他方の端部８１ｂの近くを打撃部３４の端部３４ａが通過するように、コイルスプリング３６の張力（付勢力に同じ）が調整されている（これについては「二度打防止機構」として、別途詳細に説明する）。
【００２２】
押し当て部３５は、上腕部３２に移動自在に設置された押し当てピン３５ａ、緩衝スプリング３５ｂおよび緩衝スプリング３５ｃを具備している。そして、押し当てピン３５ａに前腕部３３の一部が押し当てられた状態で、打撃部３４は被打撃位置８１を打撃し、緩衝スプリング３５ｂは、押し当てピン３５ａに前腕部３３の一部が押し当てられた際の衝撃を緩和する。また、緩衝スプリング３５ｃには前腕部３３の一部が直接押し当てられ、押し当てピン３５ａに作用する衝撃を緩和している。
このとき、押し当てピン３５ａは上腕部３２の回転方向（反回転方向に同じ）に移動自在であって、緩衝スプリング３５ｂは、押し当てピン３５ａを上腕部３２の反回転方向（図３において時計回りの方向）に付勢している。また、緩衝スプリング３５ｃの一方の端部は上腕部３２に設置され、緩衝スプリング３５ｃの他方の端部に前腕部３３の一部が当接したり離れたりする。
【００２３】
（減衰手段）
図５は、本発明の実施の形態１に係る振動曲げ疲労試験装置が具備する減衰手段を説明するものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。
図５において、減衰手段４０は、打撃部３４が試験体９０を打撃した際に発生する試験体９０の振動を減衰させるものであって、超大型コンテナ船に発生するスプリンギングおよびホイッピングに対応して、過度的な船体振動を模した「減衰する荷重条件」において、鋼板や鋼板の溶接継手部の疲労試験を可能にするものである。
減衰手段４０は、基板１に固定された減衰手段用台４に固定された高さ調整部４５（図３参照）を介して設置される基板側プレート４１と、試験体９０に設置される試験体側プレート４２と、基板側プレート４１と試験体側プレート４２との間に、湾曲した状態で配置されたワイヤーロープ４３とを具備している。そして、ワイヤーロープ４３の複数の湾曲部４４の両端がそれぞれ基板側プレート４１および試験体側プレート４２に固定されている。
【００２４】
したがって、前記打撃に伴う試験体９０の振動によって、湾曲部４４は変形し、振動は減衰する。すなわち、湾曲部４４の数を増したり、湾曲部４４の剛性を高くしたりする（曲率半径を小さくしたり、ワイヤーロープ４３自体の剛性を高くする）と、試験体９０の振動は早期に減衰し、反対に、湾曲部４４の数を減らしたり剛性を小さくしたりすると、試験体９０の振動が減衰するのに長い時間を要する。
なお、高さ調整部４５は平板を減衰手段用台４に固定したものであって、湾曲部４４が所望の剛性を有するように、調整された厚さの平板を固定している。このとき、平板の固定に代えて昇降機構を減衰手段用台４に設置するようにしてもよい。
また、以上は、減衰手段４０としてワイヤーロープ式を示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、油圧ダンパーや空気圧ダンパー、あるいは樹脂等の粘弾性体等であってもよい。
【００２５】
（制御手段）
図６は、本発明の実施の形態１に係る振動曲げ疲労試験装置が具備する制御手段を説明するブロック図である。
制御手段５０は、振動モーター２１および上腕部回転モーター３１を制御するものであって、それぞれを、予め決められたそれぞれの周期（以下、それぞれを「振動周期」および「打撃周期」と称す）で、それぞれを同時に回転開始させ、同時に回転停止させるものである。
すなわち、所定の振動周期（Ｔｓ）で試験体９０を振動させるため、振動モーター２１を振動周期（Ｔｓ）に同じ周期で回転し、一方、所定の打撃周期（Ｔｗ）で試験体９０を打撃するため、上腕部回転モーター３１を打撃周期（Ｔｗ）に同じ周期で回転する。
このとき、打撃周期（Ｔｗ）を振動周期（Ｔｓ）の整数倍にし、さらに、試験体９０に作用する振動力（偏心錘２２の慣性力）が鉛直下方（打撃時の上腕部３２の回転方向に同じ）に作用するタイミングと、打撃のタイミングとが一致するように、予め（回転を開始する前に）、打撃部３４が被打撃位置８１に当接した状態で、振動モーター２１の位相（偏心錘２２の位相に同じ）および上腕部回転モーター３１の位相のそれぞれを調整する。
【００２６】
また、試験体９０の振動によって、試験体に付加される力（本発明において「振動力」と称している）は、偏心錘２２の重心の偏心量および重量と、打撃時の回転角速度とによって決まるため、被打撃板８０を打撃する力（本発明において「打撃力」と称している）を所定の値（試験条件によって決定される）にするために、打撃部３４および前腕部３３の合計重量と共に、打撃部３４が試験体９０を打撃する際の回転角速度が調整される。
すなわち、回転位相に関わらず一定の回転角速度で回転した場合の打撃周期（Ｔｗ）において、打撃力を所定の値にするために、打撃部３４および前腕部３３の合計重量（Ｗ）を調整したり、あるいは、予め決められた打撃部３４および前腕部３３の合計の重量および打撃周期（Ｔｗ）のもとで、打撃力を所定の値にするために、回転位相によって回転角速度を変更しながら上腕部回転モーター３１を回転するようにしたりする。
【００２７】
図６において、制御手段５０は、サーボパック５１と、サーボパック５１に制御パラメータを入力する専用コントローラー５２と、上腕部回転モーター３１を不均一な回転角速度で回転させるための電子カム５３とを有している。
また、専用コントローラー５２に、振動モーター２１の振動周期（Ｔｓ）を入力すると共に、打撃周期（Ｔｗ）が振動周期（Ｔｓ）の何倍であるのかを入力する（Ｔｗ＝ｎ・Ｔｓのときに、整数「ｎ」を入力する）入力部５４と、歪みゲージ９６、９７ｃ、９７ｄの計測結果等を表示する表示部５５と、振動モーター２１および上腕部回転モーター３１の回転を開始または停止させる運転釦５６とを具備している（図３参照）。
そして、サーボパック５１からの信号によって、振動モーター２１および上腕部回転モーター３１が制御され、振動モーター２１の回転状況は、エンコーダー６１の計測結果としてサーボパック５１に入力される。なお、上腕部回転モーター３１を回転位相に関わらず一定の回転角速度で回転する場合には、電子カム５３は不要になるから、この場合には、電子カム５３を撤去してもよい。
【００２８】
（二度打防止機構）
図７および図８は、本発明の実施の形態１に係る振動曲げ疲労試験装置における二度打防止機構を説明する正面図であって、図７の（ａ）は打撃直前の前腕部の状態、図７の（ｂ）は打撃時の前腕部の状態、図８の（ａ）は打撃直後の前腕部の状態、図８の（ｂ）は打撃部が試験体から離れた位置を通過したときの状態である。
図７の（ａ）および（ｂ）において、上腕部３２は一定の回転方向（図７、８において、反時計回りの方向）に回転され、打撃部３４が被打撃板８０の被打撃位置８１を打撃する少なくとも直前および打撃の際、前腕部３３の一部は押し当て部３５に押し当てられ、前腕部３３が上腕部３２に対して直線状になっている。このとき、上腕部回転モーター３１の回転軸３１ａと打撃部３４の回転軸３１ａから最も離れた位置との距離「Ｒ１」は、回転軸３１ａと被打撃板８０の他方の端部８１ｂとの距離「Ｒ０」より大きくなっている（Ｒ１＞Ｒ０）。
【００２９】
図８の（ａ）において、打撃部３４が被打撃板８０を打撃すると、打撃の際の反力によって前腕部３３は上腕部３２に対して反回転方向（時計回りの方向）に回転して、上腕部３２に対して折れ曲がった状態になる。そうすると、上腕部回転モーター３１の回転軸３１ａと打撃部３４の回転軸３１ａから最も離れた位置との距離「Ｒ２」は、距離「Ｒ０」より小さくなる（Ｒ２＜Ｒ０）。
図８の（ｂ）において、前腕部３３が上腕部３２に対して折れ曲がった状態のまま、すなわち、上腕部回転モーター３１の回転軸３１ａと打撃部３４の回転軸３１ａから最も離れた位置との距離「Ｒ３」が、距離「Ｒ０」より小さい間に（Ｒ３＜Ｒ０）、打撃部３４が被打撃板８０の他方の端部８１ｂから離れた位置を通過している。
【００３０】
このとき、距離「Ｒ２」と距離「Ｒ３」とはどちらが大きくてもよく、押し当てピン３５ａに作用する衝撃を緩和するための緩衝スプリング３５ｂおよび緩衝スプリング３５ｃの付勢力（反発力）が比較的大きく、コイルスプリング３６の付勢力（引張力）が比較的小さい場合は、より大きく折り曲げられながら、打撃部３４が被打撃板８０の他方の端部８１ｂから離れた位置を通過するから、距離「Ｒ２」の方が距離「Ｒ３」より小さくなる（Ｒ２＜Ｒ３）。反対に、緩衝スプリング３５ｂおよび緩衝スプリング３５ｃの付勢力（反発力）が比較的小さく、コイルスプリング３６の付勢力（引張力）が比較的大きい場合は、折り曲げられた状態から直線状に戻りながら、打撃部３４が被打撃板８０の他方の端部８１ｂから離れた位置を通過するから、距離「Ｒ２」の方が距離「Ｒ３」より大きくなる（Ｒ２＞Ｒ３）。
【００３１】
なお、以上は、試験体９０に被打撃板８０が設置された状態で、被打撃板８０が打撃されているが、本発明はこれに限定するものではなく、被打撃板８０が設置されない試験体９０の他方の端部９１ｂに近い位置を、打撃部３４が直接打撃するようにしてもよい。
このとき、前腕部３３が上腕部３２に対して折れ曲がった状態のまま、すなわち、上腕部回転モーター３１の回転軸３１ａと打撃部３４の回転軸３１ａから最も離れた位置との距離「Ｒ３」が、回転軸３１ａと試験体９０の他方の端部９１ｂとの距離より小さい間に、打撃部３４が試験体９０の他方の端部９１ｂから離れた位置を通過する。
【００３２】
［実施の形態２：振動曲げ疲労試験方法］
図９は、本発明の実施の形態２に係る振動曲げ疲労試験方法を説明するフローチャートである。
図９において、振動曲げ疲労試験方法２００は、振動曲げ疲労試験装置１００を用いるものであって、振動曲げ疲労試験における制御パラメーターを決定する第１ステップ（Ｓ１）と、振動曲げ疲労試験装置１００に試験体９０を固定して、試験体９０に被打撃板８０および振動手段２０を設置する第２ステップ（Ｓ２）と、振動曲げ疲労試験装置１００を調整する第３ステップ（Ｓ３）と、振動曲げ疲労試験装置１００の運転を開始する第４ステップ（Ｓ４）と、振動曲げ疲労試験装置１００の運転を停止する第５ステップ（Ｓ５）とを有している。
【００３３】
（第１ステップ）
第１ステップ（Ｓ１）において、振動手段２０が試験体９０に付与する振動力の値（ＱＨ）および振動周期（Ｔｓ）を決定する。このとき、偏心錘２２の偏心量および重量が予め決まっているときは振動周期（Ｔｓ）を決定し、反対に、振動周期（Ｔｓ）が予め決まっているときは、偏心錘２２の偏心量および重力を決定する。
そして、打撃手段３０が試験体９０を打撃する際の打撃力の値（Ｑｗ）および打撃周期（Ｔｗ）を決定し、打撃力の値（Ｑｗ）に基づいて、打撃する際の回転角速度および打撃部３４と前腕部３３との合計重量を決定する。このとき、打撃周期（Ｔｗ）が振動周期（Ｔｓ）の整数倍（ｎ倍、Ｔｗ＝ｎ・Ｔｓ）であるようにする。
なお、上腕部回転モーター３１が一定の回転角速度で回転したのでは、打撃力の値（Ｑｗ）を確保することができないときは、上腕部回転モーター３１を回転位相に応じて変動する回転角速度で回転し、打撃の際の回転角速度と打撃周期（Ｔｗ）とを確保するようにしてもよい。
【００３４】
（第２ステップ）
第２ステップにおいて、ボルト１３およびナット１４によって試験体９０を固定用台２に固定し、固定用台２に固定された状態の試験体９０に被打撃板８０を載置し、さらに、被打撃板８０に振動手段２０を載置して、ボルト２６およびナット２７によって、被打撃板８０および振動手段２０を試験体９０に固定する。
【００３５】
（第３ステップ）
また、第３ステップ（Ｓ３）において、まず、緩衝スプリング３５ｂの付勢力（反発力）およびコイルスプリング３６の付勢力（引張力）と、減衰手段４０の減衰特性とを調整する。
すなわち、上腕部３２が回転方向に回転されて打撃部３４が被打撃板８０の被打撃位置８１を打撃した後、前腕部３３が打撃の際の反力によって上腕部３２に対して反回転方向に回転して、上腕部に対して折れ曲がっている状態において、打撃部３４が被打撃板８０の他方の端部８１ｂから離れた位置を通過するようにする。
例えば、緩衝スプリング３５ｂ、３５ｃの反発力が強く、コイルスプリング３６の引張力が弱い場合、前腕部３３が上腕部に対して大きく折れ曲がり、次に打撃するまでに、前腕部３３の一部が押し当て部３５に押し付けられないで、確実な打撃をすることができない。一方、緩衝スプリング３５ｂの反発力が弱く、コイルスプリング３６の付勢力が強い場合、前腕部３３が上腕部に対する折れ曲がりが少なく、打撃直後に、前腕部３３が上腕部に対して直線状に近い状態を呈し、二度打ちが生じる。
【００３６】
また、第３ステップ（Ｓ３）において、減衰手段４０の減衰特性を調整する。すなわち、ワイヤーロープ４３自体の剛性（太さ等）を選定し、高さ調整部４５を調整して湾曲部４４の曲率半径を調整する。
さらに、第３ステップ（Ｓ３）において、振動力の位相と打撃力の位相とが、振動モーター２１が整数回（ｎ回）の振動をする度に一致するように、偏心錘２２の位相と打撃部３４の位相とを調整する。
【００３７】
（第４ステップ）
そして、第４ステップ（Ｓ４）において振動曲げ疲労試験装置１００の運転を開始する。すなわち、前記調整をするステップの後、振動周期（Ｔｓ）での振動モーター２１の回転と打撃周期（Ｔｗ）での上腕部回転モーター３１の回転とを同時に開始させる。このとき、振動モーター２１と上腕部回転モーター３１とは完全比例の関係で位置制御されている。
【００３８】
（第５ステップ）
さらに、第５ステップ（Ｓ５）において振動曲げ疲労試験装置１００の運転を停止する。すなわち、疲労試験の目的との関係で、振動モーター２１および上腕部回転モーター３１を同時に停止する。
例えば、試験体９０に疲労亀裂が発生して伝播することによって、歪みゲージ９６が計測した計測結果（歪みゲージ９６が貼付された位置の歪みの値）が減少した場合、計測結果が、試験開始直後の値に対して所定の割合（例えば、６５％）にまで減少したときに、試験を終了する。なお、試験終了の条件は、限定されるものではなく、歪みゲージ９６の値に代えて、疲労亀裂の発生タイミングや、疲労亀裂が伝播して所定の長さになったタイミング等であってもよい。
なお、歪みゲージ９７ｃ、９７ｄが計測した計測結果（歪みゲージ９７ｃ、９７ｄが貼付された位置の歪みの値）は、歪みゲージ９６が計測した計測結果と同様に、試験中は常時モニターされ、これによって、実際に試験体９０に作用している荷重を知ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、振動荷重と所定の間隔で負荷される衝撃荷重との重畳荷重条件における曲げ疲労試験を可能にするから、各種超大型コンテナ船に限定されることなく、同様の重畳荷重条件に晒される各種構造物の振動曲げ疲労特性を試験する振動曲げ疲労試験装置および振動曲げ疲労試験方法として、広く利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１    ：基板
２    ：固定用台
２ａ  ：上面
２ｂ  ：貫通孔
３    ：打撃手段用台
４    ：減衰手段用台Ａ
６    ：計測手段用台
１０  ：固定手段
１１  ：固定板
１２  ：貫通孔
１３  ：ボルト
１４  ：ナット
２０  ：振動手段
２１  ：振動モーター
２１ａ：回転軸
２１ｂ：回転軸延長部
２２  ：偏心錘
２３  ：支持脚
２５  ：貫通孔
２６  ：ボルト
２７  ：ナット
３０  ：打撃手段
３１  ：上腕部回転モーター
３１ａ：回転軸
３２  ：上腕部
３２ａ：上腕部軸
３３  ：前腕部
３３ａ：前腕部軸受け
３４  ：打撃部
３４ａ：端部
３５  ：押し当て部
３５ａ：押し当てピン
３５ｂ：緩衝スプリング
３５ｃ：緩衝スプリング
３６  ：コイルスプリング
４０  ：減衰手段
４１  ：基板側プレート
４２  ：試験体側プレート
４３  ：ワイヤーロープ
４４  ：湾曲部
４５  ：高さ調整部
５０  ：制御手段
５１  ：サーボパック
５２  ：専用コントローラー
５３  ：電子カム
５４  ：入力部
５５  ：表示部
５６  ：運転釦
６０  ：計測手段
６１  ：エンコーダー
６２ａ：自在継手
６２ｂ：自在継手
６３  ：中間軸
８０  ：被打撃板
８１  ：被打撃位置
８１ａ：端部
８１ｂ：端部
８２  ：切り欠き溝
８５  ：貫通孔
９０  ：試験体
９１  ：水平板
９１ａ：端部
９１ｂ：端部
９１ｃ：側面
９１ｄ：側面
９２  ：垂直板
９３  ：溶接
９４  ：固定用貫通孔
９５  ：振動用貫通孔
９６  ：歪みゲージ
９６ｃ：歪みゲージ
９６ｄ：歪みゲージ
１００：振動曲げ疲労試験装置
２００：振動曲げ疲労試験方法
Ｔｓ  ：振動周期
Ｔｗ  ：打撃周期
【図１】
2015203645.tif 000003
【図２】
2015203645.tif 000004
【図３】
2015203645.tif 000005
【図４】
2015203645.tif 000006
【図５】
2015203645.tif 000007
【図６】
2015203645.tif 000008
【図７】
2015203645.tif 000009
【図８】
2015203645.tif 000010
【図９】
2015203645.tif 000011