应力试验用夹具和应力试验方法与流程

本发明涉及应力试验用夹具和应力试验方法，特别涉及能够适用于棒状试件的应力试验的夹具和试验方法。

背景技术：

在油井和气井(在本说明书中将油井和气井统称为“油井”)中利用油井管。油井具有腐蚀环境。因此，要求油井管具有耐腐蚀性。关于油井管的种类，包括套管和油管。套管插入于坑井。在套管与坑壁之间填充有水泥，套管固定于坑内。油管插入于套管内，供油和气等生产流体通过。在要求油井管具有耐腐蚀性的同时还要求油井管具有较高的强度。油井管的强度等级通常由管轴线方向上的拉伸屈服强度来定义。油井管的用户进行试钻或地质调查等而推测作为挖掘的对象的油井的环境(地层压力、生产流体的温度以及生产流体的压力)，选择能够耐用的强度等级的油井管。近年，油井越来越深，不仅要求较高的拉伸屈服强度，还要求较高的压缩屈服强度。因此，对油井管预先进行用于掌握产生拉伸应力和压缩应力时的变形行为的试验。

作为用于掌握钢材的产生压缩应力时的变形行为的试验，例如能够举出在astme9-09中制定的压缩试验。在该压缩试验中，利用平坦的压缩夹具按压圆柱状的试件的上端面和下端面。由此，能够在试件产生压缩应力。

然而，在钢材的压缩试验中，试件的压曲成为问题。例如，于在上述的astme9-09中制定的压缩试验中，若按压试件的压缩夹具的按压面的平面度降低，则存在压缩夹具的按压方向相对于试件的轴线方向倾斜的情况。由此，存在产生试件的压曲的情况。

因此，提出了用于防止上述那样的压曲的夹具。例如，专利文献1所公开的应力试验夹具具有用于保持试件的上端部的凸缘(以下称为上凸缘。)、用于保持试件的下端部的凸缘(以下称为下凸缘。)、用于固定上凸缘的上侧固定构件、用于固定下凸缘的下侧固定构件以及上下贯穿上侧固定构件的两根引导件。

在专利文献1所公开的应力试验夹具中，通过使上侧固定构件上下移动而使上凸缘上下移动。由此，能够在保持于上凸缘的试件产生压缩应力和拉伸应力。另外，在专利文献1的应力试验夹具中，能够使上侧固定构件沿着引导件上下移动，因此能够抑制上侧固定构件在上侧固定构件上下移动时倾斜的状况。由此，能够抑制固定于引导件的上凸缘倾斜，因此能够抑制对试件施加的压缩载荷和拉伸载荷的负荷方向相对于试件的轴线方向倾斜的状况。其结果，能够抑制压曲的产生。

另外，在专利文献2中公开了压缩试件压曲防止夹具。在专利文献2所公开的夹具中，通过利用多个构件包围试件的平行部来阻止平行部产生弯曲。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-241530号公报

专利文献2：日本实开昭61-102851号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，在专利文献1的夹具中，必须利用螺钉等将保持试件的上端部的上凸缘固定于上侧固定构件。因此，若未充分地提高上凸缘与上侧固定构件之间的组装精度，则即使能够利用引导件抑制上侧固定构件的倾斜，也存在上凸缘倾斜的情况。由此，存在对试件施加的压缩载荷和拉伸载荷的负荷方向倾斜而无法充分地抑制压曲的产生的可能。

另一方面，如上所述，专利文献2的夹具构成为包围试件的平行部。因此，在使用了专利文献2的夹具的情况下，无法将用于测定平行部的伸长的伸长计安装于平行部。在该情况下，无法精度良好地调查在试件产生的应力与应变之间的关系。即，无法恰当地评价金属材料的应力与应变之间的关系。

另外，在专利文献2的结构中，考虑试件的平行部与夹具接触的情况。在该情况下，因试件的平行部与夹具接触而从夹具对平行部施加力，因此无法精度良好地调查应力与应变之间的关系。

本发明是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于，提供能够在不包覆平行部的周围的前提下抑制试件的压曲的应力试验用夹具和应力试验方法。

用于解决问题的方案

本发明的主旨在于，下述的应力试验用夹具和应力试验方法。

(1)一种应力试验用夹具，其是在对以沿着上下方向延伸的方式配置的棒状的试件施加压缩载荷和拉伸载荷中的至少一者的应力试验机中使用的夹具，其中，

该应力试验用夹具包括：

上侧缸，能够在其下端部固定所述试件的上端部；

下侧缸，能够在其上端部固定所述试件的下端部；以及

框架，其供所述上侧缸和所述下侧缸插入，

所述上侧缸和所述下侧缸能够以所述试件、所述上侧缸以及所述下侧缸同轴配置的方式固定所述试件，

所述框架具有：收纳空间，其沿着水平方向贯通该框架并且能够收纳所述试件；上侧贯通孔，其以贯通该框架的方式从所述收纳空间向上方延伸并且能够供所述上侧缸插入；以及下侧贯通孔，其以与所述上侧贯通孔同轴地贯通该框架的方式从所述收纳空间向下方延伸并且能够供所述下侧缸插入。

(2)根据上述(1)的应力试验用夹具，其中，

所述应力试验机包括以能够沿着上下方向移动的方式设置的十字头和设于所述十字头的下方的支承部，

所述框架具有设于所述收纳空间的下方并且能够支承于所述应力试验机的所述支承部的平坦面，

所述上侧缸的上端部构成为能够连结于所述十字头，

所述下侧缸的下端部构成为能够连结于所述支承部。

(3)根据上述(1)或(2)的应力试验用夹具，其中，

所述上侧缸的下端部构成为能够通过拧入所述试件的上端部来固定所述试件的上端部，

所述下侧缸的上端部构成为能够通过拧入所述试件的下端部来固定所述试件的下端部。

(4)一种应力试验方法，其是使用包括以能够沿着上下方向移动的方式设置的十字头和设于所述十字头的下方的支承部的应力试验机对棒状的试件施加压缩载荷和拉伸载荷中的至少一者的应力试验方法，其中，

将所述试件安装于在所述支承部上配置的上述(1)～(3)中任一项的应力试验用夹具，并且将所述十字头连结于所述应力试验用夹具的所述上侧缸，使所述十字头沿着上下方向移动而对所述试件施加压缩载荷和拉伸载荷中的至少一者。

发明的效果

根据本发明，能够在不包覆平行部的周围的前提下抑制试件的压曲。由此，能够恰当地评价金属材料的应力与应变之间的关系。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的应力试验用夹具的主视图。

图2是表示框架的图，图2的(a)是主视图，图2的(b)是仰视图。

图3是表示试件的一个例子的图。

图4是表示安装有夹具的应力试验机的图。

图5是表示安装有把持构件的框架的图，图5的(a)是主视图，图5的(b)是仰视图。

图6是表示实施例的调查结果(应力与应变之间的关系)的图。

具体实施方式

以下，详细地说明本发明的一个实施方式的应力试验用夹具和使用了该应力试验用夹具的应力试验方法。如后所述，在能够对以沿着上下方向延伸的方式配置的棒状的试件施加压缩载荷和拉伸载荷中的至少一者的应力试验机中使用本实施方式的应力试验用夹具。

图1是表示本发明的一个实施方式的应力试验用夹具的主视图。参照图1，本实施方式的应力试验用夹具10(以下记作夹具10。)包括上侧缸12、下侧缸14以及框架16。上侧缸12、下侧缸14以及框架16分别由例如金属形成。

上侧缸12例如具有圆柱形状或圆筒形状。在上侧缸12的上端部形成有沿着上侧缸12的径向贯通的贯通孔12a。贯通孔12a供后述的连结销52(参照图4)插入。在上侧缸12的下端部形成有螺纹孔12b。螺纹孔12b以在上侧缸12的下表面12c开口并从上侧缸12的下表面12c向上方延伸的方式形成。

下侧缸14例如具有圆柱形状或圆筒形状。在下侧缸14的下端部形成有沿着下侧缸14的径向贯通的贯通孔14a。贯通孔14a供后述的连结销50(参照图4)插入。在下侧缸14的上端部形成有螺纹孔14b。螺纹孔14b以在下侧缸14的上表面14c开口并从下侧缸14的上表面14c向下方延伸的方式形成。

图2是表示框架16的图，图2的(a)是主视图，图2的(b)是仰视图。参照图1和图2，框架16具有闭合截面形状。在本实施方式中，框架16具有收纳空间16a、上侧贯通孔16b、下侧贯通孔16c以及设于收纳空间16a的下方的平坦面16d。

收纳空间16a以沿着水平方向贯通框架16的方式形成。换言之，收纳空间16a是沿着水平方向贯通框架16的贯通孔。在本实施方式中，收纳空间16a具有在从正面观察时呈大致矩形的形状，形成于框架16的中央部。收纳空间16a用于收纳后述的试件20。

收纳空间16a的上下方向上的长度w1例如设定为100mm以上且200mm以下。通过将长度w1设定为100mm以上来提高将后述的试件20向夹具10安装时的操作性和将后述的伸长计30向试件20安装时的操作性。另一方面，通过将长度w1设定为200mm以下，能够更有效地抑制试件20的压曲。在从正面观察时，收纳空间16a的水平方向上的宽度w2例如设定为100mm左右。

参照图1和图2，上侧贯通孔16b和下侧贯通孔16c以贯通框架16的方式形成。具体而言，上侧贯通孔16b以从收纳空间16a向上方延伸的方式形成，下侧贯通孔16c以从收纳空间16a向下方延伸的方式形成。上侧贯通孔16b和下侧贯通孔16c同轴地形成。

在框架16的沿着水平方向延伸的截面(即与上下方向垂直的截面)中，上侧贯通孔16b和下侧贯通孔16c分别具有圆形的形状。参照图1，上侧缸12插入于上侧贯通孔16b，下侧缸14插入于下侧贯通孔16c。上侧贯通孔16b与上侧缸12之间的间隙和下侧贯通孔16c与下侧缸14之间的间隙分别例如设定为0.3mm以下，优选设定为0.1mm以下。

参照图2，上侧贯通孔16b的上下方向上的长度c1和上侧贯通孔16b的直径d1优选设定为满足下述的(1)式，下侧贯通孔16c的上下方向上的长度c2和下侧贯通孔16c的直径d2优选设定为满足下述的(2)式。此外，长度c1和直径d1更优选设定为满足下述的(3)式，长度c2和直径d2更优选设定为满足下述的(4)式。

c1/d1≥1.1…(1)

c2/d2≥1.1…(2)

c1/d1≥3.0…(3)

c2/d2≥3.0…(4)

此外，在本实施方式中，框架16具有在从正面观察时呈矩形的形状。框架16的上下方向上的长度l例如设定为550mm左右，水平方向上的宽度a例如设定为130mm左右，厚度t例如设定为50mm左右。

图3是表示要安装于夹具10的试件的一个例子的图。如图3所示，在本实施方式中，使用棒状(圆棒)的试件20。在试件20的上端部20a和下端部20b分别形成有螺纹槽。从抑制试件20的压曲的观点来看，平行部20c的长度b和平行部20c的直径d例如优选设定为满足下述的(5)式。

2.5≤b/d≤3.5…(5)

参照图1和图3，在本实施方式中，将试件20的上端部20a拧入上侧缸12的螺纹孔12b，将试件20的下端部20b拧入下侧缸14的螺纹孔14b。由此，将上侧缸12及下侧缸14与试件20固定。在本实施方式中，上侧缸12和下侧缸14以试件20、上侧缸12以及下侧缸14同轴配置的方式固定试件20。在试件20的平行部20c安装用于在后述的应力试验中测量平行部20c的延伸的伸长计30。作为伸长计30，能够使用公知的各种伸长计，因此省略详细的说明。

接着，说明使用了上述的夹具10的应力试验方法。图4是表示在实施本实施方式的应力试验方法时使用的应力试验机的图。此外，作为应力试验机，能够使用公知的各种试验机，因此简单地说明应力试验机。

参照图4，本实施方式的应力试验方法所使用的应力试验机40包括：主体部40a；十字头40b，其以沿着水平方向延伸并且能够沿着上下方向移动的方式支承于主体部40a；以及支承杆40c，其设于十字头40b的下方。十字头40b利用未图示的驱动装置上下移动。在本实施方式中，支承杆40c与支承框架16的平坦面16d的支承部相对应。

在实施应力试验时，例如，如上所述，将安装有试件20的夹具10的框架16置于应力试验机40上。具体而言，以框架16的平坦面16d支承于支承杆40c的上表面的方式设置夹具10。此外，在本实施方式中，框架16因自重而支承于应力试验机40的支承杆40c。在上侧缸12和下侧缸14未接触框架16的状态下，不会从应力试验机40(十字头40b)对框架16向下方施加载荷。

支承杆40c构成为能够供下侧缸14的下端部插入，对此省略详细的说明。在本实施方式中，利用连结销50将支承杆40c与下侧缸14连结。

上侧缸12的上端部插入于连结杆42并且利用连结销52连结于连结杆42。连结杆42借助负荷传感器44安装于十字头40b。利用这样的结构将上侧缸12与十字头40b连结。

如上所述，在将试件20安装于夹具10并且将十字头40b连结于上侧缸12的状态下，能够通过使十字头40b上下移动来对试件20施加压缩载荷和拉伸载荷。

如上所述，在使用本实施方式的夹具10的情况下，能够将利用十字头40b进行上下运动的上侧缸12、固定于上侧缸12的试件20以及支承试件20的下侧缸14同轴配置。并且，在应力试验中，即使上侧缸12和下侧缸14开始向使试件20压曲的方向倾斜，也能够利用框架16防止上侧缸12和下侧缸14大幅倾斜。具体而言，在上侧贯通孔16b和下侧贯通孔16c内，上侧缸12和下侧缸14接触框架16，从而能够防止上侧缸12和下侧缸14大幅倾斜。因而，在本实施方式中，即使未充分地提高上侧缸12与十字头40b之间的组装精度，也能够抑制上侧缸12和下侧缸14相对于上下方向倾斜。其结果，能够抑制对试件20施加的压缩载荷和拉伸载荷的负荷方向相对于上下方向倾斜，能够充分地抑制试件20的压曲的产生。

另外，如上所述，可以不用使上侧缸12与十字头40b之间的组装精度提高至所需程度以上，因此能够简化上侧缸12与十字头40b之间的连结构造。在本实施方式中，如上所述，能够利用使用了连结销52的简单的结构将上侧缸12与十字头40b连结。由此，与需要使用多个螺钉将上凸缘与十字头连结的专利文献1的结构相比，夹具10和试件20向应力试验机40的安装较容易。

另外，在本实施方式中，不需要利用夹具10包覆试件20的平行部20c的周围，因此能够将伸长计30安装于平行部20c。并且，平行部20c与夹具10不会接触。其结果，能够精度良好地调查在试件20产生的应力与应变之间的关系。

此外，例如，也可以如图5所示，为了容易搬运框架16，在框架16的两侧面分别设有在俯视时呈c字状的把持构件18a、18b，对此省略详细的说明。在该情况下，宽度e例如设定为200mm左右。此外，作为把持构件18a，18b，例如能够使用c型钢。

实施例

为了确认本发明的效果，使用具有上述的结构的夹具10和应力试验机40，对试件20反复施加压缩载荷和拉伸载荷，调查在试件20产生的应力与应变之间的关系。

此外，在本实施例中，使用了设有c型钢18a、18b(参照图5)的框架16。另外，参照图2，长度c1和长度c2分别是200mm，长度w1是150mm，宽度w2是100mm，宽度a是130mm，厚度t是50mm，直径d1和直径d2分别是32mm，宽度e(参照图5)是200mm。另外，参照图3，在试件20的轴线方向上，上端部20a和下端部20b的长度是6.3mm，平行部20c的长度b是8.0mm，直径d是2.5mm，试件20的全长是25.5mm。并且，参照图1，上侧贯通孔16b与上侧缸12之间的间隙和下侧贯通孔16c与下侧缸14之间的间隙分别是0.1mm。

将通过调查获得的应力与应变之间的关系(滞后曲线)示于图6。在本实施例中，在试验中试件20未产生压曲。即，由此可知，根据本发明，能够防止压曲的产生，并且能够恰当地评价应力与应变之间的关系。

产业上的可利用性

根据本发明，能够在不包覆平行部的周围的前提下抑制试件的压曲。由此，能够恰当地评价金属材料的应力与应变之间的关系。

附图标记说明

10、应力试验用夹具；12、上侧缸；14、下侧缸；16、框架；16a、收纳空间；16b、上侧贯通孔；16c、下侧贯通孔；16d、平坦面；20、试件；30、伸长计；40、应力试验机。