(57)【要約】      （修正有）【課題】圧縮挙動に非線形域を有する材質の試験体の場合にも、評価部全体について圧縮物性を正確に測定することが可能な圧縮物性測定方法および装置を提供する。【解決手段】圧縮試験機は、上下方向に移動可能なクロスヘッドを有し、試験体８は、両側からジグで挟持された状態で圧縮試験機に装着される。試験体８は、測定対象としての所定サイズの試験片１０の上下部の両側に固着一体化したタブ部１１を備えたものに構成され、上下のタブ部１１間が、試験体８の評価部１２とされている。この試験体評価部１２の上下方向中央部に、評価部１２におけるひずみを測定するためのひずみゲージ１３が貼り付けにより設けられている。このように構成された圧縮物性測定装置を用いて、評価部１２の変形量を、クロスヘッドの移動量から、試験機とジグの変形量及びタブ部１１の変形量を差し引くことにより算出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮試験機を用いて試験体の圧縮物性を測定する方法であって、以下の測定工程と算出工程を有することを特徴とする圧縮物性測定方法。
Ａ．試験機のクロスヘッドの移動量を測定する工程、
Ｂ．試験機と試験体を試験機に装着するためのジグの合計変形量を測定する工程、
Ｃ．試験体の評価部のひずみを該評価部に設けたひずみゲージを用いて測定する工程、
Ｄ．工程Ａで測定したクロスヘッドの移動量（Ａ）と工程Ｂで測定した試験機とジグの合計変形量（Ｂ）から試験体の変形量（Ａ−Ｂ）を算出する工程、
Ｅ．線形域において、工程Ｃで測定した試験体評価部のひずみ（Ｃ）から評価部の変形量（Ｃの積分値）を算出する工程、
Ｆ．線形域において、工程Ｄで算出した試験体変形量（Ｄ）と工程Ｅで算出した評価部変形量（Ｅ）から試験体の評価部以外の部分に試験体を保持するために設定されたタブ部の変形量（Ｄ―Ｅ）を算出する工程、
Ｇ．線形域において、工程Ｄで算出した試験体変形量（Ｄ）と工程Ｆで算出したタブ部変形量（Ｆ）から試験体評価部の変形量（Ｄ−Ｆ）を算出する工程、
Ｈ．非線形域において、工程Ｆで算出したタブ部の変形量（Ｆ）を外挿し、タブ部の変形量（Ｈ）を算出する工程、
Ｉ．非線形域において、工程Ｄで算出した試験体変形量（Ｄ）と工程Ｈで算出したタブ部変形量（Ｈ）から試験体評価部の変形量（Ｄ−Ｈ）を算出する工程。
【請求項２】
前記試験体が繊維強化樹脂からなる、請求項１に記載の圧縮物性測定方法。
【請求項３】
前記試験体が炭素繊維強化樹脂からなる、請求項２に記載の圧縮物性測定方法。
【請求項４】
圧縮試験機を用いて試験体の圧縮物性を測定する装置であって、以下の測定手段と算出手段を有することを特徴とする圧縮物性測定装置。
Ａ．試験機のクロスヘッドの移動量を測定する手段、
Ｂ．試験機と試験体を試験機に装着するためのジグの合計変形量を測定する手段、
Ｃ．試験体の評価部のひずみを該評価部に設けたひずみゲージを用いて測定する手段、
Ｄ．手段Ａで測定したクロスヘッドの移動量（Ａ）と手段Ｂで測定した試験機とジグの合計変形量（Ｂ）から試験体の変形量（Ａ−Ｂ）を算出する手段、
Ｅ．線形域において、手段Ｃで測定した試験体評価部のひずみ（Ｃ）から評価部の変形量（Ｃの積分値）を算出する手段、
Ｆ．線形域において、手段Ｄで算出した試験体変形量（Ｄ）と手段Ｅで算出した評価部変形量（Ｅ）から試験体の評価部以外の部分に試験体を保持するために設定されたタブ部の変形量（Ｄ―Ｅ）を算出する手段、
Ｇ．線形域において、手段Ｄで算出した試験体変形量（Ｄ）と手段Ｆで算出したタブ部変形量（Ｆ）から試験体評価部の変形量（Ｄ−Ｆ）を算出する手段、
Ｈ．非線形域において、工程Ｆで算出したタブ部の変形量（Ｆ）を外挿し、タブ部の変形量（Ｈ）を算出する手段、
Ｉ．非線形域において、工程Ｄで算出した試験体変形量（Ｄ）と工程Ｈで算出したタブ部変形量（Ｈ）から試験体評価部の変形量（Ｄ−Ｈ）を算出する手段。
【請求項５】
前記試験体が繊維強化樹脂からなる、請求項４に記載の圧縮物性測定装置。
【請求項６】
前記試験体が炭素繊維強化樹脂からなる、請求項５に記載の圧縮物性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮試験機を用いた試験体の圧縮物性の測定方法および装置に関し、とくに、圧縮挙動に非線形域を有する繊維強化樹脂、中でも炭素繊維強化樹脂からなる試験体の圧縮物性の測定に好適な測定方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮物性を測定する際には、一般的に、試験体の評価部にひずみゲージを貼り付けて測定していた。ただし、この方法では、ひずみゲージを貼り付けた範囲しか評価できず、評価部全体を評価できていない。
【０００３】
圧縮挙動が線形挙動を示す弾性範囲内では上記の測定で問題ないが、最終破壊を含む非線形域を有する材質の試験体の場合には、ひずみゲージを貼り付けた部分以外の挙動は測定できず、評価部全体を評価することはできない。すなわち、ひずみゲージを貼った場所しか評価できず、圧縮試験においてはひずみゲージを貼り付けた場所で破壊するとは限らず、ひずみゲージを貼り付けた場所以外で破壊した場合、その挙動は不明である。
【０００４】
例えば、非特許文献１には、炭素繊維強化プラスチックの面内圧縮試験方法が詳細に記載されているが、基本的に、試験体の評価部にひずみゲージを貼り付けて測定する方法であるため、やはり、ひずみゲージを貼り付けた部分以外の挙動は測定できない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＪＩＳ−Ｋ７０７６−１９９１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の課題は、圧縮挙動に非線形域を有する材質の試験体の場合にも、評価部全体について圧縮物性を正確に測定することが可能な圧縮物性測定方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る圧縮物性測定方法は、圧縮試験機を用いて試験体の圧縮物性を測定する方法であって、以下の測定工程と算出工程を有することを特徴とする方法からなる。
Ａ．試験機のクロスヘッドの移動量を測定する工程、
Ｂ．試験機と試験体を試験機に装着するためのジグの合計変形量を測定する工程、
Ｃ．試験体の評価部のひずみを該評価部に設けたひずみゲージを用いて測定する工程、
Ｄ．工程Ａで測定したクロスヘッドの移動量（Ａ）と工程Ｂで測定した試験機とジグの合計変形量（Ｂ）から試験体の変形量（Ａ−Ｂ）を算出する工程、
Ｅ．線形域において、工程Ｃで測定した試験体評価部のひずみ（Ｃ）から評価部の変形量（Ｃの積分値）を算出する工程、
Ｆ．線形域において、工程Ｄで算出した試験体変形量（Ｄ）と工程Ｅで算出した評価部変形量（Ｅ）から試験体の評価部以外の部分に試験体を保持するために設定されたタブ部の変形量（Ｄ―Ｅ）を算出する工程、
Ｇ．線形域において、工程Ｄで算出した試験体変形量（Ｄ）と工程Ｆで算出したタブ部変形量（Ｆ）から試験体評価部の変形量（Ｄ−Ｆ）を算出する工程、
Ｈ．非線形域において、工程Ｆで算出したタブ部の変形量（Ｆ）を外挿し、タブ部の変形量（Ｈ）を算出する工程、
Ｉ．非線形域において、工程Ｄで算出した試験体変形量（Ｄ）と工程Ｈで算出したタブ部変形量（Ｈ）から試験体評価部の変形量（Ｄ−Ｈ）を算出する工程。
【０００８】
また、本発明に係る圧縮物性測定装置は、圧縮試験機を用いて試験体の圧縮物性を測定する装置であって、以下の測定手段と算出手段を有することを特徴とする装置からなる。
Ａ．試験機のクロスヘッドの移動量を測定する手段、
Ｂ．試験機と試験体を試験機に装着するためのジグの合計変形量を測定する手段、
Ｃ．試験体の評価部のひずみを該評価部に設けたひずみゲージを用いて測定する手段、
Ｄ．手段Ａで測定したクロスヘッドの移動量（Ａ）と手段Ｂで測定した試験機とジグの合計変形量（Ｂ）から試験体の変形量（Ａ−Ｂ）を算出する手段、
Ｅ．線形域において、手段Ｃで測定した試験体評価部のひずみ（Ｃ）から評価部の変形量（Ｃの積分値）を算出する手段、
Ｆ．線形域において、手段Ｄで算出した試験体変形量（Ｄ）と手段Ｅで算出した評価部変形量（Ｅ）から試験体の評価部以外の部分に試験体を保持するために設定されたタブ部の変形量（Ｄ―Ｅ）を算出する手段、
Ｇ．線形域において、手段Ｄで算出した試験体変形量（Ｄ）と手段Ｆで算出したタブ部変形量（Ｆ）から試験体評価部の変形量（Ｄ−Ｆ）を算出する手段、
Ｈ．非線形域において、工程Ｆで算出したタブ部の変形量（Ｆ）を外挿し、タブ部の変形量（Ｈ）を算出する手段、
Ｉ．非線形域において、工程Ｄで算出した試験体変形量（Ｄ）と工程Ｈで算出したタブ部変形量（Ｈ）から試験体評価部の変形量（Ｄ−Ｈ）を算出する手段。
【０００９】
このような本発明に係る圧縮物性測定方法および装置においては、圧縮試験における全変位が、試験機＋ジグの変形量、タブ部の変形量、評価部全体の変形量の和であることを利用し、これらのそれぞれを求めることで、評価部全体の変形量、つまり、評価部全体の圧縮試験時の圧縮挙動を算出するようにしている。ひずみゲージを貼り付けた部分を含む評価部全体の変形量の測定（評価部全体の圧縮挙動の測定）が可能になることで、試験体の圧縮物性を、線形域から非線形域までの全領域にわたって、換言すれば、破壊に至るまでの全領域にわたって、正確に測定することが可能になる。
【００１０】
したがって、上記本発明に係る圧縮物性測定方法および装置は、圧縮挙動に非線形域を有する材質の試験体の圧縮物性の測定に好適なものであり、とくに、繊維強化樹脂、中でも炭素繊維強化樹脂からなる試験体の圧縮物性の測定に好適なものである。
【発明の効果】
【００１１】
このように、本発明に係る圧縮物性測定方法および装置によれば、非線形域までの全領域にわたって高精度で正確に圧縮物性を測定することが可能になる。とくに、圧縮試験時の試験体の圧縮挙動の後半での破壊現象まで、正確に測定、表現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】試験体を装着した圧縮試験機の概略斜視図である。
【図２】ジグで保持された試験体の斜視図である
【図３】タブ部を含む試験体の正面図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。
【図４】本発明における線形域（図４（Ａ））と非線形域（図４（Ｂ））での測定・算出手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明における測定・算出の概念を示す荷重と変形量との関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明について、実施の形態とともにより詳細に説明する。
図１は、試験体を装着した圧縮試験機１を示しており、圧縮試験機１は、フレーム２に組み込まれた上下方向に移動可能な上部可動部３と、位置が固定された下部ベース４と有している。上部可動部３にはクロスヘッド５が設けられており、上部可動部３の移動量をクロスヘッド５の移動量として測定可能になっているとともに、クロスヘッド５にはロードセル等の圧縮荷重の測定手段が組み込まれている。クロスヘッド５は上テーブル６へと連結されており、下部ベース４は下テーブル７へと連結されている。これら上下テーブル６、７間に、試験体８が設置される。
【００１４】
試験体８は、図２にも示すように、両側からジグ９で挟持された状態で圧縮試験機１に装着される。試験体８自体は、図３に示すように、測定対象としての所定サイズの試験片１０の上下部の両側に固着一体化したタブ部１１を備えたものに構成され、上下のタブ部１１間が、試験体８の評価部１２とされている。この試験体評価部１２の上下方向中央部に、該評価部１２におけるひずみを測定するためのひずみゲージ１３が貼り付けにより設けられている。試験体８、とくにその試験片１０として、前述の如く、圧縮挙動に非線形域を有する材質である繊維強化樹脂、中でも炭素繊維強化樹脂からなるものが使用される。
【００１５】
このように構成された圧縮物性測定装置を用いて、本発明に係る圧縮物性測定方法が次のように実施される。図４も参照しながら説明するに、本発明においては、次式で表される概念が利用される。
クロスヘッド５の移動量＝試験体８の変形量＋試験機１とジグ９の変形量・・・（１）
試験体８の変形量＝評価部１２の変形量＋タブ部１１の変形量・・・（２）
上記（１）、（２）式より、
評価部１２の変形量＝
クロスヘッド５の移動量−試験機１とジグ９の変形量−タブ部１１の変形量・・・（３）
【００１６】
ここで、クロスヘッド５の変形量は、例えば差動変圧器式変位計で直接測定される。試験機１とジグ９の変形量は、試験体８なしの状態で試験機１を動かすことにより、任意の荷重に対する試験機１とジグ９の変形量を知ることができる。一般的に、この変形量は荷重に比例することが通常である。
【００１７】
タブ部１１の変形量の測定に関しては、直接測定することはできないが、試験片１０が弾性変形している範囲では、評価部１２の変形量を試験片９に貼付したひずみゲージ１３の出力から同定することができるので、試験荷重が低い範囲では、任意の荷重に対するタブ部１１の変形量が以下の式で求められる。
タブ部１１の変形量＝クロスヘッド５の移動量−試験機１とジグ９の変形量−ひずみゲージ１３の出力の積分値・・・（４）
したがって、まず線形域では、図４（Ａ）に示す測定・算出手順によって試験体評価部１２の変形量を算出することができる。
【００１８】
タブ部１１は評価部１２よりも断面積が十分に大きいことを勘案すると、たとえ評価部１２が破損するような圧縮荷重になっても、弾性変形をしていると近似することができ、上記式（４）で得られた関係（線形）を高荷重の範囲まで（非線形域まで）外挿することにより、任意の荷重に対するタブ部１１の変形量を知ることができる。この外装値（線形関係）を上述の式（３）に入れることによって、高荷重の範囲での（非線形域の範囲での）評価部１２の変形量を知ることができるようになる。すなわち、非線形域では、図４（Ｂ）に示す測定・算出手順によって試験体評価部１２の変形量を算出することができる。
【００１９】
上記の線形域および非線形域を含めた全領域における圧縮物性測定の概念は、例えば図５のように総合的に、荷重―変形量の関係として図示することができる。すなわち、とくに非線形域において、試験体８の評価部１２全体の変形量（Ｉ）が、
試験体８の評価部１２全体の変形量（Ｉ）＝
クロスヘッド５の移動量（Ａ）−試験機１とジグ９の変形量（Ｂ）−線形域におけるタブ部変形量（Ｆ）が外挿されたタブ部１１の変形量（Ｈ）
として算出される。なお、図５において、Ｄは、算出された試験体全体の変形量を示している。
【００２０】
このような測定、算出により、非線形の圧縮挙動を示す材質の試験体、とくに繊維強化樹脂、中でも炭素繊維強化樹脂からなる試験体について、破壊に至る非線形域まで、評価部１１全体の圧縮挙動特性が精度よく正確に測定される。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明に係る圧縮物性測定方法および装置は、非線形の圧縮挙動を示すあらゆる試験体に適用可能であり、とくに繊維強化樹脂、中でも炭素繊維強化樹脂からなる試験体の測定に有効である。
【符号の説明】
【００２２】
１  圧縮試験機
２  フレーム
３  上部可動部
４  下部ベース
５  クロスヘッド
６  上テーブル
７  下テーブル
８  試験体
９  ジグ
１０  試験片
１１  タブ部
１２  評価部
１３  ひずみゲージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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