(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024105193
(43)【公開日】2024-08-06
(54)【発明の名称】構造疲労特性の特定
(51)【国際特許分類】
G01N 3/32 20060101AFI20240730BHJP
G01M 99/00 20110101ALI20240730BHJP
【ＦＩ】
G01N3/32 C
G01N3/32 J
G01N3/32 M
G01M99/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024004882
(22)【出願日】2024-01-16
(31)【優先権主張番号】18/155,448
(32)【優先日】2023-01-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】500520743
【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】シェファー， ジョセフ ディー．
(72)【発明者】
【氏名】ジャスタッソン， ブライアン ピー．
(57)【要約】 （修正有）
【課題】構造の疲労特性を特定するための方法を提供する。
【解決手段】構造を負荷フレーム内に取り付けることを含む。構造は、亀裂サイズを有する亀裂を有する。方法は、複数のサイクルにわたり調整可能な刺激を構造に繰り返し加えることを含む。調整可能な刺激は、構造に加えられる調整可能な荷重又は調整可能な変位である。該方法は、複数のサイクルの開始時に亀裂サイズを記憶すること、各サイクルにおいて調整可能な刺激を受けた構造の応答を測定すること、各サイクルにおける応答に基づいて亀裂サイズを更新すること、及び各サイクルにおいて調整可能な刺激を更新することを更に含む。更新された調整可能な刺激は、亀裂サイズに基づいて歪みエネルギー解放率を略一定に維持する。方法は、各サイクルにおける応答に基づいて構造内の亀裂伝播の成長速度を計算し、成長速度をファイル内に記憶することを含む。
【選択図】なし
【解決手段】構造を負荷フレーム内に取り付けることを含む。構造は、亀裂サイズを有する亀裂を有する。方法は、複数のサイクルにわたり調整可能な刺激を構造に繰り返し加えることを含む。調整可能な刺激は、構造に加えられる調整可能な荷重又は調整可能な変位である。該方法は、複数のサイクルの開始時に亀裂サイズを記憶すること、各サイクルにおいて調整可能な刺激を受けた構造の応答を測定すること、各サイクルにおける応答に基づいて亀裂サイズを更新すること、及び各サイクルにおいて調整可能な刺激を更新することを更に含む。更新された調整可能な刺激は、亀裂サイズに基づいて歪みエネルギー解放率を略一定に維持する。方法は、各サイクルにおける応答に基づいて構造内の亀裂伝播の成長速度を計算し、成長速度をファイル内に記憶することを含む。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
構造（１００）の疲労特性を特定するための方法（２７０）であって、
前記構造（１００）を負荷フレーム（１４２）内に取り付けること（２７２）であって、前記構造（１００）は亀裂サイズ（１０４）を有する亀裂（１０２）を有する、前記構造（１００）を負荷フレーム（１４２）内に取り付けること（２７２）、
複数のサイクル（２１０）にわたり調整可能な刺激（１２０）を前記構造（１００）に繰り返し加えること（２７８）であって、前記調整可能な刺激（１２０）は、前記構造（１００）に加えられる調整可能な荷重（１２０ａ）又は調整可能な変位（１２０ｂ）である、複数のサイクル（２１０）にわたり調整可能な刺激（１２０）を前記構造（１００）に繰り返し加えること（２７８）、
前記複数のサイクル（２１０）の開始時に前記亀裂サイズ（１０４）を記憶すること（２７６）、
前記複数のサイクル（２１０）の各々において前記調整可能な刺激（１２０）を受けた前記構造（１００）の応答（１１２）を測定すること（２８０）、
前記複数のサイクル（２１０）の各々における前記応答（１１２）に基づいて前記亀裂サイズ（１０４）を更新すること（２８２）、
前記複数のサイクル（２１０）の各々において前記調整可能な刺激（１２０）を更新すること（２８６）であって、更新された前記調整可能な刺激（１２０）は、前記亀裂サイズ（１０４）に基づいて歪みエネルギー解放率（１１８）を略一定に維持する、前記複数のサイクル（２１０）の各々において前記調整可能な刺激（１２０）を更新すること（２８６）、
前記複数のサイクル（２１０）の各々における前記応答（１１２）に基づいて、前記構造（１００）内の亀裂伝播（１１６）の成長速度（１１４）を計算すること（２９０）、及び
前記成長速度（１１４）をファイル（１７０）内に記憶すること（２９４）を含む、方法（２７０）。
前記構造（１００）を負荷フレーム（１４２）内に取り付けること（２７２）であって、前記構造（１００）は亀裂サイズ（１０４）を有する亀裂（１０２）を有する、前記構造（１００）を負荷フレーム（１４２）内に取り付けること（２７２）、
複数のサイクル（２１０）にわたり調整可能な刺激（１２０）を前記構造（１００）に繰り返し加えること（２７８）であって、前記調整可能な刺激（１２０）は、前記構造（１００）に加えられる調整可能な荷重（１２０ａ）又は調整可能な変位（１２０ｂ）である、複数のサイクル（２１０）にわたり調整可能な刺激（１２０）を前記構造（１００）に繰り返し加えること（２７８）、
前記複数のサイクル（２１０）の開始時に前記亀裂サイズ（１０４）を記憶すること（２７６）、
前記複数のサイクル（２１０）の各々において前記調整可能な刺激（１２０）を受けた前記構造（１００）の応答（１１２）を測定すること（２８０）、
前記複数のサイクル（２１０）の各々における前記応答（１１２）に基づいて前記亀裂サイズ（１０４）を更新すること（２８２）、
前記複数のサイクル（２１０）の各々において前記調整可能な刺激（１２０）を更新すること（２８６）であって、更新された前記調整可能な刺激（１２０）は、前記亀裂サイズ（１０４）に基づいて歪みエネルギー解放率（１１８）を略一定に維持する、前記複数のサイクル（２１０）の各々において前記調整可能な刺激（１２０）を更新すること（２８６）、
前記複数のサイクル（２１０）の各々における前記応答（１１２）に基づいて、前記構造（１００）内の亀裂伝播（１１６）の成長速度（１１４）を計算すること（２９０）、及び
前記成長速度（１１４）をファイル（１７０）内に記憶すること（２９４）を含む、方法（２７０）。
【請求項2】
複数の異なる歪みエネルギー解放率（１１８）において、前記調整可能な刺激（１２０）を加えること（２７８）、前記応答（１１２）を測定すること（２８０）、前記亀裂サイズ（１０４）を更新すること（２８２）、前記調整可能な刺激（１２０）を更新すること（２８６）、及び前記成長速度（１１４）を計算すること（２９０）、を繰り返すこと（２９６）を更に含む、請求項１に記載の方法（２７０）。
【請求項3】
前記複数の異なる歪みエネルギー解放率（１１８）における前記成長速度（１１４）に基づいて、前記構造（１００）内の前記亀裂（１０２）のパリ法挙動（１８２）を計算すること（３００）を更に含む、請求項２に記載の方法（２７０）。
【請求項4】
前記負荷フレーム（１４２）は、モードＩ試験（１６０ａ）、モードＩＩ試験（１６０ｂ）、又は前記モードＩ試験（１６０ａ）と前記モードＩＩ試験（１６０ｂ）の混合（１６０ｃ）を実行するように動作可能である、請求項１に記載の方法（２７０）。
【請求項5】
前記調整可能な刺激（１２０）を更新すること（２８６）は、
前記亀裂（１０２）の前記亀裂サイズ（１０４）が増加するにつれて前記調整可能な刺激（１２０）の振幅（１２２）を下げること（２８８）を含む、請求項１に記載の方法（２７０）。
前記亀裂（１０２）の前記亀裂サイズ（１０４）が増加するにつれて前記調整可能な刺激（１２０）の振幅（１２２）を下げること（２８８）を含む、請求項１に記載の方法（２７０）。
【請求項6】
前記亀裂伝播（１１６）の前記成長速度（１１４）を計算すること（２９０）は、
前記複数のサイクル（２１０）の関数としての前記亀裂サイズ（１０４）の曲線（２０６）の傾き（２０８）を計算すること（２９８）を含む、請求項５に記載の方法（２７０）。
前記複数のサイクル（２１０）の関数としての前記亀裂サイズ（１０４）の曲線（２０６）の傾き（２０８）を計算すること（２９８）を含む、請求項５に記載の方法（２７０）。
【請求項7】
前記構造（１００）内の前記亀裂サイズ（１０４）を更新すること（２８２）は、
コンプライアンス計算（１７６）に基づいて、解析技法（１７４）で前記亀裂サイズ（１０４）の新しい値（１０４ｃ）を計算すること（２８４）を含む、請求項１に記載の方法（２７０）。
コンプライアンス計算（１７６）に基づいて、解析技法（１７４）で前記亀裂サイズ（１０４）の新しい値（１０４ｃ）を計算すること（２８４）を含む、請求項１に記載の方法（２７０）。
【請求項8】
前記解析技法（１７４）は、線形弾性破壊力学の技法（１８４）又は非線形破壊力学の技法（１８６）である、請求項７に記載の方法（２７０）。
【請求項9】
前記複数のサイクル（２１０）中に特定される前記亀裂サイズ（１０４）は、試験オペレータ（９０）による前記亀裂サイズ（１０４）の手作業での測定（９２）を含まないことによって特徴付けられる、請求項７に記載の方法（２７０）。
【請求項10】
負荷フレーム（１４２）とコンピュータ（１４２）とを備える、試験システム（１４０）であって、
前記負荷フレーム（１４２）は、
複数のサイクル（２１０）にわたり調整可能な刺激（１２０）を構造（１００）に繰り返し加えることであって、前記構造（１００）は亀裂サイズ（１０４）を有する亀裂（１０２）を有し、前記調整可能な刺激（１２０）は、前記構造（１００）に加えられる調整可能な荷重（１２０ａ）又は調整可能な変位（１２０ｂ）である、複数のサイクル（２１０）にわたり調整可能な刺激（１２０）を構造（１００）に繰り返し加えること、及び
前記複数のサイクル（２１０）の各々において前記調整可能な刺激（１２０）を受けた前記構造（１００）の応答（１１２）を測定すること、を実行するように動作可能であり、
前記コンピュータ（１４２）は、前記負荷フレーム（１４２）に結合され、
前記複数のサイクル（２１０）の開始時に前記亀裂サイズ（１０４）を記憶すること、
前記複数のサイクル（２１０）の各々における前記応答（１１２）に基づいて前記亀裂サイズ（１０４）を更新すること、
前記複数のサイクル（２１０）の各々において前記調整可能な刺激（１２０）を更新することであって、更新された前記調整可能な刺激（１２０）は、前記亀裂サイズ（１０４）に基づいて歪みエネルギー解放率（１１８）を略一定に維持する、前記複数のサイクル（２１０）の各々において前記調整可能な刺激（１２０）を更新すること、
前記複数のサイクル（２１０）の各々における前記応答（１１２）に基づいて、前記構造（１００）内の亀裂伝播（１１６）の成長速度（１１４）を計算すること、及び
前記成長速度（１１４）をファイル（１７０）内に記憶すること、を実行するように動作可能である、試験システム（１４０）。
前記負荷フレーム（１４２）は、
複数のサイクル（２１０）にわたり調整可能な刺激（１２０）を構造（１００）に繰り返し加えることであって、前記構造（１００）は亀裂サイズ（１０４）を有する亀裂（１０２）を有し、前記調整可能な刺激（１２０）は、前記構造（１００）に加えられる調整可能な荷重（１２０ａ）又は調整可能な変位（１２０ｂ）である、複数のサイクル（２１０）にわたり調整可能な刺激（１２０）を構造（１００）に繰り返し加えること、及び
前記複数のサイクル（２１０）の各々において前記調整可能な刺激（１２０）を受けた前記構造（１００）の応答（１１２）を測定すること、を実行するように動作可能であり、
前記コンピュータ（１４２）は、前記負荷フレーム（１４２）に結合され、
前記複数のサイクル（２１０）の開始時に前記亀裂サイズ（１０４）を記憶すること、
前記複数のサイクル（２１０）の各々における前記応答（１１２）に基づいて前記亀裂サイズ（１０４）を更新すること、
前記複数のサイクル（２１０）の各々において前記調整可能な刺激（１２０）を更新することであって、更新された前記調整可能な刺激（１２０）は、前記亀裂サイズ（１０４）に基づいて歪みエネルギー解放率（１１８）を略一定に維持する、前記複数のサイクル（２１０）の各々において前記調整可能な刺激（１２０）を更新すること、
前記複数のサイクル（２１０）の各々における前記応答（１１２）に基づいて、前記構造（１００）内の亀裂伝播（１１６）の成長速度（１１４）を計算すること、及び
前記成長速度（１１４）をファイル（１７０）内に記憶すること、を実行するように動作可能である、試験システム（１４０）。
【請求項11】
前記負荷フレーム（１４２）及び前記コンピュータ（１４２）は、
複数の異なる歪みエネルギー解放率（１１８）において、前記調整可能な刺激（１２０）を加えること、前記応答（１１２）を測定すること、前記亀裂サイズ（１０４）を更新すること、前記調整可能な刺激（１２０）を更新すること、及び前記成長速度（１１４）を計算すること、を繰り返すように更に動作可能である、請求項１０に記載の試験システム（１４０）。
複数の異なる歪みエネルギー解放率（１１８）において、前記調整可能な刺激（１２０）を加えること、前記応答（１１２）を測定すること、前記亀裂サイズ（１０４）を更新すること、前記調整可能な刺激（１２０）を更新すること、及び前記成長速度（１１４）を計算すること、を繰り返すように更に動作可能である、請求項１０に記載の試験システム（１４０）。
【請求項12】
前記コンピュータ（１４２）は、
前記複数の異なる歪みエネルギー解放率（１１８）における前記成長速度（１１４）に基づいて、前記構造（１００）内の前記亀裂（１０２）のパリ法挙動（１８２）を計算すること、を実行するように更に動作可能である、請求項１１に記載の試験システム（１４０）。
前記複数の異なる歪みエネルギー解放率（１１８）における前記成長速度（１１４）に基づいて、前記構造（１００）内の前記亀裂（１０２）のパリ法挙動（１８２）を計算すること、を実行するように更に動作可能である、請求項１１に記載の試験システム（１４０）。
【請求項13】
前記負荷フレーム（１４２）は、モードＩ試験（１６０ａ）、モードＩＩ試験（１６０ｂ）、又は前記モードＩ試験（１６０ａ）と前記モードＩＩ試験（１６０ｂ）の混合（１６０ｃ）を実行するように更に動作可能である、請求項１０に記載の試験システム（１４０）。
【請求項14】
前記調整可能な刺激（１２０）を更新することは、
前記亀裂（１０２）の前記亀裂サイズ（１０４）が増加するにつれて前記調整可能な刺激（１２０）の振幅（１２２）を下げることを含む、請求項１０に記載の試験システム（１４０）。
前記亀裂（１０２）の前記亀裂サイズ（１０４）が増加するにつれて前記調整可能な刺激（１２０）の振幅（１２２）を下げることを含む、請求項１０に記載の試験システム（１４０）。
【請求項15】
前記亀裂伝播（１１６）の前記成長速度（１１４）を計算することは、
前記複数のサイクル（２１０）の関数としての前記亀裂サイズ（１０４）の曲線（２０６）の傾き（２０８）を計算することを含む、請求項１４に記載の試験システム（１４０）。
前記複数のサイクル（２１０）の関数としての前記亀裂サイズ（１０４）の曲線（２０６）の傾き（２０８）を計算することを含む、請求項１４に記載の試験システム（１４０）。
【請求項16】
前記構造（１００）内の前記亀裂サイズ（１０４）を更新することは、
コンプライアンス計算（１７６）に基づいて、解析技法（１７４）で前記亀裂サイズ（１０４）の新しい値（１０４ｃ）を計算することを含む、請求項１０に記載の試験システム（１４０）。
コンプライアンス計算（１７６）に基づいて、解析技法（１７４）で前記亀裂サイズ（１０４）の新しい値（１０４ｃ）を計算することを含む、請求項１０に記載の試験システム（１４０）。
【請求項17】
前記解析技法（１７４）は、線形弾性破壊力学の技法（１８４）又は非線形破壊力学の技法（１８６）である、請求項１６に記載の試験システム（１４０）。
【請求項18】
前記複数のサイクル（２１０）中に特定される前記亀裂サイズ（１０４）は、試験オペレータ（９０）による前記亀裂サイズ（１０４）の手作業での測定（９２）を含まないことによって特徴付けられる、請求項１６に記載の試験システム（１４０）。
【請求項19】
前記構造（１００）は、航空機（３２０）の一部を形成する複合材構造（１００ａ）である、請求項１０に記載の試験システム（１４０）。
【請求項20】
複合材構造（１００ａ）における疲労特性を特定するための方法（２７０）であって、
前記複合材構造（１００ａ）を負荷フレーム（１４２）内に取り付けること（２７２）であって、前記複合材構造（１００ａ）は、亀裂サイズ（１０４）を有する亀裂（１０２）を有する、前記複合材構造（１００ａ）を負荷フレーム（１４２）内に取り付けること（２７２）、
前記亀裂サイズ（１０４）及び歪みエネルギー解放率（１１８）に基づいて、前記負荷フレーム（１４２）によって前記複合材構造（１００ａ）にかけられる調整可能な刺激（１２０）を初期化すること（２７４）、
複数のサイクル（２１０）のうちの現在のサイクル（２１０ａ）において前記調整可能な刺激（１２０）を前記複合材構造（１００ａ）に加えること（２７８）であって、前記調整可能な刺激（１２０）は、前記複合材構造（１００ａ）に加えられる調整可能な荷重（１２０ａ）又は調整可能な変位（１２０ｂ）である、複数のサイクル（２１０）のうちの現在のサイクル（２１０ａ）において前記調整可能な刺激（１２０）を前記複合材構造（１００ａ）に加えること（２７８）、
前記現在のサイクル（２１０ａ）において前記複合材構造（１００ａ）の応答（１１２）を測定すること（２８０）、
前記現在のサイクル（２１０ａ）において測定された前記応答（１１２）と前記現在のサイクル（２１０ａ）において使用された前記調整可能な刺激（１２０）とに基づいて、前記複数のサイクル（２１０）のうちの次のサイクル（２１０ｂ）において使用される前記亀裂サイズ（１０４）を更新すること（２８２）、
前記次のサイクル（２１０ｂ）において使用される前記調整可能な刺激（１２０）を更新すること（２８６）であって、前記次のサイクル（２１０ｂ）における前記調整可能な刺激（１２０）は、前記次のサイクル（２１０ｂ）において使用される前記亀裂サイズ（１０４）に基づいて前記歪みエネルギー解放率（１１８）を略一定に維持する、前記次のサイクル（２１０ｂ）において使用される前記調整可能な刺激（１２０）を更新すること（２８６）、
前記複数のサイクル（２１０）にわたり複数の異なる値の前記調整可能な刺激（１２０）を加えること（２９２）、
前記複数のサイクル（２１０）の各々における前記応答（１１２）に基づいて、前記複合材構造（１００ａ）内の亀裂伝播（１１６）の成長速度（１１４）を計算すること（２９０）、及び
前記成長速度（１１４）をファイル（１７０）内に記憶すること（２９４）を含む、方法（２７０）。
前記複合材構造（１００ａ）を負荷フレーム（１４２）内に取り付けること（２７２）であって、前記複合材構造（１００ａ）は、亀裂サイズ（１０４）を有する亀裂（１０２）を有する、前記複合材構造（１００ａ）を負荷フレーム（１４２）内に取り付けること（２７２）、
前記亀裂サイズ（１０４）及び歪みエネルギー解放率（１１８）に基づいて、前記負荷フレーム（１４２）によって前記複合材構造（１００ａ）にかけられる調整可能な刺激（１２０）を初期化すること（２７４）、
複数のサイクル（２１０）のうちの現在のサイクル（２１０ａ）において前記調整可能な刺激（１２０）を前記複合材構造（１００ａ）に加えること（２７８）であって、前記調整可能な刺激（１２０）は、前記複合材構造（１００ａ）に加えられる調整可能な荷重（１２０ａ）又は調整可能な変位（１２０ｂ）である、複数のサイクル（２１０）のうちの現在のサイクル（２１０ａ）において前記調整可能な刺激（１２０）を前記複合材構造（１００ａ）に加えること（２７８）、
前記現在のサイクル（２１０ａ）において前記複合材構造（１００ａ）の応答（１１２）を測定すること（２８０）、
前記現在のサイクル（２１０ａ）において測定された前記応答（１１２）と前記現在のサイクル（２１０ａ）において使用された前記調整可能な刺激（１２０）とに基づいて、前記複数のサイクル（２１０）のうちの次のサイクル（２１０ｂ）において使用される前記亀裂サイズ（１０４）を更新すること（２８２）、
前記次のサイクル（２１０ｂ）において使用される前記調整可能な刺激（１２０）を更新すること（２８６）であって、前記次のサイクル（２１０ｂ）における前記調整可能な刺激（１２０）は、前記次のサイクル（２１０ｂ）において使用される前記亀裂サイズ（１０４）に基づいて前記歪みエネルギー解放率（１１８）を略一定に維持する、前記次のサイクル（２１０ｂ）において使用される前記調整可能な刺激（１２０）を更新すること（２８６）、
前記複数のサイクル（２１０）にわたり複数の異なる値の前記調整可能な刺激（１２０）を加えること（２９２）、
前記複数のサイクル（２１０）の各々における前記応答（１１２）に基づいて、前記複合材構造（１００ａ）内の亀裂伝播（１１６）の成長速度（１１４）を計算すること（２９０）、及び
前記成長速度（１１４）をファイル（１７０）内に記憶すること（２９４）を含む、方法（２７０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[0001] 本開示は、広くは、構造試験に関し、特に、構造疲労特性を特定することに関する。
【背景技術】
【0002】
[0002] 複合材構造における設計のアプローチは、概して、層間領域内の疲労損傷（すなわち、プライ、接着界面、共接合界面、共硬化界面の間の損傷、及びそれらの組み合わせ）を考慮する。航空機の疲労損傷が周期的な荷重の下で始まったり大きくなったりしないことを検証するには、長時間の試験が必要である。歴史的に、耐空性の順守と証明は、代表的な損傷による物理的な試験を通じて、損傷がスペクトル荷重下で拡大しないことを実証することで達成される。このような物理的な試験には、通常、時間と費用がかかる。その結果、設計‐試験‐証明のビルディングブロック中に潜在的な故障モードを特定することは困難である。
【0003】
[0003] したがって、当業者は、構造疲労特性試験を単純化する分野において、研究開発の努力を続けている。
【発明の概要】
【0004】
[0004] 構造の疲労特性を特定するための方法が、本明細書で提供される。該方法は、構造を負荷フレーム内に取り付けることを含む。該構造は、亀裂サイズを有する亀裂を有する。該方法は、複数のサイクルにわたり調整可能な刺激を構造に繰り返し加えることを含む。調整可能な刺激は、構造に加えられる調整可能な荷重又は調整可能な変位である。該方法は、複数のサイクルの開始時に亀裂サイズを記憶すること、複数のサイクルの各々において調整可能な刺激を受けた構造の応答を測定すること、複数のサイクルの各々における応答に基づいて亀裂サイズを更新すること、及び複数のサイクルの各々において調整可能な刺激を更新することを更に含む。更新された調整可能な刺激は、亀裂サイズに基づいて歪みエネルギー解放率を略一定に維持する。該方法は、複数のサイクルの各々における応答に基づいて、構造内の亀裂伝播の成長速度を計算すること、及び成長速度をファイル内に記憶することを含む。
【0005】
[0005] １以上の実施形態では、該方法が、複数の異なる歪みエネルギー解放率において、調整可能な刺激を加えること、応答を測定すること、亀裂サイズを更新すること、調整可能な刺激を更新すること、及び成長速度を計算すること、を繰り返すことを含む。
【0006】
[0006] １以上の実施形態では、該方法が、複数の異なる歪みエネルギー解放率における成長速度に基づいて、構造内の亀裂のパリ法挙動（Paris Law behavior）を計算することを含む。
【0007】
[0007] 該方法の１以上の実施形態では、負荷フレームが、モードＩ試験、モードＩＩ試験、又はモードＩ試験とモードＩＩ試験の混合を実行するように動作可能である。
【0008】
[0008] 該方法の１以上の実施形態では、調整可能な刺激を更新することが、亀裂の亀裂サイズが増加するにつれて調整可能な刺激の振幅を下げることを含む。
【0009】
[0009] 該方法の１以上の実施形態では、亀裂伝播の成長速度を計算することが、複数のサイクルの関数としての亀裂サイズの曲線の傾きを計算することを含む。
【0010】
[0010] 該方法の１以上の実施形態では、構造内の亀裂サイズを更新することが、コンプライアンス計算に基づいて、解析技法で亀裂サイズの新しい値を計算することを含む。
【0011】
[0011] 該方法の１以上の実施形態では、解析技法が、線形弾性破壊力学の技法又は非線形破壊力学の技法である。
【0012】
[0012] 該方法の１以上の実施形態では、複数のサイクル中に特定される亀裂サイズが、試験オペレータによる亀裂サイズの手作業での測定を含まないことによって特徴付けられる。
【0013】
[0013] 試験システムが本明細書で提供される。試験システムは、負荷フレーム及びコンピュータを含む。負荷フレームは、複数のサイクルにわたり調整可能な刺激を構造に繰り返し加えるように動作可能である。構造は亀裂サイズを有する亀裂を有し、調整可能な刺激は、構造に加えられる調整可能な荷重又は調整可能な変位である。負荷フレームは、複数のサイクルの各々において調整可能な刺激を受けた構造の応答を測定するように更に動作可能である。コンピュータは、負荷フレームに結合され、複数のサイクルの開始時に亀裂サイズを記憶すること、複数のサイクルの各々における応答に基づいて亀裂サイズを更新すること、及び複数のサイクルの各々において調整可能な刺激を更新すること、を実行するように動作可能である。更新された調整可能な刺激は、亀裂サイズに基づいて歪みエネルギー解放率を略一定に維持する。コンピュータは、複数のサイクルの各々における応答に基づいて、構造内の亀裂伝播の成長速度を計算すること、及び成長速度をファイル内に記憶すること、を実行するように更に動作可能である。
【0014】
[0014] 試験システムの１以上の実施形態では、負荷フレーム及びコンピュータが、複数の異なる歪みエネルギー解放率において、調整可能な刺激を加えること、応答を測定すること、亀裂サイズを更新すること、調整可能な刺激を更新すること、及び成長速度を計算すること、を繰り返すように更に動作可能である。
【0015】
[0015] 試験システムの１以上の実施形態では、コンピュータが、複数の異なる歪みエネルギー解放率における成長速度に基づいて、構造内の亀裂のパリ法挙動（Paris Law behavior）を計算するように更に動作可能である。
【0016】
[0016] 試験システムの１以上の実施形態では、負荷フレームが、モードＩ試験、モードＩＩ試験、又はモードＩ試験とモードＩＩ試験の混合を実行するように動作可能である。
【0017】
[0017] 試験システムの１以上の実施形態では、調整可能な刺激を更新することが、亀裂の亀裂サイズが増加するにつれて調整可能な刺激の振幅を下げることを含む。
【0018】
[0018] 試験システムの１以上の実施形態では、亀裂伝播の成長速度を計算することが、複数のサイクルの関数としての亀裂サイズの曲線の傾きを計算することを含む。
【0019】
[0019] 試験システムの１以上の実施形態では、構造内の亀裂サイズを更新することが、コンプライアンス計算に基づいて、解析技法で亀裂サイズの新しい値を計算することを含む。
【0020】
[0020] 試験システムの１以上の実施形態では、解析技法が、線形弾性破壊力学の技法又は非線形破壊力学の技法である。
【0021】
[0021] 試験システムの１以上の実施形態では、複数のサイクル中に特定される亀裂サイズが、試験オペレータによる亀裂サイズの手作業での測定を含まないことによって特徴付けられる。
【0022】
[0022] 試験システムの１以上の実施形態では、構造が航空機の一部を形成する複合材構造である。
【0023】
[0023] 構造の疲労特性を特定するための方法が、本明細書で提供される。該方法は、複合材構造を負荷フレーム内に取り付けることを含む。複合材構造は、亀裂サイズを有する亀裂を有する。該方法は、亀裂サイズ及び歪みエネルギー解放率に基づいて、負荷フレームによって複合材構造にかけられる調整可能な刺激を初期化すること、及び複数のサイクルのうちの現在のサイクルにおいて調整可能な刺激を複合材構造に加えることを含む。調整可能な刺激は、複合材構造に加えられる調整可能な荷重又は調整可能な変位である。該方法は、現在のサイクルにおいて複合材構造の応答を測定すること、現在のサイクルにおいて測定された応答と現在のサイクルにおいて使用された調整可能な刺激とに基づいて、複数のサイクルのうちの次のサイクルにおいて使用される亀裂サイズを更新すること、及び次のサイクルにおいて使用される調整可能な刺激を更新することを更に含む。次のサイクルにおける調整可能な刺激は、次のサイクルにおいて使用される亀裂サイズに基づいて歪みエネルギー解放率を略一定に維持する。該方法は、複数のサイクルにわたり複数の異なる値の調整可能な刺激を加えること、複数のサイクルの各々における応答に基づいて、複合材構造内の亀裂伝播の成長速度を計算すること、及び成長速度をファイル内に記憶することを含む。
【0024】
[0024] 本開示の上記の特徴及び利点、ならびに他の特徴及び利点は、本開示を実行するための最良のモードの以下の詳細な説明を、添付の図面と併せて考慮したときに、容易に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】[0025] １以上の例示的な実施形態による試験下の構造の概略図である。
【図2】[0026] １以上の例示的な実施形態による試験システムの概略図である。
【図3】[0027] １以上の例示的な実施形態による試験システム内のコンピュータの概略図である。
【図4】[0028] １以上の例示的な実施形態によるサイクルの関数としての層間剥離長さのグラフである。
【図5】[0029] １以上の例示的な実施形態によるパリ法挙動のグラフである。
【図6】[0030] １以上の例示的な実施形態による構造の疲労特性を特定するための試験方法のフロー図である。
【図7】[0031] １以上の例示的な実施形態による構造の疲労特性を特定するための詳細な方法のフロー図である。
【図8】[0032] １以上の例示的な実施形態による航空機の構成要素の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
[0033] 本開示の複数の実施形態は、構造（例えば、複合材構造）の疲労特性を自動的に特定するための方法及び／又は試験システムを含む。フィードバックループを使用して、一定の歪みエネルギー解放率の荷重／変位をもたらす試験下での構造内の亀裂の亀裂先端の位置を自動的に計算する。自動化された荷重／変位除去プロセスによって、亀裂が成長するにつれて一定の歪みエネルギー解放率の荷重／変位が維持される。
【0027】
[0034] 大きな構造長さスケール（構成された構造）を通じて複合材構造クーポンからの層間疲労応答をシミュレートするために、構造解析は仮想亀裂閉鎖技法（VCCT）を使用してよい。仮想亀裂閉鎖技法は、線形弾性破壊力学（LEFM）の技法の数値的な一実施態様である。線形弾性破壊力学は、低速成長数学モデルを使用してモデル化される。その場合、層間剥離／ディスボンドが、各サイクルＮについて有限な距離「ａ」だけ成長する。その結果は、パリ法亀裂伝播として知られ、グラフでは傾きｄａ／ｄＮとして表される。ｄａ／ｄＮ成長を支配する方程式は、歪みエネルギー解放率Ｇの関数として与えられるが、所与のＲ比（最大印加荷重／変位と最小印加荷重／変位との間の関係）に対して固定される。同様なアプローチが、エネルギーベースの凝集法（cohesive method）に用いられる。他の種類の疲労／繰り返し荷重は、非限定的に、一定振幅、ブロック振幅、及びランダムブロック振幅（複雑でないものから複雑なものまで）を含んでよい。
【0028】
[0035] パリ法の傾きを得るには、仮想閉鎖技法解析への入力となる特性を生成するために、多数のクーポンの試験を必要とする。複合材構造では、この特性が荷重の種類に応じてモーダルベースとなる。解析には、モードＩ（開放モード）及び／又はモードＩＩ（滑りモード）の亀裂成長速度を利用することができる。モードＩについての特性を特定するために使用される試験は、二重片持ち梁（DCB）試験である。パリ法挙動（例えば、ｄａ／ｄＮ）は、亀裂成長の開始（例えば、第１の閾値）から急速な亀裂伝播（例えば、第２の閾値）までの歪みエネルギー解放率Ｇの範囲にわたり特定される。
【0029】
[0036] 二重片持ち梁試験出力データ（例えば、荷重‐変位）は、線形弾性破壊力学の数学モデルによって表される。線形弾性破壊力学を通じて、実験的な応答は、力、変位、及び亀裂の位置を関連付けるために、理想化されてよい。閉じた形態の解には、多くの形態が含まれる。例示的な閉じた形態の解は、数式１によって以下のように提供される。すなわち、
【0030】
[0037]
【0031】
[0038] ｗは試験片の幅で、ＥはＥ１１弾性率で、ｔは試験片の厚さで、ｈは試験片の半分の厚さである。パラメータｗ、Ｅ、ｔ、及びｈは、既知の特性である。パラメータα１、α２、及びα３は、定数である。例示的なやり方では、定数が、それぞれ、３．８、３．７８、及び１．０であってよい。試験されているシステムの種類に基づいて、他の複数の値が使用されてもよい。
【0032】
[0039] 静的な試験を実施することにより、定数は、材料固有の応答を記述するために適宜固定されてよい。力と変位はコンプライアンスによって関連し、コンプライアンスは亀裂長さの関数であるため、亀裂長さは、閉じた形態の解を使用して試験中の負荷フレームから特定可能である。したがって、荷重／変位は、試験を通して一定の歪みエネルギー解放率Ｇを維持するように亀裂が成長するよう、自動的に調整される。閉じた形態の解は、較正されると、加えられる荷重、変位、目標歪みエネルギー解放率Ｇの値、及び亀裂の位置の間の関係の正確な記述を提供する。
【0033】
[0040] 図１を参照すると、１以上の例示的な実施形態による試験下の例示的な構造１００の概略図が示されている。様々な実施形態では、構造１００（又はクーポン）が、複合材料から形成された複合材構造１００ａであってよい。他の複数の実施形態では、構造１００が、１以上の金属から形成されてよい。構造１００は、第１の端部１０８と第２の端部１１０とを有する概して棒形状を有する。亀裂１０２は、第１の端部１０８において構造１００内で形成される。
【0034】
[0041] 亀裂１０２は、亀裂サイズ１０４（又は亀裂長さ）を有してよい。亀裂先端１０６は、構造１００の第１の端部１０８とは反対側の亀裂１０２の端として規定される。試験が開始する前に、亀裂サイズ１０４は、初期亀裂サイズ１０４ａ（又は初期亀裂長さ）と呼ばれてよい。試験が進むにつれて、亀裂サイズ１０４は、亀裂長さについての新しい値１０４ｃを有する更新された亀裂サイズ１０４ｂに成長する。
【0035】
[0042] 構造１００の第２の端部１１０が負荷フレームに固定された状態で、構造１００の第１の端部１０８に加えられた調整可能な刺激（例えば、調整可能な荷重又は調整可能な変位）は、構造１００の応答１１２をもたらす。応答１１２は、概して、構造１００の曲げである（例えば、図示されているように上下に曲がる）。調整可能な刺激１２０は、概して、振幅１２２を有する。曲げは、一定の歪みエネルギー解放率１１８に対して、成長速度１１４において亀裂１０２の亀裂伝播１１６をもたらす（例えば、図示されているように右から左へ）。
【0036】
[0043] 図２を参照すると、１以上の例示的な実施形態による試験システム１４０の例示的な一実施態様の概略図が示されている。試験システム１４０は、概して、負荷フレーム１４２及びコンピュータ１５０を含む。負荷フレーム１４２は、カメラ１４４と複数の（例えば、２つの）エンドブロック１４６ａ～１４６ｂとを含む。試験システム１４０は、亀裂１０２に起因して略一定の歪みエネルギー解放率１１８をもたらすために、構造１００を自動的に運動させるよう動作可能である。試験システム１４０は、試験オペレータ９０であって、調整可能な刺激の手作業での調整を通じて試験を制御し、及び／又は、亀裂サイズ１０４の手作業での測定９２を行う、試験オペレータ９０の存在がない（又はそれを欠いている）ことによって特徴付けられてよい。
【0037】
[0044] コマンド信号１５２が、コンピュータ１５０によって生成され、負荷フレーム１４２に提示される。コマンド信号１５２は、負荷フレーム１４２が構造１００に加える調整可能な刺激１２０を制御する。様々な実施形態では、調整可能な刺激１２０が、調整可能な荷重１２０ａであってよい。他の複数の実施形態では、調整可能な刺激１２０が、調整可能な変位１２０ｂであってよい。コマンド信号１５２は、概して、調整可能な刺激１２０の振幅１２２についての情報を伝える。カメラ１４４が、コンピュータ１５０によって受け取られる測定信号１５４を生成する。測定信号１５４は、調整可能な刺激１２０に対する構造１００の応答１１２を伝える。
【0038】
[0045] 負荷フレーム１４２は、機器を備えた可変負荷フレームを実装する。負荷フレーム１４２は、複数のサイクルにわたり調整可能な刺激１２０を構造１００に繰り返し加え、各サイクルにおいて調整可能な刺激１２０を受けた構造１００の応答１１２を測定するように動作可能である。調整可能な刺激１２０は、コマンド信号１５２を介してコンピュータ１５０によって制御される。調整可能な刺激１２０に対する構造１００の測定された応答１１２は、測定信号１５４として負荷フレーム１４２からコンピュータ１５０に提示される。
【0039】
[0046] カメラ１４４は、光学カメラを実装する。カメラ１４４は、調整可能な刺激１２０に対する構造１００の応答１１２を測定するように動作可能である。測定された応答１１２は、測定信号１５４としてコンピュータ１５０に送信される。
【0040】
[0047] エンドブロック１４６ａ～１４６ｂは、負荷フレーム１４２と構造１００との間の一時的な接続を実施する。エンドブロック１４６ａ～１４６ｂは、亀裂１０２の両側で構造１００の第１の端部１０８（近似的に）において構造１００に固定されている。エンドブロック１４６ａ～１４６ｂは、調整可能な刺激１２０を負荷フレーム１４２から構造１００に伝達して、亀裂１０２を拡大させる。
【0041】
[0048] コンピュータ１５０は、１以上のデータ処理コンピュータを実装する。コンピュータ１５０は、負荷フレーム１４２とカメラ１４４とに接続されている。複数のコンピュータ１５０を有する複数の実施形態では、個々のコンピュータ１５０が、データ、メモリスペース、及び処理リソースを共有するように共に結合される。コンピュータ１５０は、構造１００を試験するために使用される構成パラメータを記憶し、負荷フレーム１４２を制御するために使用されるソフトウェアを実行し、カメラ１４４から受け取られた情報を解析するソフトウェアを実行するように動作可能であってよい。カメラ１４４から受け取られた測定値が、亀裂１０２の成長速度１１４を特定するために処理される。成長速度１１４についてのデータが、ファイル内に記憶される。成長速度１１４は、概して、１以上の解析技法による解析用に適している。
【0042】
[0049] 様々な実施形態では、コンピュータ１５０が、構造１００で様々な試験のうちの１以上を実行するように、ソフトウェアによって構成されてよい。試験は、非限定的に、二重片持ち梁試験と、モードＩ、モードＩＩにおける破壊靭性試験（例えば、端部ノッチ曲げ／縁部ノッチ曲げ試験）と、混合されたモードＩ／モードＩＩ試験の様々な組み合わせとを含んでよい。特定の用途の設計基準を満たすために、他の複数の試験が実施されてよい。幾つかの実施形態では、コンピュータ１５０が、構造１００の疲労特性を特定するために、測定データに対して様々な解析技法のうちの１以上を実行するよう、ソフトウェアによって構成されてよい。解析は、非限定的に、解析技法、コンプライアンス計算、仮想亀裂閉鎖技法、材料挙動解析（例えば、亀裂成長の閉じた形態の解）、パリ法挙動、線形弾性破壊力学の技法、及び非線形破壊力学の技法を含んでよい。特定の用途の設計基準を満たすために、他の解析技法が実施されてよい。
【0043】
[0050] 図３を参照すると、１以上の例示的な実施形態によるコンピュータ１５０の例示的な一実施態様の概略図が示されている。コンピュータ１５０は、１以上のプロセッサ１５６（１つが図示されている）及び１以上のメモリデバイス１５８（１つが図示されている）を含んでよい。プロセッサ１５６は、コマンド信号１５２を生成し、測定信号１５４を受け取ってよい。
【0044】
[0051] プロセッサ１５６は、コンピュータ１５０内に１以上のプロセッサを実装する。プロセッサ１５６は、コマンド及びデータを交換するために、メモリデバイス１５８と通信する。プロセッサ１５６は、コマンド信号１５２を介して負荷フレーム１４２を制御するために使用されるソフトウェアツールを実行し、測定信号１５４としてカメラ１４４から受け取られた測定されたデータを解析するように動作可能である。
【0045】
[0052] メモリデバイス１５８は、プロセッサ１５６と通信する。メモリデバイス１５８は、非一過性のストレージ媒体及び一過性のストレージ媒体（例えば、ランダムアクセスメモリ、読み取り専用メモリ、磁気ハードドライブ、ソリッドステートドライブなど）を実装してよい。非一過性のストレージ媒体は、試験を実行し、測定されたデータを解析するために、プロセッサ１５６によって実行される１以上の指示命令（又はソフトウェアプログラム）を保持してよい。一過性のストレージ媒体は、亀裂１０２（図１）の計算された成長速度データ１１４を記憶する少なくともファイル１７０を保持してよい。ソフトウェアプログラムは、モードＩ試験１６０ａ、モードＩＩ試験１６０ｂ、モードＩ試験とモードＩＩ試験の混合１６０ｃ、二重片持ち梁試験１６２、解析技法１７４、コンプライアンス計算１７６、仮想亀裂閉鎖技法（VCCT）１７８、並びに、パリ法挙動１８２、線形弾性破壊力学（LEFM）の技法１８４、及び非線形破壊力学（NLFM）の技法１８６などの、亀裂成長の閉じた形態の解に基づく材料挙動１８０を含んでよい。特定の用途の設計基準を満たすために、他のソフトウェアプログラムが実施されてよい。例えば、他のデータ解析技法は、凝集モデルなどのエネルギーに基づく技法、及び、エネルギーに基づく技法の亀裂帯／引張分離の実施態様であってよい。
【0046】
[0053] 二重片持ち梁試験は、単方向複合材のモードＩの破壊靭性を測定するための試験方法である。モードＩＩの靭性では、同様な複合材構造が、使用され、３点曲げ構成において荷重を加えられる。
【0047】
[0054] コンプライアンスは、調整可能な刺激１２０が加えられたときに構造１００の形状を変化させる能力を反映する。システムのコンプライアンスは、システムの圧力における単位変化に対して生じる体積の変化として規定される。言い換えると、コンプライアンスは、弾性構造が伸長する容易さのことである。特に、コンプライアンスは、構造１００の弾性抵抗の測定値である。閉じた形態の解は、コンプライアンス計算に基づき、解かれている未知のパラメータは、亀裂サイズ１０４である。
【0048】
[0055] 図４を参照すると、１以上の例示的な実施形態によるサイクルの関数としての例示的な層間剥離長さのグラフ２００が示されている。グラフ２００は、Ｘ軸２０２とＹ軸２０４を含む。Ｘ軸２０２は、構造１００が調整可能な刺激１２０を受けたサイクル２１０の数（Ｎ）を示している。Ｙ軸２０４は、層間離長さ（ａ）（例えば、亀裂長さ）を示している。
【0049】
[0056] 曲線２０６は、一定の歪みエネルギー解放率１１８でのサイクル２１０の数の関数としての層間離長さを表している。理想的には、曲線２０６の傾き２０８が一定であり得る。傾き２０８は、特定の歪みエネルギー解放率１１８における構造１００のｄａ／ｄＮ又はパリ法挙動についての単一のポイントを規定する。複数の歪みエネルギー解放率１１８についての複数のｄａ／ｄＮのポイントは、複合材料１００ａの層間疲労特性を特徴付ける。自動化された測定のクリーンな性質により、ｄａ／ｄＮ挙動は、幾つかの既存の技法で使用される数百から数千のサイクルよりも少ないサイクルで特定されてよい。
【0050】
[0057] 図５を参照すると、１以上の例示的な実施形態によるパリ法挙動の例示的な一実施態様のグラフ２２０が示されている。グラフ２２０は、Ｘ軸２２２とＹ軸２２４を含む。Ｘ軸２２２は、キロジュール／メートル２単位におけるの亀裂伝播の速度（Ｇｍａｘ）を示している。Ｙ軸２２４は、ミリメートル／サイクルの単位における構造１００のｄａ／ｄＮ挙動を示している。
【0051】
[0058] 曲線２２６は、複数の歪みエネルギー解放率１１８における構造１００から測定された例示的な一組のｄａ／ｄＮのポイント（図４参照）を示している。ｄａ／ｄＮ挙動は、サイクル２１０の数に略反比例する（例えば、ｄａ／ｄＮ～１／Ｎ）。第１の閾値２２８よりも下方では、亀裂１０２（図１）が概して成長しない。第２の閾値２３０の上方では、亀裂１０２が指数関数的な増加速度で伝播する。第１の閾値２２８と第２の閾値２３０との間では、亀裂１０２が概して一定の速度で伝播する。一定の速度は、数式２によって以下のように表され得る。すなわち、
【0052】
[0059] ｄａ／ｄＮ＝Ｃ（Ｇｍａｘ）ｍ 数式（２）
【0053】
[0060] ここで、Ｃとｍは、構造材料の特性である。
【0054】
[0061] 図６を参照すると、１以上の例示的な実施形態による構造の疲労特性を特定するための例示的な試験方法２４０のフロー図が示されている。該試験方法（又はプロセス）２４０は、構造１００に対して試験システム１４０によって実行されてよい。図示されているように、試験方法２４０は、概して、ステップ２４２から２５６を含む。ステップのシーケンスは、代表的な一実施例として図示されている。特定の用途の基準を満たすために、他のステップ順序が実施されてよい。
【0055】
[0062] 図６及び図１を参照すると、方法２４０は、目標シミュレーションを設定するために、閉じた形態の解を使用することによって開始する。ステップ２４２では、関心対象のサイクルについての初期時刻における歪みエネルギー解放率１１８の一定の値Ｇ［ｔ＝０］と初期亀裂サイズ１０４ａ（ａ［ｔ＝０］）とを計算するために、シミュレーションが使用される。ステップ２４４では、調整可能な刺激１２０（Ｐ［ｔ＝０］）が、初期時刻において計算される。各サイクル２１０（ｄｔ）では、調整可能な刺激１２０（Ｐ）が、ステップ２４６において規定される。ステップ２４８では、応答１１２（例えば、変位Ｄ［ｔ］）が、現在のサイクル２１０ａにおいて負荷フレーム１４２から測定される。ステップ２５０では、閉じた形態の解を使用して、変位Ｄ［ｔ］及び刺激Ｐ［ｔ］から更新された亀裂サイズ１０４ｂ（ａ［ｔ＋ｄｔ］）を計算する。ステップ２５２では、試験中に亀裂長さａ［ｔ＋ｄｔ］においてＧ値が一定である（例えば、Ｇ［ｔ＋ｄｔ］＝Ｇ［ｔ＝０］）であることを確実にするように、次のサイクル２１０ｂにおける更新された刺激Ｐ［ｔ＋ｄｔ］が、閉じた形態の解について解かれる。したがって、試験は、手作業の代わりに自動化されてよい。ステップ２５４では、次のサイクル２１０ｂが実行されてよいかどうかを判定するための確認が行われる。より多いサイクル２１０が適切である場合、方法２４０は、別のサイクル２１０のためにステップ２４６に戻る。そうでない場合、試験はステップ２５６で終了する。
【0056】
[0063] 亀裂１０２が成長するにつれて、調整可能な刺激１２０は、目標歪みエネルギー解放率値Ｇに従って低減される（例えば、下げられる）。様々な実施形態では、その後、試験データが、サイクル応答に対する亀裂サイズ１０４を特定するために使用される。サイクル応答に対する亀裂サイズ１０４から、曲線の傾きは一定の値Ｇにおけるｄａ／ｄＮとなる。個々のデータポイントが、各目標歪みエネルギー解放率１１８から抽出され、プロットされて、ｄａ／ｄＮ曲線（例えば、図５の曲線２２６）を形成する。曲線２２６の傾きは、パリ法挙動１８２のための入力データとして仮想亀裂閉鎖技法１７８に入力される特性である。コンピュータ制御は、試験オペレータ９０（図２）に代わって、亀裂サイズ１０４を測定する。このアプローチはまた、データポイントのばらつきを低減させ、したがって、より桁数が少ない、試験データポイント当たりの構造１００を使用して、パリ法パラメータ用に改善された適合を提供する。
【0057】
[0064] 図７を参照すると、１以上の例示的な実施形態による構造の疲労特性を特定するための例示的で詳細な方法２７０のフロー図が示されている。方法（又はプロセス）２７０は、構造１００に対して試験システム１４０によって実行されてよい。図示されているように、試験方法２７０は、概して、ステップ２７２から３００を含む。ステップのシーケンスは、代表的な一実施例として図示されている。特定の用途の基準を満たすために、他のステップ順序が実施されてよい。
【0058】
[0065] 図１、図３、及び図７を参照すると、ステップ２７２では、構造１００が、負荷フレーム１４２内に取り付けられる。ステップ２７４（方法２４０のステップ２４２と同じ）では、コンピュータ１５０が、亀裂サイズ１０４と歪みエネルギー解放率１１８とに基づいて、負荷フレーム１４２によって構造１００にかけられる調整可能な刺激１２０を初期化する。ステップ２７６では、初期亀裂サイズ１０４ａが、サイクル２１０の開始時に、メモリデバイス１５８内に記憶される。
【0059】
[0066] ステップ２７８では、調整可能な刺激１２０が、初期サイクル２１０において構造１００に加えられ、複数のサイクル２１０にわたり繰り返し加えられる。ステップ２８０では、各サイクル２１０中、構造１００の応答１１２が、カメラ１４４によって測定され、その測定データがコンピュータ１５０に提示される。
【0060】
[0067] ステップ２８２では、コンピュータ１５０が、現在のサイクル２１０ａにおいて測定された応答１１２と現在のサイクル２１０ａにおいて使用された調整可能な刺激１２０とに基づいて、次のサイクル２１０ｂにおいて使用される亀裂サイズ１０４ｂを更新する。亀裂サイズ１０４ｂを更新することは、概して、ステップ２８４において、コンプライアンス計算１７６に基づいて、解析技法１７４を用いて亀裂サイズ１０４ｂの新しい値１０４ｃを計算することを含む。
【0061】
[0068] ステップ２８６では、コンピュータ１５０が、次のサイクル２１０ｂにおいて使用されるべき調整可能な刺激１２０を更新する。更新された調整可能な刺激１２０は、次のサイクル２１０ｂにおいて予期される更新された亀裂サイズ１０４ｂに基づいて、歪みエネルギー解放率１１８を略一定に維持する。調整可能な刺激１２０を更新することは、ステップ２８８において、亀裂１０２の亀裂サイズ１０４が増加するにつれて、調整可能な刺激１２０の振幅１２２を下げることであってよい。様々な実施形態では、調整可能な刺激１２０が、亀裂サイズ１０４が増加するにつれて時々手作業で調整されてよい。コンピュータ１５０は、各サイクル２１０における応答１１２に基づいて、構造１００内の亀裂伝播１１６の成長速度１１４を計算する。ステップ２９２では、調整可能な刺激１２０の種々の値が、後続のサイクル２１０において加えられて、歪みエネルギー解放率１１８を略一定に維持する。
【0062】
[0069] ステップ２９４では、コンピュータ１５０が、成長速度１１４をファイル１７０内に記憶する。構造１００に対して調整可能な刺激１２０を加えること、応答１１２を測定すること、亀裂サイズ１０４ｂを更新すること、調整可能な刺激１２０を更新すること、及び成長速度１１４を計算することは、ステップ２９６において、複数の異なる歪みエネルギー解放率において繰り返される。
【0063】
[0070] パリ法解析では、ステップ２９８において、ｄａ／ｄＮ曲線の傾きが、サイクル２１０の関数として計算される。ステップ３００では、構造１００内の亀裂１０２のパリ法挙動が、様々な異なる歪みエネルギー解放率１１８における成長速度１１４に基づいて特定される。特定の用途の設計基準を満たすために、他の解析技法及び後続の挙動特定が実施されてよい。
【0064】
[0071] 図８を参照すると、１以上の例示的な実施形態による航空機３２０の例示的な構成要素の概略図が示されている。航空機３２０は、１以上の構造１００及び／又は１以上の複合材構造１００ａを含んでよい。航空機３２０は、複数のシステム３２４を有する機体３２２と内装３２６とを含む。複数のシステム３２４の例は、推進システム３２８、電気システム３３０、液圧システム３３２、及び環境システム３３４のうちの１以上を含む。様々な数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例を示したが、本開示の原理は、自動車産業などの他の産業に適用されてもよい。
【0065】
[0072] 試験システム１４０及び関連方法は、亀裂先端の位置を自動的に計算するフィードバックループを含み、一定の歪みエネルギー解放率の荷重をもたらす。この解決策は、一定のＧの刺激（例えば、荷重又は変位）を提供する。
この解決策は、亀裂が進行したときに、歪みエネルギー解放率が変化しないことを確実にする。一定の歪みエネルギー解放率は、所与のアプローチにｄａ／ｄＮの改善された測定値をもたらす。各サイクルについて亀裂成長を測定するために、試験オペレータは必要とされない。測定値のクリーンな性質のため、ｄａ／ｄＮを生成するための試験のサイクル数は大幅に抑えられる可能性がある。サイクルの数を減らすことで、時間と予算を節約し、解析作業のための迅速な意思決定が可能になる。単一の試験片を使用して、ｄａ／ｄＮ曲線の複数のデータポイントを生成できるので、一定なＧ曲線を開発するために、より少ない数の試験片が消費される。更に、この解決策は、ｄａ／ｄＮ曲線に関連するばらつきを低減させ、エンジニアは測定される特性に確信を持つことができる。この解決策は、層間試験のための他の試験方法（すなわち、モードＩＩの応答、及び混合されたモードＩ／モードＩＩの応答）にも適用可能であってよい。様々な実施形態では、試験システム１４０及び関連方法を使用して、層間（例えば、プライ）と層内（例えば、積層）の両方の定数Ｇの値を特定することができる（同様なアプローチを使用して）。基礎となる理論が、異なる場合について修正されるかもしれないが、破壊力学と試験アプローチとは同様であり得る。
この解決策は、亀裂が進行したときに、歪みエネルギー解放率が変化しないことを確実にする。一定の歪みエネルギー解放率は、所与のアプローチにｄａ／ｄＮの改善された測定値をもたらす。各サイクルについて亀裂成長を測定するために、試験オペレータは必要とされない。測定値のクリーンな性質のため、ｄａ／ｄＮを生成するための試験のサイクル数は大幅に抑えられる可能性がある。サイクルの数を減らすことで、時間と予算を節約し、解析作業のための迅速な意思決定が可能になる。単一の試験片を使用して、ｄａ／ｄＮ曲線の複数のデータポイントを生成できるので、一定なＧ曲線を開発するために、より少ない数の試験片が消費される。更に、この解決策は、ｄａ／ｄＮ曲線に関連するばらつきを低減させ、エンジニアは測定される特性に確信を持つことができる。この解決策は、層間試験のための他の試験方法（すなわち、モードＩＩの応答、及び混合されたモードＩ／モードＩＩの応答）にも適用可能であってよい。様々な実施形態では、試験システム１４０及び関連方法を使用して、層間（例えば、プライ）と層内（例えば、積層）の両方の定数Ｇの値を特定することができる（同様なアプローチを使用して）。基礎となる理論が、異なる場合について修正されるかもしれないが、破壊力学と試験アプローチとは同様であり得る。
【0066】
[0073] 本開示は、多くの異なる形態にある実施形態を受け入れる余地がある。本開示の代表的な複数の実施形態が、図面で示され、本明細書で説明される。これらの実施形態は、本開示の原理の例示として提供され、本開示の態様の範囲を限定しないことを理解されたい。その程度において、例えば、要約、背景、概要、及び詳細な説明のセクションで説明されているが、特許請求の範囲内で明示的に説明されていない実施例及び限定は、単一で又は集合的に、言外の意味で、推論によって、又はそれ以外の方法で、特許請求の範囲の中に組み込まれるべきではない。
【0067】
[0074] この詳細な説明の目的では、特に示されていない場合、単一形は複数形を含み、その逆もその通りである。「及び」と「又は」という用語は、接続的であるとともに離接的でもある。「任意の」と「全ての」という用語は、両方とも、「任意の且つ全ての」を意味し、「含む」、「包含する」、「備える」、「有する」などの用語は、各々、「非限定的に含む」ことを意味する。更に、「約」、「ほとんど」、「実質的に」、「近似的に」、及び「概して」などの、近似的な単語は、本明細書で、「において、近くで、若しくは近くにおいて」又は「その０～５％の範囲内」又は「許容可能な製造誤差の範囲内」或いは他のそれらの論理的な組み合わせの意味で使用されてよい。図面を参照すると、同様な数値が同様な構成要素を指す。
【0068】
[0075] 詳細な説明及び図面又は図は、本開示をサポートし説明するが、本開示の範囲は、特許請求の範囲によってのみ規定される。本開示を実行するためのベストモード及び他の実施形態のうちの幾つかが詳細に説明されたが、添付の特許請求の範囲内で規定される本開示を実施するための様々な代替的な設計及び実施形態が存在する。更に、図面内で示された実施形態又は本説明内で述べられた様々な実施形態の特徴は、必ずしも互いに無関係な実施形態として理解される必要はない。むしろ、一実施形態の複数の実施例のうちの１つにおいて説明された各特徴は、他の実施形態からの他の所望の特徴のうちの１以上と組み合わされてよく、言葉において又は図面を参照することによって説明されていない他の実施形態をもたらすことが可能である。したがって、そのような他の実施形態が、添付の特許請求の範囲の枠組内に含まれる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【外国語明細書】