マイクロコンピューター制御の電気油圧サーボ万能試験機が選択される主な理由は、荷重制御と変位制御の間を精密かつ自動的に切り替える能力があるためです。このデュアルモード機能は、ステンレス鋼管で囲まれた軽量骨材コンクリートの試験に不可欠です。これにより、研究者は最初に安定した力を加え、材料が降伏し始めたら変形速度の制御にシームレスに移行できます。
核心的な洞察：この特定の試験機の価値は、試験中の突然の破滅的な破壊を防ぐ能力にあります。降伏後に変位制御に切り替えることで、試験体を「捕捉」し、単なる破壊点だけでなく、材料の残留強度と段階的な崩壊の詳細な記録を可能にします。
制御のメカニズム
降伏前：一定の荷重速度
試験の初期段階では、コンクリート柱は弾性的に振る舞います。この段階では、試験機は荷重制御を使用して、一定の安定した速度で力を加えます。
これにより、柱に加えられる応力が線形かつ予測可能に増加します。これは、降伏点までの実際の構造シナリオで柱が経験する重量または圧力の蓄積を正確にシミュレートします。
降伏後：変位制御
試験体が降伏点（永久変形が始まる点）に達すると、試験機は自動的に高精度変位制御に切り替わります。
力を増加させる代わりに、試験機は圧縮ヘッドが移動する距離を制御します。これは、降伏後、材料は変形を続けるためにより少ない力しか必要としない可能性があるため、重要です。変位制御により、試験機はサンプルを即座に破壊することなく、この挙動を追跡できます。
重要な材料挙動の取得
「下降枝」の記録
標準的な試験機は、最大強度に達した後、データが急激に減少するため、データを取得できないことがよくあります。
サーボ制御試験機は、応力-ひずみ曲線の下降枝を取得します。このデータは、柱が破壊される際の挙動を示し、延性やエネルギー吸収能力に関する重要な情報を提供します。
応力再配分の分析
複合柱は、鋼管とコンクリートコア間の相互作用に依存しています。
コンクリートがひび割れて膨張するにつれて、鋼管がそれを閉じ込めます。この試験機の精密な制御により、研究者はこの応力再配分プロセス、特に破壊するコンクリートと拘束する鋼管の間で荷重がどのように伝達されるかを観察できます。
残留支持能力の測定
コンクリートが最大強度に達した後も、鋼管の閉じ込めにより、ある程度の支持能力を保持しています。
この試験機により、試験はこの段階まで安全に継続できます。これは、地震や過負荷イベントにおける安全マージンを理解するために不可欠な残留支持能力を取得します。
高度なデータ相関の実現
リアルタイムひずみモニタリング
試験機がマクロレベルの圧縮を制御する間、外部センサーに安定した環境を提供します。
鋼管に取り付けられた高感度抵抗ひずみゲージは、ノイズや振動スパイクなしに精密な縦方向および横方向の変形データを取得するために、試験機のスムーズな動作に依存します。
閉じ込め係数の追跡
サーボ制御の安定性により、閉じ込め係数を計算できます。
研究者は、試験機の荷重データとひずみゲージの読み取り値を相関させて、試験の毎ミリ秒で鋼管がコアコンクリートにどれだけのサポートを提供しているかを正確に定量化できます。
ポアソン比の進化の観察
弾性挙動から弾塑性挙動への移行には、材料が圧力下でどのように膨張するかという点で大きな変化が伴います。
試験機の制御された圧縮中に収集されたデータにより、ポアソン比の観察が可能になり、弾性段階での安定した0.3から弾塑性段階でのはるかに高い0.7への進化を追跡できます。
トレードオフの理解
操作の複雑さ
このレベルの精度には、高度なプログラミングが必要です。オペレーターは、荷重制御と変位制御の間の切り替えポイントを正確に定義する必要があります。これを誤って設定すると、早期の破壊や無効なデータにつながる可能性があります。
機器のコストとメンテナンス
サーボ油圧システムは、標準的な油圧プレスよりも大幅に高価で複雑です。変位制御に必要な高精度応答性を維持するために、作動油とサーボバルブの厳格なメンテナンスが必要です。
プロジェクトに最適な選択をする
構造試験に使用する機器を決定する際は、特定の分析ニーズを考慮してください。
- 主な焦点が単純な破壊荷重の取得である場合：標準的な油圧試験機で十分であり、より費用対効果が高いです。
- 主な焦点が延性やピーク後挙動の分析である場合：応力-ひずみ曲線の下降枝を取得するために、マイクロコンピューター制御の電気油圧サーボ試験機が絶対に必要です。
- 主な焦点が閉じ込めメカニズムの研究である場合：高感度ひずみゲージが正確な横方向膨張データを記録するために必要な、安定した低速ひずみ環境を提供するためにサーボ制御が必要です。
要するに、柱がいつ破壊されるかだけでなく、どのように破壊されるかを理解する必要がある場合に使用してください。
概要表：
| 特徴 | 標準油圧プレス | 電気油圧サーボ試験機 |
|---|---|---|
| 制御モード | 手動/固定荷重 | 自動荷重と変位の切り替え |
| データ取得 | ピーク荷重のみ | 完全な応力-ひずみ曲線（下降枝を含む） |
| 降伏後処理 | 破滅的な破壊 | 制御された変形（試験体の捕捉） |
| 研究価値 | 基本的な強度試験 | 延性、エネルギー吸収、残留能力 |
| 最適な用途 | ルーチンQCチェック | 高度な材料研究と構造分析 |
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参考文献
- Ruiqing Zhu, Haitao Chen. A Study of the Performance of Short-Column Aggregate Concrete in Rectangular Stainless Steel Pipes under Axial Compression. DOI: 10.3390/buildings14030704
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Press ナレッジベース .
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