ほぼすべての荷重を受ける機械部品は、システムが寿命を迎えるまでの間に一度以上の荷重を受けます。多くの産業において、構造材は、一軸または多軸の比例的または非比例的に変動する繰り返しの荷重条件に耐えるように設計されています。多くの場合、この種の金属構造物の設計は材料の耐荷重性を生かせない弾性（降伏限界）解析に基づいており、構造物の重量や耐久性に非効率性を生じさせています。対照的に、安全な繰り返しの弾塑性挙動であるシェイクダウンに対応した設計は、部品寿命を延ばしたり、軽量化のメリットをもたらします。
リーハイ大学がシェイクダウン設計の扉を開く
シェイクダウンは、繰り返しの負荷時に適切な残留応力を設定することで、塑性蓄積の停止と純粋な弾性挙動の回復をもたらします。1920 年代に開発されたシェイクダウンの概念と設計ルールは、原子力業界以外ではほとんど知られておらず、多くの工学設計コミュニティでは十分に活用されていません。シェイクダウン解析の適用用途を広げていく上での大きな障害は、最新のフルフィールド測定を用いて、様々な厳しい熱機械的負荷条件での実験的評価が行われていないことです。シェイクダウン設計と最適化に広く応用できるように、このような実験的特性を提供することは、リーハイ大学の Natasha Vermaak 博士のチームの大きな目標の一つです。
リーハイ大学のチームは、実験データから構成モデルの較正を行っています。接触式伸縮計と非接触式 DIC （デジタル・イメージ・コリレーション）システムから得られる情報を組み合わせることで、周期的な非弾性挙動をより深く理解しモデル化することができます。
データ同期化
試験システムコントローラには、複数のデジタルおよびアナログの入出力があり、熱機械試験と DIC コントローラを同期させて DIC の測定を行います。実験データは両システムに保存され、DIC の結果（DIC フィールド、部品、プロジェクト）は DIC システムに、試験システムのデータはそちらに保存されます。しかし、試験システムコントローラのアナログ出力では、サーモグラフィ補正を行った 2 チャンネルを DIC システムに送信し、対応する DIC プロジェクトに保存することも可能です。これにより、DIC のフィールドと印加された負荷との時間的な同期がうまくいくようになりました。また、フルフィールドでの測定値とポイントベースのデータの比較も容易になります。
データ分析&整理
試験システムソフトウェアの重要な特徴は、中間測定値に基づいて動作を変更する実験をプログラムできることです。条件付きのプログラミングを使用することで、試験片の応答の測定結果が異なる基準になり、追加の測定を開始したり、負荷条件を変更したりすることができます。シェイクダウン試験の場合は、負荷を繰り返しかけたときに塑性蓄積が安定するかどうかを調べることが目的です。ソフトウェアは、この条件を自動的にチェックするユーザー定義のプログラムを生成することができます。DIC コントローラのトリガーとして使用することで、必要なデータのみを記録し、データを削減することができます。また、DIC システムは、データの同期や取得のための補完機能も備えています。
補完的ひずみ測定ソリューション
この試験ラボでは、接触型と非接触型の両方のひずみ測定ソリューションを使用していますが、これらのソリューションを併用することで、より包括的な材料特性の評価が可能になります。DIC では、試験片上のすべての可視点における変位やひずみなど、伸縮計よりもはるかに多くの情報を得ることができます。また、非接触型の計測ソリューションは、サンプルサイズ、実験セットアップ、再利用性に関して、さらなる自由度を提供します。一方、接触式伸縮計は、堅牢で信頼性の高いひずみ測定技術として知られています。エクステンソメーターは、DIC システムに比べて高いデータ取得率を実現しており、画像を処理するために多くのデータ保存スペースと時間を必要とします。
Vermaak 研究室は、試験システムや DIC システムのパートナーから受けたエンジニアリング、アプリケーション、統合サポートの恩恵を受け、これらのシステムにおけるデータ収集、同期、分析を正確かつ効率的に行っています。
リーハイ大学がシェイクダウン設計の扉を開く
シェイクダウンは、繰り返しの負荷時に適切な残留応力を設定することで、塑性蓄積の停止と純粋な弾性挙動の回復をもたらします。1920 年代に開発されたシェイクダウンの概念と設計ルールは、原子力業界以外ではほとんど知られておらず、多くの工学設計コミュニティでは十分に活用されていません。シェイクダウン解析の適用用途を広げていく上での大きな障害は、最新のフルフィールド測定を用いて、様々な厳しい熱機械的負荷条件での実験的評価が行われていないことです。シェイクダウン設計と最適化に広く応用できるように、このような実験的特性を提供することは、リーハイ大学の Natasha Vermaak 博士のチームの大きな目標の一つです。
リーハイ大学のチームは、実験データから構成モデルの較正を行っています。接触式伸縮計と非接触式 DIC （デジタル・イメージ・コリレーション）システムから得られる情報を組み合わせることで、周期的な非弾性挙動をより深く理解しモデル化することができます。
データ同期化
試験システムコントローラには、複数のデジタルおよびアナログの入出力があり、熱機械試験と DIC コントローラを同期させて DIC の測定を行います。実験データは両システムに保存され、DIC の結果（DIC フィールド、部品、プロジェクト）は DIC システムに、試験システムのデータはそちらに保存されます。しかし、試験システムコントローラのアナログ出力では、サーモグラフィ補正を行った 2 チャンネルを DIC システムに送信し、対応する DIC プロジェクトに保存することも可能です。これにより、DIC のフィールドと印加された負荷との時間的な同期がうまくいくようになりました。また、フルフィールドでの測定値とポイントベースのデータの比較も容易になります。
データ分析&整理
試験システムソフトウェアの重要な特徴は、中間測定値に基づいて動作を変更する実験をプログラムできることです。条件付きのプログラミングを使用することで、試験片の応答の測定結果が異なる基準になり、追加の測定を開始したり、負荷条件を変更したりすることができます。シェイクダウン試験の場合は、負荷を繰り返しかけたときに塑性蓄積が安定するかどうかを調べることが目的です。ソフトウェアは、この条件を自動的にチェックするユーザー定義のプログラムを生成することができます。DIC コントローラのトリガーとして使用することで、必要なデータのみを記録し、データを削減することができます。また、DIC システムは、データの同期や取得のための補完機能も備えています。
補完的ひずみ測定ソリューション
この試験ラボでは、接触型と非接触型の両方のひずみ測定ソリューションを使用していますが、これらのソリューションを併用することで、より包括的な材料特性の評価が可能になります。DIC では、試験片上のすべての可視点における変位やひずみなど、伸縮計よりもはるかに多くの情報を得ることができます。また、非接触型の計測ソリューションは、サンプルサイズ、実験セットアップ、再利用性に関して、さらなる自由度を提供します。一方、接触式伸縮計は、堅牢で信頼性の高いひずみ測定技術として知られています。エクステンソメーターは、DIC システムに比べて高いデータ取得率を実現しており、画像を処理するために多くのデータ保存スペースと時間を必要とします。
Vermaak 研究室は、試験システムや DIC システムのパートナーから受けたエンジニアリング、アプリケーション、統合サポートの恩恵を受け、これらのシステムにおけるデータ収集、同期、分析を正確かつ効率的に行っています。
