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特開2024-175282スリット付き十字形引張試験片、及びスリット付き十字形引張試験片の製造方法
(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】P2024175282
(43)【公開日】2024-12-18
(54)【発明の名称】スリット付き十字形引張試験片、及びスリット付き十字形引張試験片の製造方法
(51)【国際特許分類】
G01N 3/28 20060101AFI20241211BHJP
G01N 3/08 20060101ALI20241211BHJP
【ＦＩ】
G01N3/28
G01N3/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023092945
(22)【出願日】2023-06-06
(71)【出願人】
【識別番号】000001258
【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100127845
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 壽彦
(72)【発明者】
【氏名】達川 昂至
(72)【発明者】
【氏名】簑手 徹
(72)【発明者】
【氏名】石渡 亮伸
【テーマコード（参考）】
2G061
【Ｆターム（参考）】
2G061AA01
2G061AB01
2G061AB09
2G061BA04
2G061BA11
2G061CA02
2G061CB01
2G061CB20
2G061EA01
2G061EA04
(57)【要約】
【課題】二軸引張試験を行うに際して、腕部を補強して破断を防ぐことができるスリット付き十字形引張試験片、及びスリット付き十字形引張試験片の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るスリット付き十字形引張試験片１は、正方形の測定部３と、測定部３の４辺から測定部３に引張荷重を負荷する方向に延出するとともに該延出する方向に平行なスリット７が複数形成された腕部５と、を備え、４本の腕部５を介して測定部３に直交２方向の引張荷重を負荷して二軸応力下における応力－ひずみ関係を求める二軸引張試験に用いるスリット付き十字形引張試験片１であって、各腕部５を覆うように接合されて腕部５を補強する補強材１１を有し、補強材１１は、腕部５における引張荷重を負荷する方向において少なくともスリット７よりも長く、かつ、腕部５を覆うことによりスリット７を塞がないように形成されている、ことを特徴とするものである。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明に係るスリット付き十字形引張試験片１は、正方形の測定部３と、測定部３の４辺から測定部３に引張荷重を負荷する方向に延出するとともに該延出する方向に平行なスリット７が複数形成された腕部５と、を備え、４本の腕部５を介して測定部３に直交２方向の引張荷重を負荷して二軸応力下における応力－ひずみ関係を求める二軸引張試験に用いるスリット付き十字形引張試験片１であって、各腕部５を覆うように接合されて腕部５を補強する補強材１１を有し、補強材１１は、腕部５における引張荷重を負荷する方向において少なくともスリット７よりも長く、かつ、腕部５を覆うことによりスリット７を塞がないように形成されている、ことを特徴とするものである。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
正方形の測定部と、該測定部の４辺から該測定部に引張荷重を負荷する直交２方向に延出するとともに該延出する方向に平行なスリットが複数形成された４本の腕部と、を備え、前記４本の腕部を介して前記測定部に直交２方向の引張荷重を負荷して二軸応力下における応力－ひずみ関係を求める二軸引張試験に用いるスリット付き十字形引張試験片であって、
前記各腕部を覆うように接合されて該各腕部を補強する補強材を有し、
該補強材は、前記引張荷重を負荷する方向において少なくとも前記スリットよりも長く、かつ、前記スリットを塞がないように接合されている、ことを特徴とするスリット付き十字形引張試験片。
前記各腕部を覆うように接合されて該各腕部を補強する補強材を有し、
該補強材は、前記引張荷重を負荷する方向において少なくとも前記スリットよりも長く、かつ、前記スリットを塞がないように接合されている、ことを特徴とするスリット付き十字形引張試験片。
【請求項2】
前記スリット付き十字形引張試験片の材質は、引張強度が1470MPa級以上の鋼板であることを特徴とする請求項１に記載のスリット付き十字形引張試験片。
【請求項3】
前記スリット付き十字形引張試験片の板厚をt1、前記二軸引張試験において前記測定部の中央に発生させる相当塑性ひずみの最大値をε1、前記測定部の相当塑性ひずみがε1の時に前記腕部及び前記補強材に発生する相当塑性ひずみをε2、前記測定部及び前記腕部の幅をw1、前記補強材の幅をw2としたき、ε2が前記補強材の一様伸び以下であり、かつ、以下の式を満たすように前記補強材の板厚t2が設定されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスリット付き十字形引張試験片。
t2=(ε1/ε2-1)×(w1/w2)×t1 ・・・（１）
t2=(ε1/ε2-1)×(w1/w2)×t1 ・・・（１）
【請求項4】
請求項１又は２に記載のスリット付き十字形引張試験片の製造方法であって、
前記補強材の仮の板厚を設定する板厚設定工程と、
前記補強材の仮の板厚が設定された前記スリット付き十字形引張試験片の二軸引張試験についてのCAE解析を行い、前記腕部に形成された前記スリットの先端部に発生するひずみを算出するひずみ算出工程と、
該算出したスリットの先端部のひずみに基づいて、前記スリットの先端部における割れ発生の有無を判定する割れ発生有無判定工程と、
前記スリットの先端部に割れ発生有りと判定された場合、前記補強材の板厚を変更する板厚変更工程と、
前記スリットの先端部における割れ発生無しと判定されるまで、前記板厚変更工程と、前記ひずみ算出工程と、前記割れ発生有無判定工程と、を繰り返し行う繰り返し工程と、
前記割れ発生有無判定工程においてスリットの先端部に割れの発生無しと判定された場合、その場合の前記補強材の板厚を、前記腕部に接合する前記補強材の板厚として決定する板厚決定工程と、を含むことを特徴とするスリット付き十字形引張試験片の製造方法。
前記補強材の仮の板厚を設定する板厚設定工程と、
前記補強材の仮の板厚が設定された前記スリット付き十字形引張試験片の二軸引張試験についてのCAE解析を行い、前記腕部に形成された前記スリットの先端部に発生するひずみを算出するひずみ算出工程と、
該算出したスリットの先端部のひずみに基づいて、前記スリットの先端部における割れ発生の有無を判定する割れ発生有無判定工程と、
前記スリットの先端部に割れ発生有りと判定された場合、前記補強材の板厚を変更する板厚変更工程と、
前記スリットの先端部における割れ発生無しと判定されるまで、前記板厚変更工程と、前記ひずみ算出工程と、前記割れ発生有無判定工程と、を繰り返し行う繰り返し工程と、
前記割れ発生有無判定工程においてスリットの先端部に割れの発生無しと判定された場合、その場合の前記補強材の板厚を、前記腕部に接合する前記補強材の板厚として決定する板厚決定工程と、を含むことを特徴とするスリット付き十字形引張試験片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、二軸応力下の応力－ひずみ関係を取得するための二軸引張試験に用いるスリット付き十字形引張試験片、及びスリット付き十字形引張試験片の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
プレス成形により製造する自動車部品を設計する際には、通常、当該自動車部品のプレス成形解析を行い、プレス成形過程における成形不具合（割れ・しわなど）の発生可能性を評価する。そして、高精度なプレス成形解析を実施するためには、プレス成形に供する金属板材の二軸引張応力下における応力－ひずみ関係を測定する二軸引張試験を実施する必要がある。
【0003】
二軸引張試験では、図１１に一例として示すように、正方形の測定部２３と、測定部２３の４辺から外方に延出する４本の腕部２５、と、を備え、各腕部２５に複数のスリット２７が設けられたスリット付き十字形引張試験片２１が用いられる。このようなスリット付き十字形引張試験片２１を用いた二軸引張試験においては、測定部２３を挟んで対向する２対の腕部２５を介して直交２方向の引張荷重を測定部２３に負荷することにより、二軸応力下の応力とひずみを測定することができる。なお、腕部２５にスリット２７を設けるのは、各腕部２５に引張荷重を負荷した際に、腕部２５における幅方向の変形により測定部２３の変形が拘束されないようにすることで、測定部２３を所望の二軸応力状態となるようにするためである。
【0004】
スリット付き十字形引張試験片２１は、金属板材の引張強度が高くなると、腕部２５を介して引張荷重を負荷して応力－ひずみ関係の測定に必要な十分大きなひずみが測定部２３に発生する前に腕部２５が破断するという問題が生じる。そこで、特許文献１には、スリット付十字形引張試験片のスリット部（腕部）をレーザ照射によって加熱・急冷する焼き入れにより強化し、スリット部での破断を防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１４－２２８２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に開示されている技術によれば、金属板材が鋼板の場合、レーザ焼き入れによりマトリックス相をマルテンサイト組織とすることで、スリット部を強化することが可能であった。しかしながら、1470MPa級以上の鋼板は、マトリックス相が既にマルテンサイトである場合が多く、レーザ焼入れしても腕部を強化することができなかった。
【0007】
このように、特許文献１に開示の方法では、1470MPa級以上の鋼板のように引張強度の高い金属板を試験片に用いた場合、スリット部（腕部）の強化ができず、測定部に十分に大きなひずみが発生する前に腕部が破断してしまうことがあった。そのため、二軸応力下における応力－ひずみ関係の測定範囲を拡大することができないという課題があった。
【0008】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、引張強度の高い金属板材を試験片に用いた場合であっても、腕部を破断させずに測定部に十分に大きなひずみを発生させることができるスリット付き十字形引張試験片、及びスリット付き十字形引張試験片の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
（１）本発明に係るスリット付き十字形引張試験片は、正方形の測定部と、該測定部の４辺から該測定部に引張荷重を負荷する直交２方向に延出するとともに該延出する方向に平行なスリットが複数形成された４本の腕部と、を備え、前記４本の腕部を介して前記測定部に直交２方向の引張荷重を負荷して二軸応力下における応力－ひずみ関係を求める二軸引張試験に用いるものであって、
前記各腕部を覆うように接合されて該各腕部を補強する補強材を有し、
該補強材は、前記引張荷重を負荷する方向において少なくとも前記スリットよりも長く、かつ、前記スリットを塞がないように接合されている、ことを特徴とするものである。
前記各腕部を覆うように接合されて該各腕部を補強する補強材を有し、
該補強材は、前記引張荷重を負荷する方向において少なくとも前記スリットよりも長く、かつ、前記スリットを塞がないように接合されている、ことを特徴とするものである。
【0010】
（２）上記（１）に記載のものにおいて、
前記スリット付き十字形引張試験片の材質は、引張強度が1470MPa級以上の鋼板であることを特徴とするものである。
前記スリット付き十字形引張試験片の材質は、引張強度が1470MPa級以上の鋼板であることを特徴とするものである。
【0011】
（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、
前記スリット付き十字形引張試験片の板厚をt1、前記二軸引張試験において前記測定部の中央に発生させる相当塑性ひずみの最大値をε1、前記測定部の相当塑性ひずみがε1の時に前記腕部及び前記補強材に発生する相当塑性ひずみをε2、前記測定部及び前記腕部の幅をw1、前記補強材の幅をw2としたき、ε2が前記補強材の一様伸び以下であり、かつ、以下の式を満たすように前記補強材の板厚t2が設定されている、ことを特徴とするものである。
t2=(ε1/ε2-1)×(w1/w2)×t1 ・・・（１）
前記スリット付き十字形引張試験片の板厚をt1、前記二軸引張試験において前記測定部の中央に発生させる相当塑性ひずみの最大値をε1、前記測定部の相当塑性ひずみがε1の時に前記腕部及び前記補強材に発生する相当塑性ひずみをε2、前記測定部及び前記腕部の幅をw1、前記補強材の幅をw2としたき、ε2が前記補強材の一様伸び以下であり、かつ、以下の式を満たすように前記補強材の板厚t2が設定されている、ことを特徴とするものである。
t2=(ε1/ε2-1)×(w1/w2)×t1 ・・・（１）
【0012】
（４）本発明に係るスリット付き十字形引張試験片の製造方法は、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものであって、
前記補強材の仮の板厚を設定する板厚設定工程と、
前記補強材の仮の板厚が設定された前記スリット付き十字形引張試験片の二軸引張試験についてのCAE解析を行い、前記腕部に形成された前記スリットの先端部に発生するひずみを算出するひずみ算出工程と、
該算出したスリットの先端部のひずみに基づいて、前記スリットの先端部における割れ発生の有無を判定する割れ発生有無判定工程と、
前記スリットの先端部に割れ発生有りと判定された場合、前記補強材の板厚を変更する板厚変更工程と、
前記スリットの先端部における割れ発生無しと判定されるまで、前記板厚変更工程と、前記ひずみ算出工程と、前記割れ発生有無判定工程と、を繰り返し行う繰り返し工程と、
前記割れ発生有無判定工程においてスリットの先端部に割れの発生無しと判定された場合、その場合の前記補強材の板厚を、前記腕部に接合する前記補強材の板厚として決定する板厚決定工程と、を含むことを特徴とするものである。
前記補強材の仮の板厚を設定する板厚設定工程と、
前記補強材の仮の板厚が設定された前記スリット付き十字形引張試験片の二軸引張試験についてのCAE解析を行い、前記腕部に形成された前記スリットの先端部に発生するひずみを算出するひずみ算出工程と、
該算出したスリットの先端部のひずみに基づいて、前記スリットの先端部における割れ発生の有無を判定する割れ発生有無判定工程と、
前記スリットの先端部に割れ発生有りと判定された場合、前記補強材の板厚を変更する板厚変更工程と、
前記スリットの先端部における割れ発生無しと判定されるまで、前記板厚変更工程と、前記ひずみ算出工程と、前記割れ発生有無判定工程と、を繰り返し行う繰り返し工程と、
前記割れ発生有無判定工程においてスリットの先端部に割れの発生無しと判定された場合、その場合の前記補強材の板厚を、前記腕部に接合する前記補強材の板厚として決定する板厚決定工程と、を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、直交２方向の引張荷重を負荷する二軸引張試験において、引張強度の高い金属板材を試験片に用いた場合であっても、腕部を破断させずに測定部に生じさせる塑性ひずみを大きくすることができる。これにより、二軸応力下における応力－ひずみ関係の測定範囲を拡大することができ、測定した応力－ひずみ関係は自動車部品等のプレス成形品の設計で行うプレス成形解析に活用できる。
さらに、本発明によれば、腕部に接合して補強する補強材の板厚を適切に決定することにより、二軸引張試験において目標とする塑性ひずみを測定部に発生させてもスリットに集中するひずみを低減して腕部の破断を防ぐことが可能なスリット付き十字形引張試験片を製造することができる。
さらに、本発明によれば、腕部に接合して補強する補強材の板厚を適切に決定することにより、二軸引張試験において目標とする塑性ひずみを測定部に発生させてもスリットに集中するひずみを低減して腕部の破断を防ぐことが可能なスリット付き十字形引張試験片を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施の形態に係るスリット付き十字形引張試験片を説明する図である。
【図2】本発明の実施の形態に係るスリット付き十字形引張試験片に用いられる補強材を説明する図である。
【図4】本発明の実施の形態に係るスリット付き十字形引張試験片の腕部に補強材を接合する部位を説明する図である。
【図5】本発明の実施の形態に係るスリット付き十字形引張試験片の腕部に接合する補強材の具体例を示す図である。
【図6】本発明の実施の形態に係るスリット付き十字形引張試験片の製造方法のフローを示す図である。
【図7】実施例において、本発明に係るスリット付き十字形引張試験片を用いた等二軸引張試験のCAE解析により求めた、補強材の板厚1.6mm及び0.8mmの場合における測定部中心の相当塑性ひずみと腕部の相当塑性ひずみの関係と、スリット先端に破断が生じる相当塑性ひずみを示したグラフである。
【図8】実施例において、スリット付き十字形引張試験片の等二軸引張試験において、補強材の有無による測定部中心の相当塑性ひずみと腕部の相当塑性ひずみの関係を求めたCAE解析結果を示すグラフである。
【図9】腕部に補強材が接合された本発明に係るスリット付き十字形引張試験片の等二軸引張試験における相当塑性ひずみ分布を示すコンター図である。
【図10】腕部に補強材が接合されていない従来の係るスリット付き十字形引張試験片の等二軸引張試験における相当塑性ひずみ分布を示すコンター図である。
【図11】従来のスリット付き十字形引張試験片を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
＜スリット付き十字形引張試験片＞
本発明の実施の形態に係るスリット付き十字形引張試験片は、直交２方向に引張荷重を負荷して二軸応力下における応力－ひずみ関係を求める二軸引張試験に用いるものである。そして、スリット付き十字形引張試験片１は、一例として図１に示すように、正方形の測定部３と、測定部３の４辺から測定部３に引張荷重を負荷する直交２方向に延出する４本の腕部５と、を備えている。さらに、各腕部５は、引張荷重を負荷する方向に平行なスリット７が複数形成されている。
本発明の実施の形態に係るスリット付き十字形引張試験片は、直交２方向に引張荷重を負荷して二軸応力下における応力－ひずみ関係を求める二軸引張試験に用いるものである。そして、スリット付き十字形引張試験片１は、一例として図１に示すように、正方形の測定部３と、測定部３の４辺から測定部３に引張荷重を負荷する直交２方向に延出する４本の腕部５と、を備えている。さらに、各腕部５は、引張荷重を負荷する方向に平行なスリット７が複数形成されている。
【0016】
測定部３は、測定部３を挟んで対向する２対の腕部５を介して直交２方向に引張荷重が負荷されることにより、二軸応力下における応力とひずみを測定する部位である。
腕部５は、端部側に掴み部９を有し、掴み部９に負荷された引張荷重を測定部３に伝達するものであり、各腕部５には複数のスリット７が形成されている（図１においては各腕部に７本のスリット７が形成）。なお、各腕部５に形成するスリット７の本数や幅、長さは、適宜設定すればよい。
腕部５は、端部側に掴み部９を有し、掴み部９に負荷された引張荷重を測定部３に伝達するものであり、各腕部５には複数のスリット７が形成されている（図１においては各腕部に７本のスリット７が形成）。なお、各腕部５に形成するスリット７の本数や幅、長さは、適宜設定すればよい。
【0017】
そして、スリット付き十字形引張試験片１は、図１に示すように、各腕部５を覆うように接合されて各腕部５を補強する補強材１１を有する。
補強材１１は、図１に示すように、各腕部５において引張荷重を負荷する方向において少なくともスリット７よりも長く、かつ、スリット７を塞がないように接合されている。
補強材側スリット１３の幅は、補強材１１を各腕部５に接合した際に、補強材側スリット１３がスリット７を塞がないように、各腕部５のスリット７の幅以上とするのが好ましい。例えば、スリット７の幅が0.3mmである場合、補強材側スリット１３の幅は0.3mm以上である1.0mmとすればよい。
なお、本実施の形態においては、腕部５に補強材１１が接合されてスリット７を塞がないように、補強材１１には、図１～図３に示すように、腕部５に接合された状態でスリット７と同位置となる補強材側スリット１３が形成されている。
補強材１１は、図１に示すように、各腕部５において引張荷重を負荷する方向において少なくともスリット７よりも長く、かつ、スリット７を塞がないように接合されている。
補強材側スリット１３の幅は、補強材１１を各腕部５に接合した際に、補強材側スリット１３がスリット７を塞がないように、各腕部５のスリット７の幅以上とするのが好ましい。例えば、スリット７の幅が0.3mmである場合、補強材側スリット１３の幅は0.3mm以上である1.0mmとすればよい。
なお、本実施の形態においては、腕部５に補強材１１が接合されてスリット７を塞がないように、補強材１１には、図１～図３に示すように、腕部５に接合された状態でスリット７と同位置となる補強材側スリット１３が形成されている。
【0018】
補強材側スリット１３は、腕部５に接合した状態で引張荷重を負荷する方向と平行となるように形成されたものであり、図２に示すように、測定部３側の先端は開放された形状であり、測定部３側と反対側の先端は非開放である。
もっとも、補強材側スリット１３は、測定部３側と反対側の先端も開放された形状であってもよいが、この場合、腕部５における複数のスリット７の間の各部位を複数の補強材で接合することを要する。そのため、図２に示す補強材側スリット１３が形成された補強材１１が作業性の面から好ましい。
もっとも、補強材側スリット１３は、測定部３側と反対側の先端も開放された形状であってもよいが、この場合、腕部５における複数のスリット７の間の各部位を複数の補強材で接合することを要する。そのため、図２に示す補強材側スリット１３が形成された補強材１１が作業性の面から好ましい。
【0019】
補強材１１と腕部５の接合方法としては、例えば、レーザ溶接等を用いることができる。この場合、腕部５における補強材１１を接合した部位の周辺に応力集中が発生して破断の起点となりやすいことから、図４に示すように、補強材１１における腕部５との接合部１５は、補強材１１の全長に亘って設けられていることが望ましい。
【0020】
以上、本実施の形態に係るスリット付き十字形引張試験片１によれば、直交２方向の引張荷重を負荷する二軸引張試験において、腕部５を破断させずに測定部３に生じさせる塑性ひずみを大きくすることができる。これにより、二軸応力下における応力－ひずみ関係の測定範囲を拡大することができ、測定した応力－ひずみ関係は自動車部品等のプレス成形品の設計で行うプレス成形解析に活用することが可能となる。
【0021】
特に、本実施の形態に係るスリット付き十字形引張試験片１は、その材料が引張強度1470MPa級以上の鋼板である場合に好適である。なぜなら、1470MPa級以上の鋼板のようにレーザ焼入れによって強化することができない高強度な金属板材であっても、腕部５を補強することができ、腕部５を破断させずに測定部３に生じさせる塑性ひずみを大きくすることができるためである。
【0022】
なお、図１に示すスリット付き十字形引張試験片１は、腕部５の幅方向全長に亘って補強材１１が接合されたものである。もっとも、本発明に係るスリット付き十字形引張試験片は、引張荷重を負荷した際にひずみが集中しやすい腕部における幅方向中央部に補強材が接合されたものであってもよい。引張荷重を負荷した際にひずみが集中しやすい腕部の幅方向の範囲は、後述するように、補強材が接合されていない従来のスリット付き十字形引張試験片２１（図１１）の等二軸引張試験のCAE解析により算出できる（図１０）。
【0023】
このような補強材として、図１に示すように腕部５に７本のスリット７が形成されている場合における具体例を図５に示す。
図５に示す補強材１１Ａは、補強材が接合されていない従来のスリット付き十字形引張試験片の等二軸引張試験のCAE解析においてひずみが集中する腕部の幅方向領域（図１０において相当塑性ひずみが0.045以上の腕部２５の領域）を少なくとも覆うように幅方向の範囲を算出したものである。そして、補強材１１Ａは、腕部５における幅方向中央部の５本のスリット７と重なるように形成された５本の補強材側スリット１３を有し、腕部５における幅方向最外側の２本のスリット７よりも内側の部位に接合されるものである。
図５に示す補強材１１Ａは、補強材が接合されていない従来のスリット付き十字形引張試験片の等二軸引張試験のCAE解析においてひずみが集中する腕部の幅方向領域（図１０において相当塑性ひずみが0.045以上の腕部２５の領域）を少なくとも覆うように幅方向の範囲を算出したものである。そして、補強材１１Ａは、腕部５における幅方向中央部の５本のスリット７と重なるように形成された５本の補強材側スリット１３を有し、腕部５における幅方向最外側の２本のスリット７よりも内側の部位に接合されるものである。
【0024】
さらに、スリット付き十字形引張試験片１と異なる材料の補強材１１を溶接すると、金属間の電位差によって引き起こされる異種金属間腐食の発生や、材料間の熱伝導率と融点の差による接合界面の不安定さによって溶接部が脆化する可能性がある。そのため、補強材１１の材料は、スリット付き十字形引張試験片１と同じ材料であることが望ましい。
【0025】
補強材１１の板厚に関しては、腕部５のスリット先端にひずみが集中して破断しないように適宜設定すればよいが、例えば、以下のように決めることができる。
【0026】
図１に示すスリット付き十字形引張試験片１において、X方向に腕部５の両端に引張荷重Fを負荷するものとした場合、スリット付き十字形引張試験片１の板厚をt1、補強材１１の板厚をt2、測定部３及び腕部５の幅をw1、補強材１１の幅をw2とする。さらに、測定部３のX方向のひずみをε1、応力をσ1、腕部５と補強材１１のX方向のひずみをε2、応力をσ2とする。このとき、測定部３に負荷される荷重Fの釣り合いから、以下の式が成り立つ。
F=σ1×w1×t1=σ2×(w1×t1+w2×t2)
F=σ1×w1×t1=σ2×(w1×t1+w2×t2)
【0027】
二軸引張試験で要求される測定部３の塑性ひずみε1は、0.01程度と小さいので、スリット付き十字形引張試験片１と補強材１１の変形は弾性域にあると仮定しても差し支えない。この場合、測定部３の応力σ1と、腕部５及び補強材１１の応力σ2は、以下の式で近似的に表すことができる。
σ1=Eε1
σ2=Eε2
ここで、Eは、スリット付き十字形引張試験片１及び補強材１１のヤング率である。
σ1=Eε1
σ2=Eε2
ここで、Eは、スリット付き十字形引張試験片１及び補強材１１のヤング率である。
【0028】
これらの式から、次式が成り立つ。
ε1×w1×t1=ε2×(w1×t1+w2×t2)
したがって、補強材１１の板厚t2は、次の式（１）により表される。
t2=(ε1/ε2-1)×(w1/w2)×t1 ・・・（１）
ε1×w1×t1=ε2×(w1×t1+w2×t2)
したがって、補強材１１の板厚t2は、次の式（１）により表される。
t2=(ε1/ε2-1)×(w1/w2)×t1 ・・・（１）
【0029】
式（１）において、二軸引張試験での測定部３の中央に発生させる相当塑性ひずみの最大値をε1、測定部３の相当塑性ひずみがε1の時に腕部５及び補強材１１に発生する相当塑性ひずみをε2とすると、補強材１１の板厚t2は式（１）により決定することができる。なお、補強材１１の板厚t2は、式（１）で求められる値よりも大きな値にしてもよい。
【0030】
このとき、腕部５及び補強材１１の相当塑性ひずみε2は補強材１１の一様伸び（破断限界）よりも小さい値に決定すればよい。また、補強材１１はスリット付き十字形引張試験片１よりも引張強度が小さく（軟質な）、一様伸びが大きく延性の高い金属板材であることが望ましい。スリット付き十字形引張試験片１の材質が、引張強度1470MPa級以上であるので、補強材１１の材質は、引張強度が270MPa級以上590MPa級以下とするのが好ましい。
【0031】
＜スリット付き十字形引張試験片の製造方法＞
本実施の形態に係るスリット付き十字形引張試験片１においては、上記のように、補強材１１の板厚t2を大きくするほど、二軸引張試験において測定部３に生じるひずみ領域を広げることが可能となる。もっとも、補強材１１の板厚t2を大きくしすぎると、スリット付き十字型二軸引張試験１における測定部３側のスリット７の先端部７ａ（図３参照）にひずみが集中し、そこから破断が起きることが懸念される。そこで、以下の手順により補強材１１の板厚を決定し、スリット付き十字形引張試験片１を製造することを想起した。
なお、補強材１１の板厚t2の上限は、後述するCAE解析の結果より、スリット付き十字形引張試験片１の板厚t1程度にするとよい。
本実施の形態に係るスリット付き十字形引張試験片１においては、上記のように、補強材１１の板厚t2を大きくするほど、二軸引張試験において測定部３に生じるひずみ領域を広げることが可能となる。もっとも、補強材１１の板厚t2を大きくしすぎると、スリット付き十字型二軸引張試験１における測定部３側のスリット７の先端部７ａ（図３参照）にひずみが集中し、そこから破断が起きることが懸念される。そこで、以下の手順により補強材１１の板厚を決定し、スリット付き十字形引張試験片１を製造することを想起した。
なお、補強材１１の板厚t2の上限は、後述するCAE解析の結果より、スリット付き十字形引張試験片１の板厚t1程度にするとよい。
【0032】
【0033】
まず、補強材１１の仮の板厚を設定する（板厚設定工程Ｓ１）。
次に、補強材１１の仮の板厚が設定されたスリット付き十字形引張試験片１を用いて二軸引張試験を行う過程のCAE解析を行い、腕部５に形成されたスリット７の先端部７ａに発生するひずみを算出する（ひずみ算出工程Ｓ３）。スリットの先端部７ａとは、引張荷重を負荷する方向における測定部３側とする。なお、二軸引張試験を行う過程のCAE解析には、例えば、有限要素法解析を適用することができる。
次に、補強材１１の仮の板厚が設定されたスリット付き十字形引張試験片１を用いて二軸引張試験を行う過程のCAE解析を行い、腕部５に形成されたスリット７の先端部７ａに発生するひずみを算出する（ひずみ算出工程Ｓ３）。スリットの先端部７ａとは、引張荷重を負荷する方向における測定部３側とする。なお、二軸引張試験を行う過程のCAE解析には、例えば、有限要素法解析を適用することができる。
【0034】
次に、算出したスリット７の先端部７ａのひずみに基づいて、スリット７の先端部７ａにおける割れ発生の有無を判定する（割れ発生有無判定工程Ｓ５）。
【0035】
スリット７の先端部７ａにおける割れ判定は、例えば、以下の式（２）に示すCockcroftの延性破壊条件式を用いて行うことができる。
C1=∫σmax・dεp ・・・（２）
ここで、σmaxは最大主応力、εpは相当塑性ひずみである。C1は、例えば単軸引張試験の結果から求めることができる定数であり、式（２）の右辺の積分値がC1を超えると材料が破断、すなわち割れが発生すると判定される。
C1=∫σmax・dεp ・・・（２）
ここで、σmaxは最大主応力、εpは相当塑性ひずみである。C1は、例えば単軸引張試験の結果から求めることができる定数であり、式（２）の右辺の積分値がC1を超えると材料が破断、すなわち割れが発生すると判定される。
【0036】
割れ発生有無判定工程Ｓ５において、割れ発生有り（図６中においては割れなし＝No）と判定された場合、補強材１１の板厚を適宜変更する（板厚変更工程Ｓ７）。
そして、板厚変更工程Ｓ７と、ひずみ算出工程Ｓ３と、割れ発生有無判定工程Ｓ５と、を割れ発生無しと判定されるまで繰り返し行う（繰り返し工程Ｓ９）。
このようにして、割れ発生有無判定工程においてスリット７の先端部７ａに割れ発生無しと判定された場合の補強材１１の板厚を、腕部５に接合する補強材１１の板厚として決定する（板厚決定工程Ｓ１１）。
そして、板厚変更工程Ｓ７と、ひずみ算出工程Ｓ３と、割れ発生有無判定工程Ｓ５と、を割れ発生無しと判定されるまで繰り返し行う（繰り返し工程Ｓ９）。
このようにして、割れ発生有無判定工程においてスリット７の先端部７ａに割れ発生無しと判定された場合の補強材１１の板厚を、腕部５に接合する補強材１１の板厚として決定する（板厚決定工程Ｓ１１）。
【0037】
以上、本実施の形態に係るスリット付き十字形引張試験片の製造方法によれば、測定部３に目標とするひずみを発生させても腕部５を破断の破断を防ぐことができる補強材の板厚を適切に決定することができる。これにより、二軸応力下における応力－ひずみ関係の測定範囲を拡大することができ、測定した応力－ひずみ関係は自動車などのプレス成形部品の設計で行うプレス成形解析に活用できる。
【実施例0038】
本発明の作用効果を検証するための実験を行ったので、以下、これについて説明する。
実験では、図１に示すように、正方形の測定部３と、測定部３の４辺から延出する４本の腕部５と、を備え、腕部５に補強材１１が接合されたスリット付き十字形引張試験片１を用いた。ここで、スリット付き十字形引張試験片１には、板厚1.2mm、1470MPa級の冷延鋼板を用い、補強材１１には、270MPa級の冷延鋼板を用いた。
実験では、図１に示すように、正方形の測定部３と、測定部３の４辺から延出する４本の腕部５と、を備え、腕部５に補強材１１が接合されたスリット付き十字形引張試験片１を用いた。ここで、スリット付き十字形引張試験片１には、板厚1.2mm、1470MPa級の冷延鋼板を用い、補強材１１には、270MPa級の冷延鋼板を用いた。
【0039】
スリット付き十字形引張試験片１において、測定部３の寸法は50mm×50mm、測定部３を挟んで対向する２本の腕部５の両端間の長さはX方向及びY方向ともにL=260mm、腕部５の幅は50mmとした。また、各腕部５には７本のスリット７を等間隔に形成し、各スリット７の幅は0.3mm、長さは50mmとした。
【0040】
補強材１１は、幅は腕部５と同じ50mm、長さは55mmとし、腕部５に形成されたスリット７と同様、７本の補強材側スリット１３を等間隔に形成した。ここで、補強材側スリット１３の幅は0.3mm、長さは50mmとした。
【0041】
実験において、補強材１１の板厚は以下のように決定した。
まず、二軸引張試験において測定部３にε1＝0.01の相当塑性ひずみを発生させる条件において、補強材１１の板厚を1.6mmと0.8mmとした場合の補強材１１のひずみと一様伸びとの関係を求めた。
まず、二軸引張試験において測定部３にε1＝0.01の相当塑性ひずみを発生させる条件において、補強材１１の板厚を1.6mmと0.8mmとした場合の補強材１１のひずみと一様伸びとの関係を求めた。
【0042】
補強材１１の板厚t2が1.6mmとすると、前掲した式（１）により算出される補強材のひずみε2は0.004である。補強材に用いた270MPa級冷延鋼板の一様伸びは0.025であり、式（１）により算出される補強材のひずみε2は十分に小さい値である。
また、補強材１１の板厚t2が0.8mmの場合についても同様に算出される補強材１１のひずみε2は0.006であるが、この値も一様伸び（=0.025）と比べて十分に小さい。
また、補強材１１の板厚t2が0.8mmの場合についても同様に算出される補強材１１のひずみε2は0.006であるが、この値も一様伸び（=0.025）と比べて十分に小さい。
【0043】
次に、補強材の板厚t2を0.8mm及び1.6mmとした場合のそれぞれについて、スリット付き十字形引張試験片の等二軸引張試験のCAE解析を行い、図７に示す、スリット７先端の相当塑性ひずみと測定部３中心の相当塑性ひずみの関係を求めた。
【0044】
図７において、実線は補強材の板厚が0.8mm、点線は補強材の板厚が1.6mmの結果である。
測定部３中心の相当塑性ひずみの最大値がε1=0.01のとき、前掲した式（２）により計算されるスリット７の先端部７ａが破断すると判定される相当塑性ひずみは0.015であった。この値と、測定部３中心の相当塑性ひずみが0.01のときのスリット７の先端部７ａの相当塑性ひずみを比較すると、補強材１１の板厚が1.6mmではスリット７の先端部７ａのひずみは0.015より大きいため、スリット７の先端部７ａは破断すると判定される。これに対し、補強材１１の板厚が0.8mmでは、スリット７の先端部７ａのひずみが0.015よりも小さいため、スリット７の先端部７ａは破断しないと判定される。この結果から、補強材１１の板厚は0.8mmと決定した。
測定部３中心の相当塑性ひずみの最大値がε1=0.01のとき、前掲した式（２）により計算されるスリット７の先端部７ａが破断すると判定される相当塑性ひずみは0.015であった。この値と、測定部３中心の相当塑性ひずみが0.01のときのスリット７の先端部７ａの相当塑性ひずみを比較すると、補強材１１の板厚が1.6mmではスリット７の先端部７ａのひずみは0.015より大きいため、スリット７の先端部７ａは破断すると判定される。これに対し、補強材１１の板厚が0.8mmでは、スリット７の先端部７ａのひずみが0.015よりも小さいため、スリット７の先端部７ａは破断しないと判定される。この結果から、補強材１１の板厚は0.8mmと決定した。
【0045】
続いて、スリット付き十字形引張試験片１の腕部５に補強材１１を接合したことによる補強の効果を検証した。図８に、板厚0.8mmの補強材１１が腕部５に接合されたスリット付き十字形引張試験片１と、従来のスリット付き十字形引張試験片２１のそれぞれについて等二軸引張試験のCAE解析により求めた、測定部中心の相当塑性ひずみと腕部の相当塑性ひずみの関係を示す。
【0046】
図８により、補強材が接合されていない従来のスリット付き十字形引張試験片２１では、測定部２３中心の相当塑性ひずみが0.008付近において腕部２５のひずみが急激に増加していることが分かる。この結果から、補強材なしのスリット付き十字形引張試験片２１を用いた場合、測定部２３中心の相当塑性ひずみが目標の0.01に達する前に腕部２５に割れが生じると考えられる。
【0047】
これに対し、板厚0.8mmの補強材１１を腕部５に接合したスリット付き十字形引張試験片１においては、測定部３中心の相当塑性ひずみが0.015に至るまで、腕部５における相当塑性ひずみの急激な増加は見られなかった。このことから、腕部５に0.8mmの補強材１１を接合することにより、腕部５が割れることなく、測定部３中心の相当塑性ひずみが0.01に達するまで二軸引張試験を実施することが可能であることが示された。
【0048】
図９に、板厚0.8mmの補強材１１を腕部５に接合した本発明に係るスリット付き十字形引張試験片１を用いた等二軸引張試験において、測定部３中心の相当塑性ひずみが0.01付近であるときの相当塑性ひずみのコンター図を示す。さらに、図１０に、従来のスリット付き十字形引張試験片２１を用いた等二軸引張試験において、測定部２３中心の相当塑性ひずみが0.01付近であるときの相当塑性ひずみのコンター図を示す。
【0049】
従来のスリット付き十字形引張試験片２１の場合、図１０に示すように、腕部２５にひずみが集中して、特に腕部２５における幅方向最外側の２本のスリット２７よりも内側の部位の相当塑性ひずみが0.045以上の高い値となった。これに対し、腕部５に補強材１１を接合した本発明に係るスリット付き十字形引張試験片１の場合、腕部５におけるひずみの集中が解消され、腕部５における相当塑性ひずみの値が0.015以下に低下していることが分かる。
【0050】
以上、本発明に係るスリット付き十字形引張試験片によれば、二軸引張試験において腕部におけるひずみの集中を緩和することができ、腕部が割れることなく測定部中心に目標とする相当塑性ひずみを生じさせることが可能であることが示された。
【0051】
なお、上記の実施例は等二軸引張試験を行った場合についてのものであったが、本発明は、等二軸引張試験に限るものではなく、直交２方向に負荷する荷重が異なる二軸引張試験にも用いることができる。
【符号の説明】
【0052】
１ スリット付き十字形引張試験片
３ 測定部
５ 腕部
７ スリット
７ａ 先端部
９ 掴み部
１１ 補強材
１１Ａ 補強材
１３ 補強材側スリット
１５ 接合部
２１ スリット付き十字形引張試験片
２３ 測定部
２５ 腕部
２７ スリット
３ 測定部
５ 腕部
７ スリット
７ａ 先端部
９ 掴み部
１１ 補強材
１１Ａ 補強材
１３ 補強材側スリット
１５ 接合部
２１ スリット付き十字形引張試験片
２３ 測定部
２５ 腕部
２７ スリット
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
