(57)【要約】      （修正有）【課題】疲労試験の間に、クーポンのゲージエリアにおいて確実に破壊するクーポン形状を、提供する。【解決手段】試験クーポン１０は、テーパ状の側面１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄがクーポン１０の対向する端部４４及び５０からゲージエリア２０へ向かって延伸するにしたがって収束するちょうネクタイ型の外形を有し、ゲージエリア２０によって接続される一対の台形状部分１６及び１８を形成する。試験クーポン１０のこれらの台形状部分１６及び１８は、同様の台形状のタブが試験クーポン１０の前側及び後ろ側に接着される領域を含んでいる。試験クーポン１０は、ゲージエリア２０における最小の幅、及び一定の厚さを有しており、ゲージエリア２０の高さは試験クーポン１０の高さの３パーセント以下である。【選択図】図２
2014157152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一及び第二の直線的なテーパ状の側面（１２ａ及び１２ｂ）を有する第一の台形状部分（１６）と、
第三及び第四の直線的なテーパ状の側面（１２ｃ及び１２ｄ）を有する第二の台形状部分（１８）と、
前記第一及び第二の台形状部分（１６及び１８）の間に配置されてそれらに接続され、第一及び第二の円形曲面状の側面（１４ａ及び１４ｂ）を有するゲージエリア（２０）と
を備える複合材試験クーポン（１０）であって、
前記第一の円形曲面状の側面（１４ａ）は前記第一及び第三の直線的なテーパ状の側面（１２ａ及び１２ｃ）に接続され、
前記第二の円形曲面状の側面（１４ｂ）は前記第二及び第四の直線的なテーパ状の側面（１２ｂ及び１２ｄ）に接続され、
前記試験クーポン（１０）は、前記ゲージエリア（２０）における最小幅、及び一定の厚さを有し、
前記ゲージエリア（２０）の高さは前記試験クーポン（１０）の高さの３パーセント以下である
複合材試験クーポン（１０）。
【請求項２】
前記第一から第四の直線的なテーパ状の側面（１２ａから１２ｄ）が前記ゲージエリア（２０）から離れるように延伸するにしたがって、前記第一及び第二の直線的なテーパ状の側面（１２ａ及び１２ｂ）は互いに末広がりになり、且つ前記第三及び第四の直線的なテーパ状の側面（１２ｃ及び１２ｄ）は、互いに末広がりになる
請求項１に記載の複合材試験クーポン（１０）。
【請求項３】
前記第一から第四の直線的なテーパ状の側面（１２ａから１２ｄ）のテーパ角度は等しい
請求項１に記載の複合材試験クーポン（１０）。
【請求項４】
前記テーパ角度が１度以上かつ１０度以下の範囲内に含まれる
請求項３に記載の複合材試験クーポン（１０）。
【請求項５】
前記第一及び第二の円形曲面状の側面（１４ａ及び１４ｂ）の曲率半径が等しい
請求項１に記載の複合材試験クーポン（１０）。
【請求項６】
前記第一及び第三の直線的なテーパ状の側面（１２ａ及び１２ｃ）が前記ゲージエリア（２０）の前記第一の円形曲面状の側面（１４ａ）と接し、
並びに前記第二及び第四の直線的なテーパ状の側面（１２ｂ及び１２ｄ）が前記ゲージエリア（２０）の第二の円形曲面状の側面（１４ｂ）と接する
請求項１に記載の複合材試験クーポン（１０）。
【請求項７】
一定の厚さ、垂直軸に沿った高さ、及び厚さ方向の軸に沿って見た場合におけるちょうネクタイ型の外形を有し、前記ちょうネクタイ型の外形は左及び右側面及び上側及び下側の端部（４４及び５０）を備え、
前記左側面は第一の円形曲面状の部分（１４ａ）と、前記第一の円形曲面状の部分（１４ａ）から前記上側及び下側の端部（４４及び５０）へ向かって各々延伸する第一及び第三の直線的なテーパ状の部分（１２ａ及び１２ｃ）とを備え、
前記右側面は第二の円形曲面状の部分（１４ｂ）と、前記第二の円形曲面状の部分（１４ｂ）から前記上側及び下側の端部（４４及び５０）へ向かって各々延伸する第二及び第四の直線的なテーパ状の部分（１２ｂ及び１２ｄ）とを備え、
前記第一及び第二の直線的なテーパ状の部分（１２ａ及び１２ｂ）は前記第一及び第二の円形曲面状の部分（１４ａ及び１４ｂ）から各々相互に第一及び第二の方向へ末広がりに延伸し、
前記第三及び第四の直線的なテーパ状の部分（１２ｃ及び１２ｄ）は前記第一及び第二の円形曲面状の部分（１４ａ及び１４ｂ）から各々相互に第三及び第四の方向へ末広がりに延伸し、
前記第一の直線的なテーパ状の部分（１２ａ）と前記垂直軸に平行な交線との間のテーパ角度は１度以上かつ１０度以下の範囲内に含まれる
複合材試験クーポン（１０）。
【請求項８】
前記第一の円形曲面状の部分の高さが試験クーポンの前記高さの３パーセント以下である
請求項７に記載の複合材試験クーポン（１０）。
【請求項９】
前記第一から第四の直線的なテーパ状の側面（１２ａから１２ｄ）の前記テーパ角度が等しい
請求項７に記載の複合材試験クーポン（１０）。
【請求項１０】
前記第一及び第二の円形曲面状の側面（１４ａ及び１４ｂ）の曲率半径が等しい
請求項７に記載の複合材試験クーポン（１０）。
【請求項１１】
前記第一及び第三の直線的なテーパ状の側面（１２ａ及び１２ｃ）が前記第一の円形曲面状の側面（１４ａ）と接し、並びに前記第二及び第四の直線的なテーパ状の側面（１２ｂ及び１２ｄ）が前記第二の円形曲面状の側面（１４ｂ）と接する、請求項７に記載の複合材試験クーポン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概ね、材料試験において使用される試験クーポンの形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
材質科学において、疲労とは、材料が繰り返し負荷、すなわち繰り返される荷重および荷重除去に晒される場合に起きる、累進的で局所的な構造的損傷である。荷重が所定の閾値を超えると、ミクロ的な亀裂が応力の集中するとこで発生し始める。最終的には、亀裂が臨界サイズに到達し、その構造は破砕する。構造の形がマクロ的なレベルの応力の集中に貢献することとなるため、その形は材料の疲労寿命に大きな影響を与える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
航空宇宙の分野で用いられる構造における近年の急速な複合材料の採用に伴って、複合材料の試験は、大きな注目と精査を引き受けてきた。多くの場合、材料の応力対破壊サイクル（Ｓ−Ｎ）曲線を確立することにおいて、複合材の疲労挙動を正確に決定する満足のいく試験方法は未だ確定されていないので、複合材クーポンの疲労試験は、特に関心が高い。現在の複合材疲労の試験片は、典型的には、試験機械との相互作用が原因で破壊し、それによって試験結果にエラーを生じさせてしまう。
【０００４】
より具体的には、現在の複合材クーポンの疲労試験は、クーポンと試験フレームとのインターフェースの近傍（そのような領域は、通常「つかみ部」として言及される）における早期破壊を生ずる。これは、ノイズを含み、そしていくつかの場合においては使用に適さない、時折実際の材料の挙動との根拠に乏しい関係性しか有さない疲労データを生み出す。次いで、部品寿命、形状、厚さなどのすべてが、疑わしい疲労データによって影響を受け得る。さらに、損傷を受けた又は修理された複合材の試験片（例えば、ひっかき傷、穴、継ぎ当て）における最新のクーポン試験は、無傷のクーポンの破壊箇所にその損傷又は修理が配置されることを要求する。ゲージエリアにおける確実な破壊なしに、損傷を受けた又は修理された試験片をそれらの無傷の相当物と比較することは不可能であり、それゆえ強度劣化の要因は確定することができない。
【０００５】
米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）のＤ３０３９にしたがって、疲労複合材クーポンを試験する方法は、どちらかの端部に接着される矩形状のタブを伴った矩形状のクーポンを使用する。このクーポン形状は、静的及び疲労試験の両方に対して使用される。しかしながら、複合材クーポンの疲労試験を取り扱う、ＡＳＴＭのＤ３４７９のセクション６．３（「ポリマー・マトリックスの複合材料の引張―引張疲労の標準的試験方法」という題が与えられている）の中で認められているように：「タブ領域における試験片の早期破壊は、タブ領域の近傍における応力の集中の結果として、引張―引張疲労の試験において頻繁に起きることである」。疲労試験のための現在のクーポン形状は、荷重が完全に複合材に移行される、タブとつかみ部とのインターフェースの下かタブの終端部に沿ったところかどちらかのタブの近傍おいてのみ、応力の集中が生じるので、ゲージセクションにおいて破壊する傾向はない。このことが静的試験における有害な効果を抑制する一方で、疲労試験においては、試験機械との相互作用のために、タブに近い位置での破壊が大多数の疲労試験片の早期破壊という結果をもたらす。このことは、ガラス複合材クーポンにおいて、特に公表されていることである。
【０００６】
複合材試験クーポンのゲージエリアにおいて破壊を誘発する試験クーポン形状が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書において開示される対象物は、疲労試験の間にクーポンのゲージエリアにおいて確実に破壊し、所望の複合材料の特性について高い品質で関連性のあるデータをもたらすクーポン形状である。ゲージエリアにおいて破壊を起こす傾向は、ちょうネクタイ型のクーポンとこれに結合される同様な形のクーポンを用いることによって、与えられる。本開示において、「相似な（ｓｉｍｉｌａｒ）」という用語は、幾何学的な意味で使用されるもので、すなわち２つの幾何学的な形状を有する物体は、両者が同一の形状を有していれば相似であると言われる。２つの物体が相似な場合、各々は他方を均等に拡大縮小した結果と合同になる。
【０００８】
対象となる試験クーポンは、複合材料から作られ、本明細書においてはゲージエリアとして指定される中央領域での破壊を誘発するように設計されている。これらの試験クーポンは、クーポンの対向する終端からゲージエリアまで延伸するように収束するテーパ状の側面を伴い、ゲージエリアにより接続される一対の台形状部分（一方は、他方の対称の像である）を形成する、ちょうネクタイ型の外形を有する。試験クーポンのこれらの台形状部分は、同様に台形状のタブがクーポンの前面及び後面に接着される領域を含む。 
【０００９】
本明細書においてより詳細に開示される対象物の一態様は、第一及び第二の直線的なテーパ状の側面を有する第一の台形状部分と、第三及び第四の直線的なテーパ状の側面を有する第二の台形状部分と、第一及び第二の台形状部分の間に配置されそれらに接続され、第一及び第二の円形曲面状の側面を有するゲージエリアとを備え、第一の円形曲面状の側面は第一及び第三の直線的なテーパ状の側面に接続され、第二の円形曲面状の側面は第二及び第四の直線的なテーパ状の側面に接続され、それにより試験クーポンは、ゲージエリアにおける最小の幅、及び一定の厚さを有し、ゲージエリアの高さは試験クーポンの高さの３パーセント以下である（クーポンの一端部から他端部へと計測した場合）。
【００１０】
一実施形態にしたがって、第一から第四の直線的なテーパ状の側面はゲージエリアから離れるように延伸し、第一及び第二の直線的なテーパ状の側面は互いに末広がりになり、第三及び第四の直線的なテーパ状の側面は互いに末広がりになる。第一から第四の直線的なテーパ状の側面のテーパ角度は、等しい。テーパ角度は、１度以上かつ１０度以下の範囲内に含まれる。また、第一及び第二の円形曲面状の側面の曲率半径は、等しい。第一及び第三の直線的なテーパ状の側面は、ゲージエリアの第一の円形曲面状の側面に接し、第二及び第四の直線的なテーパ状の側面は、ゲージエリアの第二の円形曲面状の側面に接する。
【００１１】
他の態様は、一定の厚さ、垂直軸に沿った高さ、及び厚さ方向における軸に沿って見た場合のちょうネクタイ形状型の外形を備えている複合材試験クーポンであり、それによりちょうネクタイ型の外形は左及び右側面並びに上側及び下側の面を備え、左側面は第一の円形曲面状の部分並びに第一の円形曲面状の部分から上側及び下側の各々の端部に向かって延伸する第一及び第三の直線的なテーパ状の部分を備え、右側面は第二の円形曲面状の部分並びに第二の円形曲面状の部分から上側及び下側の各々の端部に向かって延伸する第二及び第四の直線的なテーパ状の部分を備える。第一及び第二の直線的なテーパ状の部分は、相互に第一及び第二の方向へ末広がりに分かれるように、第一及び第二の円形曲面状を有する部分から各々延伸し、同様に、第三及び第四の直線的なテーパ状の部分は、相互に第三及び第四の方向へ末広がりに分かれるように、第一及び第二の円形曲面状を有する部分から各々延伸する。第一の直線的なテーパ状の部分と垂直軸に対して平行な交線との間のテーパ角度は、１度以上かつ１０度以下の範囲内に含まれる。
【００１２】
さらなる態様は、一定の厚さの繊維強化プラスチック材料から作られる試験クーポンアセンブリであって、クーポンの最小幅を有するゲージエリアにより接続される第一及び第二の台形状部分を備える試験クーポンを備え、第一及び第二の台形状部分及びゲージエリアは試験クーポンの前面の各々の部分及び後面の各々の部分を形成し、前面及び後面の各々はちょうネクタイ型の外形を有し、前面及び後面の各々の第一の部分の上の第一の台形状部分に接着される第一及び第二のタブと、前面及び後面の各々の第二の部分の上の第二の台形状部分に接着される第三及び第四のタブとを備える。第一から第四のタブの各々は、繊維強化プラスチック材料から作られており、台形状の外形を有する。
【００１３】
このさらなる態様の一実施形態にしたがって、第一の台形状部分は第一及び第二の直線的なテーパ状の側面を備え、第二の台形状部分は、第三及び第四の直線的なテーパ状の側面を備え、並びにゲージエリアは第一及び第二の円形曲面状の側面を備える。試験クーポンは、ゲージエリアにおいて最小幅を有し、一定の厚さを有し、第一の円形曲面状の側面は第一及び第三の直線的なテーパ状の側面に接続されており、第二の円形曲面状の側面は第二及び第四の直線的なテーパ状の側面に接続されている。ゲージエリアの高さは、試験クーポンの高さの３パーセント以下であり、第一の直線的なテーパ状の部分と垂直軸に平行な交線との間のテーパ角度は、１度以上かつ１０度以下の範囲内に含まれる。
他のいくつかの態様は、以下において開示され請求される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
上述した及び他のいくつかの態様を描くという目的で、様々な実施形態が本明細書において図を参照しながら説明される。
【図１Ａ】図１Ａは、タブの位置で破壊した矩形状の複合材試験クーポンの上面図を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、ゲージセクションで破壊したテーパ状の側面を有する複合材試験クーポンの上面図を示す図である。
【図２】図２は、テーパ角度αが１度以上かつ１０度以下の範囲内に含まれる複合材試験クーポン形状の上面図を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図２において点線で示された円の内側の領域の拡大図を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、タブの無い試験クーポンの一端部を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、クーポンの前及び後ろに接着される斜角を付けられていないタブを有する試験クーポンの一端部を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、クーポンの前及び後ろに接着される斜角を付けられたタブを有する試験クーポンの一端部を示す図である。  以下、本明細書においては、異なる図の類似する構成要素が同じ参照番号を有するように、図面が参照される。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書において開示される試験クーポン形状は、ひっかき傷を有する複合材クーポンの疲労試験の分野において特定的に適用される。複合材ひっかき傷試験は、各々のプライが繊維強化プラスチックを備える複数のプライのレイアップを備える複合材クーポンの上の様々なひっかき傷の深さの悪影響を決定するために実施される。隣接するプライの繊維の方向は、最終の積層板の強度及び剛性を高めるために、多様になっている。複合材のレイアップクーポンは、所望のクーポン形状にしたがってプログラムされるウォータージェットを使用して、切断することができる。各々のクーポンは、クーポンの対向する端部においてタブが取り付けられる第一及び第二の荷重印加領域と、断面積が減少させられた相対的により狭い中央部分（以下、「ゲージエリア」と呼ぶ）とを備え、そのような特徴はクーポンの中央における破壊を促進するように設計されている。各々の荷重印加領域は、それらの両側面上に取り付けられる一対のタブを有する。タブは、試験機械によるクーポンに対する試験荷重の印加を容易にする。
【００１６】
複合材ひっかき傷試験の一実施例は、無傷のクーポン及びゲージエリアを横断して導入されるひっかき傷を伴うクーポンの両方を必要とする。無傷のクーポン及びひっかき傷を有するクーポンのＳ−Ｎ曲線は、その後、ひっかき傷による材料の強度の減少を決定するために比較される。適切なクーポン形状の探索において、ちょうネクタイ型のクーポンは疲労試験時の性能を高めることが、見出された。ちょうネクタイ型は、ゲージエリアにおけるわずかな応力の集中を誘発し、それによりＳ−Ｎ曲線の形に影響を与えることなく低い及び高いサイクルの疲労においてその位置で確実に破壊する。このクーポン形状を使用することにより、ひっかき傷の無いクーポンとひっかき傷の有るクーポンとの間の信頼性の高い比較を可能にするために、ゲージエリアを横断してひっかき傷を与えることができる。
【００１７】
同様な形のタブを伴うちょうネクタイ型の複合材試験クーポンの性能は、矩形状のタブを伴う矩形状の複合材試験クーポンと比較して向上したことが、図１Ａおよび１Ｂからわかる。
【００１８】
図１Ａは、タブの位置で破壊した矩形状の試験クーポン２の上面図を示す。図１Ａに見られる試験クーポン２の前面は、矩形状である。この試験クーポンは、クーポンの両端部近傍の前面及び後面に接着される矩形状のタブを有している。図１Ａで見ることができるのは、クーポン２の前面に接着されているタブ４ａ及び４ｂのみである。図１Ａからわかるように、クーポン２の破壊は、タブ４ｂの近傍で起きた。
【００１９】
対照的に、図１Ｂは、ゲージセクション２０で破壊したテーパ状の側面を有する複合材試験クーポン１０の上面図を示す。このクーポンは、荷重が積層板と平行に印加され、且つプライと同一面内になるように構成された。変形されていない状態において、試験クーポン１０は、ちょうネクタイ型の外形を有し、ゲージエリア２０に接続される上側及び下側の台形状部分１６、１８を備えていた。各々の台形状部分１６、１８は、クーポンの両側面において直線的な末広がりのテーパ状の部分を有していた。同様の形（すなわち、台形状）のタブは、試験荷重を受けるように設計され、クーポンの両端部近傍における前面及び後面に接着された。変形されていない試験クーポンはまた、一定の厚さを有しており、厚さ方向は複合材のプライが横たわる平面に対して垂直になっていた。図１Ｂで見ることができるのは、クーポン１０の前面に接着されているタブ６ａ及び６ｂのみである。
【００２０】
図１Ｂにおける特定の試験クーポンは、特定の寸法を伴った本来のちょうネクタイ型の形状を有していた。しかしながら、本明細書において開示される試験クーポンが単一の寸法群に限定されず、むしろ各々の領域内に含まれる寸法を有するちょうネクタイ型の形状を包含する、ということは十分に理解されるべきである。特に、クーポンの側面のテーパ角度は、１度以上かつ１０度以下の範囲内で変化する。
【００２１】
図２は、一定の縮尺で描かれていない、タブを伴わないちょうネクタイ型の試験クーポン１０の２次元形状を示している。クーポンは、図２において一定の縮尺で描かれていないので、この図の目的は、上述した１度以上かつ１０度以下の範囲内にあるいずれの大きさをも有し得るテーパ角度αを描くことである。変形されていない状態において、試験クーポン１０は、３つの領域：第一及び第二の直線的なテーパ状の側面１２ａ及び１２ｂを有する第一の台形状部分１６；第三及び第四の直線的なテーパ状の側面１２ｃ及び１２ｄを有する第二の台形状部分１８；並びに第一及び第二の円形曲面状の側面１４ａ及び１４ｂを有するゲージエリア２０、を備える。ゲージエリア２０の第一及び第二の円形曲面状の側面１４ａ及び１４ｂは窪んでおり、そのため試験クーポンの最小幅は、第一及び第二の円形曲面状の側面１４ａ及び１４ｂの中間点をつないだ線に沿って存在する。図２における点線の垂直線は、試験クーポンの前面がちょうネクタイ型である代わりに矩形状であった場合に、クーポンの右側面がどこにあるかということを示している。
【００２２】
図２において点線で示した円の内側の領域の拡大図である図２Ａにおいて良く示されるように、第二の円形曲面状の側面１４ｂは、第二の直線的なテーパ状の側面１２ｂ及び第四の直線的なテーパ状の側面１２ｄと接続されている。同様に、第一の円形曲面状の側面１４ａは、第一の直線的なテーパ状の側面１２ａ及び第三の直線的なテーパ状の側面１２ｃと接続されている。図２に示されるように、試験クーポン１０は、その前面から後面までちょうネクタイ型の外形を有しており、また一定の厚さを有している（すなわち、前面と後面との間の距離が一定である）。好ましくは、１２ａから１２ｄまでのすべてのテーパ状の側面のテーパ角度は等しい。同様に、円形曲面状の側面１４ａ及び１４ｂの曲率半径は同じであり、またそれらのアーク長も同じである。第一及び第三の直線的なテーパ状の側面１２ａ及び１２ｃは、ゲージエリア２０の第一の円形曲面状の側面１４ａに接し、一方、第二及び第四の直線的なテーパ状の側面１２ｂ及び１２ｄは、ゲージエリア２０の第二の円形曲面状の側面１４ｂに接してもよい。
【００２３】
代替的に、複合材試験クーポン１０は、一定の厚さ、垂直軸に沿った高さ、及び厚さ方向の軸に沿って見た場合ちょうネクタイ型の外形を有することによって、特徴づけることができる。ちょうネクタイ型の外形は、左及び右側面並びに上側及び下側の端部４４及び５０を備える。左側面は、第一の円形曲面状の部分１４ａ、並びに第一の円形曲面状の部分１４ａから各々上側及び下側の端部４４及び５０に向かって延伸する第一及び第三の直線的なテーパ状の部分１２ａ及び１２ｃを備え、右側面は、第二の円形曲面状の部分１４ｂ、並びに第二の円形曲面状の部分１４ｂから各々上側及び下側の端部４４及び５０に向かって延伸する第二及び第四の直線的なテーパ状の部分１２ｂ及び１２ｄを備える。第一及び第二の直線的なテーパ状の部分１２ａ及び１２ｂは、第一及び第二の円形曲面状の部分１４ａ及び１４ｂから各々延伸し互いに第一及び第二の方向へと末広がりになり、第三及び第四の直線的なテーパ状の部分１２ｃ及び１２ｄは、第一及び第二の円形曲面状の部分１４ａ及び１４ｂから各々延伸し互いに第三及び第四の方向へと末広がりになる。第一の直線的な部分１２ａと垂直軸に対して平行な交線との間のテーパ角度は、１度以上かつ１０度以下の範囲内に含まれる。その他の直線的なテーパ状の部分のテーパ角度は、第一の直線的なテーパ状の部分１２ａのテーパ角度と等しくてもよい。
【００２４】
図２において見られるように、第一の直線的なテーパ状の部分１２ａは、第一の角４０においてクーポンの上側の端部４４と接続されている。第二の直線的なテーパ状の部分１２ｂは、第二の角４２において上側の端部４４と接続されている。第三の直線的なテーパ状の部分１２ｃは、第三の角４６においてクーポンの下側の端部５０と接続されている。そして、第四の直線的なテーパ状の部分１２ｄは、第四の角４８において下側の端部５０と接続されている。代替的に、角４０、４２、４６、及び４８は、丸められるか又は斜角がつけられてもよい。本開示の目的において、直線的なテーパ状の側面１２ａ及び１２ｂ、上側の端部４４、及び円形曲面状の部分１４ａ及び１４ｂの各々のアークの上側の端点をつなぐ仮想的な線は、上側の角が丸められているか又は斜角を付けられているとしても、「台形」とみなされる。試験クーポンの下側の半分についても同じである。
【００２５】
本明細書において開示されるいくつかの実施形態では、ゲージエリア２０の高さ（すなわち、円形曲面状の部分１４ａ及び１４ｂの各々のアークの終点を分離している距離）は、複合材試験クーポン１０の高さ（上側の端部４４から下側の端部５０まで測って）の３パーセント以下であることが望ましい。
【００２６】
一つの提案される実施形態にしたがって、試験クーポンは、以下の寸法：９．０００インチの高さ；１．３４０インチの端部の幅；１．０００インチのゲージ幅；０．０８０インチのゲージ曲率半径；及び２．１６３度のテーパ角度α、を有するように設計された。上述したように、テーパ角度は、１度以上かつ１０度以下の範囲内で変化する。
【００２７】
上述のように説明された形状にしたがって設計され、上述のような範囲内にあるテーパ角度を有する試験クーポンは、材料の（すなわち、Ｓ−Ｎ）曲線の形に影響を与えることなく、ゲージセクションにおいて確実に破壊することが、予測される。
【００２８】
図３Ａは、タブを伴わない試験クーポン１０の一端部を示している。タブを伴わないクーポンは、ＡＳＴＭ要求を満たさない条件下で試験されることがある。図３Ａに示される試験クーポン１０は、一定の厚さを有している。
【００２９】
代替的に、異なるタブ形状が、図２に示される試験クーポン形状とともに採用されることがある。タブは、タブが接着されるちょうネクタイ型の試験クーポンの所定部分の外形と同様な台形状の外形を有することが、好ましい。
【００３０】
図３Ｂは、試験クーポンの前面及び後面に接着される斜角の付けられていないタブ２２及び２４を有する、ちょうネクタイ型の試験クーポン１０の一端部を示している。図３Ｂにおいて見ることはできないが、タブ２２及び２４は、台形状の前面を有している。
【００３１】
図３Ｃは、試験クーポンの前面及び後面に接着される斜角の付けられたタブ２６及び３０を有する、ちょうネクタイ型の試験クーポン１０の一端部を示している。図３Ｃにおいて見ることはできないが、タブ２６および３０は、前側から見た場合に台形状の外形を有している。この実施例において、タブ２６は、斜角の付けられた表面２８を備え、一方、タブ３０は、斜角の付けられた表面３２を備える。斜角は、タブの端部における応力の集中を抑えることができる。
【００３２】
図３Ｂ及び３Ｃは、各々の試験クーポンアセンブリの各部分を示している。各々の試験クーポンアセンブリは、一定の厚さの繊維強化プラスチック材料により作られている試験クーポン１０を備え、試験クーポンは、クーポンの最小幅を有するゲージエリア（図２における参照番号２０）により接続されている第一及び第二の台形状部分（図２における参照番号１６及び１８）を備える。第一及び第二の台形状部分並びにゲージエリアは、試験クーポンの前面の各々の部分及び後面の各々の部分を形成し、前面および後面の各々はちょうネクタイ型の外形を有している。試験クーポンアセンブリは、クーポンの前面及び後面の第一の部分の各々の上の第一の台形状部分に接着される第一及び第二のタブをさらに備え、クーポンの前面及び後面の第二の部分の各々の上の第二の台形状部分に接着される第三及び第四のタブをさらに備える。４つのタブの各々は、繊維強化プラスチックにより作られ、台形状の外形を有している。
【００３３】
上述したちょうネクタイ型の形状は、試験機械、タブ、及びクーポンの間で漸進的な応力の移行をもたらす。クーポンの両側面の上で、テーパはゲージエリアで頂点に達し、ゲージエリアは疲労試験の間に最も応力の高い領域になる。しかしながら、ゲージエリアにおいて破壊を誘発する孔の開いたクーポンとは異なり、このクーポン形状は、材料Ｓ−Ｎ曲線の形を変化させず、また計画通りのゲージ幅を維持する。さらに、提案された試験クーポンは、好適に、ちょうネクタイ型のクーポンの外形にしたがうように形作られた取り付けタブを有し、このことは、以前の「ドッグボーン」クーポンの試みが直面した、すなわち破壊点がゲージエリアよりもむしろドッグボーン領域の始まる位置に生じるという問題を、解決する。
【００３４】
さらに、本開示は、下記の条項による実施形態を含む。
【００３５】
第１２条項
試験クーポン（１０）アセンブリであって、
一定の厚さの繊維強化プラスチック材料よって作られる試験クーポン（１０）を備え、
前記試験クーポン（１０）は、クーポンの最小幅を有するゲージエリア（２０）によって接続される第一及び第二の台形状部分（１６及び１８）を有し、
前記第一及び第二の台形状部分（１６及び１８）並びに前記ゲージエリア（２０）は、試験クーポン（１０）の前面の各々の部分及び後面の各々の部分を形成し、
前記前面及び後面の各々は、ちょうネクタイ型の外形を有し、
前記前面及び後面の第一の部分の各々の上の前記第一の台形状部分（１６）に接着される第一及び第二のタブと、
前記前面及び後面の第二の部分の各々の上の前記第二の台形状部分（１８）に接着される第三及び第四のタブとを備え、
前記第一から第四のタブの各々は、繊維強化プラスチック材料によって作られている
試験クーポン（１０）アセンブリ。
【００３６】
第１３条項
前記第一から第四のタブの各々は台形状の外形を有している
第１２条項に記載の試験クーポン（１０）アセンブリ。
【００３７】
第１４条項
前記試験クーポン（１０）は前記ゲージエリア（２０）において最小幅を有し、且つ一定の厚さを有し、
前記第一の台形状部分（１６）は第一及び第二の直線的なテーパ状の側面（１２ａ及び１２ｂ）を有し、
前記第二の台形状部分（１８）は第三及び第四の直線的なテーパ状の側面（１２ｃ及び１２ｄ）を有し、
前記ゲージエリア（２０）は、第一及び第二の円形曲面状の側面（１４ａ及び１４ｂ）を有し、
前記第一の円形曲面状の側面（１４ａ）は第一及び第三の直線的なテーパ状の側面（１２ａ及び１２ｃ）に接続されており、
並びに前記第二の円形曲面状の側面（１４ｂ）は第二及び第四の直線的なテーパ状の側面（１２ｂ及び１２ｄ）に接続されている
第１３条項に記載の試験クーポン（１０）アセンブリ。
【００３８】
第１５条項
前記第一から第四の直線的なテーパ状の側面（１２ａから１２ｄ）が前記ゲージエリア（２０）から離れるように延伸するにしたがって、前記第一及び第二の直線的なテーパ状の側面（１２ａ及び１２ｂ）は互いに末広がりになり、且つ第三及び第四の直線的なテーパ状の側面（１２ｃ及び１２ｄ）は、互いに末広がりになる
第１４条項に記載の試験クーポン（１０）アセンブリ。
【００３９】
第１６条項
前記第一及び第三の直線的なテーパ状の側面（１２ａ及び１２ｃ）は、前記ゲージエリア（２０）の前記第一の円形曲面状の側面（１４ａ）と接しており、
且つ前記第二及び第四の直線的なテーパ状の側面（１２ｂ及び１２ｄ）は、前記ゲージエリア（２０）の前記第二の円形曲面状の側面（１４ｂ）と接している第１４条項に記載の試験クーポン（１０）アセンブリ。
【００４０】
第１７条項
前記第一から第四の直線的なテーパ状の側面（１２ａから１２ｄ）のテーパ角度は等しい
第１４条項に記載の試験クーポン（１０）アセンブリ。
【００４１】
第１８条項
テーパ角度が１度以上かつ１０度以下の範囲内に含まれる
第１７条項に記載の試験クーポン（１０）アセンブリ。
【００４２】
第１９条項
前記第一及び第二の円形曲面状の側面（１４ａ及び１４ｂ）の曲率半径が等しい
第１４条項に記載の試験クーポン（１０）アセンブリ。
【００４３】
第２０条項
前記第一の円形曲面状の部分の高さが、試験クーポン（１０）の高さの３パーセント以下である
第１４条項に記載の試験クーポン（１０）アセンブリ。
【００４４】
様々な実施形態を参照して本開示を説明したが、本開示の範囲から逸脱せずに、様々な変更が行われてもよく、且つ、同等のものがその構成要素として代用されてもよいことが、当業者には理解されるべきである。また、本開示の本質的な範囲から逸脱することなく、本開示の内容に特定の状況を適用するために、多くの変更が行われてもよい。それゆえ、各請求項は開示された特定の実施形態に限定されないことが、意図されている。
【００４５】
請求項の中で使用されるように、「台形状部分」と言う用語は、２つの直線的なテーパ状の側面及び１つの直線的な端部を有しているが、台形の４つ目の側面の上のゲージエリアを伴って一体的に形成される試験クーポンの台形状部分を包含するように広義に解釈されるべきである。直線的なテーパ状の側面は、各々の角において直線的な端部に接続し、又は試験クーポンは、直線的な端部及び直線的なテーパ状の側面の各々に接続される丸められた角を有してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
２  （従来型の矩形状の）試験クーポン
４ａ  タブ
４ｂ  タブ
６ａ  タブ
６ｂ  タブ
１０  （本発明にかかる）試験クーポン
１２ａ  第一の直線的なテーパ状の側面
１２ｂ  第二の直線的なテーパ状の側面
１２ｃ  第三の直線的なテーパ状の側面
１２ｄ  第四の直線的なテーパ状の側面
１４ａ  第一の円形曲面状の側面
１４ｂ  第二の円形曲面状の側面
１６  第一の台形状部分
１８  第二の台形状部分
２０  ゲージエリア
２２  タブ
２４  タブ
２６  タブ
２８  斜角の付けられた表面
３０  タブ
３２  斜角の付けられた表面
４０  第一の角
４２  第二の角
４６  第三の角
４８  第四の角
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
2014157152.tif 000009
【外国語明細書】
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2014157152000002.pdf
2014157152000003.pdf
2014157152000004.pdf