材料试验机的制作方法

专利名称：材料试验机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种材料试验机，对试验片施加拉伸应力、压缩应力，来试验材料的机械性质，特别涉及一种圆管凸出试验机，对圆管状的试验片施加内压并施加轴力，来进行二轴应力试验。
背景技术：
为了实现高精度的加压成形模拟，需要基于多轴应力试验的高精度材料特性评价。特别是，已知在大形变区的材料特性评价中，液压凸出试验是有效的。在非专利文献I中，公开了对圆管状的试验片施加内压并施加轴力，来进行液压凸出试验的轴力一内压型圆管凸出试验机(以下称为“圆管凸出试验机”)。在圆管凸出试验中，试验片的管轴方向中央部膨胀(在圆周方向和管轴方向扩张)，纵截面形成钓钟状的凸出顶部。根据在试验片的凸出顶部的外径、厚度、管轴方向曲率半径和试验负载(内压和轴力)，求出圆周方向和管轴方向的两方向上的应力。现有技术文献非专利文献非专利文献1:桑原利彦“基于轴力一内压型圆管凸出试验机进行的大形变区的高精度材料成型” [2011年11月8日检索]、因特网< URL:http://www.tuat.ac.jp/ seeds/jseeds/07seedstext/093-0185/parts/0185.pdf >

发明内容
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发明想要解决的问题但是，试验片相对于管轴并非完全的轴对称，外径、厚度因方向(管轴周围方位)而不同。另外，因此，凸出顶部的变形量也相对于管轴变成非对称。现有技术中，仅在一个方向上测定试验片的外径，所以外径的测定值产生偏差，试验片的形变测量精度降低。本发明是以上述情况为背景而完成的，其目的在于提供一种材料试验机，试验片的形变性能的测量不使用形变仪(strain gauge),就能够进行高精度的轴力一内压型圆管凸出试验。用于解决问题的技术方案根据本发明的实施方式，提供一种材料试验机，其对圆管状的试验片施加内压和管轴方向的应力，测量该试验片的形变。本发明实施方式的材料试验机，具备:多个径向位移检测部，其检测试验片的管轴方向上的有效长中央部的外周面在半径方向上的位移；轴向位移检测部，其检测试验片的有效长中央部的外周面在管轴方向上的位移；和运算部，其基于径向位移检测部和轴向位移检测部的检测结果，运算试验片的有效长中央部的圆周方向和管轴方向形变，其中，多个径向位移检测部构成为检测试验片在管轴周围的相互不同方位上的位移。根据该结构，试验片的外径的测定值的偏差被抑制得较低，能够高精度地测量试验片的形变。另外，多个径向位移检测部也可以是包括围绕试验片的管轴以120°间隔配置的第一、第二和第三径向位移检测部的结构。根据该结构，由于基于在试验片的管轴周围的方位上无偏差地检测出的半径方向上的位移来测量直径，所以能够获得误差少的直径测量值。另外，多个径向位移检测部分别具备:第一位移计，其检测试验片的有效长中央部的外周面在半径方向上的位移，多个径向位移检测部的至少一个具备:第二位移计，其相对于第一位移计在管轴方向上排列配置，检测试验片的外周面在半径方向上的位移，运算部，其构成为基于至少一个径向位移检测部的第一和第二位移计的检测结果，计算试验片的有效长中央部的外周面的管轴方向曲率半径。第一、第二和第三位移计构成为，具备:针，其被设置成其前端与试验片的外周面垂直地相接，根据试验片的外周面在半径方向上的位移，在该长度方向上自由移动，通过检测该针的移动量，检测试验片的外周面在半径方向上的位移。根据该结构，因为能够仅将针触碰于试验片的外周面来测定试验片的变形，所以不需要例如将形变仪贴于试验片等繁杂的准备作业，能够有效率地进行测定。另外，针的位移量利用市售的位移计能够容易且高精度地进行测定。

位移计构成为，具备:固定框；可动框，其被设置成相对于固定框在试验片的半径方向上自由滑动；和位移传感器，其具备:安装于可动框的主干部；和触头，从该主干部的一端在试验片的半径方向上自由伸缩地突出，具备主干部设置于可动框的接触式位移传感器，触头的前端与设置于固定框的触头触碰板抵接，针以使得长度方向朝向试验片的半径方向，从可动框的与试验片相对的一端突出的方式安装于可动框。根据该结构，不会受到例如因市售的接触式位移传感器的尺寸、形状的制约，能够自由设定针的配置，实现在组装性、使用方便性优良的材料试验机。另外，根据本发明的实施方式,提供一种材料试验机,其对试验片施加规定方向的应力，测量试验片的反应。本发明实施方式的材料试验机，具备:框；第一可动部，其具备:可动夹具，该可动夹具被设置成相对于框能够向规定方向移动，固定试验片的一端；固定部，其具备:固定夹具，该固定夹具被固定于框，固定试验片的另一端；第二可动部，其具备:中央部测定器，其被设置成在第一可动部与固定部之间相对于框能够向规定方向移动，在对试验片施加负载时，测量试验片的规定方向中央部的反应；第二可动部，具备:中央部测定器，该中央部测定器被设置成在第一可动部与固定部之间相对于框能够向规定方向移动，在对试验片施加负载时，测定试验片在规定方向中央部的反应；致动器(actuator),其被固定于框，向规定方向驱动第一可动部；和连接(link)机构，其连结装置框、第一可动部和第二可动部，相应于第一可动部的移动，使中央部测定器移动到可动夹具与固定夹具的中央，由此使中央部测定器经常位于试验片的规定方向中央部。根据上述结构，由于相应于试验片的伸缩，中央部测定器移动到试验片的轴方向中央部，所以可以利用中央部测定器经常测量试验片的中央部。另外，也可以构成为，还具备向规定方向延伸的轨道，第一可动部具备与轨道卡合的第一滑块(runner block),利用该第一滑块,被支承成在规定方向上自由滑动,第二可动部具备与轨道卡合的第二滑块，利用该第二滑块，被支承成在规定方向上自由滑动。
根据该结构，由于第一和第二可动部分别被第一和第二滑块支承，所以没有因第一和第二可动部的重量导致对试验片施加不需要的弯曲应力的问题。另外，由于第一和第二可动部可以低阻力地向规定方向(轴力方向)移动，所以试验负载不衰减地被施加于试验片，能够进行闻精度的材料试验。另外，也可以构成为，固定部还具备:负载传感器，其测量施加在试验片上的规定方向上的负载；和第三滑块，其能够在规定方向自由移动地与轨道卡合，固定夹具，被配置于第三滑块上，经由负载传感器被固定于框。根据该结构，由于固定夹具的重量被第三滑块支承，所以没有因第三滑块的重量导致对试验片施加不需要的弯曲应力的问题。另外，由于固定夹具可以低阻力地向规定方向(轴力方向)移动，所以试验负载不衰减地被传递于负载传感器，能够进行高精度的材料试验。另外，也可以为如下结构，连接机构具有:第一连接件，其一端经由第一销可旋转地与第一可动部连结；第二连接件，其一端经由第二销可旋转地与第二可动部连结；和第三连接件，其一端经由相对于第二销在与第一销相反一侧配置的第三销，可旋转地与装置框连结，第一连接件的另一端与第三连接件的另一端经由第四销可旋转地连结，第二连接件的另一端经由第五销可旋转地与第一或第三连接件连结，第四销与第一销的间隔等于第四销与第三销的间隔，第五销与第二销的间隔等于，第五销、与第一和第三销中与第五销连接相同的连接件的销的间隔。也可以构成为，第一可动部、第二可动部和固定部分别具备底板，在各底板的下表面分别安装有第一、第二、第三滑块，可动夹具、中央部测定器和固定夹具分别安装于各底板的上表面，配置于该底板的上方，连接机构安装于各底板的下表面，配置于该底板的下方。根据该结构，操作可动夹具、中央部测定器和固定夹具时，没有连接机构干涉作业的问题，能够容易地进行中央部测定器与夹具的操作、维护。另外，也可以为如下结构，装置框具备平台，该平台具有水平面的上表面，轨道被安装于装置框的上表面，在平台的一侧面侧，在中央部形成有凹部，该凹部被切口，具有与轨道接近并平行地延伸的底部，在水平方向上凹入，连接件被配置于凹部内。根据该结构，连接机构被收容在平台的凹部内，由于不会从平台向侧方突出，所以试验片的拆装、维护等作业不被连接机构干涉，能够有效率地进行。发明的效果本发明提供一种材料试验机，能够以简单结构进行高精度的材料试验。


图1是本发明实施方式涉及的材料试验机的正视图。图2是本发明实施方式涉及的材料试验机的俯视图。图3是图2中的A-A箭视图。图4是传感器单元移动机构的俯视图。图5是传感器单元的侧视图。图6是传感 器单元的正视图。
图7是第一径向位移检测器的俯视图。图8是轴向位移检测器的侧视图。图9是在Y’轴正方向上观看轴方向位移检测器的图。图10是图9中的B-B箭视图。图11是固定夹具和可动夹具的俯视图。图12是固定夹具和可动夹具的纵剖面图。图13是图12中的C-C箭视图。
具体实施例方式以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。本发明的实施方式涉及的材料试验机1，是用于对圆管状的试验片T施加内压和轴力，对此时的试验片T的弹塑性性能进行测量的轴力一内压型圆管凸出试验。图1和图2分别是材料试验机I的正视图和俯视图。图3是图2中的A-A箭视图，仅表示后述的框10和传感器单元移动机构100。其中，在以下的说明中，将图1中的左右方向作为X轴方向(将右方向作为X轴正方向)，将与纸张垂直的方向作为Y轴方向(将从纸张的表侧向里侧的方向作为Y轴正方向)，将上下方向作为Z轴方向(将上方向作为Z轴正方向)。另外，将图2中的上下方向(Y轴方向)作为“纵深方向”，将上侧称为“内”侧，将下侧称为“跟前”侧。材料试验机I具备框10、油压缸20、第一可动部30、第二可动部40、固定部50、传感器单元移动机构100、未图示的油压源、液压源和控制部。其中，油压源是供给用于驱动油压缸20的油压的装置，液压源是对试验片T的管内供给加压液体(例如混合有防锈剂的水)的装置。框10是支承材料试验机I 的各部的底框，除了油压源、液压源和控制装置之外的材料试验机I的各部，被安装在平台12，该平台12被设置在框10的上表面。在平台12的X轴方向中央部，在前侧与内侧分别形成有大致矩形的凹部12a，平台12在俯视图(图2)中具有大致H形的外形。另外，框10具备:一对外壁侧，其覆盖框10的纵深方向的两侧面；一对内侧壁16，其具有从平台12的各凹部12a的边缘部的下表面分别垂直地延伸的大致U字状的水平截面；和一对水平底板18，分别塞住被内壁侧16与外壁侧14包围所形成的一对内部空间S的开口。图4是传感器单元移动机构100的俯视图。传感器单元移动机构100是根据第一可动部30的移动来移动第二可动部40，使得第二可动部40(直接而言是后述的传感器单元200)经常被正确地配置在第一可动部30和固定部50的中间点的机构。传感器单元移动机构100具备两组线性导轨120和连接机构140。各线性导轨120具备:一条轨道121 ;和与轨道121卡合且能够顺畅地沿着轨道121移动的三个滑块122、123、124。两组线性导轨120的轨道121分别配置于平台12在形成的一对凹部12a之间。即，在X轴方向上延伸的两条轨道121，在Y轴方向上隔着规定间隔平行地配置，被固定在平台12的上表面。在各线性导轨120的滑块122和123分别安装有第一可动部30和第二可动部40，第一可动部30和第二可动部40被构成为分别利用线性导轨120能够顺畅地在X轴方向上移动。在各滑块124安装有固定部50的夹具52 (后述)。另外，滑块122、123、124被构成为通过连接机构140连接，即使滑块122移动，滑块123也总是被正确地配置于滑块122和124的中间。连接机构140的详细在后面述说。另外，在平台12上设置有检测滑块122的位置的未图示的线性编码器。线性编码器以与控制部能够通信的方式与控制部连接，在试验中线性编码器所检测的第一可动部30的位置信息(即后述的夹具32的位置信息)被发送到控制部，并被存储在控制部的存储装置。油压缸20是利用从未图示的油压源供给的油压，在X轴方向上直线驱动的油压式直线驱动致动器。油压缸20的缸管21，经由托架(bracket)24被固定在平台12的X轴负方向端部。从缸管21的X轴正方向端突出有在X轴方向上移动的活塞杆(piston rod)22。在活塞杆22的前端设置有附属装置23，该附属装置(attachment) 23连接活塞杆22和夹具32。第一可动部30具备基座31、夹具(可动夹具)32和连结部件33。在基座31的下表面的纵深方向两端安装有各线性导轨120的滑块122。另外，在基座31的上表面安装有夹具32，该夹具32把持试验片T的一端。因此，夹具32的比较大的重量，被基座31和两组线性导轨120，在X轴方向上自由滑动地支承。另外，夹具32的背面(图1中的左侧面)，经由连结部件33被固定在油压缸20的附属装置23，伴随活塞杆22的移动，夹具32在X轴方向上被驱动。如上所述，利用比较大的重量的夹具32被线性导轨120自由滑动地支承的结构，由此油压缸20不被施加弯曲力矩，可以利用油压缸20顺畅且正确地进行X轴方向的驱动。另外，试验片T也不被施加不需要的弯曲应力，可以进行正确的试验。第二可动部40具备基座41和传感器单元200。在基座41的下表面的纵深方向两端部分别安装有各线性导轨120的滑块123。另外，在基座41的上表面安装有传感器单元200，该传感器单元200测量试验片T的长度方向(X轴方向)中央部的形状。传感器单元200的详细在后面述说。固定部50具备基座51、夹具(固定夹具)52、连结部件53、测力单元(load cell)54和托架55。在基座51的上表面安装有夹具52，该夹具52把持试验片T的另一端。在基座51的下表面的纵深方向两端分别安装有各线性导轨120的滑块124。因此，夹具52的比较大的重量被基 座51和两组线性导轨120在X轴方向上自由滑动地支承。另外，夹具52的背面(在图1的右侧面)，经由连结部件53，安装有测力单元54的安装台座。从测力单元54的负载支座(图1右侧面的板)垂直地突出有负载承受条54a，负载承受条54a被固定在托架55，托架55被安装在平台12。利用如此配置的测力单元54，来检测施加于试验片T的X轴方向上的试验负载(轴力)。另外，如上所述，利用比较大的重量的夹具52被线性导轨120自由滑动地支承的结构，不对测力单元54施加大的弯曲力矩，能够进行利用测力单元54进行的正确轴力测量。另外，因为夹具52可以在X轴方向上低阻力地在线性导轨120上移动，所以施加于夹具52的轴力，几乎不会损失地被传达到测力单元54，被测力单元54正确地检测。另外，测力单元54与控制部连接，测力单元54的检测信号(形变仪的电阻值)被控制部所具备的周知的桥接电路读出，被转换成试验负载数据。试验中测力单元54所检测出的试验负载信息，对应同时被检测的第一可动部30的位置信息，被存储在控制部的存储器。接着，参照图1、图3和图4，说明连接机构140。此外，在本实施方式中，两个连接机构140分别被纵式配置在框10的内部空间S内。两个连接机构140的结构彼此是镜像关系，所以仅详细说明跟前侧的连接机构140的结构。连接机构140具有:通过销自由旋转地连结的三个长板状连接件(可动连接件)141、142和143 ;和固定连接件140a，其被固定在平台12的上表面。在各可动连接件的两端开设有用于使销通过的连结孔，在固定连接件140a上在一端开设有连结孔。另外，在可动连接件143上在两端的连结孔中间开设有第三个连结孔。另外，在连结的两个连接件的一方的连结孔设置有轴承，该轴承保持销自由旋转，由此，各连接件相互顺畅地自由旋转地连结。连接件141和连接件143是具有同样连接件长(设置在两端的连接孔的间隔)2L的相同长度的部件，连接件142具有其一半的连接件长L。如图4所示，在基座31和41的纵深方向两端，分别利用销固定件145a和146a固定有销145和146。销145被插入连接件141的一端的连结孔，连接件141经由销145自由旋转地与基座31连结。同样，连接件142经由销146自由旋转地与基座41连结。另外，连接件143的一端，经由销147自由旋转地与固定连接件140a的一端连结。连接件141的另一端经由销148自由旋转地与连接件143的另一端连结。另外，连接件142的另一端经由销149自由旋转地与连接件143的中央部连结。如上所述，由于连接件141与连接件143的连接件长相等，所以以销145、147和148作为顶点的三角形成为等腰三角形(以下称为“等腰三角形578”)。另外，连接件142的连接件长是连接件143的连接件长的一半，另外，因为连接件142的另一端的连结孔通过销149与连接件143的长方向中央的连结孔连结，所以当连接销146、147和249时成为等腰三角形(以下称为“等腰三角形679”)。等腰三角形578与等腰三角形679为相似比为2:1的相似图形。因此，即使第一可动部30 (销145)移动，销146也经常位于销145与销147的中间点。即，当第一可动部30被油压缸20驱动而在X轴方向上移动时，通过销145使与第一可动部30连结的连接机构140动作，通过销146使与连接机构140连结的第二可动部40，向移动后的第一可动部30与固定部50的中间点移动。此外，销145、146、147分别被安装在第一可动部30、第二可动部40、固定部50 (具体而言，基座31、41、51)的X轴方向上的基准位置(X轴基准点)。在第一可动部30和固定部50的X轴基准点，将试验片T安装在材料试验机I时，配置有试验片T的实质端部(未被夹具夹住的可变形部分的端部)。因此，在第二可动部40的X轴基准点配置有试验片T的跨距(span)的中间点(试验片T的有效长的中间点)。另外，设置于第二可动部40的传感器单元200，被构成为测定在第二可动部40的X轴基准点的试验片T的形·状。因此，即使在试验中试验片T的长度因试验负载变化，也能够利用传感器单元200经常测定试验片T的实质的长方向中央部的形状。接着，说明于本发明的实施方式涉及的传感器单元200。传感器单元200是利用上述传感器单元移动机构100，被经常配置在可动夹具32与固定夹具52的中间，用于在试验中测定在试验片T的跨距的中央部的试验片T的外周面在半径方向和长度方向上的位移的构成元件。图5是在X轴正方向上观看安装有传感器单元200的第二可动部40。另外，图6是在Y轴正方向(即从材料试验机I的正面侧)观看传感器单元200的图。传感器单元200具备板201、第一径向位移检测部220、第二径向位移检测部240、第三径向位移检测部260和轴向位移检测部280。板201是从基座41的X轴正方向端部垂直延伸的平板，在中央部形成有开口 201a，该开口 201a具有使试验片T通过的圆弧状的边缘。开口 201a在正面侧上部(图5中的右上部分)开放，经由该开放部，可以将试验片T从开口 201a内取出和放入至开口 201a内。第一径向位移检测部220、第二径向位移检测部240、第三径向位移检测部260和轴向位移检测部280，分别被安装在板201的一面(在图5的纸张表侧的面)。另外，第一径向位移检测部220、第二径向位移检测部240和第三径向位移检测部260，在试验片T的轴的周围以120°间隔配置。另外，第一径向位移检测部220被配置在试验片T的正上方。图7是从上方观看第一径向位移检测部220的图。如图6和图7所示，第一径向位移检测部220具备:板221 ;三个接触式位移计230a c ;三根针223a c ;传感器支承件224a C，将各针223a 223c分别固定于接触式位移计230a c的主体231a c ;三条线性导轨228，分别对接触式位移计的主体231a c和针223a 223c进行支承，使其相对于板221在上下方向(Z轴方向)上自由滑动。接触式位移计230a c分别具备大致圆柱状的主体231a c和圆杆状的触头232a C。在主体231a c形成有从一端起在中心轴上延伸的圆孔，触头232a c被收容在该圆孔内可向中心轴方向自由滑动。另外，触头232a c被接触式位移计的主体231a c内所具备的未图示的线圈弹簧推至前端部侧，触头232a c的前端部从主体231a c的一端向外部突出。接触式位移计230a c检测触头232a c对主体231a c的中心轴方向(测量轴方向P)上的位置或位移。板221是从板201的一面(X轴负方向侧的面)垂直地突出，与试验片T平行地配置的支承板。在板221的一面(Y轴负方向侧的面)固定有在X轴方向上等间隔地配列的三个线性导轨228的在Z轴方向上延伸的轨道228m。在各轨道228m分别有一个滑块228η沿着轨道228m自由滑 动地卡合。在各滑块228η的安装面分别安装有传感器支承件224a c的板225a C。另外，在各板225a c的与滑块228η相反侧的面分别安装有夹板(clamp)226a c，该夹板226a c用于安装接触式位移计的主体231a C。接触式位移计的主体231a c安装于夹板226a C，由此被相对于板221 (即传感器单元200的框)在测量轴方向P上自由滑动地支承。臂227a c分别从板225a c的下端水平地向Y轴负方向侧延伸。在臂227a c的前端部分别形成有贯通孔，该贯通孔在针223a c所通过的Z轴方向上延伸。针223a c分别在使前端从臂227a c的下表面以规定长度正确地突出的状态下，被固定螺丝229固定在臂227a C。由此，针223a c分别与接触式位移计的主体231a c平行地固定，与接触式位移计的主体231a c 一起在Z轴方向(即测量轴方向P)被自由滑动地支承。针223a c分别与圆管状的试验片T的中心轴(X轴)垂直(与Z轴平行)地配置，在X轴方向上以规定间隔(在本实施例为IOmm间隔)等间隔地配列。另外，中央的针223b被正确地配置在第二可动部40的X轴基准点，前端与试验片T的跨距的中央抵接。另外，触头触碰板222从板221的一面的下端附近开始向Y轴负方向侧垂直地且与试验片T平行地突出。触头触碰板222的上表面与接触式位移计的触头232a c的前端抵接。如上所述，触头232a c被接触式位移计的主体231a c内所具备的线圈弹簧推至前端侧，所以当接触式位移计的主体231a c与针223a c 一起向上方移动时,触头232a c在前端与触头触碰板222抵接的状态下，从主体231a c进一步突出。由此，针223a c的Y轴方向的移动量被接触式位移计230a c检测。第二径向位移检测部240也同样具备:板241 (触头触碰板242);接触式位移计250 ;针243 ;传感器支承件244，其将针243固定在接触式位移计250的主体251 ;线性导轨248，其以接触式位移计的主体251和针243相对于板241在接触式位移计250的测量方向Q上自由滑动的方式支承接触式位移计的主体251和针243支承。其中，第二径向位移检测部240仅具备一组的接触式位移计250、针243、传感器支承件244和线性导轨248，板241与板201平行地配置。另外，在第二径向位移检测部240设置有弹簧机构245，该弹簧机构245使接触式位移计的主体251抵抗重力并将其向试验片T侧推，针243的前端变为经常与试验片T抵接。另外，针243的中心轴被正确地配置在第二可动部40的X轴基准点，测定试验片T的跨距中央部的外周面在半径方向上的位移。另外，第二径向位移检测部240的传感器支承件244的构成、板241、针243、传感器支承件244、线性导轨248和接触式位移计250的相对的配置关系，除了接触式位移计250的测量轴方向不同这点之外，其它与在第一径向位移检测部220的传感器支承件224a c的构成、板221、针223a C、传感器支承件224a C、线性导轨228和接触式位移计230a c的配置关系相同，所以省略关于第二径向位移检测部240的各部的详细说明。另外，第三径向位移检测部260的结构，是第二径向位移检测部240的结构的镜像，所以省略关于第三径向位移检测部260的构成的详细说明。在轴力一内压型圆管凸出试验中，管状的试验片T因内压而以跨距中央部为中心在圆周方向上膨胀。即，试验片T的纵截面变形为以跨距中央部为顶点的钓钟状。试验片T的圆周方向上的形变，主要基于由第一、第二和第三径向位移检测部220、240、260测定的试验片T的跨距中央部的外周面在半径方向上的位移来计算。此外，例如即使仅基于在使用第三径向位移检测部260而测定出的试验片T的跨距中央部的外周面上的一点的半径方向上的位移，也能够确定试验片T的圆周方向上的形变。但是，在本实施方式中，使用利用第一、第二和第三径向位移检测部220、240、260在试验片T的中心轴周围以120 °等间隔地测定试验片T的外周面在半径方向上的位移而得到的三个测定值，能够进一步正确地测定试验片T的圆周方向上的形变。另外，如上所述，第一径向位移检测部220具备试验片T的中心轴方向上以等间隔配置的三个位移计。由此，在试验片T的纵截面的钓钟状的变形曲率被确定，能够进一步正确地测定试 验片T的圆周方向上的形变。接着，说明轴向位移检测部280的结构。轴向位移检测部280检测试验片T的跨距中央部的外周面在中心轴方向上的伸长量。图8是在X轴负方向观看轴向位移检测部280的图。另外，图8中的Y’轴和Z’轴，如图5所示，是使Y轴及Z轴在X轴周围旋转40°而得到的坐标轴。图9是在Y’轴正方向观看轴向位移检测部280的图。另外，图10是图9中的B-B箭视图。另外，图8 图10表示安装有设定安装件370的状态，该设定安装件370是为了将轴向位移检测部280安装于试验片T时，将轴向位移检测部280设定在初始状态所使用的。试验在将设定安装件370移除后的状态下进行。轴向位移检测部280具备:板281，其被垂直地固定在板201 ;可动板282，其与板281平行地配置。在可动板282的与板281相对的面固定有在Z’轴方向上延伸的轨道283m。另外，在板281的一面固定有与轨道283m卡合的滑块283η。即，可动板282经由由轨道283m和滑块283η构成的线性导轨283安装于板281的一面(Y’轴负方向侧的面)，相对于板281在Ζ’轴方向上自由滑动。由此，在试验中，即使外周面因试验片T的膨胀而向轴向位移检测部280侧(半径方向)位移，由于轴向位移检测部280也根据试验片T的位移在半径方向上顺畅地移动，所以不会施加不需要的应力于轴向位移检测部280和试验片Τ，能够稳定地继续利用轴向位移检测部280进行的试验片T的位移测量。在可动板282自由旋转地安装有手拧螺钉284，该手拧螺钉284与设置在轨道283m的安装面的母螺纹卡合。另外，在可动板282的与板281相对的面设置有与在轨道283m的安装面所设置的定位形状(孔、切口)卡合的多个定位销282a。可动板282利用定位销282a和手拧螺钉284，能够相对于轨道283m以高位置精度自由装卸地安装。在更换试验片T时，为了确保在试验片T的更换所需要的空间，松开手拧螺钉284，将可动板282从轨道283卸下。另外，在可动板282的Z’轴负方向上的前端部设置有轴承部310 (图10)，该轴承部310以轴向位移检测部280的主体部300在Y’轴周围可自由摇动的方式对轴向位移检测部280的主体部300进行支承。主体部300具备轴320、板330、第一滑动部340、第二滑动部350和接触式位移计360。接触式位移计360是与接触式位移计230a c相同构成的部件。在Y’轴方向上延伸的轴320的一端被设置于轴承部310的多列球轴承312自由旋转地支承。另外，在轴320的另一端垂直地固定有板330。即，与可动板282平行的板330，被轴320和轴承部310，相对于可动板282在Y’轴周围自由摇动支承。利用该结构，即使在例如试验片T在试验中以弯曲等大幅变形的状况下，轴向位移检测部280的主体部300也按照试验片T的变形而顺畅地摇动，所以能够防止轴向位移检测部280从试验片T承受过大的负载而破损。另外，利用该结构，在将试验片T安装于材料试验机I时，轴向位移检测部280不会阻碍试验片T的移动，即使在安装有轴向位移检测部280的状态下，也能够进行试验片T的安装/取下。板330、第一滑动部340和第二滑动部350相互大致平行地配置，板330的一部分被第一滑动部340和第二滑动部350夹着。第一滑动部340和第二滑动部350分别经由线性导轨332和334安装在板330，相对于板330在规定方向(在图8 图9中X轴方向)上自由滑动。具体而言，在板330的两面分别安装有线性导轨332的轨道332m和线性导轨334的轨道334m。另外，线性导轨332的滑块332η被安装在第一滑动部340，线性导轨334的滑块334η被安装在第二滑动部350。在第一滑动部340和第二滑动部350的一端(在图8 图10中的Ζ’轴负方向的端部)分别设置有与试验片T的侧面相接的爪部(jaw)344和354。另外，在第一滑动部340的另一端部设置有夹板342，该夹板342固定接触式位移计360的主体361。接触式位移计360被配置成测量轴(触头362的轴方向)与线性导轨332和334的可动方向平行。在第二滑动部350的另一端设置有与触头362垂直的触头触碰板352。当爪部344与爪部354在测量轴方向(在图8 图10中X轴方向)相对地移动时，相对于被固定在第一滑动部340的接触式位移计的主体361，第二滑动部350的触头触碰板352在测量轴方向上移动。接触式位移计的触头362被设置于主体361内的线圈弹簧(未图示)向突出方向(X轴负方向)推，所以维持前端与触头触碰板352抵接的状态，并追随触头触碰板352的移动在X轴方向上移动。由此，爪部344与爪部354的相对位移被接触式位移计360检测。另外，在板330的测量轴方向两端分别安装有钩板336。在钩板336的Y’轴方向两端形成有钩336h。在试验时，如图8所示，在使爪部344、354的前端与试验片T抵接的状态下，橡胶环B被挂在两钩336，在橡胶环B与轴向位移检测部的主体部300之间夹入试验片T。由此，爪部3 44、354被橡胶环B的弹性力推至试验片T的侧面，所以爪部344、354在试验片T的侧面不会滑动，追随试验片T的轴方向上的位移而移动，轴方向上的位移被正确地检测。另外，由于轴向位移检测部280的主体部300被构成为在轴320周围自由摇动，所以即使在试验片T有歪曲的情况下、试验中试验片T相对于跨距中央不均匀地变形、在各爪部344、354的前端与试验片T的距离产生差的情况下，利用主体部300的旋转来解除距离差，两个爪部344、354可靠地触碰于试验片T的侧面，能够经常进行正确的轴方向位移的测量。另外，如图10所示 ，在第一滑动部340和第二滑动部350与设定安装件370相对的面分别设置有定位销346、356。另外，在轴320的与设定安装件370相对的面的中心轴上形成有与手拧螺钉322卡合的母螺纹322。另一方面，在设定安装件370形成有贯通孔378，该贯通孔378被卡合定位销346、356的孔372、372和手拧螺钉322通过。将定位销346、356插入设定安装件370的孔372、372，由此将手拧螺钉322通过设定安装件370的贯通孔378并拧入母螺纹322，设定安装件370被安装置于轴向位移检测部280的主体部300。此时，在轴320、被一体地固定于轴320的板330、第一滑动部340、第二滑动部350和设定安装件370，被固定成规定的配置关系。另外，此时，在X轴方向上的轴320的中心轴与爪部344的前端的间隔以及轴320的中心轴与爪部354的前端的间隔，被设定为共同的规定值(在本实施方式中为10mm)。另外，轴320的中心轴被配置在基座41的X轴方向上的中心线的正上方。即，轴320在X轴方向上，位于可动夹具32与固定夹具52的中间。因此，在安装有设定安装件370的状态下，爪部344和354被配置于从试验片T的跨距中央部向X轴正方向和负方向分别以等间隔离开的位置。在安装有设定安装件370的状态下，将轴向位移检测部280装置在试验片T，则能够在试验片T的跨距中央部以规定间隔将爪部344和354触碰于试验片T的外周面并固定。接着，详细说明夹具32和52。图11和图12分别表示夹具32和52的俯视图和纵截面图。另外，在图11和图12中，右侧的夹具52表示夹住状态，左侧的夹具32表示未夹住状态。夹具32具备支承块610、凸缘部620、核部630、筒夹640、套筒650、滑动件660和两个油压缸670 (图11)。另外，滑动件660具备四个杆662和连结板664。在支承块610，在X轴负方向侧的侧面安装有凸缘部620，在X轴正方向侧的侧面安装有核部630。另外，在支承块610形成有在X轴方向上延伸的四个贯通孔612。各贯通孔612具有比杆662的外径略大的内径，在各贯通孔612中自由滑动地插入有杆662。另外，四个杆662的X轴负方向侧的一端分别被固定于连结板664。油压缸670构成为连结板664对试验片T向Y轴负方向施力。另外，凸缘部620是用于安装连接部件33的结构部，在凸缘部620的一端设置有形成有未图示的螺孔的凸缘安装面622。在核部630的前端部设置有圆柱部632，该圆柱部632具有比试验片T的内径略小的直径。另外，设置有锥形部634，该锥形部634形成为与圆柱部632的前端相邻，外周面越往前端侧越细。在圆柱部632的前端侧的外周面形成有装置O型环的环状沟636。筒夹640是圆环状的部件，形成有从中心轴放射状地延伸的未图示的四个凹口。筒夹640除了支承块610侧的内周侧端部之外，由四个凹口被分割成四份，各分割片能够在半径方向上移动。筒夹640的内周面成为比试验片T的外径略宽的圆柱面，覆盖核部630的圆柱部632。在试验时，试验片T被夹入在筒夹640的内周面与核部630的圆柱部632之间。另外，筒夹640的外周面成为越往前端侧越细的圆锥面(锥形面)。套筒650的内周面也成为与筒夹640的外周面同样锥形角的圆锥面，套筒650覆盖筒夹640。另外，在套筒650的支承块610侧形成有向半径方向外侧突出的凸缘部652。夹具52具备支承块510、核部530、筒夹540、套筒550、滑动件560和两个油压缸570 (图11)。另外，筒夹540、套筒550、滑动件560和油压缸570分别是与夹具32的筒夹640、套筒650、滑动件660和油压缸670同样结构的部件。另外，核部530也除了支承块510的固定部的形状、后述的管路514的细部的构成之外，具有与夹具32的核部630同样的结构。在支承块510的X轴正方向侧的侧面设置有凸缘安装面522，该凸缘安装面522形成有用于固定连接部件53的未图示的螺孔。在支承块510的X轴负方向侧的侧面安装有核部530。另外，在支承块510形成有在X轴方向上延伸的四个贯通孔512，在各贯通孔512中自由滑动地插入有滑动件560的杆562。图13是图12中的C-C箭视图。在套筒550凸缘部552形成有在X轴方向上延伸的四个贯通孔554。贯通孔554具有:杆562的头562h能够插入贯通的插入部554a ;和细隙部554b，从插入部554a沿着圆周方向(在图13的逆时针方向)延伸。另外，在凸缘部552的与夹具32相对的面，在细隙部554b的周围形成有座卷部554c。当将杆562通过凸缘部552的贯通孔554，使套筒550以顺时针方向旋转时，杆562的头562h与凸缘部552的座卷部554c卡合，即使在X轴正方向上驱动杆562，也不会从凸缘部552脱落。另外，在夹具32的支承块610、核部630和夹具52的支承块510、核部530分别形成有供给用于对试验片T施加内压的工作液(hydraulic fluid)管路616、636和管路516、536。此外，工作液使用混合 防锈剂的水、工作油。支承块510的管路516的一端(接管516a)与未图示的液压源连接，另一端与形成在核部530的管路532的一端连接。在管路516的中途设置有油压计590。另外，核部530的管路532的另一端在锥形部534的外周面开口，从该开口向试验片T的管内注入工作液。另外，形成于夹具32的支承块610的管路616，其一端与放气用的阀680连接，另一端与核部630的管路636的一端连接。另外，阀680的出口与未图示的工作液存储槽连接。核部630的管路636的另一端在锥形部634的外周面开口，试验片T的管内液压油从该开口流入管路636和616。当利用夹具52夹住试验片T时，将试验片T的一端插入核部530的圆柱部532，在其外周安装筒夹540，进而在筒夹540的外周装置套筒550。当安装套筒550时，使杆562通过凸缘部552的贯通孔554(第十三图)，使套筒550以顺时针方向旋转，使杆562的头562h与凸缘部552的座卷部554c卡合。同样，将试验片T的另一端安装在夹具32。此外，将试验片T的两端分别插入核部530的圆柱部532和核部630的圆柱部632，由此利用O型环536,636使试验片T与圆柱部532、632密接，所以即使供给工作液，工作液也不会从试验片T与核部530、630之间的缝隙漏出。接着，当打开阀680时，以低压从液压源送出工作液，则工作液经由管路516、536、试验片T、管路636、616和阀680，被送出至工作油存储槽。此时，试验片T和管路516、536、636、616内的空气也与工作液一起被排出至工作油存储槽，试验片T和管路516、536、636、616内被工作油充满。接着，当关闭阀680时，利用液压源供给规定的初始液压时，油压缸570 (670)动作，当向X轴正方向(负方向)驱动连结板564 (664)时，经由固定于连结板564 (664)的杆562 (662)，套筒550 (650)也被向X轴正方向(负方向)强按压。利用套筒550 (650)的锥形面，将筒夹540 (640)向内侧强压，在核部530(630)的圆柱部532 (632)与筒夹540 (640)之间，试验片T的一端(另一端)被强固地夹住。另外，当在试验后除去工作液的压力时，基于杆562 (662)与套筒550 (650)的筒夹540(640)的夹紧被解除，所以成为未夹住状态。另外，在支承块510 (610)设置有与非夹住用螺栓566 (666)卡合的母螺纹518 (618)，在连结板564 (664)设置有使非夹住用螺栓566(666)通过的贯通孔564a (664a)。在将套筒550 (650)、筒夹540 (640)和试验片T固定而不解除夹住的情况下，使未夹住用螺栓566 (666)通过贯通孔564a (664a)并抒进母螺纹518 (618)，将连结板564 (664)压入至支承块510 (610)，由此筒夹540 (640)的固定被解除，能够成为未夹住状态。接着，说明基于利用传感器单元200得到的试验片的位移的检测结果，通过控制部(未图示)计算试验片T的形变和应力的方法。在圆管凸出试验中，测量在圆管状的试验片T的圆周方向(θ )和管轴方向(φ)上的应力与形变的变化。试验片T的圆周方向应力σ<ρ和管轴方向应力σ 0分别利用式(1)、(2)计算。另外，试验片T的圆周方向形变εφ和管轴方向形变ε 0分别利用式(3)、(4)计算。另外，试验片T的厚度t利用式(5)计算。数I
权利要求
1.一种材料试验机，其对圆管状的试验片施加内压和管轴方向的应力，测量该试验片的形变，所述材料试验机的特征在于，具备: 多个径向位移检测部，其检测所述试验片的管轴方向上的有效长中央部的外周面在半径方向上的位移； 轴向位移检测部，其检测所述试验片的有效长中央部的外周面在管轴方向上的位移；和 运算部，其基于所述径向位移检测部和所述轴向位移检测部的检测结果，运算所述试验片的有效长中央部的圆周方向和管轴方向形变， 其中，所述多个径向位移检测部构成为检测所述试验片在管轴周围的相互不同方位上的位移。
2.如权利要求1所述的材料试验机，其特征在于: 所述多个径向位移检测部包括围绕所述试验片的管轴以120°间隔配置的第一、第二和第三径向位移检测部。
3.如权利要求1或2所述的材料试验机，其特征在于: 所述多个径向位移检测部分别具备:第一位移计，其检测所述试验片的有效长中央部的外周面在半径方向上的位移， 所述多个径向位移检测部的 至少一个具备:第二位移计，其相对于所述第一位移计在所述管轴方向上排列配置，检测所述试验片的外周面在半径方向上的位移， 运算部，其构成为基于所述至少一个径向位移检测部的所述第一和第二位移计的检测结果，计算所述试验片的有效长中央部的外周面的管轴方向曲率半径。
4.如权利要求3所述的材料试验机，其特征在于: 所述第一位移计构成为，具备: 针，其被设置成其前端与所述试验片的外周面垂直地相接，根据所述试验片的外周面在半径方向上的位移，在该半径方向上自由移动，通过检测该针的移动量，检测所述试验片的外周面在半径方向上的位移。
5.如权利要求4所述的材料试验机，其特征在于: 所述第一和第二位移计分别具备: 固定框； 可动框，其被设置成相对于所述固定框在所述试验片的半径方向上自由滑动；和位移传感器，其具备:安装于所述可动框的主干部；和触头，从该主干部的一端在所述试验片的半径方向上自由伸缩地突出， 所述位移传感器的触头的前端与设置于所述固定框的触头触碰板抵接， 所述针以使得长度方向朝向所述试验片的半径方向，从所述可动框的与所述试验片相对的一端突出的方式安装于所述可动框。
6.如权利要求1至5中任一项所述的材料试验机，其特征在于: 具备传感器单元移动机构，该传感器单元移动机构使设置有所述多个径向位移检测部和所述轴向位移检测部的传感器单元，相对于所述材料试验机的装置框，在所述试验片的管轴方向上移动， 所述传感器单元移动机构具备:第一可动部，其具备:可动夹具，该可动夹具设置成相对于所述装置框能够向所述试验片的管轴方向移动，固定所述试验片的一端； 固定部，其具备:固定夹具，该固定夹具被固定于所述装置框，固定所述试验片的另一端; 第二可动部，其被配置于所述第一可动部与所述固定部之间，使所述传感器单元相对于所述装置框，向所述试验片的管轴方向移动； 致动器，其被固定于所述装置框，向所述规定方向驱动所述第一可动部；和连接机构，其连结所述装置框、所述第一可动部和所述第二可动部，相应于所述第一可动部的移动，使所述中央部测定器移动至所述可动夹具与所述固定夹具的中间点。
7.—种材料试验机，对试验片施加规定方向的应力,测量所述试验片的反应，所述材料试验机的特征在于，具备: 装置框； 第一可动部，其具备:可动夹具，该可动夹具被设置成相对于所述装置框能够向所述规定方向移动，固定所述试验片的一端； 固定部，其具备:固 定夹具，该固定夹具被固定于所述装置框，固定所述试验片的另一端; 第二可动部，其具备:中央部测定器，该中央部测定器被设置成在所述第一可动部与所述固定部之间相对于所述装置框能够向所述规定方向移动，在对所述试验片施加负载时，测定所述试验片的所述规定方向中央部的反应； 致动器，其被固定于所述装置框，向所述规定方向驱动所述第一可动部；和连接机构，其连结所述装置框、所述第一可动部和所述第二可动部，相应于所述第一可动部的移动，使所述中央部测定器移动到所述可动夹具与所述固定夹具的中央，由此使所述中央部测定器经常位于试验片的所述规定方向中央部。
8.如权利要求7所述的材料试验机，其特征在于: 还具备向所述规定方向延伸的轨道， 所述第一可动部具备与所述轨道卡合的第一滑块，利用该轨道和该第一滑块，被支承成在所述规定方向上自由滑动， 所述第二可动部具备与所述轨道卡合的第二滑块，利用该轨道和该第二滑块，被支承成在所述规定方向上自由滑动。
9.如权利要求7或8所述的材料试验机，其特征在于: 所述固定部还具备: 负载传感器，其测量施加在所述试验片上的所述规定方向上的负载；和 第三滑块，其能够在所述规定方向自由移动地与所述轨道卡合， 所述固定夹具，被配置于所述第三滑块上，经由所述负载传感器被固定于所述装置框。
10.如权利要求7至9中任一项所述的材料试验机，其特征在于: 所述连接机构具有: 第一连接件，其一端经由第一销可旋转地与所述第一可动部连结； 第二连接件，其一端经由第二销可旋转地与所述第二可动部连结；和 第三连接件，其一端经由相对于所述第二销在与所述第一销相反一侧配置的第三销，可旋转地与所述装置框连结， 所述第一连接件的另一端与所述第三连接件的另一端经由第四销可旋转地连结， 所述第二连接件的另一端经由第五销可旋转地与所述第一或所述第三连接件连结， 所述第四销与所述第一销的间隔等于所述第四销与所述第三销的间隔， 所述第五销与所述第二销的间隔等于，所述第五销、与所述第一和所述第三销中与所述第五销连接相同的连接件的销的间隔。
11.如权利要求10所述的材料试验机，其特征在于: 所述第一可动部、所述第二可动部和所述固定部分别具备底板，在各底板的下表面分别安装有第一、第二、第三滑块， 所述可动夹具、所述中央部测定器和所述固定夹具分别安装于各所述底板的上表面，配置于该底板的上方， 所述连接机构安装于各所述底板的下表面，配置于该底板的下方。
12.如权利要求11所述的材料试验机，其特征在于: 所述装置框具备平台，该平台具有水平面的上表面， 所述轨道被安装于所述装置框的上表面， 在所述平台的一侧面侧，在中央部形成有凹部，该凹部被切口，具有与所述轨道接近并平行地延伸的底部，在水平 方向上凹入，所述第一至第三连接件分别被配置于所述凹部内。
全文摘要
本发明提供一种材料试验机，对圆管状的试验圆管状的试验片施加内压和管轴方向的应力，测量该试验片的形变。材料试验机，具备多个径向位移检测部，其检测试验片的管轴方向上的有效长中央部的外周面在半径方向上的位移；轴向位移检测部，其检测试验片的有效长中央部的外周面在管轴方向上的位移；和运算部，其基于径向位移检测部和轴向位移检测部的检测结果，运算试验片的有效长中央部的圆周方向和管轴方向形变，其中，多个径向位移检测部构成为检测试验片在管轴周围的相互不同方位上的位移。
文档编号G01N3/06GK103250039SQ20118005558
公开日2013年8月14日 申请日期2011年11月17日 优先权日2010年11月18日
发明者太田知孝 申请人:国际计测器株式会社, 桑原利彦