応力・振動計測のシグマ・ガル株式会社

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ひずみ測定
Strain Measurement

「ひずみゲージ試験」とは,物体に外力が作用したとき内部につり合いを保つための力(内力)が発生し,部材に応力(stress)が作用すると伸び(縮み)が生じる。ひずみゲージを部材表面に設置することにより,単位長さあたりの伸び(縮み)から電気抵抗を測定し応力度を推定する非破壊調査です。

»「ひずみゲージ・入門編」©共和電業

ひずみを測るセンサには通常、ひずみゲージ(strain gauge)を使用しますが、負荷状態(時間的変化)により、測定方法は「静ひずみ測定」と「動ひずみ測定」の二種類に大別されます。

»「ひずみゲージの接着手順」©共和電業

静ひずみ測定
(static strain)

圧力容器の水圧試験やカウンターウェイトを吊り下げたりする載荷試験など試験体に生じる荷重(外力)が時間的に変化しない状態でのひずみ測定を「静ひずみ測定」と言います。橋梁の場合、車両を桁上に並べて死荷重を負荷させる場合が静ひずみ測定となります。
静ひずみ測定グラフ
測定器はスイッチボックスとデジタル静ひずみ計(データロガー)を使用します。荷重(外力)状態が一定時間ホールドされている間にスイッチボックスに接続された測定点(最大1000点)を順に切り替えながら一台のデータロガーで測定します。多点数の測定でコストパフォーマンスに優れます。測定値はデジタル化され、csv形式で保存、提出する事が可能です。最新のデータロガーでは、多点数を50Hzで測定する事が可能な測定器もあり、時間的変化が少ない多点数の温度計測などに有効です。
静ひずみ測定フローチャート
静ひずみ測定写真

動ひずみ測定
(dynamic strain)

衝撃試験や回転軸のトルク測定など時間的変化の大きい荷重(外力)状態であった試験体に生じるひずみ測定を「動ひずみ測定」と言います。橋梁の場合、橋梁を車や列車が通過するとき部材に生じる応力測定などが動ひずみ測定となります。
動ひずみ測定グラフ

動的ひずみ測定は負荷の時間的変化が速いために、1測定点につき1台のひずみ計が必要となり、測定点毎のコスト負担が大きくなります。

動的ひずみ測定の場合、計測システムの選定は試験条件や測定器の性能を把握して慎重に行う必要があります。爆破試験や衝突衝撃試験などでは500kHzまでの高応答な測定器を使用します。近年ではパソコンやAD変換器の性能向上により動的ひずみ測定でも測定データをデジタル処理するシステムが一般的となっています。また、旧来のデータレコーダやペンレコーダに代わり測定器とAD変換器が組み合わされ、データ処理プログラムを内蔵したアナライザと呼ばれる測定器が動的ひずみ測定に使われることが一般的になりつつあります。

また、回転軸のトルク測定などではデジタルテレメータの使用により簡便で安定した測定が可能となりました。

動ひずみ測定フローチャート
動ひずみ測定写真

応力頻度測定
(stress frequency measurement)

近年、構造物の健全性評価に対する要求は高まっており、実負荷状態での疲労寿命を予測するために頻度測定の需要が高まっています。
測定システムとしてしは動ひずみ測定と同様になりますが、従前の頻度測定システムで使用していたヒスグラムレコーダーは使用せず、データを記録し、測定後にデータ処理する方法が一般的となっています。全データを記録することにより、温度ドリフトやノイズによるデータ補正が行えることでデータへの信頼性が向上します。
測定データはデジタル化されて保存・記録いるので、レンインフロー法およびピークバレー法による処理が可能となります。
応力頻度測定
静ひずみ測定フローチャート