特開 2022-138801 試料厚み方向のせん断弾性率の測定方法

(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】P2022138801

(43)【公開日】2022-09-26

(54)【発明の名称】試料厚み方向のせん断弾性率の測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/24 20060101AFI20220915BHJP

【ＦＩ】

G01N3/24

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021038890

(22)【出願日】2021-03-11

(71)【出願人】

【識別番号】000151243

【氏名又は名称】株式会社東レリサーチセンター

(74)【代理人】

【識別番号】100186484

【弁理士】

【氏名又は名称】福岡 満

(72)【発明者】

【氏名】的場 伸啓

【テーマコード（参考）】

2G061

【Ｆターム（参考）】

2G061AA11

2G061AB04

2G061BA04

2G061CA01

2G061CA10

2G061CA15

2G061CB07

2G061EB07

2G061EC02

(57)【要約】

【課題】デジタル画像相関法を用いて試料厚み方向のせん断弾性率を求める。
【解決手段】打ち抜きせん断試験におけるせん断応力に対応するせん断ひずみをデジタル画像相関法により解析する手順を含む、試料厚み方向のせん断弾性率の測定方法である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

打ち抜きせん断試験におけるせん断応力に対応するせん断ひずみをデジタル画像相関法により解析する手順を含む、試料厚み方向のせん断弾性率の測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、試料厚み方向のせん断弾性率の測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

曲げ弾性率に関する測定方法としては特許文献1があり、繊維強化プラスチックに対して、面内方向のせん断弾性率の測定方法としてはＪＩＳ Ｋ７０１９－１９９９に記載されている±４５°法がある。±４５°法は、繊維方向に対して±４５°方向に短冊試験片を作製し、短冊試験片中央部の長手方向、および短手方向にひずみゲージを貼り付けて引張試験を実施することで、面内方向のせん断弾性率を求めることができる。また、試料厚み方向のせん断試験には、ＪＩＳ Ｋ７２１４－１９８５に記載されている打ち抜きせん断試験方法がある。この試験は、平板形状の試料を固定し、ダイ内径（φ２５．４０ｍｍ）に対してわずかなクリアランスを持ったポンチ（φ２５．３７ｍｍ）で負荷することにより固定具と圧子の境目に発生するずれ（せん断変形）の最大荷重を求め、その値をせん断面積で除することによりせん断強度を求める方法である。

【0003】

しかしながら、ＪＩＳ Ｋ７２１４－１９８５に記載されている打ち抜きせん断試験方法では、打ち抜き中のせん断変位を計測することは可能であるが、せん断弾性率を求めることができなかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－３６６００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ＪＩＳ Ｋ７２１４－１９８５に記載されている打ち抜きせん断試験方法では、せん断弾性率を求めることができない。本発明は、試料厚み方向のせん断弾性率を測定することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成からなる。つまり、打ち抜きせん断試験におけるせん断応力に対応するせん断ひずみをデジタル画像相関法により解析する手順を含む、試料厚み方向のせん断弾性率の測定方法である。

【発明の効果】

【0007】

本発明の測定方法を用いることで、試料厚み方向のせん断弾性率を求めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】打ち抜きせん断試験方法の概略図の一例である。

【図2】ガラス繊維強化プラスチックに対して、図1の測定方法を実施した結果である。

【図3】ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂に対して、図1の測定方法を実施した結果である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

デジタル画像相関法（以下、ＤＩＣと記すことがある。）は、計測対象物表面の変形前後におけるデジタル画像を取得し、得られたデジタル画像の輝度分布から測定物表面の変位量、変位方向を同時に求め、画像解析により測定物表面のひずみ分布解析を行う手法である。測定対象物表面には一般にスペックルパターンと呼ばれる模様を施し、変形前の画像上における任意の点を中心とする微小画像領域（サブセット）内での輝度分布を求める。変形後の画像から変形前のサブセットの分布と最も良い相関を得るサブセットを探索し、その中心点を着目していた点の変形後の位置とすることで変位を得ることができる。

【0010】

ＤＩＣにより、打ち抜きせん断試験において打ち抜く前後のみならず、せん断応力が変化していく経過の任意の時点でのせん断ひずみも解析することができる。

【0011】

そして、打ち抜きせん断試験における経過のせん断応力に対応するせん断ひずみを複数点プロットしてせん断応力－せん断ひずみ線図を作画し、その初期直線の勾配からせん断弾性率を求めることができる。

【0012】

打ち抜きせん断試験に用いる試料のサイズは、特に限定されないが、厚みは１ｍｍ以上１００ｍｍ以下、長さは１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下、幅は５ｍｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく例示される。試料の材質は高分子材料、金属材料、複合材料など、特に限定されないが厚み方向のせん断弾性率がおよそ１ＧＰａ以上３００ＧＰａ以下であれば測定可能である。打ち抜きせん断試験時の測定雰囲気は、特に限定されないが、室温大気中が例示され、せん断試験速度は、０．１ｍｍ／ｍｉｎ～１０ｍｍ／ｍｉｎ程度である。

【実施例0013】

以下、本発明を実施例により説明する。

【0014】

打ち抜きせん断試験に用いた試験機は、インストロン社製 小型万能材料試験機 Ｍｏｄｅｌ５５６５であり、デジタル画像相関法システムは、Ｇｏｍ社製 デジタル画像相関法システムＡＲＡＭＩＳである。測定雰囲気は室温大気中、試験速度＝１．０ｍｍ／ｍｉｎで実施した。

【0015】

ガラス繊維強化プラスチック（厚み＝８ｍｍ）に対して、図１記載のように直径＝６ｍｍの半円形状の孔を作製した後、ボルト、座金を用いてナットにて固定し、ＪＩＳ Ｋ７２１４－１９８５に概ね準じて試験を実施した。

【0016】

図１中３のせん断部について、デジタル画像を取得し、所定のせん断応力がかかった時点に対応する画像から、デジタル画像相関法によるひずみ分布解析を行い、変形前の画像上における任意の点を中心とする微小画像領域（サブセット）内での輝度分布を求めた。変形後の画像から変形前のサブセットの分布と最も良い相関を得るサブセットを探索し、その中心点を着目していた点の変形後の位置とすることで変位、すなわちせん断ひずみを得た。

【0017】

図２に打ち抜きせん断試験、およびデジタル画像相関法で得られたせん断応力－せん断ひずみ線図を示す。また、デジタル画像相関法で得られたせん断ひずみ分布解析結果も示す。なお、試験は試験途中で試験機を停止させている。せん断応力－せん断ひずみ線図の初期直線４の勾配からせん断弾性率が求まり、結果、せん断弾性率＝２．１ＧＰａであった。

【0018】

図３は、ＰＢＴ樹脂に対して打ち抜きせん断試験を実施して得られたせん断応力－せん断ひずみ線図、およびデジタル画像相関法で解析して得られたせん断ひずみ分布解析結果を示している。ＰＢＴ樹脂の厚みは５．３ｍｍであり、直径１０ｍｍの半円形状の孔を作製した後、直径１０ｍｍのステンレス棒を差し込み測定を実施した。なお、ＰＢＴ樹脂とステンレス棒が接触している部位には市販の瞬間接着剤を用いて接着を行っている。せん断応力－せん断ひずみ線図の初期直線５の勾配からせん断弾性率を求めると、せん断弾性率＝０．７５ＧＰａであった。また、せん断応力－せん断ひずみ線図において、最大せん断応力を示している箇所が降伏せん断応力であり、その後、せん断応力、せん断ひずみは徐々に低下し、最終的には、ステンレス棒がＰＢＴ樹脂より抜ける挙動を確認した。

【符号の説明】

【0019】

Ｐ 荷重
１ 断面図
２ 正面図
３ せん断部
４ せん断応力－せん断ひずみ線図の初期直線
５ せん断応力－せん断ひずみ線図の初期直線
ａ せん断応力＝約６ＭＰａの点とその点におけるＤＩＣ法で解析して得られた画像
ｂ せん断応力＝約１０ＭＰａの点とその点におけるＤＩＣ法で解析して得られた画像
ｃ せん断応力＝約１３ＭＰａの点とその点におけるＤＩＣ法で解析して得られた画像
ｄ 荷重＝約５００Ｎの点とせん断応力＝約６ＭＰａの点、およびその点におけるＤＩＣ法で解析して得られた画像
ｅ 荷重＝約４７５Ｎの点とせん断応力＝約５．７ＭＰａの点、およびその点におけるＤＩＣ法で解析して得られた画像
ｆ 荷重＝約８５Ｎの点とせん断応力＝約１ＭＰａの点、およびその点におけるＤＩＣ法で解析して得られた画像

【図1】

【図2】

【図3】