材料试验机的制作方法

本发明涉及一种对试验对象负载试验力而执行材料试验的材料试验机。

背景技术：

为了评估材料的特性，而进行与材料的种类或性质相应的各种材料试验。执行材料试验的材料试验机包括：负载机构，对作为试验对象的试片给予试验力；以及力检测器，用于检测实际施加于试片的力(参照专利文献1)。另外，在将高速的拉伸载荷施加于试片的材料试验机中，试片的位移(伸长)是由高速照相机(参照专利文献2)、或安装于试片的接触式的伸长计来测量(参照专利文献3)。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2004-333221号公报

[专利文献2]日本专利特开2006-170959号公报

[专利文献3]日本专利特开2006-10409号公报

技术实现要素：

[发明所要解决的问题]

在高速拉伸试验或高速压缩试验中，为了求出各速度的材料特性，需要根据试验结果来确认目标速度是否出现。图5为高速拉伸试验的位移-时间图表。图6为将图5的位移的一部分放大表示的图表。这些图表表示以试验速度20m/s的条件执行拉伸试验时的试片所产生的位移与时间的关系。图5的图表的纵双轴中左侧为位移(mm：毫米)，右侧为试验力(kn：千牛)。另外，横轴为时间(μs：微秒)。图表中，以虚线表示试验力数据，以实线表示位移数据。另外，图6的图表的纵轴为位移(mm：毫米)，横轴为时间(μs：微秒)。

即便将力检测器所检测出的试验力、与作为位移检测器的伸长计所检测的位移如图5所示那样作为试验结果而同时显示于显示装置，也在仅观察位移的时间经过的情况下，难以在高速拉伸的现实试验中，确认作为试验条件而设定的目标速度出现。另外，即便如图6那样将位移图表的一部分放大，也难以确认小的位移变动。

图7为高速拉伸试验的速度-时间图表。图7的图表的纵双轴中，左侧为速度(m/s：米每秒)，右侧为试验力(kn：千牛)。而且，横轴为时间(μs：微秒)。另外，图7的图表中，以虚线表示试验力数据，以实线表示速度数据。

由伸长计检测的位移的值因扰乱等而微小变动(参照图6)，在将位移数据微分并换算为速度的速度-时间图表中，位移数据的微小变动放大，如图7的图表中以实线所示的速度数据那样，在图表上显示速度的变动大。因此，难以在高速拉伸的现实的试验中，从速度-时间图表明确地判断作为试验条件而设定的目标速度是否出现。

本发明是为了解决所述问题而成，其目的在于提供一种材料试验机，此材料试验机可提示试验结果，并且可提示用户能够容易地判断目标试验速度是否出现的信息。

[解决问题的技术手段]

技术方案1所记载的发明将负载机构驱动而对试验对象给予试验力，其特征在于包括：力检测器，检测作用于所述试验对象的试验力；位移检测器，检测所述试验对象所产生的位移；以及控制装置，控制所述负载机构，且所述控制装置包括：差量位移计算部，根据由所述位移检测器所检测出的位移值与预先设定为试验条件的目标位移值来求出差量位移值；以及显示控制部，将差量位移图表显示于显示装置，所述差量位移图表是将所述差量位移计算部中算出的差量位移值的时序数据制成图表而成。

技术方案2所记载的发明根据技术方案1所记载的材料试验机，其中所述控制装置包括：着眼点检测部，从所述差量位移图表检测着眼点；以及参考速度直线计算部，计算所述差量位移图表中的经过所述着眼点的参考速度直线，且所述显示控制部将所述参考速度直线显示于所述显示装置。

技术方案3所记载的发明根据技术方案1所记载的材料试验机，其中所述显示控制部对所述差量位移图表追加与试验的要求范围相应的辅助线，并显示于所述显示装置。

[发明的效果]

根据技术方案1至技术方案3所记载的发明，根据由位移检测器所检测的位移值与预先设定为试验条件的目标位移值来求出差量位移值，并将差量位移图表显示于显示装置，所述差量位移图表是将所述差量位移值的时序数据制成图表而成，因此用户容易理解试验速度相对于目标速度为何种程度。另外，通过将差量位移值制成图表，从而图表的数值轴的上下限值变小，因此位移变动相对地放大，位移变动的观察变容易。

根据技术方案2所记载的发明，从差量位移图表检测着眼点，计算经过着眼点的参考速度直线并显示于显示装置，因此与位移-时间图表或速度-时间图表相比，由用户进行的包含试验中的试验速度的各种信息的确认变容易。

根据技术方案3所记载的发明，对差量位移图表追加与试验的要求范围相应的辅助线并显示于显示装置，因此用户可容易地确认实际的试验速度是否在试验的要求范围内。

附图说明

图1为本发明的材料试验机的概要图。

图2为表示本发明的材料试验机的主要控制系统的框图。

图3为试验结果的图表的显示例。

图4为对图3的图表追加辅助线的显示例。

图5为高速拉伸试验的位移-时间图表。

图6为将图5的位移的一部分放大表示的图表。

图7为高速拉伸试验的速度-时间图表。

具体实施方式

以下，基于图式对本发明的实施方式进行说明。图1为本发明的材料试验机的概要图。图2为表示本发明的材料试验机的主要控制系统的框图。

所述材料试验机执行对试片tp急速给予冲击负载的冲击试验，也称为高速拉伸试验机。所述材料试验机包括试验机本体10及控制装置40。试验机本体10包括平台11、竖立设置于平台11的一对支柱12、架设于一对支柱12的十字轭(crossyork)13、及固定于十字轭13的油压缸31。

油压缸31经由伺服阀34而与配置在平台11内的油压源(未图示)连接，利用从所述油压源供给的工作油而运行。在油压缸31的活塞杆32，经由助跑工具25及接头26连接着上夹具21。另一方面，在平台11，经由作为力检测器的荷重元27而连接着下夹具22。这样，所述试验机本体10的构成通过利用助跑工具25在拉伸方向设置助跑区间，将活塞杆32以0.1m/s～20m/s的高速上拉，从而成为用于执行拉伸试验的构成，所述拉伸试验使握持试片tp的两端部的一对夹具急剧远离。执行拉伸试验时的负载机构的位移(冲程)、即活塞杆32的移动量是由冲程传感器33检测，此时的试验力是由荷重元27检测。

另外，在试片tp配设有作为本发明的位移检测器的伸长计35。伸长计35为了测定试片tp的伸长而直接安装于试片tp，例如具有日本专利特开2006-10409号公报所记载那样的结构。即，包括：固定件，分别固定于在试片tp设定的两处标线；管道，固着于其中一个固定件且包含传导体；以及线圈，固着于另一个固定件且移动自如地插入管道内，并且所述伸长计35检测基于线圈对管道的插入量的变化的、线圈的电感的变化，测定试片tp的标线间的伸长。此外，本发明的位移检测器也可为冲程传感器33，也可为高速摄影机等非接触式的伸长计。

控制装置40包含用于控制试验机本体10的运行的本体控制装置41、及个人计算机42。本体控制装置41包括保存程序的存储器43、执行各种运算的微处理器(microprocessingunit，mpu)等运算装置45、及进行与个人计算机42的通信的通信部46。存储器43、运算装置45及通信部46相互通过总线49连接。另外，本体控制装置41包括试验控制部44作为功能性构成。试验控制部44作为试验控制程序而保存在存储器43。当执行高速拉伸试验时，通过执行试验控制程序，从而对伺服阀34供给控制信号，油压缸31运行。冲程传感器33的输出信号、荷重元27的输出信号、及伸长计35的输出信号以规定的时间间隔导入至本体控制装置41。

个人计算机42包括：存储器53，包含存储数据分析程序的只读存储器(readonlymemory，rom)、及在程序执行时下载程序并暂时存储数据的随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)等；中央处理器(centralprocessingunit，cpu)等运算装置55，执行各种运算；通信部56，进行与本体控制装置41等外部连接设备的通信；存储装置57，存储数据；显示装置51，显示试验结果；以及输入装置52，用于输入试验条件。在存储器53保存着使运算装置55运行而实现功能的程序。此外，存储装置57为存储从荷重元27输入的试验力的原始数据即时序数据等的存储部，包含硬盘驱动器(harddiskdrive，hdd)等大容量存储装置。存储器53、运算装置55、通信部56、存储装置57、显示装置51及输入装置52相互通过总线59连接。

图2中，以功能框的形式来表示安装于个人计算机42并存储在存储器53的程序。本实施方式中，作为功能框，包括：差量位移计算部61，算出差量位移值，此差量位移值为从伸长计35输入的试片tp的伸长(现实的位移量)、与预先输入的目标位移值的差量；显示控制部64，将差量位移值与试验力数据一并显示于显示装置；着眼点检测部62，从差量位移图表检测着眼点，所述差量位移图表是将相对于目标的差量位移值的时序数据制成图表而成；以及参考速度直线计算部63，计算差量位移图表中的经过着眼点的参考速度直线。

对利用所述构成的材料试验机执行高速拉伸试验时的、显示装置51上的试验结果的显示进行说明。图3为试验结果图表的显示例。所述试验结果表示以试验速度20m/s的条件执行拉伸试验时的差量位移与时间的关系，作为参考而一并显示试验力。图表的纵双轴中右侧为试验力(kn：千牛)，左侧为相对于目标的差量位移值(mm：毫米)。另外，横轴为时间(μs：微秒)。图表中，以虚线表示试验力数据，以实线表示位移数据。

差量位移值为由实际的位移值减去目标的位移值所得的值，即差量的位移值。从显示于图表等观点来看，所述差量位移值是以当以目标速度运行时图表上的斜率成为0(零)的方式，由伸长计35所检测出的位移值(检测位移值)减去目标位移值，进而以开始点成为原点的方式偏移而成。差量位移值的算出及差量位移图表的显示是通过运算装置55执行从存储器53的差量位移计算部61及显示控制部64读入的程序从而实现。差量位移值是通过下述式(1)而获得。

差量位移值＝检测位移值－目标位移值···(1)

此处，目标位移值为预先设定的目标速度与时间的积。

另外，开始点为试验开始时的本发明的着眼点。着眼点的检测是通过运算装置55执行从存储器53的着眼点检测部62读入的程序从而实现。进而，经过着眼点的参考速度直线的计算是通过运算装置55执行从存储器53的参考速度直线计算部63读入的程序从而实现。此外，参考速度直线可通过下述式(2)而求出。

参考速度直线＝(时间－着眼时间)×(参考速度－目标速度)+b···(2)

此处，式中的b为着眼时间的差量位移值。另外，着眼时间为作为图表中的着眼点而检测的数据点的时间。着眼点为开始点a的参考速度直线的情况下，参考速度成为初始速度，着眼点为断裂点b的参考速度直线的情况下，参考速度成为断裂时速度。而且，显示控制部64将所算出的参考速度直线描画在图表中。

若开始试验而将活塞杆32上拉，则荷重元27检测对试片tp施加的试验力。伴随着对试片tp施加的试验力上升，试片tp发生位移，安装于试片tp的伸长计35所检测的试片tp的伸长变大，由此在作为试验结果而显示于显示装置51的图表中，相对于目标的差量位移值也上升。图3的示例中可确认，相对于目标速度20m/s，直到800μs为止，实际试验中的平均速度有20.5m/s，然后试验力数据从表示最大试验力的附近的时间失速，低于目标速度。

通过这样将相对于目标的差量位移图表及参考速度直线显示于显示装置51，与图5所示的位移-时间图表或图7所示的速度-时间图表相比，由用户进行的各种信息的确认变容易。

此外，所述实施方式中，显示经过着眼点的参考速度直线，但即便不检测这种着眼点并算出参考速度直线，将其显示，用户也可掌握试验速度相对于目标速度为何种程度。即，如上文所说明，差量位移值是以目标速度的斜率成为0(零)的方式，由伸长计35所检测出的位移值减去目标位移值，进而以开始点成为原点的方式偏移而成。因此，图3所示的相对于目标的差量位移图表中，相对于目标的差量位移值的0(零)刻度的水平线相当于目标速度线。因此，通过观看图表所示的时序数据的变化的倾向相对于所述水平线、也就是相对于目标的差量位移值的0(零)刻度的水平线，是向上倾斜还是向下倾斜，从而用户可掌握试验速度相对于目标速度为何种程度。

另外，差量位移图表中，数据整体的上下限值(图表的纵轴标度)降低，位移变动相对地放大。例如，图5所示的表示伸长计35的输出的位移图表成为纵轴的最小值为-20mm、最大值为60mm的图表，相对于此，图3所示的相对于目标的差量位移图表成为纵轴的最小值为-3mm、最大值为1.5mm的图表。这样，差量位移图表的显示成为将位移变动相对地放大的状态，因此与图5、图6所示的以往的图表相比，用户更容易从图表读取位移变动的程度或噪声。

图4为对图3的图表追加辅助线的显示例。

例如，当存在初始速度相对于目标速度20m/s必须为10％的范围内等试验的要求范围时，为了表示所述范围，也可如图4的图表中以双点划线所示，追加19.5m/s、19.0m/s等速度辅助线而显示。

此外，辅助线不限于图4所示的与初始速度相关的辅助线。即，关于实际试验中的速度，以斜率在以开始点a为着眼点的参考速度直线与以断裂点b为着眼点的参考速度直线中不同的方式，速度视时间而变动。因此，也可代替以着眼点为起点的辅助线，而例如以沿着时序数据的方式以带状表示成为速度计算的基准的、差量位移的容许范围等。

所述实施方式中，对高速拉伸试验进行了说明，但可为了在对混凝土等试验体给予压缩荷重的高速压缩试验等试验中确认目标速度出现，而适用本发明。另外，尤其也可在不可谓高速的速度范围的拉伸试验等中适用本发明。

[符号的说明]

10：试验机本体

11：平台

12：支柱

13：十字轭

21：上夹具

22：下夹具

25：助跑工具

26：接头

27：荷重元

31：油压缸

32：缸杆

33：冲程传感器

34：伺服阀

35：伸长计

40：控制装置

41：本体控制装置

42：个人计算机

43：存储器

44：试验控制部

45：运算装置

46：通信部

51：显示装置

52：输入装置

53：存储器

55：运算装置

56：通信部

57：存储装置

61：差量位移计算部

62：着眼点检测部

63：参考速度直线计算部

64：显示控制部

tp：试片。