日立开发出了可再现大型机械结构件疲劳现象的3轴试验装置。该装置配备可在0°、45°、90°三个方向对试验片材加载负荷的致动器,以及将试验片材单侧固定的夹具。通过分别从三个方向向试验片材施加独立的负载,在试验片材上再现实际机器(机械构造件)运转时产生的复杂的受力情况(图1)。

具体来说,3轴中的45°轴为固定轴,0°轴和90°轴为可动轴,通过电脑控制这些致动器向试验片材施加负载。不过,由于是将试验片材单侧固定,因此承受负载时试验片材的中心位置容易偏移,发生扭曲,有时会在非目标部位出现疲劳损坏。对此,通过将0°轴和90°轴设置在会随着拉伸移动的直线导轨上来抑制扭曲。据介绍,利用试制的试验装置重现在实际使用的建筑机械上计测到的应力时,与实际应力的误差在3%以下(图2)。

在铁道车辆、建筑机械及风力发电设备等社会基础设施中,对于起支撑作用的机械结构件而言,能够经受得住长期使用的可靠性尤为重要。结构件表面的应力一般都可表现为纵、横两种伸缩变形和一种剪切(扭曲)变形所产生的3种应力的重叠,在施加这种复杂应力时,结构件的疲劳化会加快,容易发生疲劳破坏。如果能够使用新试验装置高精度预测由复杂应力造成的疲劳现象,便有望实现部件材料、尺寸以及结构的 优化。日立将在2014年5月17~18日于日本福冈举行的“日本材料学会主办的第63期学术演讲会”上发表该技术