(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片に荷重を印加するためのアクチュエータ機構と試験片に関連した複数の物理量の夫々を検出するための複数のセンサとを備えた材料試験機を用いた疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法において、
（イ）振幅及び中心値が制御可能な周期信号を目標値信号として発生させ、
（ロ）前記複数のセンサが送出する夫々のセンサ信号のうちから１つのセンサ信号をフィードバック信号として選択し、当該フィードバック信号と前記目標値信号との差分に基づいて前記アクチュエータ機構を制御することで、前記材料試験機をフィードバック制御し、
（ハ）前記複数のセンサが送出する夫々のセンサ信号が表している夫々の物理量ないしはそれらセンサ信号から間接的に求められる物理量のうちから、疲労き裂進展試験において試験片に繰返荷重を印加する際にその振幅を制御対象とするところの物理量を選択して当該物理量の振幅目標値を設定し、当該物理量の振幅検出値と前記振幅目標値との差分に基づいて前記目標値信号の振幅を制御することで、当該物理量の振幅をフィードバック制御し、
（ニ）疲労き裂進展試験の実行中に前記材料試験機を運転状態に維持したままで、前記材料試験機の制御モードを、第１物理量の振幅を制御対象とする第１制御モードから第２物理量の振幅を制御対象とする第２制御モードへと切換える際に、前記フィードバック信号として使用するセンサ信号の選択を変更することなく維持すると共に、前記第１制御モードの終了時の前記第２物理量の振幅検出値を前記第２制御モードの開始時の前記第２物理量の振幅目標値として使用する、
ことを特徴とする疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項２】
前記疲労き裂進展試験が、前記材料試験機を用いて試験片に繰返荷重を印加することで試験片のき裂先端の応力拡大係数Ｋを繰返変動させつつ試験片のき裂を進展させ、その際に、き裂先端の応力拡大係数Ｋの変動幅である応力拡大係数変動幅ΔＫと、繰返荷重のサイクル数Ｎに対する試験片のき裂長さａの進展速度であるき裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）とを試験データとしてサンプリングする試験であることを特徴とする請求項１記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項３】
前記複数のセンサが、前記材料試験機から試験片に印加される荷重を検出してその検出した荷重を表す荷重センサ信号を送出する荷重センサと、試験片に発生するき裂開口変位（ＣＯＤ）を検出してその検出したＣＯＤを表すＣＯＤセンサ信号を送出するＣＯＤセンサとを含んでいることを特徴とする請求項１または２記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項４】
試験片に印加される荷重の振幅を制御対象として選択することで荷重振幅制御モードを選択し、
試験片に発生するＣＯＤの振幅を制御対象として選択することでＣＯＤ振幅制御モードを選択し、
試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを制御対象として選択することで応力拡大係数変動幅制御モードを選択する、
ことを特徴とする請求項３記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項５】
前記荷重振幅制御モード、前記ＣＯＤ振幅制御モード、及び前記応力拡大係数変動幅制御モードのいずれにおいても、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける荷重最小値と荷重最大値との比を一定の目標値に維持するように前記目標値信号の振幅及び中心値を制御することを特徴とする請求項４記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項６】
前記第１物理量が試験片に印加される荷重であり、前記第２物理量が試験片に発生するＣＯＤであり、
前記第１制御モードにおいて、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける振幅を一定の目標値に維持するように制御を行い、
前記第２制御モードにおいて、試験片に発生するＣＯＤの毎回の変動サイクルにおける振幅を一定の目標値に維持するように制御を行う、
ことを特徴とする請求項３記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項７】
試験片に印加される荷重の振幅を制御対象とする前記第１制御モードにおいて、き裂長さａが所定長さ進展するごとに試験データをサンプリングし、
試験片に発生するＣＯＤの振幅を制御対象とする前記第２制御モードにおいて、所定回数の荷重印加サイクルが経過するごとに試験データをサンプリングする、
ことを特徴とする請求項６記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項８】
前記第１物理量が試験片に印加される荷重であり、前記第２物理量が試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋであり、
前記第１制御モードにおいて、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける振幅を一定の目標値に維持するように制御を行い、
前記第２制御モードにおいて、試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの毎回の変動サイクルにおける振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを一定の目標値に維持するように制御を行うと共に、その目標値を必要に応じて段階的に変化させる、
ことを特徴とする請求項３記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項９】
試験片に印加される荷重の振幅を制御対象とする前記第１制御モードにおいて、き裂長さａが所定長さ進展するごとに試験データをサンプリングし、
試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを制御対象とする前記第２制御モードにおいて、該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を所定増分だけ増大させたときから更にき裂長さａが所定長さ進展した時点で、試験データをサンプリングし、試験データをサンプリングしたならば再び該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を前記所定増分だけ増大させる、
ことを特徴とする請求項８記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項１０】
前記第１物理量が試験片に発生するＣＯＤであり、前記第２物理量が試験片に印加される荷重であり、
前記第１制御モードにおいて、試験片に発生するＣＯＤの毎回の変動サイクルにおける振幅を一定の目標値に維持するように制御を行い、
前記第２制御モードにおいて、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける振幅を一定の目標値に維持するように制御を行う、
ことを特徴とする請求項３記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項１１】
試験片に発生するＣＯＤの振幅を制御対象とする前記第１制御モードにおいて、所定回数の荷重印加サイクルが経過するごとに試験データをサンプリングし、
試験片に印加される荷重の振幅を制御対象とする前記第２制御モードにおいて、き裂長さａが所定長さ進展するごとに試験データをサンプリングする、
ことを特徴とする請求項１０記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項１２】
前記第１物理量が試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋであり、前記第２物理量が試験片に印加される荷重であり、
前記第１制御モードにおいて、試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの毎回の変動サイクルにおける振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを一定の目標値に維持するように制御を行うと共に、その目標値を必要に応じて段階的に変化させ、
前記第２制御モードにおいて、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける振幅を一定の目標値に維持するように制御を行う、
ことを特徴とする請求項３記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項１３】
試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを制御対象とする前記第１制御モードにおいて、該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を所定増分だけ増大させたときから更にき裂長さａが所定長さ進展した時点で、試験データをサンプリングし、試験データをサンプリングしたならば再び該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を前記所定増分だけ増大させ、
試験片に印加される荷重の振幅を制御対象とする前記第２制御モードにおいて、き裂長さａが所定長さ進展するごとに試験データをサンプリングする、
ことを特徴とする請求項１２記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項１４】
前記第１物理量が試験片に発生するＣＯＤであり、前記第２物理量が試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋであり、
前記第１制御モードにおいて、試験片に発生するＣＯＤの毎回の変動サイクルにおける振幅を一定の目標値に維持するように制御を行い、
前記第２制御モードにおいて、試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの毎回の変動サイクルにおける振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを一定の目標値に維持するように制御を行うと共に、その目標値を必要に応じて段階的に変化させる、
ことを特徴とする請求項３記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項１５】
試験片に発生するＣＯＤの振幅を制御対象とする前記第１制御モードにおいて、所定回数の荷重印加サイクルが経過するごとに試験データをサンプリングし、
試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを制御対象とする前記第２制御モードにおいて、該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を所定増分だけ増大させたときから更にき裂長さａが所定長さ進展した時点で、試験データをサンプリングし、試験データをサンプリングしたならば再び該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を前記所定増分だけ増大させる、
ことを特徴とする請求項１４記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項１６】
前記第１物理量が試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋであり、前記第２物理量が試験片に発生するＣＯＤであり、
前記第１制御モードにおいて、試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの毎回の変動サイクルにおける振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを一定の目標値に維持するように制御を行うと共に、その目標値を必要に応じて段階的に変化させ、
前記第２制御モードにおいて、試験片に発生するＣＯＤの毎回の変動サイクルにおける振幅を一定の目標値に維持するように制御を行う、
ことを特徴とする請求項３記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項１７】
試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを制御対象とする前記第１制御モードにおいて、該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を所定増分だけ増大させたときから更にき裂長さａが所定長さ進展した時点で、試験データをサンプリングし、試験データをサンプリングしたならば再び該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を前記所定増分だけ増大させ、
試験片に発生するＣＯＤの振幅を制御対象とする前記第２制御モードにおいて、所定回数の荷重印加サイクルが経過するごとに試験データをサンプリングする、
ことを特徴とする請求項１６記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項１８】
前記第１制御モード及び前記第２制御モードのいずれにおいても、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける荷重最小値と荷重最大値との比を一定の目標値に維持するように前記目標値信号の振幅及び中心値を制御することを特徴とする請求項６乃至１７の何れか１項記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項１９】
前記フィードバック信号として前記荷重センサ信号を選択することを特徴とする請求項１乃至１８の何れか１項記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項２０】
（ホ）前記荷重センサ信号と前記ＣＯＤセンサ信号とに基づいて試験片に発生しているき裂長さａの現在値を求め、
（ヘ）き裂長さａの現在値と前記荷重センサ信号とに基づいて試験片のき裂先端部に発生している応力拡大係数Ｋの現在値を求め、
（ト）き裂長さａの現在値の変化からき裂亀進展速度（ｄａ／ｄＮ）を求め、
（チ）試験片に印加されている荷重、試験片に発生しているＣＯＤ、及び試験片のき裂先端部に発生している応力拡大係数Ｋの、毎回の変動サイクルにおける夫々の最大値及び最小値を検出し、
（リ）検出した最大値及び最小値から、試験片に印加されている荷重の毎回の変動サイクルにおける振幅、試験片に発生しているＣＯＤの毎回の変動サイクルにおける振幅、及び試験片のき裂先端部に発生している応力拡大係数Ｋの毎回の変動サイクルにおける振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを求め、
（ヌ）得られた荷重振幅、ＣＯＤ振幅、及び応力拡大係数変動幅ΔＫの値を、制御モードの切換時にラッチし、
（ル）ラッチした振幅ないし応力拡大係数変動幅の値を、制御モードの切換後の前記振幅目標値として使用する、
ことを特徴とする請求項３乃至１９の何れか１項記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法。
【請求項２１】
試験片に荷重を印加するためのアクチュエータ機構と試験片に関連した複数の物理量の夫々を検出するための複数のセンサとを備えた材料試験機を用いた疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置において、
（イ）振幅及び中心値が制御可能な周期信号を目標値信号として発生する目標値信号発生部と、
（ロ）前記目標値信号発生部を制御することで、前記目標値信号の振幅及び中心値を制御する、目標値信号発生部制御手段と、
（ハ）前記複数のセンサが送出する夫々のセンサ信号のうちから１つのセンサ信号をフィードバック信号として選択するフィードバック信号選択部と、
（ニ）前記フィードバック信号と前記目標値信号との差分に基づいて前記アクチュエータ機構を制御することで、前記材料試験機をフィードバック制御する、フィードバック制御手段とを備え、
（ホ）前記目標値信号発生部制御手段が、前記複数のセンサが送出する夫々のセンサ信号が表している夫々の物理量ないしはそれらセンサ信号から間接的に求められる物理量のうちから、疲労き裂進展試験において試験片に繰返荷重を印加する際にその振幅を制御対象とするところの物理量を選択して当該物理量の振幅目標値を設定するための、選択及び設定手段を含んでおり、
（ヘ）前記目標値信号発生部制御手段が、前記選択された物理量の振幅検出値と前記振幅目標値との差分に基づいて前記目標値信号の振幅を制御することで、前記選択された物理量の振幅をフィードバック制御するようにしてあり、
（ト）前記材料試験機の制御モードを、第１物理量の振幅を制御対象とする第１制御モードから第２物理量の振幅を制御対象とする第２制御モードへと切換える際に、前記目標値信号発生部制御手段が、前記第１制御モードの終了時の前記第２物理量の振幅検出値を前記第２制御モードの開始時の前記第２物理量の振幅目標値として使用するようにしてある、
ことを特徴とする疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置。
【請求項２２】
前記複数のセンサが、前記材料試験機から試験片に印加される荷重を検出してその検出した荷重を表す荷重センサ信号を送出する荷重センサと、試験片に発生するき裂開口変位（ＣＯＤ）を検出してその検出したＣＯＤを表すＣＯＤセンサ信号を送出するＣＯＤセンサとを含んでいることを特徴とする請求項２１記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置。
【請求項２３】
（チ）前記荷重センサ信号と前記ＣＯＤセンサ信号とに基づいて試験片に発生しているき裂長さａの現在値を求めるき裂長さ導出部と、
（リ）き裂長さａの現在値と前記荷重センサ信号とに基づいて試験片のき裂先端部に発生している応力拡大係数Ｋの現在値を求める応力拡大係数導出部と、
（ヌ）き裂長さａの現在値の変化からき裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）を求めるき裂進展速度導出部と、
（ル）前記応力拡大係数導出部が求めた応力拡大係数Ｋの現在値と、前記き裂進展速度導出部が求めたき裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）の値とを、試験データとしてサンプリングする、試験データサンプリング部と、
（ヲ）試験片に印加されている荷重、試験片に発生しているＣＯＤ、及び試験片のき裂先端部に発生している応力拡大係数Ｋの、毎回の変動サイクルにおける夫々の最大値及び最小値を検出する最大値／最小値検出部と、
（ワ）検出された最大値及び最小値から、試験片に印加されている荷重の毎回の変動サイクルにおける振幅、試験片に発生しているＣＯＤの毎回の変動サイクルにおける振幅、及び試験片のき裂先端部に発生している応力拡大係数Ｋの毎回の変動サイクルにおける振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを求める振幅導出部と、
（カ）得られた荷重振幅、ＣＯＤ振幅、及び応力拡大係数変動幅ΔＫの値を、制御モードの切換時にラッチすることのできる振幅ラッチ部とを更に備え、
（ヨ）前記目標値信号発生部制御手段が、前記振幅ラッチ部にラッチされた振幅ないし応力拡大係数変動幅の値を、制御モードの切換後の前記振幅目標値として使用するようにした、
ことを特徴とする請求項２２記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置。
【請求項２４】
前記制御モード選択部が、試験片に印加される荷重、試験片に発生するＣＯＤ、及び試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋのうちからいずれか１つを、その振幅を制御対象とするところの物理量として選択することで、夫々、荷重振幅制御モード、ＣＯＤ振幅制御モード、及び応力拡大係数変動幅制御モードを選択できるようにしたことを特徴とする請求項２３記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置。
【請求項２５】
前記荷重振幅制御モード、前記ＣＯＤ振幅制御モード、及び前記応力拡大係数変動幅制御モードのいずれにおいても、前記目標値信号発生部制御手段が前記目標値信号発生部を制御して前記目標値信号の振幅及び中心値を制御することで、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける荷重最小値と荷重最大値との比が一定の目標値に維持されるようにしたことを特徴とする請求項２４記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置。
【請求項２６】
前記制御モード選択部が、試験片に印加される荷重を、その振幅を制御対象とするところの物理量として選択することで、荷重振幅制御モードを選択できるようにしてあり、
前記荷重振幅制御モードにおいては、前記目標値信号発生部制御手段が前記目標値信号発生部を制御して前記目標値信号の振幅及び中心値を制御することで、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける振幅が一定の目標値に維持され、且つ、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける荷重最小値と荷重最大値との比が一定の目標値に維持されるようにした、
ことを特徴とする請求項２３記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置。
【請求項２７】
前記荷重振幅制御モードにおいては、き裂長さａが所定長さ進展するごとに、前記試験データサンプリング部が試験データをサンプリングすることを特徴とする請求項２６記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置。
【請求項２８】
前記制御モード選択部が、試験片に発生するＣＯＤを、その振幅を制御対象とするところの物理量として選択することで、ＣＯＤ振幅制御モードを選択できるようにしてあり、
前記ＣＯＤ振幅制御モードにおいては、前記目標値信号発生部制御手段が前記目標値信号発生部を制御して前記目標値信号の振幅及び中心値を制御することで、試験片に発生するＣＯＤの毎回の変動サイクルにおける振幅が一定の目標値に維持され、且つ、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける荷重最小値と荷重最大値との比が一定の目標値に維持されるようにした、
ことを特徴とする請求項２３記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置。
【請求項２９】
前記ＣＯＤ振幅制御モードにおいては、所定回数の荷重印加サイクルが経過するごとに、前記試験データサンプリング部が試験データをサンプリングすることを特徴とする請求項２８記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置。
【請求項３０】
前記制御モード選択部が、試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの振幅を、その振幅を制御対象とするところの物理量として選択することで、応力拡大係数変動幅制御モードを選択できるようにしてあり、
前記応力拡大係数変動幅制御モードにおいては、前記目標値信号発生部制御手段が前記目標値信号発生部を制御して前記目標値信号の振幅及び中心値を制御することで、試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの毎回の変動サイクルにおける振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫが一定の目標値に維持され、且つ、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける荷重最小値と荷重最大値との比が一定の目標値に維持されるようにした、
ことを特徴とする請求項２３記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置。
【請求項３１】
前記応力拡大係数変動幅制御モードにおいては、前記目標値信号発生部制御手段が該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を所定増分だけ増大させたときから更にき裂長さａが所定長さ進展した時点で、前記試験データサンプリング部が試験データをサンプリングし、更に、試験データがサンプリングされたならば、前記目標値信号発生部制御手段が再び該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を前記所定増分だけ増大させることを特徴とする請求項３０記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置。
【請求項３２】
前記フィードバック信号選択部が、前記フィードバック信号として前記荷重センサ信号を選択することを特徴とする請求項２１乃至３１の何れか１項記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置。
【請求項３３】
前記材料試験機制御装置が、ディジタル信号処理装置と、このディジタル信号処理装置に接続したコンピュータシステムとで構成されており、前記目標値信号発生部制御手段と、前記制御モード選択部とが、前記コンピュータシステムにインストールされたプログラムによって構築されていることを特徴とする請求項２１乃至３２の何れか１項記載の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法及び材料試験機制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
材料に繰返荷重が作用すると、その材料のき裂が成長して、疲労破壊に至るおそれがあることが知られている。実際に疲労破壊が発生するか否かは、繰返荷重が作用することによって、そのき裂が成長するか否かにかかっている。き裂の成長の有無を予測するには、き裂先端部の力学的環境条件を調べる必要がある。力学的環境条件を表すパラメータには様々なものがあるが、特に重要なパラメータとして、き裂先端部の応力拡大係数Ｋがある。
【０００３】
き裂を有する材料に繰返荷重が作用すると、き裂先端部の応力拡大係数Ｋも繰返して変動する。このときの応力拡大係数Ｋの変動幅を応力拡大係数変動幅ΔＫと呼んでおり、き裂が成長する速度であるき裂進展速度は、この応力拡大係数変動幅ΔＫに大きく依存している。き裂長さをａで表し、繰返荷重のサイクル数をＮで表すとき、き裂進展速度は（ｄａ／ｄＮ）で表される。
【０００４】
応力拡大係数変動幅ΔＫが大きいほど、き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）も大きくなる傾向がある。一方、応力拡大係数変動幅ΔＫがある値以下であれば、もはやき裂は成長せず、即ち、き裂進展が停留することが知られている。このときの応力拡大係数変動幅ΔＫの値を、スレショルド応力拡大係数変動幅ということがあり、これは通常、ΔＫｔｈで表される。また、応力拡大係数変動幅ΔＫがある値以上であると、き裂が急速に成長して破壊に至ることが知られている。このときの応力拡大係数変動幅ΔＫの値を、限界応力拡大係数変動幅ということがあり、通常、ΔＫｃで表される。
【０００５】
応力拡大係数変動幅ΔＫを、対数目盛を用いて横軸に取り、き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）を、同じく対数目盛を用いて縦軸に取ることで、き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）の、応力拡大係数変動幅ΔＫに対する依存性を表すグラフを作成することができる。このグラフは、応力拡大係数変動幅ΔＫが、ΔＫｔｈからΔＫｃまでの範囲内にあるときには、その曲線の傾きが略々一定になることが知られており、材料の破壊強度を評価する上で極めて有用なグラフである。
【０００６】
このグラフを作成するには、材料試験機を用いて試験片に繰返荷重を印加しつつ、試験片に実際に作用している荷重や、試験片のき裂開口変位（ＣＯＤ）を計測し、それらの計測値に基づいて、試験片のき裂長さａ、き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）、き裂先端部の応力拡大係数Ｋ、それに、応力拡大係数変動幅ΔＫの値を算出し、それら値のうちの、き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）の値と、応力拡大係数変動幅ΔＫの値とを、試験データとしてサンプリングすればよい。このような試験は、疲労き裂進展試験と呼ばれている。
【０００７】
もし、疲労き裂進展試験の途中で、き裂の進展が停留してしまい、再び進展を開始することができなければ、その時点で試験を中止しなければならず、それまでに収集したデータが無駄になる。一般的に、試験片に作用する荷重が小さすぎたためにき裂の進展が停留した場合には、より大きな荷重を印加することで、き裂の進展を再開させることができる。しかしながら、試験片に過大な荷重が作用したために、き裂先端部に大きな塑性変形が発生し、その塑性変形に伴う残留応力の影響によってき裂の進展が停留した場合には、き裂の進展を再開させることが困難である。
【０００８】
従って、疲労き裂進展試験の実行中に、試験片のき裂先端部に大きな塑性変形を発生させないように（即ち、き裂先端部を損傷させないように）、材料試験機の設定に細心の注意を払い、また、材料試験機の制御を高精度で実行する必要がある。これらに加えて更に、材料試験機が作動中にショックを発生すると、そのショックが試験片に伝達されて、き裂先端部を損傷させるおそれがあるため、ショックの発生を防止することも重要である。
【０００９】
ショックの発生に関して特に問題となるのは、疲労き裂進展試験の実行中に制御モードを変更する場合である。良好な試験結果を得るためには、試験実行中の制御モードの切換は是非とも可能にしておかねばならず、それは以下の理由による。
【００１０】
一般的に、疲労き裂進展試験では、下はスレショルド応力係数変動幅ΔＫｔｈから、上は限界応力係数変動幅ΔＫｃに至る範囲内の、様々な応力拡大係数変動幅ΔＫの値に対応した、き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）の値を求めるが、応力拡大係数変動幅ΔＫの値が小さくなり、ΔＫｔｈに近づくほど、き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）も小さくなり、応力拡大係数変動幅ΔＫの値がΔＫｔｈ以下になると、き裂進展は停留し、即ち、き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）はゼロになる。
【００１１】
更に、実際に疲労き裂進展試験を行ってその結果を得るまでは、ΔＫｔｈの正確な値は判らない。そのため、疲労き裂進展試験を行う際に、応力拡大係数変動幅ΔＫの初期値を、ΔＫｔｈの近傍の小さな値に設定し、そこから次第に変動幅ΔＫの値を大きくしながら試験を進めて行く方法を採用しようとすると、変動幅ΔＫの初期値が小さすぎることがある。その場合に、もし変動幅ΔＫの初期値がΔＫｔｈより小さかったならば、き裂は進展を開始しない。しかも、変動幅ΔＫの値がΔＫｔｈの近傍にあるときには、元々き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）が小さいため、き裂の進展が開始していないことが判明するまでに長時間を無駄に費やしてしまうことになる。
【００１２】
このことから、ΔＫｔｈの近傍領域の試験データを得るためには、応力拡大係数変動幅ΔＫの初期値をΔＫｔｈよりある程度大きな値に設定し、そこから次第に変動幅ΔＫの値を小さくしながら試験を進めて行く方法が採用されることが多い。この方法は、具体的には、試験片に繰返荷重を印加することによって発生する試験片のＣＯＤの、その毎回の変動サイクルにおける振幅及び中心値を、一定の目標値に維持するように材料試験機を制御することによって実施されている。この場合、時間の経過と共に、き裂長さａが次第に増大して行くため、試験片のＣＯＤが一定であれば、応力拡大係数変動幅ΔＫの値は次第に低下してΔＫｔｈに近付いて行き、ΔＫｔｈに至ったならば、き裂進展が停留する。
【００１３】
一方、応力拡大係数変動幅ΔＫの値が、ΔＫｔｈより十分に大きい領域では、これとは逆に、この変動幅ΔＫの値を次第に大きくしながら試験を進めて行く方法が有利である。その理由は、応力拡大係数Ｋの毎回の変動サイクルにおける最大値Ｋｍａｘがやや大きすぎたために、き裂進展が停留した場合であっても、応力拡大係数変動幅ΔＫを更に増大させることによって、き裂の進展を再開させ得る可能性が大いにあるからである。このように、応力拡大係数変動幅ΔＫの値を次第に大きくしながら試験を進めて行く方法には、大きく２通りの方式があり、その１つは、応力拡大係数変動幅ΔＫそれ自体を制御対象として、変動幅ΔＫの値の目標値を段階的に増大させつつ、試験を進めて行く方式（応力拡大係数変動幅ΔＫ制御モード）であり、もう１つは、試験片に印加する荷重を制御対象として、その毎回の変動サイクルにおける振幅及び中心値を一定の目標値に維持しつつ、試験を進めて行く方式（荷重振幅制御モード）である。荷重振幅制御モードでは、時間の経過と共に、き裂長さａが増大するため、試験片に印加する荷重は一定でも、応力拡大係数変動幅ΔＫの値は次第に増大して行く。
【００１４】
従って、応力拡大係数変動幅ΔＫの値が、ΔＫｔｈからΔＫｃまでの範囲内の比較的小さい値の領域にあるときと、比較的大きな値の領域にあるときとで、制御モードを切換えることが望ましく、また更に、収集する試験データのデータポイントの分布を良好にするために、疲労き裂進展試験の実行中に応力拡大係数変動幅ΔＫ制御モードと荷重振幅制御モードとの間で、制御モードを切換えることが望まれることもある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上に説明した様々な制御モードは夫々に異なった物理量を制御対象とするものであるため、材料試験機をフィードバック制御する制御装置のフィードバック信号を、制御対象とする物理量を表している信号に適宜切換えることで、制御モードの切換を行うことができる。しかしながら、材料試験機の運転中にフィードバック信号を切換えると、その切換時点でフィードバック信号の連続性が失われるため、材料試験機がショックを発生する。このショックが試験片に伝達されて、試験片のき裂先端部を損傷させてしまうことが、これまでにしばしばあった。また、一旦材料試験機の運転を停止して制御モードを切換えようとすると、その停止及び再起動の際に材料試験機がショックを発生するため、やはり不都合が発生する。これによってき裂進展が停留し、試験の続行が不可能になり、それまでに収集した試験データが無効となることがしばしばあり、そのことが試験の作業能率を低下させる原因となっていた。
【００１６】
本発明は上述した従来の問題点に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、疲労き裂進展試験の実行中に材料試験機を運転状態に維持したままで、その制御モードの切換を行う際に、材料試験機がショックを発生することを防止し、それによって疲労き裂進展試験の作業能率を向上させることにある。
【００１７】
また、本発明の更なる目的は、材料試験機を運転状態に維持したままで制御モードの切換を行う疲労き裂進展試験において、試験データを好適に収集することのできる材料試験機制御方法及び材料試験機制御装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、試験片に荷重を印加するためのアクチュエータ機構と試験片に関連した複数の物理量の夫々を検出するための複数のセンサとを備えた材料試験機を用いた疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法において、（イ）振幅及び中心値が制御可能な周期信号を目標値信号として発生させ、（ロ）前記複数のセンサが送出する夫々のセンサ信号のうちから１つのセンサ信号をフィードバック信号として選択し、当該フィードバック信号と前記目標値信号との差分に基づいて前記アクチュエータ機構を制御することで、前記材料試験機をフィードバック制御し、（ハ）前記複数のセンサが送出する夫々のセンサ信号が表している夫々の物理量ないしはそれらセンサ信号から間接的に求められる物理量のうちから、疲労き裂進展試験において試験片に繰返荷重を印加する際にその振幅を制御対象とするところの物理量を選択して当該物理量の振幅目標値を設定し、当該物理量の振幅検出値と前記振幅目標値との差分に基づいて前記目標値信号の振幅を制御することで、当該物理量の振幅をフィードバック制御し、（ニ）疲労き裂進展試験の実行中に前記材料試験機を運転状態に維持したままで、前記材料試験機の制御モードを、第１物理量の振幅を制御対象とする第１制御モードから第２物理量の振幅を制御対象とする第２制御モードへと切換える際に、前記フィードバック信号として使用するセンサ信号の選択を変更することなく維持すると共に、前記第１制御モードの終了時の前記第２物理量の振幅検出値を前記第２制御モードの開始時の前記第２物理量の振幅目標値として使用することを特徴としている。
【００１９】
また、請求項２に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、前記疲労き裂進展試験が、前記材料試験機を用いて試験片に繰返荷重を印加することで試験片のき裂先端の応力拡大係数Ｋを繰返変動させつつ試験片のき裂を進展させ、その際に、き裂先端の応力拡大係数Ｋの変動幅である応力拡大係数変動幅ΔＫと、繰返荷重のサイクル数Ｎに対する試験片のき裂長さａの進展速度であるき裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）とを試験データとしてサンプリングする試験であることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項３に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、前記複数のセンサが、前記材料試験機から試験片に印加される荷重を検出してその検出した荷重を表す荷重センサ信号を送出する荷重センサと、試験片に発生するき裂開口変位（ＣＯＤ）を検出してその検出したＣＯＤを表すＣＯＤセンサ信号を送出するＣＯＤセンサとを含んでいることを特徴としている。
【００２１】
また、請求項４に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、試験片に印加される荷重の振幅を制御対象として選択することで荷重振幅制御モードを選択し、試験片に発生するＣＯＤの振幅を制御対象として選択することでＣＯＤ振幅制御モードを選択し、試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを制御対象として選択することで応力拡大係数変動幅制御モードを選択することを特徴としている。
【００２２】
また、請求項５に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、前記荷重振幅制御モード、前記ＣＯＤ振幅制御モード、及び前記応力拡大係数変動幅制御モードのいずれにおいても、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける荷重最小値と荷重最大値との比を一定の目標値に維持するように前記目標値信号の振幅及び中心値を制御することを特徴としている。
【００２３】
また、請求項６に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、前記第１物理量が試験片に印加される荷重であり、前記第２物理量が試験片に発生するＣＯＤであり、前記第１制御モードにおいて、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける振幅を一定の目標値に維持するように制御を行い、前記第２制御モードにおいて、試験片に発生するＣＯＤの毎回の変動サイクルにおける振幅を一定の目標値に維持するように制御を行うことを特徴としている。
【００２４】
また、請求項７に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、請求項６に記載した方法に関して、試験片に印加される荷重の振幅を制御対象とする前記第１制御モードにおいて、き裂長さａが所定長さ進展するごとに試験データをサンプリングし、試験片に発生するＣＯＤの振幅を制御対象とする前記第２制御モードにおいて、所定回数の荷重印加サイクルが経過するごとに試験データをサンプリングすることを特徴としている。
【００２５】
また、請求項８に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、前記第１物理量が試験片に印加される荷重であり、前記第２物理量が試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋであり、前記第１制御モードにおいて、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける振幅を一定の目標値に維持するように制御を行い、前記第２制御モードにおいて、試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの毎回の変動サイクルにおける振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを一定の目標値に維持するように制御を行うと共に、その目標値を必要に応じて段階的に変化させることを特徴としている。
【００２６】
また、請求項９に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、請求項８に記載した方法に関して、試験片に印加される荷重の振幅を制御対象とする前記第１制御モードにおいて、き裂長さａが所定長さ進展するごとに試験データをサンプリングし、試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを制御対象とする前記第２制御モードにおいて、該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を所定増分だけ増大させたときから更にき裂長さａが所定長さ進展した時点で、試験データをサンプリングし、試験データをサンプリングしたならば再び該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を前記所定増分だけ増大させることを特徴としている。
【００２７】
また、請求項１０に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、前記第１物理量が試験片に発生するＣＯＤであり、前記第２物理量が試験片に印加される荷重であり、前記第１制御モードにおいて、試験片に発生するＣＯＤの毎回の変動サイクルにおける振幅を一定の目標値に維持するように制御を行い、前記第２制御モードにおいて、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける振幅を一定の目標値に維持するように制御を行うことを特徴としている。
【００２８】
また、請求項１１に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、請求項１０に記載した方法に関して、試験片に発生するＣＯＤの振幅を制御対象とする前記第１制御モードにおいて、所定回数の荷重印加サイクルが経過するごとに試験データをサンプリングし、試験片に印加される荷重の振幅を制御対象とする前記第２制御モードにおいて、き裂長さａが所定長さ進展するごとに試験データをサンプリングすることを特徴としている。
【００２９】
また、請求項１２に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、前記第１物理量が試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋであり、前記第２物理量が試験片に印加される荷重であり、前記第１制御モードにおいて、試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの毎回の変動サイクルにおける振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを一定の目標値に維持するように制御を行うと共に、その目標値を必要に応じて段階的に変化させ、前記第２制御モードにおいて、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける振幅を一定の目標値に維持するように制御を行うことを特徴としている。
【００３０】
また、請求項１３に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、請求項１２に記載した方法に関して、試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを制御対象とする前記第１制御モードにおいて、該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を所定増分だけ増大させたときから更にき裂長さａが所定長さ進展した時点で、試験データをサンプリングし、試験データをサンプリングしたならば再び該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を前記所定増分だけ増大させ、試験片に印加される荷重の振幅を制御対象とする前記第２制御モードにおいて、き裂長さａが所定長さ進展するごとに試験データをサンプリングすることを特徴としている。
【００３１】
また、請求項１４に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、前記第１物理量が試験片に発生するＣＯＤであり、前記第２物理量が試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋであり、前記第１制御モードにおいて、試験片に発生するＣＯＤの毎回の変動サイクルにおける振幅を一定の目標値に維持するように制御を行い、前記第２制御モードにおいて、試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの毎回の変動サイクルにおける振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを一定の目標値に維持するように制御を行うと共に、その目標値を必要に応じて段階的に変化させることを特徴としている。
【００３２】
また、請求項１５に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、請求項１４に記載した方法に関して、試験片に発生するＣＯＤの振幅を制御対象とする前記第１制御モードにおいて、所定回数の荷重印加サイクルが経過するごとに試験データをサンプリングし、試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを制御対象とする前記第２制御モードにおいて、該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を所定増分だけ増大させたときから更にき裂長さａが所定長さ進展した時点で、試験データをサンプリングし、試験データをサンプリングしたならば再び該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を前記所定増分だけ増大させることを特徴としている。
【００３３】
また、請求項１６に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、前記第１物理量が試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋであり、前記第２物理量が試験片に発生するＣＯＤであり、前記第１制御モードにおいて、試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの毎回の変動サイクルにおける振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを一定の目標値に維持するように制御を行うと共に、その目標値を必要に応じて段階的に変化させ、前記第２制御モードにおいて、試験片に発生するＣＯＤの毎回の変動サイクルにおける振幅を一定の目標値に維持するように制御を行うことを特徴としている。
【００３４】
また、請求項１７に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、請求項１６に記載した方法に関して、試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを制御対象とする前記第１制御モードにおいて、該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を所定増分だけ増大させたときから更にき裂長さａが所定長さ進展した時点で、試験データをサンプリングし、試験データをサンプリングしたならば再び該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を前記所定増分だけ増大させ、試験片に発生するＣＯＤの振幅を制御対象とする前記第２制御モードにおいて、所定回数の荷重印加サイクルが経過するごとに試験データをサンプリングすることを特徴としている。
【００３５】
また、請求項１８に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、前記第１制御モード及び前記第２制御モードのいずれにおいても、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける荷重最小値と荷重最大値との比を一定の目標値に維持するように前記目標値信号の振幅及び中心値を制御することを特徴としている。
【００３６】
また、請求項１９に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、前記フィードバック信号として前記荷重センサ信号を選択することを特徴としている。
【００３７】
また、請求項２０に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法は、（ホ）前記荷重センサ信号と前記ＣＯＤセンサ信号とに基づいて試験片に発生しているき裂長さａの現在値を求め、（ヘ）き裂長さａの現在値と前記荷重センサ信号とに基づいて試験片のき裂先端部に発生している応力拡大係数Ｋの現在値を求め、（ト）き裂長さａの現在値の変化からき裂亀進展速度（ｄａ／ｄＮ）を求め、（チ）試験片に印加されている荷重、試験片に発生しているＣＯＤ、及び試験片のき裂先端部に発生している応力拡大係数Ｋの、毎回の変動サイクルにおける夫々の最大値及び最小値を検出し、（リ）検出した最大値及び最小値から、試験片に印加されている荷重の毎回の変動サイクルにおける振幅、試験片に発生しているＣＯＤの毎回の変動サイクルにおける振幅、及び試験片のき裂先端部に発生している応力拡大係数Ｋの毎回の変動サイクルにおける振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを求め、（ヌ）得られた荷重振幅、ＣＯＤ振幅、及び応力拡大係数変動幅ΔＫの値を、制御モードの切換時にラッチし、（ル）ラッチした振幅ないし応力拡大係数変動幅の値を、制御モードの切換後の前記振幅目標値として使用することを特徴としている。
【００３８】
また、請求項２１に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置は、試験片に荷重を印加するためのアクチュエータ機構と試験片に関連した複数の物理量の夫々を検出するための複数のセンサとを備えた材料試験機を用いた疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置において、（イ）振幅及び中心値が制御可能な周期信号を目標値信号として発生する目標値信号発生部と、（ロ）前記目標値信号発生部を制御することで、前記目標値信号の振幅及び中心値を制御する、目標値信号発生部制御手段と、（ハ）前記複数のセンサが送出する夫々のセンサ信号のうちから１つのセンサ信号をフィードバック信号として選択するフィードバック信号選択部と、（ニ）前記フィードバック信号と前記目標値信号との差分に基づいて前記アクチュエータ機構を制御することで、前記材料試験機をフィードバック制御する、フィードバック制御手段とを備え、（ホ）前記目標値信号発生部制御手段が、前記複数のセンサが送出する夫々のセンサ信号が表している夫々の物理量ないしはそれらセンサ信号から間接的に求められる物理量のうちから、疲労き裂進展試験において試験片に繰返荷重を印加する際にその振幅を制御対象とするところの物理量を選択して当該物理量の振幅目標値を設定するための、選択及び設定手段を含んでおり、（ヘ）前記目標値信号発生部制御手段が、前記選択された物理量の振幅検出値と前記振幅目標値との差分に基づいて前記目標値信号の振幅を制御することで、前記選択された物理量の振幅をフィードバック制御するようにしてあり、（ト）前記材料試験機の制御モードを、第１物理量の振幅を制御対象とする第１制御モードから第２物理量の振幅を制御対象とする第２制御モードへと切換える際に、前記目標値信号発生部制御手段が、前記第１制御モードの終了時の前記第２物理量の振幅検出値を前記第２制御モードの開始時の前記第２物理量の振幅目標値として使用するようにしてあることを特徴としている。
【００３９】
また、請求項２２に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置は、前記複数のセンサが、前記材料試験機から試験片に印加される荷重を検出してその検出した荷重を表す荷重センサ信号を送出する荷重センサと、試験片に発生するき裂開口変位（ＣＯＤ）を検出してその検出したＣＯＤを表すＣＯＤセンサ信号を送出するＣＯＤセンサとを含んでいることを特徴としている。
【００４０】
また、請求項２３に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置は、（チ）前記荷重センサ信号と前記ＣＯＤセンサ信号とに基づいて試験片に発生しているき裂長さａの現在値を求めるき裂長さ導出部と、（リ）き裂長さａの現在値と前記荷重センサ信号とに基づいて試験片のき裂先端部に発生している応力拡大係数Ｋの現在値を求める応力拡大係数導出部と、（ヌ）き裂長さａの現在値の変化からき裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）を求めるき裂進展速度導出部と、（ル）前記応力拡大係数導出部が求めた応力拡大係数Ｋの現在値と、前記き裂進展速度導出部が求めたき裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）の値とを、試験データとしてサンプリングする、試験データサンプリング部と、（ヲ）試験片に印加されている荷重、試験片に発生しているＣＯＤ、及び試験片のき裂先端部に発生している応力拡大係数Ｋの、毎回の変動サイクルにおける夫々の最大値及び最小値を検出する最大値／最小値検出部と、（ワ）検出された最大値及び最小値から、試験片に印加されている荷重の毎回の変動サイクルにおける振幅、試験片に発生しているＣＯＤの毎回の変動サイクルにおける振幅、及び試験片のき裂先端部に発生している応力拡大係数Ｋの毎回の変動サイクルにおける振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを求める振幅導出部と、（カ）得られた荷重振幅、ＣＯＤ振幅、及び応力拡大係数変動幅ΔＫの値を、制御モードの切換時にラッチすることのできる振幅ラッチ部とを更に備え、（ヨ）前記目標値信号発生部制御手段が、前記振幅ラッチ部にラッチされた振幅ないし応力拡大係数変動幅の値を、制御モードの切換後の前記振幅目標値として使用するようにしたことを特徴としている。
【００４１】
また、請求項２４に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置は、前記制御モード選択部が、試験片に印加される荷重、試験片に発生するＣＯＤ、及び試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋのうちからいずれか１つを、その振幅を制御対象とするところの物理量として選択することで、夫々、荷重振幅制御モード、ＣＯＤ振幅制御モード、及び応力拡大係数変動幅制御モードを選択できるようにしたことを特徴としている。
【００４２】
また、請求項２５に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置は、前記荷重振幅制御モード、前記ＣＯＤ振幅制御モード、及び前記応力拡大係数変動幅制御モードのいずれにおいても、前記目標値信号発生部制御手段が前記目標値信号発生部を制御して前記目標値信号の振幅及び中心値を制御することで、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける荷重最小値と荷重最大値との比が一定の目標値に維持されるようにしたことを特徴としている。
【００４３】
また、請求項２６に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置は、前記制御モード選択部が、試験片に印加される荷重を、その振幅を制御対象とするところの物理量として選択することで、荷重振幅制御モードを選択できるようにしてあり、前記荷重振幅制御モードにおいては、前記目標値信号発生部制御手段が前記目標値信号発生部を制御して前記目標値信号の振幅及び中心値を制御することで、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける振幅が一定の目標値に維持され、且つ、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける荷重最小値と荷重最大値との比が一定の目標値に維持されるようにしたことを特徴としている。
【００４４】
また、請求項２７に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置は、前記荷重振幅制御モードにおいては、き裂長さａが所定長さ進展するごとに、前記試験データサンプリング部が試験データをサンプリングすることを特徴としている。
【００４５】
また、請求項２８に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置は、前記制御モード選択部が、試験片に発生するＣＯＤを、その振幅を制御対象とするところの物理量として選択することで、ＣＯＤ振幅制御モードを選択できるようにしてあり、前記ＣＯＤ振幅制御モードにおいては、前記目標値信号発生部制御手段が前記目標値信号発生部を制御して前記目標値信号の振幅及び中心値を制御することで、試験片に発生するＣＯＤの毎回の変動サイクルにおける振幅が一定の目標値に維持され、且つ、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける荷重最小値と荷重最大値との比が一定の目標値に維持されるようにしたことを特徴としている。
【００４６】
また、請求項２９に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置は、前記ＣＯＤ振幅制御モードにおいては、所定回数の荷重印加サイクルが経過するごとに、前記試験データサンプリング部が試験データをサンプリングすることを特徴としている。
【００４７】
また、請求項３０に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置は、前記制御モード選択部が、試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの振幅を、その振幅を制御対象とするところの物理量として選択することで、応力拡大係数変動幅制御モードを選択できるようにしてあり、前記応力拡大係数変動幅制御モードにおいては、前記目標値信号発生部制御手段が前記目標値信号発生部を制御して前記目標値信号の振幅及び中心値を制御することで、試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの毎回の変動サイクルにおける振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫが一定の目標値に維持され、且つ、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける荷重最小値と荷重最大値との比が一定の目標値に維持されるようにしたことを特徴としている。
【００４８】
また、請求項３１に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置は、前記応力拡大係数変動幅制御モードにおいては、前記目標値信号発生部制御手段が該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を所定増分だけ増大させたときから更にき裂長さａが所定長さ進展した時点で、前記試験データサンプリング部が試験データをサンプリングし、更に、試験データがサンプリングされたならば、前記目標値信号発生部制御手段が再び該応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を前記所定増分だけ増大させることを特徴としている。
【００４９】
また、請求項３２に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置は、前記フィードバック信号選択部が、前記フィードバック信号として前記荷重センサ信号を選択することを特徴としている。
【００５０】
また、請求項３３に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置は、前記材料試験機制御装置が、ディジタル信号処理装置と、このディジタル信号処理装置に接続したコンピュータシステムとで構成されており、前記目標値信号発生部制御手段と、前記制御モード選択部とが、前記コンピュータシステムにインストールされたプログラムによって構築されていることを特徴としている。
【００５１】
請求項１に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法によれば、疲労き裂進展試験の実行中に材料試験機を運転状態に維持したままでその制御モードを切換える際に、材料試験機のアクチュエータ機構をフィードバック制御するためのフィードバック信号及び目標値信号のうち、フィードバック信号は切換えることなくそのまま維持し、目標値信号の方を切換えるようにしている。従って、フィードバック信号は、完全な連続性を維持することができる。更に、制御モード切換直前に検出した、制御モード切換後に制御対象とする物理量の振幅検出値を、制御モード切換後に当該物理量の振幅目標値として使用して、目標値信号の振幅をフィードバック制御するようにしたため、目標値信号もまた、完全な連続性を維持することができる。このように、制御モードの切換に際してフィードバック信号と目標値信号とが共に完全な連続性を維持することから、材料試験機がショックを発生するおそれが完全に払拭されている。
【００５２】
請求項２は、疲労き裂進展試験の特定の方式を記載したものであり、ここに記載した方式の疲労き裂進展試験は、本発明を適用することによって特に優れた効果が得られる。
【００５３】
請求項３は、材料試験機に装備する複数のセンサの特定の構成を記載したものであり、ここに記載した構成の複数のセンサを備えた材料試験機は、本発明の材料試験機制御方法を用いて制御するのに特に適している。
【００５４】
請求項４は、荷重振幅制御モード、ＣＯＤ振幅制御モード、及び応力拡大係数変動幅ΔＫ制御モードの、３通りの制御モードを利用し得る本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法を記載したものであり、これら３通りの制御モードを利用し得る材料試験機制御方法は、様々な試験条件の疲労き裂進展試験に好適に対応することが可能である。
【００５５】
請求項５に記載した、荷重の毎回の変動サイクルにおける荷重最小値と荷重最大値との比を一定の目標値に維持する材料試験機制御方法は、コンパクト試験片を使用して繰返引張荷重を印加する疲労き裂進展試験に適した方法である。
【００５６】
請求項６は、本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法において、荷重振幅制御モードからＣＯＤ振幅制御モードへの切換が可能であることを明示したものであり、この制御モード切換は、多くの疲労き裂進展試験において有用なものである。
【００５７】
請求項７に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法によれば、請求項６に記載した方法に関して、サンプリングした試験データのデータポイントを良好に分布させることが可能である。
【００５８】
請求項８は、本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法において、荷重振幅制御モードから応力拡大係数変動幅制御モードへの切換が可能であることを明示したものであり、この制御モード切換は、多くの疲労き裂進展試験において有用なものである。
【００５９】
請求項９に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法によれば、請求項８に記載した方法に関して、サンプリングした試験データのデータポイントを良好に分布させることが可能である。
【００６０】
請求項１０は、本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法において、ＣＯＤ振幅制御モードから荷重振幅制御モードへの切換が可能であることを明示したものであり、この制御モード切換は、多くの疲労き裂進展試験において有用なものである。
【００６１】
請求項１１に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法によれば、請求項１０に記載した方法に関して、サンプリングした試験データのデータポイントを良好に分布させることが可能である。
【００６２】
請求項１２は、本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法において、応力拡大係数変動幅制御モードから荷重振幅制御モードへの切換が可能であることを明示したものであり、この制御モード切換は、多くの疲労き裂進展試験において有用なものである。
【００６３】
請求項１３に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法によれば、請求項１２に記載した方法に関して、サンプリングした試験データのデータポイントを良好に分布させることが可能である。
【００６４】
請求項１４は、本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法において、ＣＯＤ振幅制御モードから応力拡大係数変動幅制御モードへの切換が可能であることを明示したものであり、この制御モード切換は、多くの疲労き裂進展試験において有用なものである。
【００６５】
請求項１５に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法によれば、請求項１４に記載した方法に関して、サンプリングした試験データのデータポイントを良好に分布させることが可能である。
【００６６】
請求項１６は、本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法において、応力拡大係数変動幅制御モードからＣＯＤ振幅制御モードへの切換が可能であることを明示したものであり、この制御モード切換は、多くの疲労き裂進展試験において有用なものである。
【００６７】
請求項１７に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法によれば、請求項１６に記載した方法に関して、サンプリングした試験データのデータポイントを良好に分布させることが可能である。
【００６８】
請求項１８に記載した、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける荷重最小値と荷重最大値との比を一定の目標値に維持する材料試験機制御方法は、コンパクト試験片を使用して繰返引張荷重を印加する疲労き裂進展試験に適した制御方法である。
【００６９】
請求項１９に記載したように、材料試験機のアクチュエータ機構をフィードバック制御するためのフィードバック信号として、荷重センサ信号を使用するならば、その他のセンサ信号を使用した場合と比べて、より滑らかな材料試験機制御動作が可能となる。
【００７０】
請求項２０は、本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法の更なる詳細を記載したものであり、ここに記載した材料試験機制御方法によれば、疲労き裂進展試験を更に高い作業能率をもって実施することが可能である。
【００７１】
請求項２１に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置を使用することで、請求項１に記載した材料試験機制御方法を好適に実施することができる。従って、疲労き裂進展試験の実行中に材料試験機を運転状態に維持したままでその制御モードを切換える際に、材料試験機のアクチュエータ機構をフィードバック制御するためのフィードバック信号及び目標値信号のうち、フィードバック信号は切換えることなくそのまま維持し、目標値信号の方を切換えることができる。これによって、フィードバック信号の、完全な連続性を維持することができる。更に、制御モード切換直前に検出した、制御モード切換後に制御対象とする物理量の振幅検出値を、制御モード切換後に当該物理量の振幅目標値として使用して、目標値信号の振幅をフィードバック制御することができるため、目標値信号についても、完全な連続性を維持することができる。このように、制御モードの切換に際してフィードバック信号と目標値信号とが共に完全な連続性を維持するようにできることから、材料試験機がショックを発生するおそれを完全に払拭することができる。
【００７２】
請求項２２は、材料試験機に装備する複数のセンサの特定の構成を記載したものであり、ここに記載した構成の複数のセンサを備えた材料試験機は、本発明の材料試験機制御装置を用いて制御するのに特に適している。
【００７３】
請求項２３は、本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置の更なる詳細を記載したものであり、ここに記載した材料試験機制御装置を用いれば、疲労き裂進展試験を更に高い作業能率をもって実施することが可能である。
【００７４】
請求項２４は、荷重振幅制御モード、ＣＯＤ振幅制御モード、及び応力拡大係数変動幅ΔＫ制御モードの、３通りの制御モードを利用し得る本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置を記載したものであり、これら３通りの制御モードを利用し得る材料試験機制御装置は、様々な試験条件の疲労き裂進展試験に好適に対応することが可能である。
【００７５】
請求項２５に記載した、試験片に印加される荷重の毎回の変動サイクルにおける荷重最小値と荷重最大値との比を一定の目標値に維持するように制御を行える材料試験機制御装置は、コンパクト試験片を使用して繰返引張荷重を印加する疲労き裂進展試験に適した制御装置である。
【００７６】
請求項２６は、本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置において荷重振幅制御モードが利用可能であることを明示したものであり、この制御モードは、多くの疲労き裂進展試験において有用なものである。
【００７７】
請求項２７に記載した本発明のき裂進展試験のための材料試験機制御装置によれば、請求項２６に記載した荷重振幅制御モードの実行時に、サンプリングした試験データのデータポイントを良好に分布させることが可能である。
【００７８】
請求項２８は、本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置においてＣＯＤ振幅制御モードが利用可能であることを明示したものであり、この制御モードは、多くの疲労き裂進展試験において有用なものである。
【００７９】
請求項２９に記載した本発明のき裂進展試験のための材料試験機制御装置によれば、請求項２８に記載したＣＯＤ振幅制御モードの実行時に、サンプリングした試験データのデータポイントを良好に分布させることが可能である。
【００８０】
請求項３０は、本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置において応力拡大係数変動幅制御モードが利用可能であることを明示したものであり、この制御モードは、多くの疲労き裂進展試験において有用なものである。
【００８１】
請求項３１に記載した本発明のき裂進展試験のための材料試験機制御装置によれば、請求項３０に記載した荷重振幅制御モードの実行時に、サンプリングした試験データのデータポイントを良好に分布させることが可能である。
【００８２】
請求項３２に記載したように、材料試験機のアクチュエータ機構をフィードバック制御するためのフィードバック信号として、荷重センサ信号を使用するならば、その他のセンサ信号を使用した場合と比べて、より滑らかな材料試験機制御動作が可能となる。
【００８３】
請求項３３に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置によれば、制御モードの追加ないし変更を、ホストコンピュータにインストールするプログラムの書き換えだけで容易に実施することが可能である。
【００８４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明して行く。図１は本発明の好適な実施の形態にかかる制御装置を接続した材料試験機の具体例を示した模式図、図２は図１には１個のブロックで示した制御装置を更に詳細に示したブロック図、図３は図２の制御装置のホストコンピュータが実行する機能を説明するための機能ブロック図である。
【００８５】
図１において、材料試験機１０には試験片ＴＰが装着されており、図示した試験片ＴＰは、いわゆるコンパクト試験片である。この材料試験機１０を運転して試験片ＴＰに繰返荷重を印加することで、疲労き裂進展試験を実行することができる。また、材料試験機１０には制御装置３０が接続されており、この制御装置３０には、後に詳述するように、疲労き裂進展試験を実行するためのプログラムがインストールされている。
【００８６】
材料試験機１０は、フレーム１２と、このフレーム１２に取付けられた油圧アクチュエータ機構１４とを備えている。材料試験機１０は更に、上下方向に移動可能にフレーム１２に支持された上側取付部材１６及び下側取付部材１８を備えており、これら取付部材１６、１８に、夫々、試験片ＴＰの上部と下部とが連結される。
【００８７】
上側取付部材１６は、試験開始前に上下方向に位置決めされて固定され、試験実行中は固定状態で保持されている。一方、下側取付部材１８は、試験実行中は油圧アクチュエータ機構１４によって上下方向に駆動される。制御装置３０は、この油圧アクチュエータ機構１４を制御することで、試験片ＴＰに所望の荷重や変位を印加することができる。
【００８８】
上側取付部材１６は、荷重検出センサであるロードセル２０を介してフレーム１２に固定できるようにしてある。ロードセル２０は、材料試験機１０から試験片ＴＰに印加される荷重を検出してその検出した荷重を表す荷重センサ信号を送出する。この荷重センサ信号は制御装置３０へ供給されている。
【００８９】
下側取付部材１８には変位センサ２２が付設されている。変位センサ２２は、下側取付部材１８の（従って、油圧アクチュエータ機構１４のピストンの）上下方向の変位を検出してその検出した変位を表す変位センサ信号を送出する。この変位センサ信号は制御装置３０へ供給されている。
【００９０】
疲労き裂進展試験を実行する際には、２本の計測アームを有するき裂開口変位センサ（ＣＯＤセンサ）２４を、試験片ＴＰの開口部に装着する。ＣＯＤセンサ２４は、試験片のき裂開口変位（ＣＯＤ）を検出してその検出したＣＯＤを表すＣＯＤセンサ信号を送出する。このＣＯＤセンサ信号は制御装置３０へ供給されている。ＣＯＤセンサ２４は、材料試験機１０の本体とは別体に形成されたデバイスであるが、機能的には材料試験機１０一部を構成するものである。
【００９１】
油圧アクチュエータ機構１４はサーボ弁２６を備えており、このサーボ弁２６は不図示の油圧回路に接続されている。制御装置３０がサーボ弁２６へ供給する電気信号のアクチュエータ制御信号によって、このサーボ弁２６の動作が制御され、そして、このサーボ弁２６の動作方向及び開度に従って、油圧アクチュエータ機構１４が駆動される。
【００９２】
図２は制御装置３０の構成を詳細に示したブロック図である。制御装置３０はディジタル信号処理装置（ＤＳＰ）３２と、このＤＳＰ３２に接続したホストコンピュータ３４とで構成されている。ＤＳＰ３２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、それにシフトレジスタや積和演算器等を組合せた一般的な構成のものである。ただし、本発明にとっては、ＤＳＰ３２の具体的な構成よりもその機能の方が重要であるため、図２には、ＤＳＰ３２の全体機能を、幾つかの機能要素を組合せたブロック図の形で示した。それら機能要素で示された個々の機能を実現するために、ハードウェアを具体的にどのように構成し、またプログラムを具体的にどのように作成すればよいかは、当業者には自明のことであるため、それらについての説明は省略する。
【００９３】
制御装置３０は、材料試験機１０をフィードバック制御するように構成されている。フィードバック信号としては、荷重センサ信号、ＣＯＤセンサ信号、変位センサ信号のうちの１つを選択して使用することができる構成となっているが、ただし、ここに説明する本発明の好適な実施の形態にかかる疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法においては、荷重センサ信号だけをフィードバック信号として使用し、他の２つの信号はフィードバック信号として使用しない。原理的には、ＣＯＤセンサ信号や、変位センサ信号をフィードバック信号として使用することが不可能ではないが、荷重センサ信号を使用することによって、最も容易に滑らかな制御動作を達成することができる。
【００９４】
ＤＳＰ３２は、荷重センサ信号、ＣＯＤセンサ信号、それに変位センサ信号の夫々をアナログ電気信号からディジタル電気信号へ変換するためのＡ／Ｄコンバータ３６ａ、３６ｂ、３６ｃを備えている。以下の説明では、ディジタル化した荷重センサ信号を「ＬＯＡＤ信号」、ディジタル化したＣＯＤセンサ信号を「ＣＯＤ信号」、そして、ディジタル化した変位センサ信号を「ＤＩＳＰ信号」と呼ぶことにする。
【００９５】
ＬＯＡＤ信号、ＣＯＤ信号、及びＤＩＳＰ信号は、セレクタ（Ｓ／Ｌ）３８に入力しており、このセレクタ３８において、それら信号のうちの１つがフィードバック信号ＦＢとして選択される。本発明の実施の形態にかかる疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法では、疲労き裂進展試験が開始してから終了するまで、常に、ＬＯＡＤ信号をフィードバック信号ＦＢとして選択しており、制御モードの切換に際しても、その選択を変更することはない。
【００９６】
この点に関して、従来の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法では、制御モードの切換に際してフィードバック信号の選択を切換えていたため、材料試験機がショックを発生して、試験の中止を余儀なくされることが多々あった。本発明によれば、試験中のフィードバック信号の切換そのものを排除したため、かかる事態に陥るおそれが完全に払拭されている。
【００９７】
尚、制御モードの切換に際して、フィードバック信号ＦＢの切換を行わないことは、本発明の重要な局面であるが、そのフィードバック信号ＦＢを、ＬＯＡＤ信号以外の、その他のセンサ信号とすることも不可能ではない。ただし、様々なセンサ信号のうちでも、荷重センサ信号（ＬＯＡＤ信号）は、その他のセンサ信号と比べて安定性に優れているため、ＬＯＡＤ信号をフィードバック信号ＦＢとして使用するのが好ましいことが多い。
【００９８】
ＤＳＰ３２は更に、目標値信号発生部４０と、比較部４２と、アクチュエータ制御信号発生部４４と、Ｄ／Ａコンバータ４６とを備えており、これらは材料試験機１０をフィードバック制御するための、フィードバックループの一部を構成している。目標値信号発生部４０が発生する目標値信号ＤＳが、比較部４２において、フィードバック信号ＦＢと比較され、両者の差分が誤差信号ＥＲとして発生される。この誤差信号ＥＲに基づいて、アクチュエータ制御信号が生成され、それによってフィードバック制御が行われる。
【００９９】
目標値信号発生部４０は、振幅及び中心値が制御可能な周期信号を目標値信号ＤＳとして発生し得るように構成されている。目標値信号ＤＳの振幅及び中心値は、ホストコンピュータ３４にインストールされているプログラムに従ってホストコンピュータ３４から目標値信号発生部４０へ供給される制御信号によって、制御されるようにしてある。目標値信号ＤＳは、例えば、正弦波信号、三角波信号、ないしはそれらに類似した形状の周期信号として発生される、ディジタル信号である。この周期信号の形状も、ホストコンピュータ３４から供給される制御信号によって設定される。
【０１００】
比較部４２は、いずれもディジタル信号であるフィードバック信号ＦＢと目標値信号ＤＳとの差分を算出し、その算出した差分を誤差信号ＥＲとして出力するものである。この比較部４２は、反転器と加算器とを組合せてハードウェアで構成することもでき、また、ＤＳＰ３２のＣＰＵに必要な演算処理を行わせることでソフトウェアによって実現することもできる。
【０１０１】
アクチュエータ制御信号発生部４４は、誤差信号ＥＲに基づいて、材料試験機１０をフィードバック制御するためのアクチュエータ制御信号ＣＳを、ディジタル信号として発生させるものである。このフィードバック制御を、比例制御として実行する場合には、誤差信号ＥＲに適当なゲインを乗じた値を、アクチュエータ制御信号ＣＳとして出力する構成とすればよい。また、このフィードバック制御を、比例・積分・微分制御（ＰＩＤ制御）として実行する場合には、誤差信号ＥＲに適当なゲインを乗じた値に更に、誤差信号ＥＲの変化率に適当な係数を乗じた値や、誤差信号ＥＲのそれまでの累積値に適当な係数を乗じた値を加算した合計値を、アクチュエータ制御信号ＣＳとして出力する構成とすればよい。これらの制御方式は、ホストコンピュータ３４から設定することができ、材料試験機１０の特性に応じて設定される。
【０１０２】
Ａ／Ｄコンバータ４６は、以上のようにして発生されたディジタル信号のアクチュエータ制御信号ＣＳを、サーボ弁２６のソレノイドを制御するためのアナログ制御信号に変換するためのものである。以上に説明した構成要素によって、材料試験機１０をフィードバック制御するための、フィードバック制御手段が構成されている。
【０１０３】
目標値信号算出部４０は、参照番号７０、７２、７４、７６、７８、及び８０を付した６個の機能要素で構成されている。ただし、それら機能要素について説明する前に、図２及び図３を参照して、ホストコンピュータ３４の機能について先に説明する。
【０１０４】
ホストコンピュータ３４は、図２に示すように、ＤＳＰ３２から、ＤＩＳＰ信号、ＣＯＤ信号、及びＬＯＡＤ信号を受取っており、それら信号に基づいて、試験片ＴＰのき裂長さａ、き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）、き裂先端部に発生している応力拡大係数Ｋ、それに応力拡大係数変動幅ΔＫをはじめとする、様々な値を算出する。
【０１０５】
更に、ホストコンピュータ３４は、疲労き裂進展試験の実行中には互いに同じ周期をもって変動している応力拡大係数Ｋ、ＤＩＳＰ信号、ＣＯＤ信号、及びＬＯＡＤ信号の、夫々の値の、毎回の変動サイクルにおける最大値及び最小値を検出している。ホストコンピュータ３４は、それら最大値及び最小値から、応力拡大係数Ｋの振幅（即ち、変動幅ΔＫ）、荷重の振幅、ＣＯＤの振幅、荷重の最小値と最大値との比を求め、それらの値に基づいて、ＤＳＰ３２を制御するための様々な制御信号を発生する。
【０１０６】
更に、ホストコンピュータ３４は、疲労き裂進展試験において収集すべき様々な試験データをサンプリングする機能も果たしている。ただし、以上に列挙したホストコンピュータ３４の機能のうちには、ＤＳＰ３２に担当させることができる機能も含まれており、以上の機能の全てをホストコンピュータ３４が担うことが、必ずしも要求されている訳ではない。
【０１０７】
以上に列挙したホストコンピュータ３４の様々な機能は、このホストコンピュータ３４にインストールした疲労き裂進展試験のための制御プログラムによって実現されている。この制御プログラムが実現している機能をブロック図の形で描いたのが図３である。この図３において、個々のブロックは１つの機能単位を表しており、ブロックどうしを結合している矢印を付した線は、ＤＩＳＰ信号、ＣＯＤ信号、ＬＯＡＤ信号等の信号値や、様々な算出値及び制御信号値が、どのブロックで生成され、どのブロックで読取られるかを表している。ブロック間の制御は、制御する側のブロックが制御信号値を生成し、制御される側のブロックがそれを読取ることで行われるが、ただし以下の説明では、簡明を旨として、制御する側のブロックが、制御される側のブロックに指令を発するという表現を使用する。
【０１０８】
これより、ホストコンピュータ３４の個々の機能ブロックについて、図３を参照して更に詳しく説明して行く。
【０１０９】
き裂長さａ算出部５０は、疲労き裂進展試験の実行中に、試験片ＴＰに発生しているき裂長さ（図１にａで示した）の現在値を求めるものであり、これは所定の周期で、或いは必要に応じて行われ、その際には、試験片ＴＰへの繰返荷重の印加が一時的に中断されて、そこに、コンプライアンス法によるき裂長さ検出のための制御シーケンスが挿入される。
【０１１０】
このき裂長さ検出のための制御シーケンスにおいても、繰返荷重を印加しているときと同様に、フィードバック信号ＦＤとして、セレクタ３８でＬＯＡＤ信号を選択して使用するようにしている。従って、この制御シーケンスの開始時及び終了時にフィードバック信号ＦＢの選択を切換える必要がなく、その切換によって材料試験機１０がショックを発生するおそれがない。
【０１１１】
周知のごとく、コンプライアンス法によるき裂長さ検出を行う際には、試験片ＴＰに対する除荷ステップ及び再荷重ステップを含む制御シーケンスを実行する必要がある。そのために、き裂長さａ算出部５０は、図３にＣ１、Ｃ２、Ｃ３で示したように、目標値信号発生部４０へ適当な制御信号を送出することで目標値信号ＤＳを制御し、それによって油圧アクチュエータ機構１４を駆動して、必要な除荷ステップ及び再荷重ステップを実行するようにしている。そして、この制御シーケンスの実行中に読取ったＣＯＤ信号及びＬＯＡＤ信号の値から、計算によってき裂長さａを求めている。
【０１１２】
応力拡大係数Ｋ算出部５２は、き裂長さａの現在値とＬＯＡＤ信号とを読取っており、それらの値に基づいて、試験片ＴＰのき裂先端部に発生している応力拡大係数Ｋの現在値を求めている。図１に示したようにコンパクト試験片ＴＰを使用して、これに材料試験機１０から引張荷重を印加するようにした疲労き裂進展試験では、試験片ＴＰのき裂先端部の応力拡大係数Ｋは、いわゆるＩモードの応力拡大係数となる。そのため、応力拡大係数Ｋ算出部５２は、公知のＩモード応力拡大係数算出式に従って、き裂長さａの値と、ＬＯＡＤ信号の値（この値は、試験片ＴＰに印加されている荷重を表している）とから、応力拡大係数Ｋの現在値を算出している。
【０１１３】
き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）算出部５４は、き裂長さａの現在値を読取っており、このき裂長さａの現在値の変化から、き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）を求めている。き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）は、荷重の変動サイクルの１サイクルあたりの、き裂長さａの進展量を表す値であり、き裂長さａ算出部５０から新たなき裂長さａの現在値が送出されるたびに、それに基づいて算出される。
【０１１４】
最大値／最小値検出部５６は、ＬＯＡＤ信号、ＣＯＤ信号、ＤＩＳＰ信号、及び応力拡大係数Ｋの現在値を読取っている。これらの値は、疲労き裂進展試験の実行中は互いに同一の周期で変動している。最大値／最小値検出部５６は、それら値の、変動の上下のピークを検出することで、試験片ＴＰに印加されている荷重、試験片に発生しているＣＯＤ、及び試験片のき裂先端部に発生している応力拡大係数Ｋの、毎回の変動サイクルにおける夫々の最大値及び最小値を検出している。尚、ＤＩＳＰ信号についても、毎回の変動サイクルにおける最大値及び最小値が検出されているが、ここに説明する本発明の実施の形態にかかる材料試験機制御方法ではＤＩＳＰ信号の最大値及び最小値は利用されないため、以下の説明では、ＤＩＳＰ信号については言及しない。
【０１１５】
振幅算出部５７は、最大値／最小値検出部５６から、試験片に印加されている荷重、試験片ＴＰに発生しているＣＯＤ、及び試験片のき裂先端部に発生している応力拡大係数Ｋの、夫々の毎回の変動サイクルにおける最大値及び最小値を読取っている。そして、夫々の最大値と最小値との差分を求めることで、試験片に印加されている荷重の毎回の変動サイクルにおける振幅ΔＦ、試験片に発生しているＣＯＤの毎回の変動サイクルにおける振幅ΔＣＯＤ、それに、試験片のき裂先端部に発生している応力拡大係数Ｋの毎回の変動サイクルにおける振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫ）を求めている。従って、これら３つの振幅値ΔＦ、ΔＣＯＤ、及びΔＫは、毎回の変動サイクルごとに算出される。
【０１１６】
振幅ラッチ部５８は、それら３つの振幅値ΔＦ、ΔＣＯＤ、及びΔＫを、制御モードの切換時にラッチすることができ、このラッチ動作は、制御モード選択部６０からの指令に従って実行される。更に、振幅ラッチ部５８には、制御モード選択部６０から、所望の大きさの振幅値ΔＦ、ΔＣＯＤ、ΔＫを格納することもでき、この振幅ラッチ部５８にラッチされ、ないしは制御モード選択部６０からこの振幅ラッチ部５８に格納された振幅値ΔＦ、ΔＣＯＤ、ΔＫは、ＤＳＰ制御信号発生部６６によって読出され、荷重Ｆ、ＣＯＤ、応力拡大係数Ｋの振幅をフィードバック制御するための目標振幅値として使用される。
【０１１７】
Ｒ算出部６２は、最大値／最小値検出部５６から、試験片に印加されている荷重の毎回の変動サイクルにおける最大値Ｆｍａｘ及び最小値Ｆｍｉｎを読取っている。そして、それら値の比Ｒ（＝Ｆｍｉｎ／Ｆｍａｘ）を、毎回の変動サイクルごとに算出している。
【０１１８】
初期値設定部６４には、制御モード選択部６０から、疲労き裂進展試験の実行に先立って設定される様々な制御パラメータが格納され、それら制御パラメータは必要に応じてＤＳＰ制御信号発生部６６によって読出される。
【０１１９】
ＤＳＰ制御信号発生部６６は、最大値／最小値検出部５６からは、検出された最大値及び最小値の現在値を読取り、振幅算出部５７からは、算出された振幅値の現在値を読取る。また、制御モード選択部６０からの指令に従って、振幅ラッチ部５８からは、その振幅を制御すべき物理量の目標振幅値を読取り、初期値設定部６４からは、必要な制御パラメータを読取る。そして、それら読取った値に基づいて、ＤＳＰ３２を制御するための様々な制御信号を発生する。
【０１２０】
ＤＳＰ制御信号発生部６６が発生する制御信号には、周期的関数信号である目標値信号ＤＳの関数形状及び周期を設定するための制御信号、同じく振幅を制御するための制御信号、同じく中心値を制御するための制御信号（これらは夫々、図に接続記号Ｃ１〜Ｃ３で示したように、目標値信号発生部４０へ送出されている）、セレクタ３８にフィードバック信号ＦＢを選択させるための制御信号、それに、アクチュエータ制御信号発生部４４の特性を設定するため制御信号が含まれている（これら制御信号の経路を、図に接続記号Ｃ４及びＣ５で示した）。
【０１２１】
材料試験機１０の制御モードについては後に詳述することとし、ここではその種類だけを述べておく。制御装置３０は、材料試験機１０を３通りの制御モードで制御することができ、それらは、試験片ＴＰのき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを一定の目標値に制御する応力拡大係数変動幅制御モード、試験片ＴＰに印加される荷重Ｆの振幅を一定の目標値に制御する荷重振幅制御モード、それに、試験片ＴＰに発生するＣＯＤの振幅を一定の目標値に制御するＣＯＤ振幅制御モードである。
【０１２２】
これら制御モードに関して、制御モード選択部６０は、振幅ラッチ部５８、初期値設定部６４、及びＤＳＰ制御信号発生部６６の夫々に指令を発することで、実際に用いる制御モードを設定し、或いは、疲労き裂進展試験の実行中に制御モードの切換を行う。また、ＤＳＰ制御信号発生部６６は、その制御モードを実現するために、周期関数信号である目標値信号ＤＳの振幅及び中心値を制御するための制御信号を発生する。
【０１２３】
試験データサンプリング部６８は、応力拡大係数変動幅ΔＫ、応力拡大係数Ｋ、き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）、き裂長さａ、ＤＩＳＰ信号、ＣＯＤ信号、及びＬＯＡＤ信号の、夫々の値を読取ってサンプリングすることができ、必要とされる試験データをサンプリングする機能を果たすものである。尚、疲労き裂進展試験に関して必要とされる試験データは、応力拡大係数変動幅ΔＫの値と、き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）の値である。尚、図示例では、制御モードによって、サンプリングのタイミングを適切に定めるようにしており、それについては制御モードについて詳述する際に併せて説明する。
【０１２４】
次に再び図２を参照して、ＤＳＰ制御信号発生部６６から送出される制御信号によって制御される目標値信号発生部４０の構成について更に説明する。既述のごとく、目標値信号発生部４０は、振幅及び中心値が制御可能な周期信号を目標値信号ＤＳとして発生する機能を有するものである。そのために、図２に示したように、目標値信号発生部４０は、関数信号発生部７０、関数形状／周期設定部７２、可変利得増幅部７４、利得設定部７６、加算部７８、それに、オフセット設定部８０を含んでいる。
【０１２５】
関数信号発生部７０は、例えば、正弦波関数、三角波関数、またはそれらに類似した、材料試験の目的に合った適切な形状の周期的関数をディジタル信号として発生する。また、関数形状／周期設定部７２は、ＤＳＰ制御信号発生部６０から供給される制御信号に従って、関数信号発生部７０に発生させる周期的関数の関数形状及び周期を設定する。関数信号発生部７０が発生する周期関数は、その中心値がゼロであり、その振幅が一定の基準振幅となっている。
【０１２６】
可変利得増幅部７４は、関数信号発生部７０が発生する関数信号を増幅して、その振幅を所望の振幅に制御する。また、利得設定部７６は、ＤＳＰ制御信号発生部６０から供給される制御信号に従って、可変利得増幅部７４の利得を設定する。従って、可変利得増幅部７４と利得設定部７６とは、目標値信号ＤＳの振幅を制御する振幅制御手段を構成している。
【０１２７】
加算部７８は、可変利得増幅部７４から送出される増幅された関数信号に所望の大きさのオフセットを加算することで、その信号の中心値を所望の値に設定する。また、オフセット設定部８０は、ＤＳＰ制御信号発生部６０から供給される制御信号に従って、加算部７８が導入するオフセット量を設定する。従って、加算部７８とオフセット設定部８０とは、目標値信号ＤＳの中心値を制御する中心値制御手段を構成している。そして、この加算部７８から出力される信号が、目標値信号ＤＳである。
【０１２８】
以上の説明から明らかなように、ＤＳＰ制御信号発生部６０が発生する制御信号によって、目標値信号ＤＳのの振幅及び中心値を制御することができる。そして、その制御の仕方によって、先に列挙した３通りの制御モードのうちから選択した制御モードで材料試験機１０を制御することができる。
【０１２９】
尚、ＤＳＰ制御信号発生部６０は更に、セレクタ３８を制御するための制御信号と、サーボ弁制御信号発生部４４を設定するための制御信号とを発生するが、本発明にかかる疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法では、疲労き裂進展試験の実行中にはセレクタ３８の選択の切換は行わず、常にＬＯＡＤ信号がフィードバック信号ＦＢとして選択されている。サーボ弁制御信号発生部４４の設定変更も行わず、それによって、試験片ＴＰにショックが加わるおそれが払拭されている。
【０１３０】
以上に説明した制御装置３０を使用して、疲労き裂進展試験を実施することができる。実施することのできる疲労き裂進展試験は、例えば、材料試験機１０を用いて試験片ＴＰに繰返荷重を印加することで試験片ＴＰのき裂先端の応力拡大係数Ｋを繰返変動させつつ試験片ＴＰのき裂を進展させ、その際に、き裂先端の応力拡大係数Ｋの変動幅である応力拡大係数変動幅ΔＫと、繰返荷重のサイクル数Ｎに対する試験片のき裂長さａの進展速度であるき裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）とを試験データとしてサンプリングする試験である。
【０１３１】
そして、このような疲労き裂進展試験を実施する際に、制御装置３０を使用することによって、先に列挙した、応力拡大係数変動幅制御モード、荷重振幅制御モード、それにＣＯＤ振幅制御モードで材料試験機１０を制御することができ、以下にこれら制御モードについて更に詳しく説明して行く。
【０１３２】
応力拡大係数変動幅制御モードは、既述のごとく、試験片ＴＰのき裂先端部に発生する応力拡大係数Ｋの振幅である応力拡大係数変動幅ΔＫを制御対象とする制御モードである。疲労き裂進展試験の実行中は、試験片ＴＰに所定の周期で繰返荷重が印加されているため、その試験片ＴＰのき裂先端部の応力拡大係数Ｋもその周期をもって反復して変動している。応力拡大係数変動幅制御モードにおいては、この応力拡大係数Ｋの毎回の変動サイクルにおける振幅を一定の目標値に維持するように制御を行い、また、その目標値を必要に応じて段階的に変化させる。
【０１３３】
ここで、目標値を段階的に変化させるのは、例えば、サンプリングする試験データのデータポイントの位置を、応力拡大係数変動幅ΔＫに関して所定の位置に取りたい場合である。また特に、応力拡大係数変動幅ΔＫの所定間隔ごとにデータポイントを取りたいときには、その目標値を所定増分ずつ段階的に変化させるようにすればよい。
【０１３４】
応力拡大係数変動幅ΔＫをこのように制御するために、ＤＳＰ制御信号発生部６６は、振幅ラッチ部５８から応力拡大係数変動幅ΔＫの値を読取って、それを応力拡大係数変動幅ΔＫの制御のための目標値（即ち、応力拡大係数Ｋの振幅目標値）として使用し、また、振幅算出部５７から送出される応力拡大係数変動幅ΔＫの現在値（即ち、応力拡大係数Ｋの振幅検出値）を読取って、それをフィードバック値として使用する。そして、それら振幅目標値及びフィードバック値に基づいて目標値信号ＤＳの振幅を制御することで、応力拡大係数変動幅ΔＫをフィードバック制御する。
【０１３５】
更に、ＤＳＰ制御信号発生部６６は、初期値設定部６４に格納されている比Ｒ（＝Ｆｍｉｎ／Ｆｍａｘ）の設定値を読取ってそれを制御目標値として使用し、また、Ｒ算出部６２から送出される比Ｒの現在値を読取ってそれをフィードバック値として使用する。そして、それら制御目標値及びフィードバック値に基づいて目標値信号ＤＳの中心値をフィードバック制御することで比Ｒの値を一定に維持する制御を併せて実行する。
【０１３６】
この制御によって、試験片に印加される荷重の、毎回の変動サイクルにおける最大値Ｆｍａｘと最小値Ｆｍｉｎとの比Ｒが、初期値設定部６４に格納されている設定値に等しくなるように維持される。ただし、このように比Ｒの値を一定に維持するのは、図１に示したように、コンパクト試験片を使用してそれに引張荷重を繰返印加するという試験方式を採用しているために必要とされていることであって、応力拡大係数変動幅制御モードにだけ必要なことではなく、荷重振幅制御モードでも、またＣＯＤ振幅制御モードでも同様に実行されるものである。
【０１３７】
また、本発明の材料試験機製御装置及び材料試験機制御方法は、コンパクト試験片以外のその他の試験片を使用した、様々な荷重印加方式の疲労き裂進展試験にも適用可能であり、そのような試験のうちには、比Ｒの値を一定に維持する必要がないものもある。従って、本発明の実施の形態のうちには、比Ｒの値の制御を行わないものも含まれる。
【０１３８】
荷重振幅制御モードは、既述のごとく、試験片ＴＰに印加される荷重Ｆの振幅ΔＦを制御対象とする制御モードである。疲労き裂進展試験の実行中は、試験片ＴＰに所定の周期で繰返荷重が印加されており、従って、荷重Ｆはその周期をもって反復して変動している。荷重振幅制御モードにおいては、この荷重Ｆの毎回の変動サイクルにおける振幅ΔＦを一定の目標値に維持するように制御を行う。
【０１３９】
荷重振幅ΔＦをこのように制御するために、ＤＳＰ制御信号発生部６６は、振幅ラッチ部５８から荷重振幅ΔＦの値を読取って、それを荷重振幅ΔＦの制御のための目標値（即ち、荷重Ｆの振幅目標値）として使用し、また、振幅算出部５７から送出される荷重振幅ΔＦの現在値（即ち、荷重Ｆの振幅検出値）を読取って、それをフィードバック値として使用する。そして、それら振幅目標値及びフィードバック値に基づいて目標値信号ＤＳの振幅を制御することで、荷重振幅ΔＦをフィードバック制御する。更に、上で述べたように、この荷重振幅制御モードにおいても、ＤＳＰ制御信号発生部６６は、目標値信号ＤＳの中心値をフィードバック制御することで比Ｒの値を一定に維持する制御を併せて実行する。
【０１４０】
ＣＯＤ振幅制御モードは、既述のごとく、試験片ＴＰに発生するき裂開口変位ＣＯＤの振幅ΔＣＯＤを制御対象とする制御モードである。疲労き裂進展試験の実行中は、試験片ＴＰに所定の周期で繰返荷重が印加されているため、その試験片ＴＰのＣＯＤもその周期をもって反復して変動している。ＣＯＤ振幅制御モードにおいては、このＣＯＤの毎回の変動サイクルにおける振幅ΔＣＯＤを一定の目標値に維持するように制御を行う。
【０１４１】
ＣＯＤ振幅ΔＣＯＤをこのように制御するために、ＤＳＰ制御信号発生部６６は、振幅ラッチ部５８からＣＯＤ振幅ΔＣＯＤの値を読取って、それをＣＯＤ振幅ΔＣＯＤの制御のための目標値（即ち、ＣＯＤの振幅目標値）として使用し、また、振幅算出部５７から送出されるＣＯＤ振幅ΔＣＯＤの現在値（即ち、ＣＯＤの振幅検出値）を読取って、それをフィードバック値として使用する。そして、それら振幅目標値及びフィードバック値に基づいて目標値信号ＤＳの振幅を制御することで、ＣＯＤ振幅ΔＣＯＤをフィードバック制御する。更に、上で述べたように、このＣＯＤ振幅制御モードにおいても、ＤＳＰ制御信号発生部６６は、目標値信号ＤＳの中心値をフィードバック制御することで比Ｒの値を一定に維持する制御を併せて実行する。
【０１４２】
以上の説明から明らかなように、３つの制御モードは夫々、応力拡大係数変動幅ΔＫ、荷重振幅ΔＦ、及びＣＯＤ振幅ΔＣＯＤというように、各々が異なった物理量の振幅を制御対象としているが、その制御の仕方は基本的に同一である。それゆえ制御モードの切換は、その振幅を制御対象とするところの物理量を切換えることによって行われる。この物理量の切換について以下に説明する。尚、叙述を一般化するために、以下の説明においては、第１物理量の振幅を制御対象とする第１制御モードから、第２物理量の振幅を制御対象とする第２制御モードへの制御モード切換が行われるものとして説明する。いうまでもなく、それら第１物理量及び第２物理量は、応力拡大係数Ｋ、荷重Ｆ、それにＣＯＤのいずれかである。
【０１４３】
材料試験機１０の制御モードが、第１制御モードにあるときには、ＤＳＰ制御信号発生部６６は、振幅ラッチ部５８にラッチされ、または格納されている第１物理量の振幅値（ΔＫ、ΔＦ、またはΔＣＯＤ）を振幅目標値として使用すると共に、振幅算出部５７から供給される３通りの振幅検出値のうちの、第１物理量の振幅検出値をフィードバック値として使用し、それら振幅目標値と振幅検出値とに基づいて、目標値信号ＤＳの振幅を制御する制御信号を発生している。
【０１４４】
この場合、目標値信号ＤＳの振幅を制御する制御信号を発生するために使用している振幅目標値とフィードバック値（振幅検出値）との両方が、第１物理量の振幅についての値であるため、第１物理量の振幅がフィードバック制御されており、従って、材料試験機１０の制御モードは、第１制御モードとなっている。
【０１４５】
この材料試験機１０の制御モードを第２制御モードへ切換える際には、制御モード選択部６４が振幅ラッチ部５８へ指令を発して、最新に検出された第２物理量の振幅検出値を振幅ラッチ部５８にラッチさせる。即ち、第２制御モードが応力拡大係数変動幅制御モードである場合には、制御モードの切換直前に検出された応力拡大係数変動幅ΔＫの検出値をラッチさせる。また、荷重振幅制御モードへ切換える場合には、その切換の直前に検出された荷重振幅ΔＦの検出値をラッチさせ、ＣＯＤ振幅制御へ切換える場合には、その切換の直前に検出されたＣＯＤ振幅ΔＣＯＤの検出値をラッチさせる。
【０１４６】
制御モード選択部６４は更に、ＤＳＰ制御信号発生部６６へ指令を発して、振幅ラッチ部５８にラッチさせた第２物理量の振幅値（ΔＫ、ΔＦ、またはΔＣＯＤ）を、制御モードの切換後に振幅目標値として使用させると共に、振幅算出部５７から供給される３通りの振幅検出値のうちの、第２物理量の振幅検出値をフィードバック値として使用させ、それら振幅目標値と振幅検出値とに基づいて、目標値信号ＤＳの振幅を制御するための制御信号を発生させるようにする。
【０１４７】
これによって、目標値信号ＤＳの振幅を制御する制御信号を発生するために使用する振幅目標値とフィードバック値（振幅検出値）との両方が、第１物理量の振幅についての値から、第２物理量の振幅についての値に切換わるため、第２物理量の振幅がフィードバック制御されるようになり、従って、材料試験機１０の制御モードが、第１制御モードから第２制御モードへ切換わる。
【０１４８】
この切換方法によれば、制御モードの切換前に検出された第２物理量の振幅検出値が、制御モードの切換後に第２物理量の振幅目標値として使用されるため、制御モードの切換時に、目標値信号ＤＳの振幅に変動が生じるおそれがなく、制御モードの切換前後における目標値信号ＤＳの振幅の連続性が維持される。
【０１４９】
これに加えて、上述したように、この具体的な疲労き裂進展試験においては、試験の実行中は、比Ｒ（＝Ｆｍｉｎ／Ｆｍａｘ）の値を一定に維持するための制御が常に実行されており、この制御は、目標値信号ＤＳの中心値を制御することでなされている。そのため、目標値信号ＤＳの中心値も、制御モードの切換時に変動を生じるおそれがなく、制御モードの切換前後における目標値信号ＤＳの中心値の連続性が維持される。
【０１５０】
従ってここでは、疲労き裂進展試験の実行中に材料試験機１０を運転状態に維持したままで、材料試験機１０の制御モードを、第１物理量の振幅を制御対象とする第１制御モードから第２物理量の振幅を制御対象とする第２制御モードへと切換える際に、ＤＳＰ制御信号発生部６６が、第１制御モードの終了時の第１物理量の振幅検出値を、第２制御モードの開始時の第２物理量の振幅目標として使用するようにしており、更に、その制御モードの切換時には、材料試験機１０のアクチュエータ機構１４を制御するためのフィードバック信号の選択は変更されておらず、その切換の前後で一貫してＬＯＡＤ信号が使用されている。
【０１５１】
これによって、制御モードの切換時に、材料試験機１０がショックを発生することが完全に防止されており、そのショックによって試験片ＴＰのき裂先端部が損傷するおそれが完全に払拭されている。
【０１５２】
図４、図５、及び図６は、夫々、応力拡大係数変動幅制御モード、荷重振幅制御モード、それにＣＯＤ振幅制御モードで材料試験機１０を制御するときの、荷重Ｆをはじめとする主要な物理量の変化の具体例を示した波形図であり、それらについて以下に説明する。
【０１５３】
図４〜図６のいずれの具体例においても、疲労き裂進展試験の制御シーケンスを導入部分では、試験片にき裂を発生させるために、比較的小さな荷重振幅ΔＦを設定して荷重振幅制御モードで材料試験機１０を運転している。小さな荷重振幅ΔＦを用いるのは、毎回の変動サイクルにおける荷重最大値Ｆｍａｘが大きすぎると、き裂先端部に大きな塑性変形が発生して、き裂進展が停留してしまうおそれがあるからである。Ｆｍａｘに対するＦｍｉｎの比Ｒの値が予め設定されているため、荷重振幅ΔＦを小さく抑えれば、Ｆｍａｘも小さな値となり、過大となることを防止できる。
【０１５４】
この導入部分では、比較的小さな荷重振幅ΔＦとして繰返荷重を印加しつつ、き裂長さａを周期的に算出し、き裂長さａが所定の長さになったならば、試験データを収集するための制御に移行する。また、この導入部分において、試験片のき裂先端部に発生する応力拡大係数変動幅ΔＫの算出値をモニタすることで、スレショルド応力拡大係数変動幅ΔＫｔｈをかなりの精度で予測することも可能になる。
【０１５５】
図４の具体例では、時刻ｔｃに、き裂長さａが所定長さａ０になったため、制御シーケンスの導入部分が終了して、制御モードが荷重振幅制御モードから応力拡大係数変動幅制御モードに切換えられている。この制御モード切換の際には、先に説明したように、切換直前に検出された応力拡大係数変動幅ΔＫの検出値を、制御モード切換後の応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値とするために、振幅ラッチ部５８にラッチさせる。時刻ｔ１で、最初の試験データをサンプリングし、その直後に（ａ）に示したように、振幅ラッチ部５８にラッチされている応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値をランプ関数的に変化させて、所定増分だけ増大させる。これによって応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値が更新される。
【０１５６】
応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を更新した直後には、図４の（ｄ）に示すように、き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）の値がまだ安定していない。そのため、図４の（ｃ）に示すように、応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を更新したときから更にき裂長さａが所定長さΔａだけ進展した時点（時刻ｔ）で、試験データをサンプリングし、試験データをサンプリングしたならば再び応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を所定増分だけ増大させる。こうして、応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を段階的に変化させて、試験データをサンプリングして行くことによって、データポイントを、応力拡大係数変動幅ΔＫに関して等間隔で分布させることができ、良好な試験データが得られる。尚、応力拡大係数変動幅ΔＫ制御モードでは、試験片に印加される荷重Ｆは、（ｂ）に示すように、応力拡大係数変動幅ΔＫの目標値を増大させるときに増大し、この目標値を一定に維持している間に漸減する。
【０１５７】
図５の具体例では、時刻ｔｃに、き裂長さａが所定長さａ０になったため、制御シーケンスの導入部分が終了するが、ただしこの例では、制御モードを切換えることなく、荷重振幅ΔＦを増大させて、荷重振幅制御モードでの試験データのサンプリングを開始している。荷重振幅ΔＦを増大させるには、振幅ラッチ部５８に格納されている荷重振幅ΔＦの振幅目標値をランプ関数的に変化させて、試験データを得るのに適した所望の値にまで変化させる。
【０１５８】
時刻ｔ１で、最初の試験データをサンプリングしており、この後、（ｄ）に、時刻ｔ２や、時刻ｔ３で示したように、き裂長さａが所定長さΔａ進展するごとに試験データをサンプリングする。荷重振幅制御モードの場合には、このようにき裂長さａの進展に合わせて試験データをサンプリングして行くことによって、試験データのデータポイントを適切に分布させることができる。なぜならば、荷重振幅制御モードでは、き裂長さａが長くなると、き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）が急上昇する傾向があるが、サンプリングのタイミングをこのように定めておけば、き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）が急上昇しても、き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）に関してデータポイント間隔が広がりすぎることがなく、良好な試験データが得られるからである。また、所定長さΔａは、オペレータまたは制御プログラムが設定するパラメータである。尚、荷重振幅制御モードでは、（ｃ）に示したように、試験の進行に伴って、試験片ＴＰのＣＯＤが次第に増大して行く。
【０１５９】
図６の具体例では、時刻ｔｃに、き裂長さａが所定長さａ０になったため、制御シーケンスの導入部分が終了して、制御モードが荷重振幅制御モードからＣＯＤ振幅制御モードに切換えられている。この制御モード切換の際には、先に説明したように、切換直前に検出されたＣＯＤ振幅ΔＣＯＤの検出値を、制御モード切換後のＣＯＤ振幅ΔＣＯＤの目標値とするために、振幅ラッチ部５８にラッチさせる。
【０１６０】
時刻ｔ１で、最初の試験データをサンプリングしており、この後、（ｄ）に、時刻ｔ２や、時刻ｔ３で示したように、所定回数の荷重印加サイクルが経過するごとに（従って、所定時間Δｔが経過するごとに）試験データをサンプリングする。ＣＯＤ振幅制御モードは、多くの場合、応力拡大係数変動幅ΔＫの値がスレショルド応力拡大係数変動幅ΔＫｔｈに近い領域で用いられ、その場合には、き裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）が非常に遅いことから、き裂長さａを基準とするのではなく、所定時間が経過するごとに試験データをサンプリングすることにより、試験データのデータポイントを適切に分布させることができる。尚、ＣＯＤ振幅制御モードで制御を行うと、試験片ＴＰに印加される荷重は、（ｂ）に示したように時間と共に漸減して行く。
【０１６１】
制御モードの切換は、試験片にき裂を発生させるための導入部分から、試験データを収集するための制御に移行するときだけに行われるのではなく、試験データを収集している途中でも、制御モードの切換はしばしば行われ、それは例えば次のような場合である。
【０１６２】
疲労き裂進展試験において、下はスレショルド応力拡大係数変動幅ΔＫｔｈから上は限界応力拡大係数変動幅ΔＫｃまでの範囲内の様々な応力拡大係数変動幅ΔＫの値について試験データを収集する際に、応力拡大係数変動幅ΔＫの比較的小さな、スレショルド応力拡大係数変動幅ΔＫｔｈの近傍領域では、ＣＯＤ振幅制御モードを用いることによって良好な結果が得られる。その理由は以下の通りである。
【０１６３】
スレショルド応力拡大係数変動幅ΔＫｔｈの正確な値は、疲労き裂進展試験を実行することによって、はじめて明らかになる。従って、疲労き裂進展試験の試験計画を立てる段階では、おおざっぱな推定値しか判っていない。そのため、応力拡大係数変動幅ΔＫを、ΔＫｔｈの近傍領域において小さな値から次第に大きな値に変化させながら試験データを収集して行こうとすると、最初からき裂進展が停留していたり、最初からき裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）が著しく低速になっていたりすることがあり、それによって、試験がなかなか進まないという不都合が生じる。
【０１６４】
これに対して、応力拡大係数変動幅ΔＫの初期値を、ΔＫｔｈよりある程度大きな値に設定し、ＣＯＤ振幅制御モードで試験片ＴＰに繰返荷重を印加するようにすれば、最初からき裂進展が停留していることもなく、また、最初からき裂進展速度（ｄａ／ｄＮ）が著しく低速になっているということもない。しかも、この場合、制御パラメータを変更せずとも、時間の経過と共に、き裂長さａが次第に増大して行くため、試験片のＣＯＤが一定であれば、応力拡大係数変動幅ΔＫは次第に減少して、ΔＫｔｈに近付いて行き、ΔＫｔｈに至ったならば、き裂進展が停留する。
【０１６５】
一方、応力拡大係数変動幅ΔＫの値が、ΔＫｔｈより十分に大きい領域では、応力拡大係数Ｋの毎回の変動サイクルにおける最大値Ｋｍａｘが僅かに過大となって、き裂進展が停留した場合であっても、応力拡大係数変動幅ΔＫを更に大きくすることによって、き裂進展を再開できる可能性が大きい。そのため、そのような領域では、応力拡大係数変動幅ΔＫが次第に大きくなるように材料試験機を制御する制御方式が望ましい。
【０１６６】
この場合に、応力拡大係数変動幅ΔＫ制御モードで制御を行い、応力拡大係数変動幅ΔＫを段階的に増大させて、次々とより大きな目標値に設定して行くようにしてもよく、また、荷重振幅制御モードで制御を行って、試験片に印加する荷重の毎回の変動サイクルにおける振幅及び中心値を一定の目標値に維持するようにしてもよい。荷重振幅制御モードとしたときには、時間の経過と共に、き裂長さａが増大するため、試験片に印加する荷重が一定でも、応力拡大係数変動幅ΔＫの値は次第に増大して行く。
【０１６７】
従って、応力拡大係数変動幅ΔＫの値が、ΔＫｔｈからΔＫｃまでの範囲内の比較的小さな値の領域にあるときと、比較的大きな値の領域にあるときとで、制御モードを切換えることが望ましく、また、試験作業の能率を考慮するならば、ΔＫ制御と荷重一定制御との間で、制御モードを切換えることが望ましい場合も往々にしてあることである。
【０１６８】
制御モードの切換が行われる理由は以上の通りである。図示の実施の形態においては、疲労き裂試験の実行中に、応力拡大係数変動幅制御モード、荷重振幅制御モード、及びＣＯＤ振幅制御モードの３者間の切換を任意に行うことができ、その際に材料試験機にショックを発生させず、滑らかな動作させることができる。荷重振幅制御モードから応力拡大係数変動幅制御モードへの切換は図４で、また荷重振幅制御モードからＣＯＤ振幅制御モードへの切換は図５で、夫々説明したが、これらの他に、応力拡大係数変動幅制御モードから荷重振幅制御モードへ、ＣＯＤ振幅制御モードから荷重振幅制御モードへ、また、応力拡大係数変動幅制御モードとＣＯＤ制御モードとの間の双方向の切換も、全て同様の切換手順を用いて実行することができる。いずれの場合も、材料試験機１０を動作状態に維持したままで、材料試験機１０にショックを発生させることなく、滑らかに制御モードを切換えることができる。
【０１６９】
これに関して従来は、疲労き裂進展試験の実行中に材料試験機１０を動作状態に維持したままで、材料試験機の制御モードを切換える際には、アクチュエータ制御信号を発生させるためのフィードバック信号を、制御モードに対応したセンサ信号に切換えるという、プリミティブな方法が用いられていたため、センサ信号の切換時点で、フィードバック信号が不連続となり、材料試験機がショックを発生していた。本発明においては、以上の説明から明らかなように、アクチュエータ制御信号を発生させるためのフィードバック信号ＦＢを切換えることなく、そのフィードバック信号と比較する目標値信号ＤＳの方を、適切な方法をもって切換えるようにしたため、材料試験機のショックの発生原因が根本から除去されている。
【０１７０】
尚、以上に説明した実施の形態では、材料試験機１０を制御する制御装置３０が、ＤＳＰ３２と、このＤＳＰに接続したコンピュータシステム（ホストコンピュータ３４）とで構成されている。また更に、目標値信号発生部４０を制御しているＤＳＰ制御信号発生部６６と、制御モード選択部６０とが、ホストコンピュータ３４にインストールされた制御プログラムによって構築されている。既述のごとく、図３に示したホストコンピュータ３４内にソフトウェアで構築された機能ブロックは、ＤＳＰ３２の内部に構築することも可能であるが、ただし、ＤＳＰ制御信号発生部６６と、制御モード選択部６０とをホストコンピュータ３４の制御プログラムで構築するようにしておけば、制御モードの追加ないし変更を、ホストコンピュータ３４の制御プログラムの書き換えだけで容易に実施することができるため、多様な制御計画に、より容易に対応することができる。
【０１７１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法によれば、疲労き裂進展試験の実行中に材料試験機を運転状態に維持したままでその制御モードを切換える際に、材料試験機のアクチュエータ機構をフィードバック制御するためのフィードバック信号及び目標値信号が共に完全な連続性を維持することから、材料試験機がショックを発生するおそれが完全に払拭されており、試験片のき裂先端部を損傷することがなく、疲労き裂進展試験の作業能率を改善することができる。
【０１７２】
また、本発明の制御方法は、様々な方式の疲労き裂進展試験に適用して好適な結果が得られるものであるが、請求項２に記載した方式の疲労き裂進展試験に適用するときに、一段と優れた効果が得られる。
【０１７３】
また、本発明の制御方法は、様々な構成の複数のセンサを装備した材料試験機に適用して好適な結果が得られるものであるが、請求項３に記載した構成の複数のセンサを備えた材料試験機に適用するときに、一段と優れた効果が得られる。
【０１７４】
また、本発明の制御方法を用いて切換えることが可能な制御モードは、以上に説明した応力拡大係数変動幅制御モード、荷重振幅制御モード、及びＣＯＤ振幅制御モードに限られるものではないが、請求項４に記載したように、それら３通りの制御モードの間の切換を行うために本発明を用いるとき、特に顕著な効果が得られる。
【０１７５】
また、本発明の制御方法は、様々な種類の試験片を用いて実行する様々な疲労き裂進展試験に適用して好適な結果が得られるものであるが、コンパクト試験片を使用する疲労き裂進展試験においては、請求項５に記載したように、荷重の毎回の変動サイクルにおける荷重最小値と荷重最大値との比を一定の目標値に維持する方法とすることで、優れた効果が得られる。
【０１７６】
また、請求項６に記載した荷重振幅制御モードからＣＯＤ振幅制御モードへの切換は、多くの疲労き裂進展試験において有用なものである。
【０１７７】
また、請求項７に記載した試験データのサンプリングの方式は、荷重振幅制御モードからＣＯＤ振幅制御モードへ切換えて疲労き裂進展試験を進めて行く場合に有用なものである。
【０１７８】
また、請求項８に記載した荷重振幅制御モードから応力拡大係数変動幅制御モードへの切換は、多くの疲労き裂進展試験において有用なものである。
【０１７９】
また、請求項９に記載した試験データのサンプリングの方式は、荷重振幅制御モードから応力拡大係数変動幅制御モードへ切換えて疲労き裂進展試験を進めて行く場合に有用なものである。
【０１８０】
また、請求項１０に記載したＣＯＤ振幅制御モードから荷重振幅制御モードへの切換は、多くの疲労き裂進展試験において有用なものである。
【０１８１】
また、請求項１１に記載した試験データのサンプリングの方式は、ＣＯＤ振幅制御モードから荷重振幅制御モードへ切換えて疲労き裂進展試験を進めて行く場合に有用なものである。
【０１８２】
また、請求項１２に記載した応力拡大係数変動幅制御モードから荷重振幅制御モードへの切換は、多くの疲労き裂進展試験において有用なものである。
【０１８３】
また、請求項１３に記載した試験データのサンプリングの方式は、応力拡大係数変動幅制御モードから荷重振幅制御モードへ切換えて疲労き裂進展試験を進めて行く場合に有用なものである。
【０１８４】
また、請求項１４に記載したＣＯＤ振幅制御モードから応力拡大係数変動幅制御モードへの切換は、多くの疲労き裂進展試験において有用なものである。
【０１８５】
また、請求項１５に記載した試験データのサンプリングの方式は、ＣＯＤ振幅制御モードから応力拡大係数変動幅制御モードへ切換えて疲労き裂進展試験を進めて行く場合に有用なものである。
【０１８６】
また、請求項１６に記載した応力拡大係数変動幅制御モードからＣＯＤ振幅制御モードへの切換は、多くの疲労き裂進展試験において有用なものである。
【０１８７】
また、請求項１７に記載した試験データのサンプリングの方式は、応力拡大係数変動幅制御モードからＣＯＤ振幅制御モードへ切換えて疲労き裂進展試験を進めて行く場合に有用なものである。
【０１８８】
また、請求項１８に記載した特徴は、請求項５に記載したものと同じであるが、それを請求項６乃至１７に記載した特徴と組合せたときに、特に優れた効果が得られることを示したものである。
【０１８９】
更に、本発明の制御方法は、材料試験機のアクチュエータ機構をフィードバック制御するためのフィードバック信号として様々なセンサ信号を使用し得るものであるが、請求項１９に記載したように荷重センサ信号を使用するならば、その他のセンサ信号を使用した場合と比べて、一段と滑らかな材料試験機の制御動作が可能となる。
【０１９０】
また、請求項２０は、本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御方法の更なる詳細を記載したものであり、ここに記載した材料試験機制御方法によれば、疲労き裂進展試験を更に高い作業能率をもって実施することができる。
【０１９１】
請求項２１に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置を使用することで、請求項１に記載した材料試験機制御方法を好適に実施することができる。従って、請求項１に関連して述べたように、疲労き裂進展試験の実行中に材料試験機を運転状態に維持したままでその制御モードを切換える際に、材料試験機のアクチュエータ機構をフィードバック制御するためのフィードバック信号及び目標値信号が共に完全な連続性を維持することから、材料試験機がショックを発生するおそれが完全に払拭されており、試験片のき裂先端部を損傷することがなく、疲労き裂進展試験の作業能率を改善することができる。
【０１９２】
また、本発明の制御装置は、様々な構成の複数のセンサを装備した材料試験機に適用して好適な結果が得られるものであるが、請求項２２に記載した構成の複数のセンサを備えた材料試験機に適用するときに、一段と優れた効果が得られる。
【０１９３】
また、請求項２３は、本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置の更なる詳細を記載したものであり、ここに記載した材料試験機制御装置を用いれば、疲労き裂進展試験を更に高い作業能率をもって実施することができる。
【０１９４】
また、本発明の制御装置を用いて切換えることが可能な制御モードは、以上に説明した応力拡大係数変動幅制御モード、荷重振幅制御モード、及びＣＯＤ振幅制御モードに限られるものではないが、請求項２４に記載したように、それら３通りの制御モードの間の切換を行うために本発明を用いるとき、特に顕著な効果が得られる。
【０１９５】
また、本発明の制御装置は、様々な種類の試験片を用いて実行する様々な疲労き裂進展試験に適用して好適な結果が得られるものであるが、コンパクト試験片を使用する疲労き裂進展試験においては、請求項２５に記載したように、荷重の毎回の変動サイクルにおける荷重最小値と荷重最大値との比を一定の目標値に維持する方法とすることで、優れた効果が得られる。
【０１９６】
また、請求項２６は、本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置において荷重振幅制御モードが利用可能であることを明示したものであり、この制御モードは、多くの疲労き裂進展試験において有用なものである。
【０１９７】
また、請求項２７に記載した本発明のき裂進展試験のための材料試験機制御装置によれば、請求項２６に記載した荷重振幅制御モードの実行時に、サンプリングした試験データのデータポイントを良好に分布させることができる。
【０１９８】
また、請求項２８は、本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置においてＣＯＤ振幅制御モードが利用可能であることを明示したものであり、この制御モードは、多くの疲労き裂進展試験において有用なものである。
【０１９９】
また、請求項２９に記載した本発明のき裂進展試験のための材料試験機制御装置によれば、請求項２８に記載したＣＯＤ振幅制御モードの実行時に、サンプリングした試験データのデータポイントを良好に分布させることができる。
【０２００】
また、請求項３０は、本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置において応力拡大係数変動幅制御モードが利用可能であることを明示したものであり、この制御モードは、多くの疲労き裂進展試験において有用なものである。
【０２０１】
また、請求項３１に記載した本発明のき裂進展試験のための材料試験機制御装置によれば、請求項３０に記載した荷重振幅制御モードの実行時に、サンプリングした試験データのデータポイントを良好に分布させることができる。
【０２０２】
更に、本発明の制御装置は、材料試験機のアクチュエータ機構をフィードバック制御するためのフィードバック信号として様々なセンサ信号を使用し得るものであるが、請求項３２に記載したように荷重センサ信号を使用するならば、その他のセンサ信号を使用した場合と比べて、一段と滑らかな材料試験機の制御動作が可能となる。
【０２０３】
また、請求項３３に記載した本発明の疲労き裂進展試験のための材料試験機制御装置によれば、制御モードの追加ないし変更を、ホストコンピュータにインストールするプログラムの書き換えだけで容易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の形態にかかる制御装置を接続した材料試験機の具体例を示した模式図である。
【図２】図１には１個のブロックで示した制御装置を、更に詳細に示したブロック図である。
【図３】図２の制御装置のホストコンピュータが実行する機能を説明するための機能ブロック図である。
【図４】応力拡大係数変動幅制御モードで図１の材料試験機を制御するときの、荷重をはじめとする主要な物理量の変化の具体例を示した波形図である。
【図５】荷重振幅制御モードで図１の材料試験機を制御するときの、荷重をはじめとする主要な物理量の変化の具体例を示した波形図である。
【図６】ＣＯＤ振幅制御モードで図１の材料試験機を制御するときの、荷重をはじめとする主要な物理量の変化の具体例を示した波形図である。
【符号の説明】
１０  材料試験機
１４  アクチュエータ機構
２０  ロードセル（荷重検出センサ）
２２  変位センサ
２４  き裂開口変位センサ（ＣＯＤセンサ）
３０  制御装置
３２  ディジタル信号処理装置（ＤＳＰ）
３４  ホストコンピュータ
３８  セレクタ
４０  目標値信号発生部
６０  制御モード選択部
６６  ＤＳＰ制御信号発生部
ＴＰ  試験片
【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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