(57)【要約】      （修正有）【課題】印加及び低減される荷重状態で試料を引張試験する装置及び方法、より詳細には、クリープ破断試験におけるピーク超過載荷装置及び方法を提供する。【解決手段】試料５８に第１及び第２の引張荷重２３，２６を印加及び低減する第１及び第２の荷重調整機構２５，３５と、追加的な荷重を独立して載荷するため荷重調整機構に接続された第１及び第２のコントローラ９４，９８とを備え、試料をピーク超過載荷するために、第１及び第２の荷重２３，３６を載荷し、ピーク載荷及びピーク超過載荷において、第１及び第２のサイクルの第１及び第２の載荷速度並びに第１及び第２の滞留期間を制御する。【選択図】図１
2012198204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験試料（５８）の引張試験装置（１２）であって、
前記試験試料（５８）に第１の荷重（２３）を周期的に印加及び低減するための第１の荷重調整機構（２５）と、
第２の荷重（３６）を周期的に印加及び低減するのに使用される第２の荷重調整機構（３５）と、
を備え、前記第１及び第２の荷重（２３、３６）が引張荷重であり、
前記引張試験装置（１２）が更に、
前記第１及び第２の荷重調整機構（２５、３５）に制御可能に接続され、前記試験試料（５８）に前記第１及び第２の荷重（２３、３６）をそれぞれ独立して周期的に載荷するよう動作可能な第１及び第２のコントローラ（９４、９８）を備える、引張試験装置（１２）。
【請求項２】
前記第１及び第２のコントローラ（９４、９８）が更に、前記第１及び第２の荷重（２３、３６）を前記試験試料（５８）に周期的に追加して載荷するよう動作可能である、請求項１に記載の引張試験装置（１２）。
【請求項３】
前記第１及び第２のコントローラ（９４、９８）が更に、前記試験試料（５８）にそれぞれピーク載荷及びピーク超過載荷するため前記第１及び第２の荷重（２３、３６）を周期的に載荷するよう動作可能である、請求項２に記載の引張試験装置（１２）。
【請求項４】
前記第１及び第２のコントローラ（９４、９８）が更に、前記試験試料（５８）への載荷の第１及び第２のサイクル（４３８、４４２）の第１及び第２の載荷速度（４２６、４２８）と第１及び第２の滞留期間（４３２、４３４）とをそれぞれ制御するよう動作可能である、請求項３に記載の引張試験装置（１２）。
【請求項５】
前記第２の荷重調整機構（３５）が、前記引張試験装置（１２）のフレーム（１４）上に装着される支持プレート（１１８）上に載置又は支持される膨張可能ピーク超過装置（１１０）を含む、請求項１に記載の引張試験装置（１２）。
【請求項６】
前記膨張可能ピーク超過装置（１１０）が、
前記第２の荷重（３６）を支持するためのフラットトップ（１６２）を備えた中空ハウジング（１５８）と、
前記ハウジング（１５８）内に配置される膨張可能ブラダー（１６４）と、
前記ブラダー（１６４）が膨張したときに前記ハウジング（１５８）の底部において開口（１６８）から外部に延びるブラダー下側部分（１６６）と、
を備える、請求項５に記載の引張試験装置（１２）。
【請求項７】
試験試料（５８）の引張試験装置（１２）であって、
前記試験試料（５８）に接続された荷重トレーンセクション（１８）と、
前記引張試験装置（１２）のフレーム（１４）上でほぼ水平方向に延び且つ枢動可能である枢動可能レバーアーム（２６）と、
前記試験試料（５８）に第１の荷重（２３）を周期的に印加及び低減するための第１の荷重調整機構（２５）と、
第２の荷重（３６）を周期的に印加及び低減するのに使用される第２の荷重調整機構（３５）と、
を備え、前記第１及び第２の荷重（２３、３６）が引張荷重であり、前記第１及び第２の荷重調整機構（２５、３５）が前記レバーアーム（２６）の荷重調整端部（４２）からほぼ垂直方向下向きに延びており、前記荷重トレーンセクション（１８）が前記レバーアーム（２６）の荷重トレーン端部（３８）からほぼ垂直方向下向きに延びており、
前記引張試験装置（１２）が更に、
前記第１及び第２の荷重調整機構（２５、３５）に制御可能に接続され、前記試験試料（５８）に前記第１及び第２の荷重（２３、３６）をそれぞれ独立して周期的に載荷するよう動作可能な第１及び第２のコントローラ（９４、９８）を備える、引張試験装置（１２）。
【請求項８】
前記第２の荷重調整機構（３５）が、前記引張試験装置（１２）のフレーム（１４）上に装着される支持プレート（１１８）上に載置又は支持される膨張可能ピーク超過装置（１１０）を含み、前記膨張可能ピーク超過装置（１１０）が、前記第２の荷重（３６）を支持するためのフラットトップ（１６２）を備えた中空ハウジング（１５８）を含み、
前記引張試験装置（１２）が更に、
前記ハウジング（１５８）内に配置される膨張可能ブラダー（１６４）と、
前記ブラダー（１６４）が膨張したときに前記ハウジング（１５８）の底部において開口（１６８）から外部に延びるブラダー下側部分（１６６）と、
を備える、請求項７に記載の引張試験装置（１２）。
【請求項９】
前記第１の荷重調整機構（２５）は、前記第１の荷重（２３）を周期的に印加及び低減するために長さが収縮及び伸張する流体機械筋肉（７８）を含み、前記第２の荷重調整機構（３５）は、前記引張試験装置（１２）のフレーム（１４）に装着される支持プレート（１１８）上に載置又は支持される膨張可能ピーク超過装置（１１０）を含む、請求項８に記載の引張試験装置（１２）。
【請求項１０】
引張試験装置（１２）上で試験試料（５８）をピーク超過荷重試験する方法であって、
引張試験装置（１２）のフレーム（１４）上でほぼ水平方向に延び且つ枢動可能な枢動可能レバーアーム（２６）を有する引張試験装置（１２）の荷重トレーンセクション（１８）内に試験試料（５８）を装着するステップを含み、該荷重トレーンセクション（１８）が、前記レバーアーム（２６）の荷重トレーン端部（３８）からほぼ垂直方向下向きに延びており、前記方法が更に、
前記レバーアーム（２６）の荷重トレーン端部（３８）とは反対側の荷重調整端部（４２）からほぼ垂直方向下向きに延びた第１及び第２の荷重調整機構（２５、３５）をそれぞれ用いて前記試験試料（５８）に第１及び第２の荷重（２３、３６）を周期的に印加及び低減するステップと、
前記第１及び第２の荷重調整機構（２５、３５）にそれぞれ制御可能に接続された第１及び第２のコントローラ（９４、９８）を用いて前記第１及び第２の荷重（２３、３６）を周期的に独立して載荷するステップと、
を含む、方法。
【請求項１１】
前記第１の荷重調整機構（２５）が、長さが収縮及び伸張する流体機械筋肉（７８）を含み、前記第１の荷重（２３）を周期的に印加及び低減することが、前記流体機械筋肉（７８）の長さをそれぞれ収縮及び伸張することを含み、
前記第２の荷重調整機構（３５）が、前記引張試験装置（１２）のフレーム（１４）に装着される支持プレート（１１８）上に載置又は支持される膨張可能ピーク超過装置（１１０）を含み、該膨張可能ピーク超過装置（１１０）が、
前記第２の荷重（３６）を支持する中空ハウジング（１５８）と、
前記ハウジング（１５８）内に配置される膨張可能ブラダー（１６４）と、
前記ブラダー（１６４）が膨張したときに前記ハウジング（１５８）の底部において開口（１６８）から外部に延びるブラダー下側部分（１６６）と、
を含み、
前記第２の荷重（３６）を周期的に印加及び低減することが、前記ブラダー（１６４）をそれぞれ空気抜き及び膨張することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記試料（５８）をピーク超過載荷するために前記第１及び第２の荷重（２３、３６）を共に印加するステップと、ピーク載荷するために前記第１の荷重（２３）を一定に保持しながら前記第２の荷重（３６）を除去するステップと、を更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２の荷重（２３、３６）の周期的載荷中に第１及び第２のサイクル（４３８、４４２）の第１及び第２の載荷速度（４２６、４２８）並びに第１及び第２の滞留期間（４３２、４３４）を制御するステップを更に含み、前記第２のサイクル（４４２）が前記第１のサイクル（４３８）よりも実質的に短い、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印加及び低減される荷重状態で試料を引張試験する装置及び方法に関し、より詳細には、クリープ破断試験におけるピーク超過載荷装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジン構成要素のような、高応力体系の材料で動作する機械的構成要素の状態を評価して将来の性能を判定することは、構成要素の寿命及び残りの有用寿命限界又は費やされる寿命を最大にするために産業上重要なことである。約９００°Ｆ（４８２℃）を超えるような高温で作動する構成要素は、構成要素の材料のクリープと熱劣化の組み合わせが最大の関心事であり、許容可能な残存有用寿命の推定を得るための特別な配慮が必要となる。
【０００３】
このような構成要素を試験して有用寿命を推定する多くのシステム及び方法は、ある時間期間にわたって周期的で且つ変化する機械的荷重を印加することを必要とする。特に関心があるのは、ガスタービンエンジン構成要素を形成するのに使用される材料の疲労亀裂成長の挙動を経時的に調べるための低サイクル疲労（ＬＣＦ）試験、及び特に持続ピークＬＣＦ（ＳＰＬＣＦ）試験である。これらの材料を含む試料の疲労亀裂成長の挙動は、「クリープ破断」フレームを用いて周期的荷重を加えることにより特徴付けられる。種々の周期的引張振幅が印加され、これらの条件下で試料を引き離すのに必要なサイクル数が記録される。応力及び／又は疲労損傷は、強度及び剛性の低下によって明らかにされる。場合によっては、試験は、数回の周期的載荷に続いて、残留強度を求めるために試料を破断（すなわち、引張試験）させた後に終了する場合がある。このような破壊試験からのデータは通常、実験的手段によって特徴付けられ、材料が実験室で特別に試験されていない様々な運用条件に対する含意又は外挿により生成される。
【０００４】
長時間保持疲労及び亀裂成長、並びに他の応力関連特性に対する試験試料の評価は、典型的な「クリープ破断」フレーム／レバーアームテスターを概略的に例示している、１９９４年９月１３日に付与された米国特許第５，３４５，８２６号（Ｓｔｒｏｎｇ）で開示されたようなクリープ破断フレーム又はレバーアームテスターを用いて達成することができる。この装置は、典型的には長さが１２〜２０インチのレバーアームからなり、該アームは、中心と試料の一方端が取り付けられる端部との間のレバーアームの長さに沿った点にて垂直フレーム上に枢動可能に装着される。試験試料の他方の端部は、固定ベースプレートに取り付けられる。レバーアームの対向する端部上にウェイト（重量）が加えられ又は載荷されると、以下の式に従って試験試料に引張力が作用する。
ｔ＝（ｗｌ）／ｄ
ここで、ｔは試験試料に作用する引張力、ｗはレバーアームの遠位端部に加わるウェイト、ｌは、レバーアーム枢動点と印加されるウェイトを支持する端部との間の距離、ｄは、レバーアーム枢動点と試験試料に接続される端部との間の距離である。試料の引張試験は、力ｔを加えることにより開始される。
【０００５】
クリープ破断フレーム／レバーアームテスターは、試験試料に荷重（ウェイトによりもたらされる）を周期的に印加及び低減するために備えることができる。クリープ破断フレーム／レバーアームテスターにおける荷重の周期的印加及び低減は、従来は、標準的空気圧シリンダ又はシザースジャッキリフトの何れかを用いることにより実施されている。
【０００６】
比較的円滑な荷重の印加及び印加荷重の低減をもたらすような、試料の引張試験における周期的印加及び低減の装置及び方法は、２００８年４月８日に付与され、本発明の出願人と同じ譲受人であるＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙに譲受された、Ｊｅｆｆｒｅｙ  Ｌｙｎｎ  Ｍｙｅｒｓ（発明者）による米国特許第７，３５３，７１５号で開示されている。米国特許第７，３５３，７１５号は、引用により本明細書に組み込まれる。
【０００７】
印加及び低減荷重状態での密接に関連付けられる試料の引張試験の別のタイプは、ピーク超過疲労試験である。載荷は通常、比較的高価なサーボ油圧試験機械上で実施され、これらの試験機械は、クリープ破断試験機械及びシステムと比べると、試験も遙かに高価になる。
【０００８】
現在利用されているものよりも安価なピーク超過疲労試験のための装置及び方法の必要性がある。ピーク超過載荷振幅及び滞留時間の両方の制御を可能にするピーク超過疲労試験のための装置及び方法の必要性がある。また、クリープ破断及びピーク超過載荷を評価する試験機械を提供することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第７，７７９，７４７号明細書
【発明の概要】
【００１０】
試験試料の引張試験装置は、試験試料に第１及び第２の引張荷重を周期的に印加及び低減するための第１及び第２の荷重調整機構と、第１及び第２の荷重調整機構に制御可能に接続され、試験試料に第１及び第２の荷重をそれぞれ独立して周期的に載荷するよう動作可能な第１及び第２のコントローラとを含む。
【００１１】
本装置の１つの実施形態において、第１及び第２の荷重は追加的なものであり、第１及び第２のコントローラは、試験試料にそれぞれピーク載荷及びピーク超過載荷するため第１及び第２の荷重を周期的に載荷するよう動作可能である。第１及び第２のコントローラは、試験試料への載荷の第１及び第２のサイクルの第１及び第２の載荷速度と第１及び第２の滞留期間とをそれぞれ制御するよう動作可能である。
【００１２】
第２の荷重調整機構の１つの実施形態は、引張試験装置のフレーム上に装着される支持プレート上に載置又は支持される膨張可能ピーク超過装置を含む。膨張可能ピーク超過装置の１つの実施形態は、第２の荷重を支持するためのフラットトップを備えた中空ハウジングと、  ハウジング内に配置される膨張可能ブラダーと、ブラダーが膨張したときにハウジングの底部において開口から外部に延びるブラダー下側部分とを含む。
【００１３】
引張試験装置の例示的な実施形態は、試験試料に接続された荷重トレーンセクションと、引張試験装置のフレーム上でほぼ水平方向に延び且つ枢動可能である枢動可能レバーアームと、試験試料に第１及び第２の引張荷重を周期的に印加及び低減するための第１及び第２の荷重調整機構と、第１及び第２の荷重調整機構に制御可能に接続され、試験試料に第１及び第２の荷重をそれぞれ独立して周期的に載荷するよう動作可能な第１及び第２のコントローラとを含む。第１及び第２の荷重調整機構が、レバーアームの荷重調整端部からほぼ垂直方向下向きに延びており、荷重トレーンセクションが、レバーアームの荷重トレーン端部からほぼ垂直方向下向きに延びている。
【００１４】
第１の荷重調整機構は、第１の荷重を周期的に印加及び低減するために長さが収縮及び伸張する流体機械筋肉を含むことができる。
【００１５】
試験試料をピーク超過荷重試験する方法は、引張試験装置の荷重トレーンセクション内に試験試料を装着するステップと、第１及び第２の荷重調整機構をそれぞれ用いて試験試料に第１及び第２の荷重を周期的に印加及び低減するステップと、第１及び第２の荷重調整機構にそれぞれ制御可能に接続された第１及び第２のコントローラを用いて第１及び第２の荷重を周期的に独立して載荷するステップと、を含む。
【００１６】
本方法の１つの実施形態は更に、第１の荷重調整機構として長さが収縮及び伸張する流体機械筋肉を用いることを含み、第１の荷重を周期的に印加及び低減することが、流体機械筋肉の長さをそれぞれ収縮及び伸張することを含む。本方法の実施形態は更に、第２の荷重調整機構として膨張可能ピーク超過装置を用いることを含む。ピーク超過装置は、引張試験装置のフレームに装着される支持プレート上に載置又は支持される。膨張可能ピーク超過装置は、第２の荷重を支持する中空ハウジングと、ハウジング内に配置される膨張可能ブラダーと、ブラダーが膨張したときにハウジングの底部において開口から外部に延びるブラダー下側部分とを含む。第２の荷重を周期的に印加及び低減することは、ブラダーをそれぞれ空気抜き及び膨張することを含む。
【００１７】
本方法は更に、試料をピーク超過載荷するために第１及び第２の荷重を共に印加し、ピーク載荷するために第１の荷重を一定に保持しながら第２の荷重を除去するステップと、第１及び第２の荷重の周期的載荷中に第１及び第２のサイクルの第１及び第２の載荷速度並びに第１及び第２の滞留期間を制御するステップとを含むことができ、第２のサイクルが第１のサイクルよりも実質的に短い。第１及び第２の載荷速度は同じであってもよい。
【００１８】
本発明の上記の態様及び他の特徴は、添付図面と関連して以下で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ピーク超過載荷及び破断試験のための装置の概略図。
【図２】図１に示す装置の詳細な斜視図。
【図３】図２に示す装置上のピーク超過載荷用の装置の断面図。
【図４】図２に示す装置におけるピーク超過試験用の制御パネルの正面図。
【図５】図１〜４に示す装置を用いて実施できるピーク超過試験の例示的なグラフプロット。
【図６】図５に示す例示的なグラフプロットにおける単一サイクルの拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本明細書で使用される用語「荷重」は、試験試料が本発明のシステム、装置、及び／又は方法によって受けるあらゆる質量、ウェイト、力、その他を指す。
【００２１】
本明細書で使用される用語「荷重を加える」とは、試料が受ける荷重の量又は度合いが増大することを含めて、試験試料がある荷重を受けることを意味する。
【００２２】
本明細書で使用される用語「荷重を低減する」とは、試験試料が受ける荷重を部分的又は完全に減らすこと、漸減すること、排除すること、その他を意味する。
【００２３】
本明細書で使用される用語「荷重を周期的に印加及び低減する」とは、荷重の印加と低減をあらゆる順序で行う少なくとも１つの周期（サイクル）を指し、すなわち、荷重を印加し低減する、荷重を低減して印加する、その他を意味する。通常、このサイクルは、最初に荷重の印加を漸次的又は順次的に行い、続いて荷重の低減を漸次的又は順次的に行うことを含む。荷重の周期的印加及び低減は、単一サイクルであってもよく、より典型的には複数のこのようなサイクル（すなわち、少なくとも２つのサイクル）が存在する。荷重は、各サイクルで同じ様式又はパターンで印加及び低減することができ、或いは、異なる様式又はパターンで印加及び低減することができる。荷重は、サイクル中に１つ又はそれ以上の回数で同じ又は異なる離散的時間期間の間に特定レベルで印加されて保持（すなわち、持続）することができ、又は同じ又は異なる割合で漸次的又は順次的に増大及び／又は減少させることができ、或いは、各サイクル中にこれらの組み合わせを行うことができる。
【００２４】
本明細書で使用される用語「閉ループシステム」とは、試験試料への荷重の印加及び／又は低減を調整、変更、制御、その他を行うためのフィードバック機構（例えば、機械的及び／又は電気的信号、又は複数の信号）を有する制御システムを指す。閉ループシステムで使用されるフィードバック機構は通常、試験試料への荷重の実質的に線形的及び比例的な印加及び／又は低減を提供する。
【００２５】
本明細書で使用される用語「開ループシステム」とは、フィードバック機構を利用しない制御システムを指す。
【００２６】
本明細書で使用される用語「クリープ破断フレーム」及び「レバーアームテスター」とは、典型的には、長さが通常は約１２〜約２０インチ（約３０．５ｃｍ〜約５１ｃｍ）の機械的拡大率のレバーアームを備えた装置と同義であり、該レバーアームは、中心と試験試料の一方端が取り付けられる端部との間のレバーアームの長さに沿った点にて垂直固定部材上に枢動可能に支持され、試験試料の他方の端部は通常、ベースプレート又はプラットフォーム（例えば、クロスフレームの）に取り付けられ、ここで、レバーアームの対向する端部上に１つ又はそれ以上のウェイト（重量）が加えられ又は載荷される。図１、並びに典型的な「クリープ破断」フレーム／レバーアームテスターを概略的に例示している、１９９４年９月１３日に付与された米国特許第５，３４５，８２６号（Ｓｔｒｏｎｇ）における対応する説明を参照されたい。本明細書で使用される好適なクリープ破断フレーム／レバーアームテスターは、ＳＡＴＥＣ、ＡＴＳ、その他製のものを含む。
【００２７】
本明細書で使用される用語「流体機械筋肉」とは、典型的には、流体（空気などのガス、又はエチレン・グリコールなどの流体）が加圧されたときに相対的に制御された様式で長さが収縮し、加圧流体が放出されたときに相対的に制御された様式で長さが伸張する装置を意味する。流体機械筋肉の収縮は通常、試験試料への荷重の印加を引き起こし、流体機械筋肉の伸張は通常、荷重の低減を引き起こす。流体機械筋肉は、加圧されると、筋肉の相対長さが通常は圧力の印加に対して実質的に線形的に収縮すると同時に、負荷を作動、リフト、移動、位置決めするのに好適な実質的な力を生成し、逆に、圧力の低減（解除）に対して実質的に線形的に伸張するような特性を有する。
【００２８】
これらの異なる構造、特に本来的に非動的な相対的に制御される長さの収縮及び伸張に起因して、本明細書で有用な流体機械筋肉は、標準的な動的空気圧シリンダとは異なる。本明細書で使用するのに好適な流体機械筋肉は、「ＭｃＫｉｂｂｅｎ」型の流体収縮アクチュエータ又は「筋肉」とすることができ、これは、通常は、可撓性メッシュ（「編み」構造と呼ばれる場合もある）から形成された円筒シースを含み、該メッシュがシースの各端部にてコネクタに固定された複数の偏菱形又は菱形の相互接続セグメントを備え、コネクタは、シース内に配置される強度のある膨張可能材料を含むブラダーと、ブラダーに接続され、円筒シース内でブラダーを膨張又は拡大させる目的で加圧流体を導入することができる膨張ラインとを備え、加えて、膨張（収縮）のため加圧供給源からブラダーに流体を配向させ、並びに開放／空気抜き（伸張）のためブラダーから流体を逃がすことを可能にするよう膨張ライン上に適切なバルブを備える。例えば、「ＭｃＫｉｂｂｅｎ」型の流体収縮アクチュエータ又は「筋肉」の動作を説明している、１９８８年４月２６日に付与された米国特許第４，７３９，６９２号（引用により本明細書に組み込まれる）を参照されたい。作動時には、「ＭｃＫｉｂｂｅｎ」型の流体収縮性アクチュエータ又は「筋肉」は、ブラダーが空気抜きされた状態でコネクタを用いて２つの固定点間に接続される。可撓性メッシュから形成される円筒シースは、２つの可撓点の間に接続され、理想的には極めて僅かな引張応力を生じて、２点間の伸張又は「弛緩」位置に接続されたときにシースが最小直径であるのが確保されるようにする。膨張ラインは、圧縮可能（すなわち、ガス）又は圧縮不能（すなわち、液体）とすることができる加圧流体の供給源に接続される。ブラダーに導入されたときに流体は、内封するメッシュシースに接してブラダーを拡大させ、該シースを直径方向で拡大させて長手方向で収縮させ、コネクタ間で極めて大きな収縮力を発生する。本明細書で使用するのに好適な可能性がある、「ＭｃＫｉｂｂｅｎ」型の流体収縮アクチュエータ又は「筋肉」の他の流体機械筋肉については、１９８６年１０月７日に付与された米国特許第４，６１５，２６０号（Ｔａｋａｇｉ他）、１９９２年１０月２７日に付与された米国特許第５，１５８，００５号（Ｎｅｇｉｓｈｉ他）、１９９２年１１月２４日に付与された米国特許第５，１６５，３２３号（Ｓａｔｏ）、及び１９９３年４月１３日に付与された米国特許第５，２０１，２６２号（Ｎｅｇｉｓｈｉ他）（引用により本明細書に組み込まれる）、並びに、１９８９年１月２７日に付与された米国特許第４，８４１，８４５号（Ｂｅｕｌｌｅｎｓ）、２０００年５月３０日に付与された米国特許第６，０６７，８９２号（Ｅｒｉｃｋｓｏｎ）、及び２００１年５月２１日に付与された米国特許第６，２２３，６４８号（Ｅｒｉｃｋｓｏｎ）（引用により本明細書に組み込まれる）を参照されたい。本明細書で使用するのに好適な商業的に入手可能な流体機械筋肉の実施例は、Ｍｏｄｅｌ  Ｎｏ．  ＭＡＳ−１０−Ｎ−ＡＡ−ＭＣＦＫ，  Ｐａｒｔ  １８７５９４；Ｍｏｄｅｌ  Ｎｏ．  ＭＡＳ−１０−Ｎ−ＡＡ−ＭＯＦＫ，  Ｐａｒｔ  １８７５９��；  Ｍｏｄｅｌ  Ｎｏ．  ＭＡＳ−４０−Ｎ−４５９−ＡＡ−ＭＣＩＫ，  Ｐａｒｔ  １８７６０５；  Ｍｏｄｅｌ  Ｎｏ．  ＭＡＳ−４０−Ｎ−ＡＡ−ＭＣＩＫ，  Ｐａｒｔ  １８７６０６）；  Ｍｏｄｅｌ  Ｎｏ．  ＭＡＳ−４０−Ｎ−ＡＡ−ＭＯＫＫ，  Ｐａｒｔ  １８７６０７；  Ｍｏｄｅｌ  Ｎｏ．  ＭＡＳ−２０−Ｎ−ＡＡ−ＭＣＨＫ，  Ｐａｒｔ  １８７６１７；  Ｍｏｄｅｌ  Ｎｏ．  ＭＡＳ−２０−Ｎ−ＡＡ−ＭＣＧＫ，  Ｐａｒｔ  １８７６１８；  Ｍｏｄｅｌ  Ｎｏ．  ＭＡＳ−２０−Ｎ−ＡＡ−ＭＯＨＫ，  Ｐａｒｔ  １８７６１９；  Ｍｏｄｅｌ  Ｎｏ．  ＭＡＳ−１０−，  Ｐａｒｔ  ５３４２０１；  Ｍｏｄｅｌ  Ｎｏ．  ＭＡＳ−２０−，  Ｐａｒｔ  ５３４２０２；及びＭｏｄｅｌ  Ｎｏ．  ＭＡＳ−４０−，  Ｐａｒｔ  ５３４２０３、その他を含む、「Ｆｌｕｉｄｉｃ  Ｍｕｓｃｌｅ  ＭＡＳ」シリーズのＦｅｓｔｏ社製のものを含む。
【００２９】
本明細書で使用される用語「試験試料」は、本明細書で開示されるシステム、装置、及び／又は方法により荷重を受ける対象材料を構成する構成要素、部品、その他を含むあらゆる試料、或いは、対象材料から製作、製造、その他で形成される試料を指す。試験試料は、矩形、円筒、その他を含むあらゆる好適な形状又は構成のものとすることができる。典型的には、試験試料は、荷重を受けたときに試料の中間にて材料を伸長させるよう、試料の中間セクションにて縮小ゲージ又は幅を有する。
【００３０】
本明細書で使用される用語「張力試験」及び「引張試験」は、同義的に、荷重が印加されたときに試験試料が実質的に長手方向の延伸力、牽引力、その他の力を受ける試験フォーマットを意味する。張力又は引張試験の非限定的な代表的試験には、低サイクル疲労試験、持続ピーク低サイクル疲労試験、クリープ破断試験、高歪み速度ピーク試験、曲げ試験、亀裂形成試験、その他が挙げられる。
【００３１】
本明細書で使用される用語「低サイクル疲労試験」又は「ＬＣＦ試験」とは、同義的に、サイクルが通常約３０Ｈｚ未満で、通常は約０．３〜約１Ｈｚの範囲である、載荷サイクル速度が遅い又は低いタイプの疲労試験を指す。
【００３２】
本明細書で使用される用語「持続ピーク低サイクル疲労試験」又は「ＳＰＬＣＦ試験」とは、同義的に、試験試料に印加されるピーク荷重が離散的時間期間の間特定レベルで保持又は持続されるＬＣＦ試験のタイプを指す。
【００３３】
本明細書で使用される用語「曲げ試験」とは、試験試料がそれぞれの端部で支持され、荷重がそれぞれの端部間の中間点に近接して印加される試験フォーマットを指す。
【００３４】
本明細書で使用される用語「ミッションサイクル試験」又は「シミュレーション試験」とは、実際の動作（すなわち、現実の現象）を表すことを意図し、通常は閉ループ試験システムを用いて実施される試験を指す。ミッションサイクル／シミュレーション試験は通常、現場試験（例えば、エンジンの）のタイプを指し、ここではエンジンが運転されて、データが取得され、該データがミッション又はシミュレータ運転ラボに戻され（手作業で、又はより典型的には電気的に）、次いで、このデータを用いて、例えば、対象の試験試料に対するシミュレートであるが現実の応力サイクルをプログラム（典型的にはコンピュータを用いて）する。
【００３５】
本明細書で使用される用語「クリープ破断試験」とは、静的な一貫した荷重が試験試料に印加され、荷重の印加中に試験試料の伸長が測定される試験フォーマットである。
【００３６】
本明細書で使用される用語「破壊靱性」とは、亀裂の伸長に対する試験される試料の抵抗の測定値を指す。Ｄａｖｉｓ、ＡＳＭ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ  （１９９２），  ｐ．７２を参照のこと。
【００３７】
本明細書で使用される用語「疲労亀裂成長試験」とは、時間にわたる又は印加荷重サイクルにわたる試験試料の亀裂の成長速度を測定する試験フォーマットである。
【００３８】
ここで図面を参照すると、図１には、レバーアームテスター１２の形式の引張試験装置を用いた引張試験システム１０である。テスター１２は、ほぼＬ字形のフレーム１４、フレーム１４に付随するほぼ垂直方向に延びる第１の荷重トレーンセクション１８、及びフレーム１４に付随するほぼ垂直方向に延びる第１の荷重調整セクション２２を含む。第１の荷重調整機構２５は、第１の荷重調整セクション２２から第１の荷重トレーンセクション１８への第１の引張荷重２３を印加及び低減するのに使用される。第１の荷重は、試験片５８に印加（引張応力の形態で）又は低減される。機構２５は、本明細書ではほぼ水平方向に延びる枢動レバーアーム２６を含めるように例示されている。機構２５は、レバーアーム２６がそこを中心としてスイング又は枢動するフレーム１４のより長い垂直セグメントの上端３４上にレバーアーム２６を平衡させる支点又は枢動点３０を含む。レバーアーム２６はまた、荷重トレーン端部３８及び荷重調整端部４２を有する。
【００３９】
図１を参照すると、レバーアーム２６の荷重調整端部４２が、枢動点３０により定められる水平軸の周りでほぼ下方に移動（下向きの矢印５０で示される）すると、荷重トレーン端部３８は、ほぼ上方に移動（上向きの矢印４６で示される）し、荷重調整端部４２が枢動点３０により定められる水平軸の周りでほぼ上方に移動するときには反対になる。端部３８、４２間のレバーアーム２６の長さに沿った枢動点３０の特定の位置は、第１の荷重調整セクション２２から第１の荷重トレーンセクション１８までのアーム２６によって効果的に伝達される複数の荷重を調整するよう水平方向に移動させることができる。
【００４０】
この作用は次式によって定義される。
ｔ＝（ｗｌ）／ｄ
ここで、ｔは試験試料５８に作用する引張力、ｗはレバーアーム２６の遠位端部４２に加わるウェイト又は荷重、ｌは、枢動点３０と荷重調整端部４２との間の距離、ｄは、枢動点３０と荷重トレーン端部３８との間の距離である。荷重トレーン端部３８は、印加される力ｔが試験試料に応力を与えるように試験試料５８に接続又は取り付けられる。枢動点３０が荷重トレーン端部３８により近接し、逆に荷重調整端部４２からより離れる（すなわち、ｄがより小さくなり、ｌがより大きくなる）と、第１の荷重調整セクション２２から第１の荷重トレーンセクション１８に効果的に伝達又は印加される複数の荷重がより大きくなる。例えば、ｌ：ｄが２０：１である場合、荷重調整セクション２２における１０単位の荷重（ｗ）は、アーム２６によって第１の荷重トレーンセクション１８（及び試験試料５８）に印加される２００単位の力（ｔ）に変換することができる。
【００４１】
図１を参照すると、第１の荷重トレーンセクション１８は、上側端部において継手５６によりアーム２６の荷重トレーン端部３８に隣接し接続又は取り付けられる上側プルロッド５４を含む。上側プルロッド５４はまた、下側端部６０において試験試料５８に隣接し接続又は取り付けられる。荷重トレーンセクション１８はまた、試料５８を密閉する炉（全体的に符号６２で示される）などの環境チャンバを含むことができる。第１の荷重トレーンセクション１８は更に、上側端部６８において試料５８に隣接し接続又は取り付けられ、更に下側端部７２においてフレーム１４に隣接し接続又は取り付けられる下側プルロッド６６を含む。下側プルロッド６６は、自在継手６４によりフレーム１４に接続されるように示されている。下側プルロッド６６は、フレーム１４に取り付けられていることにより本質的に固定されており、従って、上側プルロッド５４が垂直方向上向きに移動したときには、アーム２６の荷重トレーン端部３８が矢印４６で示される方向で上方に枢動し、試験試料５８は引張力を受けるようになる。
【００４２】
第１の荷重調整セクション２２は、上側端部において継手７４によりアーム２６の荷重調整端部４２に隣接し接続又は取り付けられる上側コネクタ７０を含む。第１の荷重調整セクション２２は、上側端部においてコネクタ７０の下側端部に隣接し接続又は取り付けられる流体機械筋肉７８を含む。筋肉７８の長さが収縮すると、第１の荷重調整セクション２２の荷重が第１の荷重トレーンセクション１８に（アーム２６を介して）印加され、逆に、筋肉７８の長さが伸張すると、第１の荷重調整セクション２２の荷重は、第１の荷重トレーンセクション１８上で（アーム２６を介して）低減される。第１の周期的載荷システム９２は、筋肉７８の伸張及び収縮により試験試料５８上の載荷を周期的に行う第１のコントローラ９４を含む。
【００４３】
第１の荷重調整セクション２２は更に、上側端部において筋肉７８の下側端部に接続又は取り付けられる下側コネクタ８２を含み、該コネクタはまた、下側端部において通常は第１のウェイト８８から構成される第１の荷重８６に接続又は取り付けられる。第１の荷重８６は、地面又は主表面９０の上方に間隔を置いて配置されるように例示されており、従って、システム１０は、試験サイクルにおいて、筋肉７８が収縮状態にあり且つ第１の荷重８６が（アーム２６及びトレーンセクション１８を介して）試料５８に印加されている点にあることを示している。引張試験システム１０は、ここでは「オープンループ」システムとして示されている。
【００４４】
図２に示す引張試験システム１０のより詳細な実施形態は、ほぼＵ字形の格納ブラケット１００を含み、該ブラケットは、フレーム１４の上端３４に取り付けられ、アーム２６が枢動点３０の周りを上方又は下方に過剰に枢動又はスイングしないようにする。格納ブラケット１００は、アーム２６がフレーム１４から落ちるのを防ぐ。上側自在継手１０４は、ある点にて上側プルロッド５４の上側端部をアーム２６の荷重トレーン端部３８に接続又は取り付けるために使用される。ほぼ円筒形の装着支柱１０８が、間隔を置いて配置された上側及び下側ヒンジ１１２、１１６により炉６２上に取り付けられ又は装着される。支柱１０８は、支柱１０８の上側端部を受けるための円形凹部（図示せず）を有する上側ブラケット１２０と、支柱１０８の下側端部を受けるための円形凹部１２８を有する下側ブラケット１２４とによってフレーム１４に枢動可能に装着される。
【００４５】
インラインロードセル１３２は、それぞれの上側及び下側端部間で下側プルロッド６６上に装着され、試験試料５８に印加されている荷重を直接測定する。下側自在継手１３６は、下側プルロッド６６の下側端部を全体的に１４０で示される垂直方向に移動可能なクロスヘッド組立体に接続又は取り付ける。クロスヘッド組立体１４０は、ほぼ垂直方向に延びて間隔を置いて配置されるロッド１４８のペアに接続又は取り付けられ、或いは他の方法で関連付けられたほぼ水平方向に延びるクロスヘッド１４４を含み、該ロッドのペアは、水平ベース１５２に接続又は取り付けられる。荷重トレーンセクション１８の一部をフレーム１４に対して上方又は下方で垂直方向に移動又は調整するため、手動転回クランク１５６がベース１５２上に装着される。炉制御ボックス１６０がフレーム１４上に装着され、制御ケーブル又はライン（図示せず）により炉６２に接続されて、炉６２内の環境条件（例えば、温度、圧力、試験試料５８周囲のガス、その他）を制御する。
【００４６】
枢動コネクタ１７０は、継手７４において、アーム２６の荷重調整端部４２を上側コネクタ７０に接続又は取り付けるために使用される。上側コネクタ７０は、本明細書ではフレキシブルリンク又は上側チェーン８５として示されている。上側チェーン８５は、Ｒ比又は最小荷重パン１７４に接続される。荷重パン１７４は、流体機械筋肉７８の上側端部に接続又は取り付けられる。筋肉７８は、筋肉７８を加圧及び減圧するための流体入口及び出口ライン１７８を含む。筋肉７８の下側端部は、本明細書ではフレキシブルリンク又は下側チェーン８４として示された下側コネクタ８２に接続され又は取り付けられる。
【００４７】
下側チェーン８４は、フレキシブルであるので、筋肉７８が伸張状態であるときに第１の荷重８６が完全に又は実質的に完全に低減され、すなわち、第１の荷重８６により試験試料５８に作用する力又は応力が存在しないように十分な緩みをもたらす。下側チェーン８４は、試験サイクルの当該部分の間に荷重が低減されたときに、荷重の少なくとも主要部分（すなわち、第１の荷重８６）を試験試料５８から切り離す（例えば、機械的に結合解除する）機構を提供する。下側チェーン８４は、水平ウェイトプラットフォーム１８２を含む第１の荷重８６に接続又は取り付けられる。細長いウェイト受けロッド１８６が、ウェイトプラットフォーム１８２に接続又は取り付けられ、ここからほぼ垂直方向で上向きに延びる。次いで、ウェイト受けロッド１８６は、下側チェーン８４に接続又は取り付けられる。同様の又は異なる質量の１つ又はそれ以上のウェイト１９０をプラットフォーム１８２に載荷することができ、ウェイト１９０をロッド１８６によって確実に受けることができるようにスロット１９４を備えて構成される。
【００４８】
図１及び２を参照すると、第２の周期的載荷システム９６は、上側端部において筋肉７８の下側端部に接続され又は取り付けられる下側コネクタ８２に取り付けられた第２の荷重３６を印加及び低減するのに用いる第２の荷重調整機構３５を制御することにより、試験試料５８への第２の載荷を周期的に行うための第２のコントローラ９８を含む。他方、第１の周期的載荷システム９２は、ガスタービンエンジン構成要素のクリープ破断試験を行うのに使用される材料の疲労亀裂成長の挙動を経時的に調べるため、持続ピーク低サイクル疲労（ＳＰＬＣＦ）及び保持時間試験用に設計されていた。第２の周期的載荷システム９６は、クリープ破断試験フレーム及びシステム上で試験試料５８へのピーク超過載荷又は多重載荷を実行するよう設計されている。
【００４９】
図２及び３を参照すると、第２の荷重調整機構３５は、本明細書ではフレーム１４に装着される支持プレート１１８上に載置又は支持される膨張可能ピーク超過装置１１０として示されている。ピーク超過装置１１０は、第２のウェイト１３７として示される第２の荷重３６を支持するためのフラットトップ１６２を備えた中空ハウジング１５８を含む。ハウジング１５８内に配置される膨張可能ブラダー１６４は、該ブラダー１６４が膨張したときにハウジング１５８の底部において開口１６８から外部に延びるブラダー下側部分１６６を含む。ブラダー１６４が十分に膨張したときには、ハウジング１５８又はブラダー１６４のいずれかが支持プレート１１８上に載置される。ブラダー１６４は、空気供給ライン１６７により膨張又は空気抜きされる。
【００５０】
ハウジング１５８は、下側コネクタ８２を囲む中空ハブ２１４を含む。調整可能カラークランプ２１６は、カラー１７２を含み、垂直調整ネジ２１８を用いて下側コネクタ８２のウェイト受けロッド１８６に調整可能にクランプされる。ハウジング１５８は、下向き面取り部２２２を備えた環状内側肩部２２０を含み、該面取り部２２２は、ブラダー１６４が空気抜きされたときに、カラー１７２の上向き面取り部２２６と環状外側肩部２２４を係合させる。ブラダー１６４が空気抜きされると、内側肩部２２０は、外側肩部２２４上に載置され、第２のウェイト３７によりもたらされる第２の荷重３６が受けロッド１８６及び筋肉７８を介して試料５８に印加される。ブラダー１６４が膨張すると、内側肩部２２０は、外側肩部２２４から上昇し、第２のウェイト３７が支持プレート１１８上に載置され、第２の荷重３６はもはや試料５８には印加されなくなる。従って、第２の荷重３６は、第２のコントローラ９８の制御下でブラダー１６４を周期的に膨張及び空気抜きさせることによって、試料５８に周期的に印加することができる。
【００５１】
第２の荷重３６は、第１の荷重８６に対する付加的なものである。第１及び第２の電子コントローラ９４、９８は、図６に示すような、第１及び第２のサイクル４３８、４４２の第１及び第２の載荷速度４２６、４２８並びに第１及び第２の滞留期間４３２、４３４を制御するよう動作可能である。第１のサイクル４３８は、本明細書ではピーク超過載荷サイクルとして示され、第１及び第２の荷重８６、３６を含む。第２の荷重３６は、ブラダー１６４を空気抜きすることにより印加される。第２のサイクル４４２は、保持時間載荷サイクルとして示され、第１の荷重８６のみを含む。保持時間載荷サイクルは、ブラダー１６４を膨張させることにより生成される。
【００５２】
図４に示す第２の電子コントローラ９８は、圧力制御による荷重リフト機能と、時間遅延リレーを介したピーク超過第２の滞留期間４３４とを提供する。第２の周期的載荷システム９６は、既存のレバーアームクリープ破断フレーム上に設置することができ、上述のピーク超過載荷のような多重印加の機械的載荷を可能にする。第２の電子コントローラ９８は、所望の供給圧力にて空気供給ライン１６７を通じてブラダー１６４を膨張させるのに使用される空気を供給するための空気供給レギュレータ１７６を含むように示されている。
【００５３】
図５は、図１〜４のシステム及び装置を用いて実施することができる、ピーク超過載荷による持続ピーク低サイクル疲労（ＳＰＬＣＦ）試験の例示的なグラフプロット４００である。ＳＰＬＣＦ試験のグラフプロット４００は、符号４１０で示される一連の谷部を有し、これは、第１のサイクル４３８の低減（荷重減少）段階中の第１の下方傾斜４１４により示されるプロット４００の部分に沿った試験試料への荷重の低減を示している。グラフプロット４００は、一連の第１の平坦域４２０を含み、これは、試験試料５８への第１及び第２のウェイト８８、３７それぞれによりもたらされる第１及び第２の荷重８６、３６の組み合わせである複合荷重Ｌ１の持続的印加（保持）を表している。この持続的印加は、図４に示すピーク超過コントローラ又は第２のコントローラ９８に設定される時間遅延により制御される第１の時間期間Ｔ１の間保持される。ピーク超過荷重Ｌ２の除去は、ブラダー１６４を膨張させることにより実施される。第２の期間Ｔ２は、試験試料５８への第１のウェイト８８として示される第１の荷重８６の保持時間又はピーク載荷を表している。Ｌ３は、ブラダー１６４が膨張している間、図３における筋肉７８の空気抜きによる荷重８６の低減を表す。
【００５４】
グラフプロット４００はまた、一連の第２の平坦部４２２を含み、これは、試験試料５８への第２のウェイト３７によりもたらされる第２の荷重３６により提示される、第２のサイクル４４２の保持時間又はピーク荷重の印加（保持）を表している。第１の上方傾斜４２４は、第１のサイクル４３８の載荷（荷重増加）段階を表している。ＳＰＬＣＦ試験における荷重の印加及び低減は比較的急激であり、ＳＰＬＣＦ試験におけるピーク及びピーク超過荷重の印加（第１及び第２の平坦部４２０、４２２を参照）は、所与又は離散的な時間期間において特定レベルに保持又は持続される。
【００５５】
ＳＰＬＣＦ試験における荷重の印加及び低減が繰り返されるので、グラフプロット４００は、荷重が印加され、保持／持続され、次いで低減される、複数の第１及び第２のサイクル４３８、４４２を表している。複合サイクル４３４０（第１及び第２のサイクル４３８、４４２の両方を含む）は、期間４３６、開始点４４０、及び終了点４５０を有する。
【００５６】
図６は、図５に示す単一の複合サイクル４３０の拡大グラフプロット５００である。ピーク超過載荷は、第２のコントローラ９８によって制御される、第２のウェイト３７に等しいピーク超過振幅とピーク超過持続時間とを有する。第２の上方傾斜４５４は、試験サイクルのピーク超過載荷（荷重増加）段階を表している。第２の下方傾斜４５６は、試験サイクルのピーク超過荷重低減（荷重減少）段階を表している。第１及び第２のサイクル４３８、４４２は、本明細書ではピーク載荷及びピーク超過載荷として示される。
【００５７】
例示的な方法で本発明を説明してきた。使用した技術用語は、限定の用語としてではなく、説明の用語の性質のものであることが意図される点を理解されたい。本明細書では本発明の好ましく例示的な実施形態であると考えられるものについて説明してきたが、当業者であれば、本明細書の教示から本発明の他の修正が明らかになる筈であり、従って、全てのこのような修正は、本発明の技術思想及び技術的内に属するものとして特許請求の範囲において保護されることが望まれる。
【００５８】
従って、本特許により保護されることを望むものは,特許請求の範囲に記載しかつ特定した発明である。
【符号の説明】
【００５９】
１２  引張試験装置
２３  第１の荷重
２５  第１の荷重調整機構
３５  第２の荷重調整機構
３６  第２の荷重
５８  試験試料
９４  第１のコントローラ
９８  第２のコントローラ
【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】
2012198204.tif 000007
【図６】
2012198204.tif 000008
【外国語明細書】
2012198204000001.pdf