(57)【要約】【課題】クローズドセル構造のポーラス金属について標準試験片寸法とは異なる所要試験片寸法の場合でのプラトー応力を、該所要試験片寸法での静的圧縮試験を行うことなく適正に予測できるようにすること。【解決手段】（１）ポーラス金属からなり、所定試験片形状でその試験片寸法を変えて作製した各試験片の静的圧縮試験を行って、前記ポーラス金属のプラトー応力と試験片寸法との関係式を予め求めておく工程と、（２）前記（１）の工程で求めた前記関係式から、前記標準試験片寸法でのプラトー応力を基準とした場合のプラトー応力付加係数と試験片寸法との関係式を予め求めておく工程と、（３）前記ポーラス金属について所要試験片寸法でのプラトー応力を、前記標準試験片寸法でのプラトー応力と、前記プラトー応力付加係数と試験片寸法との関係式とから算出する工程と、を備えたポーラス金属の圧縮特性予測方法である。【選択図】図２
2011033580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）クローズドセル構造のポーラス金属を対象とし、前記ポーラス金属からなり、所定試験片形状でその試験片寸法を変えて標準試験片寸法を含む各試験片を作製し、これらの各試験片について静的圧縮試験を行って、前記ポーラス金属のプラトー応力と試験片寸法との関係式を予め求めておく工程と、
（２）引き続き、前記（１）の工程で求めた前記関係式から、前記標準試験片寸法でのプラトー応力を基準とした場合の試験片寸法の違いによるプラトー応力付加係数と試験片寸法との関係式を予め求めておく工程と、
（３）その後、前記ポーラス金属について所要試験片寸法でのプラトー応力を求める際に、当該ポーラス金属について前記標準試験片寸法での静的圧縮試験で得られるプラトー応力と、前記（２）の工程で求めておいた前記のプラトー応力付加係数と試験片寸法との関係式とから、前記所要試験片寸法でのプラトー応力を算出する工程と、
を備えたことを特徴とするポーラス金属の圧縮特性予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クローズドセル構造（独立気泡）のポーラス金属について標準試験片寸法とは異なる所要試験片寸法の場合でのプラトー応力を、該所要試験片寸法での静的圧縮試験を行うことなく適正に予測できるようにした、ポーラス金属の圧縮特性予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の地球環境保護の観点から自動車などの輸送機器には軽量化の要求が高まるとともに、歩行者及び乗員保護の目的で、自動車などの輸送機器に適用される部材には優れた耐衝突性能が要求されている。
【０００３】
このような状況にあって、ポーラス金属（多孔質な金属）は、その軽量性とエネルギ吸収特性から、輸送機器の耐衝突部材の閉断面へ充填して用いられることにより、優れた耐衝突部材としての適用が期待されている。
【０００４】
ところが、内部に無数の独立気泡（独立空孔）が分散したクローズドセル構造ポーラス金属では、静的圧縮試験を行ってその圧縮特性を評価する際の試験片寸法によりプラトー応力が変化し、試験片寸法が大きくなるに伴ってプラトー応力が大きくなることが知られている。この現象は寸法効果と呼ばれている。
【０００５】
前記寸法効果に関して、非特許文献１によれば、クローズドセル構造のポーラス金属では、圧縮変形に伴って、独立気泡内部に存在する気体が抵抗となっていると報告されている。また、非特許文献２によれば、クローズドセル構造のポーラス金属の圧縮特性の適正な評価には、内在する独立気泡の平均径（セル径）の３倍以上を一辺とする正方形断面の試験片を用いるべきであると報告されている。
【０００６】
そして、クローズドセル構造のポーラス金属では、その圧縮変形過程が緻密材料とは大きく異なり、セル径分布のばらつきに起因して強度の低い箇所から順に変形帯を形成して変形することにより、セル壁が破壊されて独立気泡内部の気体が外部へ流出する。
【０００７】
このようなことから、自動車などの輸送機器の耐衝突部材の閉断面空間へポーラス金属を充填して用いることを想定した場合、用いられるポーラス金属部材が大きくなればなるほど、破壊された独立気泡内からの気体の外部への流出経路を確保することは困難であると予想され、当該ポーラス金属部材が用いられた耐衝突部材の本来の圧縮特性を過小に評価してしまうことが危惧される。
【０００８】
また、近年の計算機性能の飛躍的な進歩と解析用モデル作成手法の開発により、耐衝突部材の耐衝突性能評価については開発期間短縮のためＣＡＥ（Computer Aided Engineering）技術を用いた評価が行われる。その際に、耐衝突部材の実寸法に応じてポーラス金属の標準試験片寸法での圧縮特性を補間することができれば、耐衝突部材の耐衝突性能のＣＡＥ評価による精度を向上させることができることになる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】L.J.Gibson and M.F.Ashby,Cellular Solids,Structure and Properties,2nd edn.,Cambridge University Press,Cambrige,UK(1997),pp184
【非特許文献２】T.Mukai,H.kanahashi,T.Miyoshi,M.Mabuchi,T.G.Nieh and K.Higashi,Scripta Materialia,Vol.40,No.8,pp921-927,1999
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明の課題は、クローズドセル構造のポーラス金属について標準試験片寸法での静的圧縮試験によって得られるプラトー応力に対して補正を施すことで、標準試験片寸法とは異なる所要試験片寸法の場合でのプラトー応力を、該所要試験片寸法での静的圧縮試験を行うことなく適正に予測できるようにした、ポーラス金属の圧縮特性予測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１２】
請求項１の発明は、（１）クローズドセル構造のポーラス金属を対象とし、前記ポーラス金属からなり、所定試験片形状でその試験片寸法を変えて標準試験片寸法を含む各試験片を作製し、これらの各試験片について静的圧縮試験を行って、前記ポーラス金属のプラトー応力と試験片寸法との関係式を予め求めておく工程と、（２）引き続き、前記（１）の工程で求めた前記関係式から、前記標準試験片寸法でのプラトー応力を基準とした場合の試験片寸法の違いによるプラトー応力付加係数と試験片寸法との関係式を予め求めておく工程と、（３）その後、前記ポーラス金属について所要試験片寸法でのプラトー応力を求める際に、当該ポーラス金属について前記標準試験片寸法での静的圧縮試験で得られるプラトー応力と、前記（２）の工程で求めておいた前記のプラトー応力付加係数と試験片寸法との関係式とから、前記所要試験片寸法でのプラトー応力を算出する工程と、を備えたことを特徴とするポーラス金属の圧縮特性予測方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のポーラス金属の圧縮特性予測方法は、クローズドセル構造のポーラス金属について標準試験片寸法での静的圧縮試験によって得られるプラトー応力に対して補正を施すことで、標準試験片寸法とは異なる所要試験片寸法の場合でのプラトー応力を、該所要試験片寸法での静的圧縮試験を行うことなく適正に予測することができる。したがって、クローズドセル構造のポーラス金属が実部材の寸法に合わせて用いられている自動車車体などの耐衝突部材の耐衝突性能をＣＡＥ評価するに際し、その評価精度の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明方法の一実施形態に係る図であって、ポーラスアルミニウムのプラトー応力と試験片寸法との関係を示す図である。
【図２】本発明方法の一実施形態に係る図であって、プラトー応力付加係数と試験片寸法との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
ポーラス金属としては、ポーラスアルミニウム（以下、ポーラスアルミともいう）である市販されている神鋼鋼線工業（株）製のアルポラス（商品名）を使用した。この圧縮試験に供したポーラスアルミの化学組成は、１種類であり、Ｃａ：１．５質量％，Ｔｉ：１．５質量％，残部：Ａｌである。また、その密度は、０．２３ｇ／ｃｍ３，０．３０ｇ／ｃｍ３，０．４０ｇ／ｃｍ３の３種類である。
【００１７】
試験片は、形状が立方体（６面が正方形の正四角柱）で、一辺の長さ寸法が、２０ｍｍ，３０ｍｍ，５０ｍｍ（標準試験片寸法），７０ｍｍ，１００ｍｍの５種類である。各試験片は、購入材から木工用のバンドソーを用いて切り出し、圧縮試験の際に試験片を上下方向から挟む焼入れ研磨した鋼板と接触する面（試験片加工面）のみを研磨した。表１に静的圧縮試験に供した試験片について示す。
【００１８】
【表１】
2011033580.tif 000003
【００１９】
静的圧縮試験は、インストロン型万能試験機を用いて、ひずみ速度１×１０−３ｓ−１にて室温で行った。各試験片について、圧縮応力−ひずみ曲線からプラトー応力（２０〜３０％圧縮ひずみでの圧縮応力の平均値）を算出した。結果を図１に示す。図１は本発明方法の一実施形態に係る図であって、ポーラスアルミニウムのプラトー応力と試験片寸法との関係を示す図である。
【００２０】
図１から、試験片の一辺長さが大きくなるにつれてプラトー応力は大きくなることがわかる。図１から、この実施形態では、試験に供した前記ポーラスアルミのプラトー応力をσｐｌ、試験片断面の一辺長さをＬとすると、次の式（イ）の関係が得られる。
【００２１】
σｐｌ＝１．９×１０−５Ｌ２＋８．３×１０−４Ｌ＋１．４    …（イ）
【００２２】
ここで、多くの企業、公的研究機関においても汎用的に所有している静的圧縮試験機では、試験片形状が立方体の場合、広く採用できる試験片寸法としては、一辺長さが５０ｍｍの試験片であり、ＪＩＳの規定（ＪＩＳ  Ｈ  ７９０２：２００８）も満たすものである。
【００２３】
そこで、前記の式（イ）から、Ｌ＝５０ｍｍの標準試験片寸法でのプラトー応力を基準とした場合、試験片寸法の違いによるプラトー応力付加係数αは次の式（ロ）となる。図２にそのグラフを示す。
【００２４】
α＝１．２×１０−５Ｌ２＋６．２×１０−４Ｌ＋９．４×１０−１    …（ロ）
【００２５】
このようにして、プラトー応力付加係数αと試験片の一辺長さＬとの関係を示す式（ロ）を予め求めておく。その後、ポーラスアルミ（化学組成：Ａｌ−１．５Ｃａ−１．５Ｔｉ、密度：０．２３〜０．４０ｇ／ｃｍ３）について所要試験片寸法、例えば９０ｍｍでのプラトー応力を求める際に、当該ポーラス金属についてＬ＝５０ｍｍの標準試験片寸法での静的圧縮試験で得られるプラトー応力σｐｌ（５０）と、前記予め求めておいた式（ロ）で得られるＬ＝９０のときのプラトー応力付加係数α（９０）とから、Ｌ＝９０ｍｍでのプラトー応力σｐｌ（９０）を、（プラトー応力σｐｌ（５０））×（プラトー応力付加係数α（９０））により算出する。
【００２６】
このように、本実施形態による圧縮特性予測方法は、クローズドセル構造のポーラスアルミについてＬ＝５０ｍｍの標準試験片寸法での静的圧縮試験によって得られるプラトー応力σｐｌ（５０）に対して補正を施すことで、標準試験片寸法とは異なる所要試験片寸法、例えば９０ｍｍの場合でのプラトー応力σｐｌ（９０）を、該所要試験片寸法での静的圧縮試験を行うことなく適正に予測することができる。したがって、クローズドセル構造のポーラスアルミが実部材の寸法に合わせて用いられている自動車車体などの耐衝突部材の耐衝突性能をＣＡＥ評価するに際し、その評価精度の向上に寄与することができる。
【図１】
2011033580.tif 000004
【図２】
2011033580.tif 000005