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破壊靭性試験装置及び破壊靭性試験方法 新技術説明会

Patent code P210017508
File No. 2263
Posted date 2021年4月1日
Application number 特願2019-205932
Publication number 特開2021-081191
Date of filing 令和元年11月14日(2019.11.14)
Date of publication of application 令和3年5月27日(2021.5.27)
Inventor
  • 細井 厚志
  • 川田 宏之
  • 原田 和樹
  • イエスパーセン クリスティーン ムンク
Applicant
  • 学校法人早稲田大学
  • 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所
  • スチールプランテック株式会社
Title 破壊靭性試験装置及び破壊靭性試験方法 新技術説明会
Abstract 【課題】異種材料同士を接合してなる試験片に熱残留応力が存在する場合に、当該熱残留応力の影響を除外した純モードにおける試験片の破壊靭性を評価可能にすること。
【解決手段】本発明に係る破壊靭性試験装置10は、熱残留応力が存在する試験片11に所定の試験用負荷を作用させる試験用負荷作用手段17と、試験片11の熱残留応力をキャンセルするように試験片11にキャンセル用負荷を作用させるキャンセル用負荷作用手段18とを備えている。キャンセル用負荷作用手段18は、キャンセル用負荷として試験片11に押圧力を付与するように動作する押圧力付与部23と、押圧力の大きさを決定する押圧力決定部24とを備えている。押圧力決定部24では、予め記憶された数式により、面内せん断型のき裂変形状態に対応するエネルギー解放率の成分をゼロにするように、前記押圧力の大きさが算出される。
【選択図】図1
Outline of related art and contending technology

航空機の機体や自動車の車体の重量を軽減するために、マルチマテリアル構造が検討されているが、当該マルチマテリアル構造において、異種材料からなる部材同士のボルト締結は重量増加の原因となるため、ボルトを使用しない接合構造にする必要がある。そこで、熱膨張率の異なる異種材料からなる部材同士を加熱接合すると、当該加熱接合後における加熱接合体に熱残留応力が生じ、その熱残留応力が原因で加熱接合体に反りが生じる。

このような加熱接合体の設計を考える上では、異種材料同士の接合強度のみならず、それらの接合面となる接合界面におけるき裂進展特性の指標となる破壊靭性を評価することも求められる。従来、この破壊靭性を評価するための試験法としては、特許文献1等に挙げられているように、材料のき裂進展に必要な単位面積当たりのエネルギーとなる破壊靭性値(エネルギー解放率)の計測を行う上で、種々のJIS試験法が規格化されている。当該JIS試験法としては、双片持ち梁試験(DCB試験)や端面切欠き曲げ試験(ENF試験)等がある。DCB試験は、き裂を垂直方向に開口させるように負荷(荷重)を与えた状態で行うモードIと呼ばれる開口型のき裂変形状態に関する試験である。また、ENF試験は、き裂の先端側からき裂の延伸方向(長さ方向)に沿って、負荷(荷重)を与えた状態で行うモードIIと呼ばれる面内せん断型のき裂変形状態に関する試験である。更に、特許文献1等に開示されているように、これらモードI及びモードIIの混合モードにおける破壊靭性を評価するための混合モード曲げ試験(MMB試験)もある。

ところで、異種材料同士を加熱接合してなる加熱接合体の場合には、その構成材料の熱膨張率が異なることや非対称であることから、前述したように、熱残留応力による反りが生じている。そこで、非特許文献1には、MMB試験法等での試験において、熱残留応力の影響を加味した破壊靭性値を求めるように定式化した補正法が開示されている。

Field of industrial application

本発明は、異種材料の接合界面の破壊靭性を評価するための破壊靭性試験装置及び破壊靭性試験方法に係り、更に詳しくは、熱残留応力の影響を除外した純モードでの破壊靭性を評価可能とする破壊靭性試験装置及び破壊靭性試験方法に関する。

Scope of claims 【請求項1】
異種材料からなる第1及び第2の部材を熱残留応力が存在した状態で接合してなり、これら部材の界面の一部にき裂が形成された試験片に、所定の試験用負荷を作用させることで、前記試験片の接合界面の破壊靭性を評価するための試験装置であって、
前記試験用負荷を前記試験片に作用させる試験用負荷作用手段と、前記熱残留応力をキャンセルするように前記試験片にキャンセル用負荷を作用させるキャンセル用負荷作用手段とを備えたことを特徴とする破壊靭性試験装置。

【請求項2】
前記キャンセル用負荷作用手段は、前記キャンセル用負荷として前記試験片に押圧力を付与するように動作する押圧力付与部と、前記押圧力の大きさを決定する押圧力決定部とを備え、
前記押圧力決定部では、予め記憶された数式により、面内せん断型のき裂変形状態に対応するエネルギー解放率の成分をゼロにするように、前記押圧力の大きさが算出されることを特徴とする請求項1記載の破壊靭性試験装置。

【請求項3】
前記押圧力付与部では、前記第1及び第2の部材のうち熱膨張率の高い部材から低い部材に向かって前記押圧力を付与することを特徴とする請求項1又は2記載の破壊靭性試験装置。

【請求項4】
前記試験用負荷作用手段では、前記試験用負荷として、前記き裂を開口するように当該き裂の垂直方向に前記試験片を引っ張る引張力を当該試験片に付与することで、開口型のき裂変形状態に対応するモードのみの純モードにおけるき裂変形状態での試験を行うことを特徴とする請求項1、2又は3記載の破壊靭性試験装置。

【請求項5】
異種材料からなる第1及び第2の部材を熱残留応力が存在した状態で接合してなり、これら各部材の界面の一部にき裂が形成された試験片に、所定の試験用負荷を作用させることで、前記試験片の接合界面の破壊靭性を評価するための試験方法であって、
前記試験片に対し、前記熱残留応力の影響をキャンセルするキャンセル用負荷を作用させながら前記試験用負荷を作用させることを特徴とする破壊靭性試験方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2019205932thum.jpg
State of application right 公開
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