(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に配向された第１の繊維を有する第１のプライ層（１２１、１２２、１２４、１２５、１２６、１２７）と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に配向された第２の繊維を有する第２のプライ層（１２３，１２８）が配置された複数のプライを含む第１のタブ（４２２）、
前記第１のプライ層（１２１、１２２、１２４、１２５、１２６、１２７）及び前記第２のプライ層（１２３，１２８）を含む第２のタブ（４２４）、及び
前記第１のタブ（４２２）と前記第２のタブ（４２４）との間に配置されたゲージ区域（４２０）であって、前記ゲージ区域は前記第１のプライ層（１２１、１２２、１２４、１２５、１２６、１２７）及び前記第２のプライ層（１２３，１２８）を含み、前記ゲージ区域のプライ数は前記第１のタブのプライ数及び前記第２のタブのプライ数よりも少ない、複合材試験片（４０２）。
【請求項２】
前記第１のタブ、前記第２のタブ及び前記ゲージ区域が複合材試験ブランクから機械加工され、前記複合材試験ブランク（２１０）は、単一の複合材レイアップ（１０２）で形成された少なくとも２つのプライスタックを含み、前記少なくとも２つのプライスタックは、
前記単一の複合材レイアップ（１０２）の第１の区域（１３１）から形成された第１のプライスタック、及び
前記単一の複合材レイアップ（１０２）の第２の区域（１３０）から形成された第２のプライスタック
を含む、請求項１に記載の複合材試験片（４０２）。
【請求項３】
前記第１のプライスタック（３２０）は、前記単一の複合材レイアップ（１０２）が硬化される前に前記第２のプライスタック（３２２）に結合され、前記第２の区域（１３０）は、前記単一の複合材レイアップ（１０２）において前記第１の区域（１３１）に隣接する、請求項２に記載の複合材試験片（４０２）。
【請求項４】
前記単一の複合材レイアップ（１０２）は、第１の面（１１０）と第１の面の反対側の第２の面（１１２）とを有し、前記第１のプライスタック（３２０）は、前記単一の複合材レイアップ（１０２）の前記第１の面（１１０）に相当する第３の面（１３３）、及び、前記単一の複合材レイアップ（１０２）の前記第２の面（１１２）に相当する第４の面（１３５）を有し、前記第２のプライスタック（３２２）は、前記単一の複合材レイアップ（１０２）の前記第１の面（１１２）に相当する第５の面（１３２）、及び、前記単一の複合材レイアップ（１０２）の前記第２の面（１１２）に相当する第６の面（１３４）を有し、前記第１のプライスタック（３２０）の前記第３の面（１３３）は、前記第２のプライスタック（３２２）の前記第５の面（１３２）に結合されて前記複合材試験ブランクを形成する、請求項２に記載の複合材試験片（４０２）。
【請求項５】
前記ゲージ区域（４２０）に結合された歪みゲージ（４３０、４３２）を更に備える、
請求項１に記載の複合材試験片（４０２）
【請求項６】
前記第１のタブ（４２２）の端部（４０４）に結合され、前記第１のタブ（４２２）の前記端部（４０４）を覆い、且つ、前記第１のタブ（４２２）の一もしくは複数の側部（４０８、４１０）の少なくとも一部分、前記第１のタブ（４２２）の一もしくは複数の面（４１２、４１４）の少なくとも一部分、又はそれらの組み合わせを覆う、第１のキャッププレート（４４０）、並びに
前記第２のタブ（４２４）の端部（４０６）に結合され、前記第２のタブ（４２４）の前記端部（４０６）を覆い、且つ、前記第２のタブ（４２４）の一もしくは複数の側部（４０８、４１０）の少なくとも一部分、前記第２のタブ（４２４）の一もしくは複数の面（４１２、４１４）の少なくとも一部分、又はそれらの組み合わせを覆う、第２のキャッププレート（４４２）
を更に備え、
前記第１のキャッププレート（４４０）及び前記第２のキャッププレート（４４２）は、それぞれのタブ（４２２、４２４）の端部が端部負荷による圧縮試験に晒されるとき、前記端部のブルーミングを阻止するように構成される、請求項１に記載の複合材試験片（４０２）。
【請求項７】
前記第１の方向は前記第２の方向に対して約９０度回転され、前記第１のプライ層（１２１、１２２、１２４、１２５、１２６、１２７）は、前記第２のプライ層（１２３、１２８）よりも少ない層を含む、請求項２に記載の複合材試験片（４０２）。
【請求項８】
前記第１の方向は前記複合材試験ブランク（２１０）の長さに沿う方向であり、前記長さは、前記第１のタブ（４２２）から前記第２のタブ（４２４）に向かう方向に相当し、前記第２の方向は前記複合材試験ブランク（２２１）の幅を横切る方向である、請求項７に記載の複合材試験片（４０２）。
【請求項９】
前記第１のタブ（４２２）の側部及び前記第２のタブ（４２４）の側部は、前記第１の方向に対して実質的に平行であり、前記ゲージ区域（４２０）は、前記複合材試験ブランクの厚さを減少させるために前記複合材試験ブランク（２１０）の両面（４１２、４１４）から材料を除去することによって形成され、前記ゲージ区域（４２０）の、前記複合材試験ブランクの前記厚さにおける中心近傍の一部分は湾曲している、請求項８に記載の複合材試験片（４０２）。
【請求項１０】
第１の方向に配向された第１の繊維を有するように第１のプライ層を構成し、前記第１の方向と異なる第２の方向に配向された第２の繊維を有するように第２のプライ層を構成することにより、第１の面と前記第１の面の反対側の第２の面とを有する複合材レイアップを形成すること、
前記複合材レイアップを切削して（６０４）、前記複合材レイアップ（１０２）の前記第１の面（１１０）に相当する第３の面（１３３）、及び、前記複合材レイアップ（１０２）の前記第２の面（１１２）に相当する第４の面（１３５）を有する第１の区域（１３１）と、前記複合材レイアップ（１０２）の前記第１の面（１１０）に相当する第５の面（１３２）、及び、前記複合材レイアップ（１０２）の前記第２の面（１１２）に相当する第６の面（１３４）を有する第２の区域（１３０）を形成すること、
前記第１の区域の前記第３の面を前記第２の区域の前記第５の面に結合して（６０６）複合材パネル（２００）を形成すること、並びに
前記複合材パネルから一又は複数の複合材試験ブランクを形成すること（６０８）
を含む、方法（６００）。
【請求項１１】
前記一又は複数の複合材試験ブランクの特定の複合材試験ブランクを機械加工して（６１０）、第１のタブ、第２のタブ、及び、前記第１のタブと前記第２のタブとの間に配置されたゲージ区域を有する複合材試験片を形成することを更に含み、
前記ゲージ区域は前記第１のプライ層及び前記第２のプライ層を含み、前記ゲージ区域のプライ数は前記第１のタブのプライ数及び前記第２のタブのプライ数よりも少ない、請求項１０に記載の方法（６００）。
【請求項１２】
前記特定の複合材試験ブランクを機械加工して前記複合材試験片を形成することは、前記第１の方向に直角且つ前記第２の方向に直角に前記ゲージ区域を機械加工することを含み、前記ゲージ区域におけるプライ数は、前記特定の複合材試験ブランクのプライ数よりも少ない、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
第１のタブ（４２２）の端部（４０４）を覆い、且つ、前記第１のタブ（４２２）の一もしくは複数の側部（４０８、４１０）の少なくとも一部分、前記第１のタブ（４２２）の一もしくは複数の面（４１２、４１４）の少なくとも一部分、又はそれらの組み合わせを覆う第１のキャッププレート（４４０）を前記第１のタブ（４２２）の前記端部（４０４）に結合すること、及び
第２のタブ（４２４）の端部（４０６）を覆い、且つ、前記第２のタブ（４２４）の一もしくは複数の側部（４０８、４１０）の少なくとも一部分、前記第２のタブ（４２４）の一もしくは複数の面（４１２、４１４）の少なくとも一部分、又はそれらの組み合わせを覆う第２のキャッププレート（４４２）を前記第２のタブ（４２４）の前記端部（４０６）に結合すること
を更に含み、
前記第１のキャッププレート（４４０）及び前記第２のキャッププレート（４４２）は、前記複合材試験片が圧縮試験中に端部負荷に晒されるとき、それぞれのタブの端部のブルーミングを阻止するように構成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
特定の前記複合材試験ブランクを機械加工して前記複合材試験片を形成することは、
特定の前記複合材試験ブランクの側部をミリングして前記第１の方向に対して実質的に平行とすることと、
特定の前記複合材試験ブランクの両面から材料を除去して特定の前記複合材試験ブランクの厚みを減らすことにより前記ゲージ区域を形成すること、を含み、前記ゲージ区域の、特定の前記複合材試験ブランクの前記厚さにおける中心近傍の一部分は湾曲している、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記複合材レイアップを形成するために用いられた複数のプライは、複数の事前含浸（プリプレグ）プライを含み、前記複合材レイアップの第１の面が実質的に滑らかな表面に接触している間に、かつ前記複合材レイアップの第２の面が実質的に滑らかなカウルプレートに接触している間に、前記プリプレグプライを硬化させることを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の区域と前記第２の区域は前記複合材レイアップにおいて互いに隣接している、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の方向は、前記第２の方向に対して約９０度回転され、前記第１のプライ層は前記第２のプライ層よりも少ない層を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の方向は前記一又は複数の複合材試験ブランクの長さに沿った方向であり、前記第２の方向は前記一又は複数の複合材試験ブランクの幅を横切る方向である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
第１のプライスタックと、
第２のプライスタックと、を備え、
前記第１のプライスタックと前記第２のプライスタックは単一の前記複合材レイアップの区域であり、前記単体の複合材レイアップは、第１の方向に配向された第１の繊維を有する第１のプライ層及び、前記第１の方向とは異なる第２の方向に配向された第２の繊維を有する第２のプライ層を有し、
前記単一の複合材レイアップ（１０２）は、第１の面（１１０）と第１の面の反対側の第２の面（１１２）とを有し、前記第１のプライスタック（３２０）は、前記単一の複合材レイアップ（１０２）の前記第１の面（１１０）に相当する第３の面（１３３）、及び、前記単一の複合材レイアップ（１０２）の前記第２の面（１１２）に相当する第４の面（１３５）を有し、前記第２のプライスタック（３２２）は、前記単一の複合材レイアップ（１０２）の前記第１の面（１１２）に相当する第５の面（１３２）、及び、前記単一の複合材レイアップ（１０２）の前記第２の面（１１２）に相当する第６の面（１３４）を有し、前記第１のプライスタック（３２０）の前記第３の面（１３３）は、前記第２のプライスタック（３２２）の前記第５の面（１３２）に結合されて前記複合材試験ブランクを形成する、複合材試験ブランク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、複合材試験片に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合材料の破壊応答（ｆａｉｌｕｒｅ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）を確実に予測するために、複合材料の材料特性を用いたプライレベルでの進歩的な破壊の解析が使用されることがある。複合材料の材料特性は、標準化された手法で判定され得る。例えば、ＡＳＴＭのＤ６９５−１０規格は、剛性プラスチックの圧縮特性を試験するための方式を記載する。しかしながら、プライレベルでの進歩的破壊の解析は繊維方向材料特性に敏感である傾向があり、現行の標準化された方式では、十分に信頼性の高い繊維方向材料特性情報の提供ができない。例えば、繊維方向強度及び歪みを測定するための現行の試験方法は、重大な圧縮材料特性の過小評価に繋がる、もっともらしい間違った破壊モード（ｓｐｕｒｉｏｕｓ  ｆａｉｌｕｒｅ  ｍｏｄｅｓ）を生み出す傾向がある。
【０００３】
もっともらしい間違った破壊モードの幾つかの原因は、複合材試験片が準備される方式に関することがある。圧縮試験に用いられる複合材試験片は、典型的には、被験材料のサンプルにエンドタブを接合することにより用意される。接合されたエンドタブは問題を引き起こすことがあり、これにより複合材試験片の時期尚早な破壊につながることがある。例えば、接合された端部タブが繊維の毛羽立ち（ブルーミング（ｂｒｏｏｍｉｎｇ））を引き起こすことがある。結果として、標準的な試験方法を用いても、複合材試験片の繊維の実際の圧縮破壊限界が過小評価されることがある。更に、間隔上の制約（例えば、エンドタブ間の距離の量）により、試験中、複合材試験片についてのダイレクトな歪み測定の実施が妨げられることがある。従って、ダイレクトな歪み測定によって得られるはずの有益な情報が利用できない。
【発明の概要】
【０００４】
ある特定の実施形態において、複合材試験片は、第１のタブ、第２のタブ、及び第１のタブと第２のタブとの間のゲージ区域を含む。第１のタブ、第２のタブ、及びゲージ区域は、複合材試験ブランクから機械加工される。複合材試験ブランクは、第１の方向に向けられた繊維を有する第１のプライ層と第２の方向に向けられた繊維を有する第２のプライ層とで構成された複数のプライを含み、第１の方向は第２の方向と異なる。
【０００５】
別の特定の実施形態において、方法は、第１のプライ層が第１の方向に向けられた繊維を有するように構成し、第２のプライ層が第２の方向に向けられた繊維を有するように構成することにより、複数のプライを用いて複合材アセンブリを形成することを含み、第１の方向は第２の方向と異なる。複合材アセンブリは、第１の面と、第１の面の反対側の第２の面とを有する。当該方法は、複合材アセンブリを切削して第１の区域と第２の区域とを形成することを含む。第１の区域は、複合材アセンブリの第１の面に相当する第３の面と、複合材アセンブリの第２の面に相当する第４の面とを有し、第２の区域は、複合材アセンブリの第１の面に相当する第５の面と、複合材アセンブリの第２の面に相当する第６の面とを有する。当該方法はまた、第１の区域の第３の面を第２の区域の第５の面に結合して複合材パネルを形成すること、及び、当該複合材パネルから一又は複数の複合材試験ブランクを形成することを含む。
【０００６】
有利には、当該方法は、第１のキャッププレートを第１のタブの端部に結合することであって、第１のキャッププレートは第１のタブの端部を覆い、且つ、一もしくは複数の側部の少なくとも一部分、第１のタブの一もしくは複数の面の少なくとも一部分、又はそれらの組み合わせを覆うことと、第２のキャッププレートを第２のタブの端部に結合することであって、第２のキャッププレートは、第２のタブの端部を覆い、且つ、一もしくは複数の側部の少なくとも一部分、第２のタブの一もしくは複数の面の少なくとも一部分、又はそれらの組み合わせを覆うことと、を更に含む。従って、圧縮試験中、複合材試験片が端部負荷（ｅｎｄ−ｌｏａｄｅｄ）に晒されるとき、第１のキャッププレート及び第２のキャッププレートは、それぞれのタブの端部のブルーミングを阻止する。有利には、特定の複合材試験ブランクを機械加工して複合材試験片を形成することが、特定の複合材試験ブランクの側部をミリングして第１の方向に対して実質的に平行とすることと、特定の複合材試験ブランクの両面から材料を除去することにより特定の複合材試験ブランクの厚みを減らすことによって、ゲージ区域を形成することとを含み、ゲージ区域の特定の複合材試験ブランクの厚みの中心近傍の一部分は、湾曲される。好ましくは、複合材レイアップの形成に用いられる複数のプライは事前に含浸された（プリプレグ）プライを含み、当該方法は更に、複合材レイアップの第１の面が実質的に平滑な表面に接触する間、及び、複合材レイアップの第２の面が実質的に平滑なカウルプレート（当て板）に接触する間、プリプレグプライを硬化することを含む。好ましくは、第１の区域と第２の区域とを結合する方法ステップにおいて、第１の区域と第２の区域とは複合材レイアップ内で互いに隣接する。
【０００７】
別の特定の実施形態において、複合材試験ブランクは、第１のプライスタックと第２のプライスタックとを含む。第１のプライスタック及び第２のプライスタックは、単一の複合材アセンブリの区域である。単一の複合材アセンブリは、第１の方向に向けられた繊維を有する第１のプライ層と、第２の方向に向けられた繊維を有する第２のプライ層とを含む。単一の複合材アセンブリは、第１の面と、第１の面の反対側の第２の面とを有する。第１のプライスタックは、単一の複合材アセンブリの第１の面に相当する第３の面と、単一の複合材アセンブリの第２の面に相当する第４の面とを有する。第２のプライスタックは、単一の複合材アセンブリの第１の面に相当する第５の面と、単一の複合材アセンブリの第２の面に相当する第６の面とを有する。第１のプライスタックの第３の面は、第２のプライスタックの第５の面に結合される。
【０００８】
上述の特徴、機能及び利点は、様々な実施形態で独立して実現することができ、又はさらに別の実施形態で組み合わせてもよく、これらの実施例は、以下の説明及び図面を参照してさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】複合材アセンブリの形成方法の特定の実施形態を示す図である。
【図１Ｂ】複合材アセンブリの形成方法の特定の実施形態を示す図である。
【図１Ｃ】複合材アセンブリの形成方法の特定の実施形態を示す図である。
【図１Ｄ】複合材アセンブリの形成方法の特定の実施形態を示す図である。
【図２】図１の複合材アセンブリから形成された複合材パネルの特定の実施形態の上面図を示す。
【図３】図２の複合材パネルから形成された複合材試験ブランクの特定の実施形態の複数の図を示す。
【図４】図３の複合材試験ブランクから形成された複合材試験片の特定の実施形態の複数の図を示す。
【図５】図４の複合材試験片の特定の実施形態の詳細側面図である。
【図６】複合材試験片を形成する方法の特定の実施形態を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に記載の方法を用いて、試験片を複合材料（例えば複合材試験片）から形成することにより、その複合材料の圧縮特性が（例えば試験片の早期破壊を回避することによって）より正確に測定され得る。ある特定の実施形態において、試験片は、被験材料のサンプルのエンドタブを接合するのではなく、単一の複合材ブランク（素材、半完成品）から用意される（例えば、ミリングされる）。例示的に、（本明細書に記載の方法を用いて形成された）複合材パネルが、切削され又はその他の方法で機械加工されて、一又は複数の複合材試験ブランクを提供する。複合材試験ブランクは機械加工（例えば、ミリング、グラインド、切削など）され、材料（例えば、プライ層の部分）を除去してタブ間にあるゲージ区域が形成される。従って、ゲージ区域及びタブは各々、単一の複合材アセンブリと一体であり且つ単一の複合材アセンブリから形成される。複合材試験片は、ゲージ区域とタブとの間の時期尚早な座屈及びタブ端部のブルーミングなどの時期尚早な破壊のメカニズムを低減する、他の特徴を含んでもよい。更に、０度に配向されたプライの時期尚早な横方向の引張破壊を低減又は制限するために、複合材アセンブリの形成にクロスプライレイアップが用いられてもよい。
【００１１】
図１Ａ〜１Ｄは、複合材アセンブリ１４０の形成方法の特定の実施形態を示す図である。複合材アセンブリ１４０は硬化されて複合材パネル（図２の複合材パネル２００など）を形成し、これを用いて一又は複数の複合材試験ブランクが形成される。複合材アセンブリ１４０は、複数のプライ（例えば、プライ１２１〜１２８）を配置して複合材レイアップ１０２を形成することにより、形成され得る。プライ１２１〜１２８はクロスプライレイアップで配置され得る。クロスプライレイアップにおいて、第１のプライ層（例えば、プライ１２１、１２２、１２４、１２５、１２６、及び１２７）は第１の方向に配置された繊維を有し、第２のプライ層（例えば、プライ１２３及び１２８）は、第２の方向に向けられた繊維を有し、第２の方向は第１の方向と異なる。例えば、第２の方向と第１の方向との間の角度は約９０度であり得る。図１Ａ〜１Ｄに示す実施例で、第１のプライ層（例えば、プライ１２１、１２２、１２４、１２５、１２６、及び１２７）は、０度方向に向けられた繊維を有し、第２のプライ層（例えば、プライ１２３及び１２８）は、９０度方向に向けられた繊維を（図１Ｄの繊維配向凡例に示すように）有する。
【００１２】
複合材レイアップ１０２のクロスプライ構成により、０度プライを９０度プライ（繊維が９０度方向に配向されたプライ）で囲むことにより、（図４及び５を参照して説明するように、凹状隅角部などの）応力集中の高いエリアから離して、０度プライ（繊維が０度方向に向けられたプライ）を配置することが可能となる。複合材レイアップ１０２のクロスプライ構成はまた、複合材試験片のゲージ区域において（図５に示すように）比較的少数（例えば、２〜３）の０度プライを使用し、圧縮破壊の発生に要する負荷を低減させる。この負荷の低減により、圧縮試験中に時期尚早な端部破壊を引き起こすリスクが低下する。特定のプライ構成は、使用する材料の硬化されるプライの厚みに基づいて、ある複合材レイアップ１０２から別のプライ構成（図示せず）まで幾分変化してもよい。例えば、より多くのプライ層又はより少ないプライ層が用いられてもよい。別の例として、０度プライ対９０度プライの異なる比率又は異なる配置が用いられてもよい。
【００１３】
複合材レイアップ１０２は、図１Ａに示すように積層されるかその他の方法で配置された複数の事前含浸（「プリプレグ」）プライを用いて形成され得る。デバルク処理（ｄｅｂｕｌｋｉｎｇ）後、及び恐らく実施される機械加工ステップ（切り落とし、隅切り、又は複合材レイアップ１０２の端部、隅角部、又は面に対するその他の処理など）が実施された後、硬化の前に、複合材レイアップ１０２は、例えば、区域ライン１０６に沿って区域に分けられ得る。
【００１４】
図１Ｂを参照すると、区域ライン１０６に沿って分けられた複合材レイアップ１０２の第１の区域１３１及び第２の区域１３０が示される。第１の区域１３１は、複合材レイアップ１０２の第１の面１１０に相当する第３の面１３３を有する。更に、第１の区域１３１は、複合材レイアップ１０２の第２の面１１２に相当する第４の面１３５を有する。同様に、第２の区域１３０は、複合材レイアップ１０２の第１の面１１０に相当する第５の面１３２を有し、複合材レイアップ１０２の第２の面１１２に相当する第６の面１３４を有する。図面は原寸に比例しないことに留意されたい。従って、図１Ｂにおいて区域１３０と１３１とがほぼ同じサイズ及び形状を有するように示されているが、区域１３０と１３１とは、特定の設計規則又は所望に応じて、同じサイズ及び形状を有してもよく、又は異なるサイズ及び／もしくは形状を有してもよい。
【００１５】
図１Ｃを参照すると、第１の区域１３１は反転され（ｆｌｉｐｐｅｄ  ｏｖｅｒ）第２の区域１３０に結合されている。例えば、第１の区域１３１の第３の面１３３は、第２の区域１３０の第５の面１３２に結合されて複合材アセンブリ１４０（図１Ｄに示す）を形成し得る。従って、複合材アセンブリ１４０は、第１の区域１３１に相当する第１のプライスタックと第２の区域１３０に相当する第２のプライスタックとを含むプライの多重スタックを含み、第１のプライスタックと第２のプライスタックとの両方が単一の複合材レイアップ（例えば、図１Ａの複合材レイアップ１０２）から形成される。第１のプライスタックが第１の区域１３１に対応し、第２のプライスタックが第２の区域１３０に対応して示されているが、他の実施形態において、単一の複合材レイアップから２つよりも多いプライスタックが形成されてもよい。
【００１６】
図１Ｄを参照すると、複合材アセンブリ１４０が形成された後、複合材アセンブリ１４０は硬化されて複合材パネル（図２の複合材パネル２００など）が形成され得る。硬化は、比較的平坦な表面１５４上に複合材アセンブリ１４０を配置して実施される。更に、硬化中、カウルプレート１５０が複合材アセンブリ１４０に適用され得る。カウルプレート１５０及び平坦な表面１５４により、複合材レイアップ１０２を、比較的平滑な第１の面１５２及び比較的平滑な第２の面１５６を有するように硬化させることが可能となる。
【００１７】
図２は、図１Ｄの複合材アセンブリ１４０の硬化によって形成された複合材パネル２００の特定の実施形態の上面図を示す。複合材パネル２００は、複合材試験ブランク２１０〜２２１などの複数の複合材試験ブランクへと分割され（例えば、切削又はミリングされ）得る。例えば、複合材パネル２００の縁部２３０及び２３２は、切除され（又はその他の方法で除去され）、複合材パネル２００の中央部分を用いて複合材試験ブランク２１０〜２２１が形成され得る。各複合材試験ブランク２１０〜２２１は、図１Ａ〜１Ｄを参照して記載される０度方向に沿って配向された長さと、９０度方向に沿って配向された幅とを有し得る。図２において複合材パネル２００は１２の複合材試験ブランクに分割されているが、他の実施形態で、複合材パネル２００は１２よりも多い複合材試験ブランク又は１２よりも少ない複合材試験ブランクへと分割されてもよい。
【００１８】
図３は、図２の複合材パネル２００から形成された複合材試験ブランクの特定の実施形態の複数の図を示す。図３は、上面図、前面図、側面図、及び斜視図によって特定の複合材試験ブランク２１０をより詳細に示す。複合材試験ブランク２１０は第１の端部３０４及び第２の端部３０６を有する。複合材試験ブランク２１０は、第１の端部３０４と第２の端部３０６との間で長さＬｂを有する。複合材試験ブランク２１０はまた、第１の側部３０８及び第２の側部３１０を有する。複合材試験ブランク２１０は、第１の側部３０８と第２の側部３１０との間で幅Ｗｂを有する。複合材試験ブランク２１０はまた、第１の面３１２及び第２の面３１４を有する。複合材試験ブランク２１０、第１の面３１２と第２の面３１４との間で厚さＴｂを有する。
【００１９】
図１Ａ〜１Ｄを参照して説明するように、複合材試験ブランク２１０は複数のプライ層で形成され得る。複数のプライ層は、第１のプライスタック３２０及び第２のプライスタック３２２などの２つ又はそれよりも多いプライスタックを含み得る。第１のプライスタック３２０及び第２のプライスタック３２２は、単一の複合材レイアップ中に形成され得る。例えば、図１Ａ〜１Ｄを参照して説明されるように、単一の複合材レイアップ（例えば、複合材レイアップ１０２）は、第１の面（例えば、図１Ａの第１の面１１０）と、第１の面の反対側の第２の面（例えば、図１Ａの第２の面１１２）とを有するように形成され得る。硬化の前に、単一の複合材レイアップは、第１の区域（例えば、図１Ｂの第１の区域１３１）が第３の面（例えば、図１Ｂの第３の面１３３）と第４の面（例えば、図１Ｂの第４の面１３５）とを有し、第２の区域（例えば、図１Ｂの第２の区域１３０）が第５の面（例えば、図１Ｂの第５の面１３２）と第６の面（例えば、図１Ｂの第６の面１３４）とを有するように、区域に分割され得る。第１の区域は第１のプライスタック３２０に対応し、第２の区域は第２のプライスタック３２２に対応し得る。例えば、第１の区域の第３の面が第２の区域の第５の面に結合されて、複合材アセンブリ（図１Ｄの複合材アセンブリ１４０など）を形成し得る。複合材アセンブリは硬化されて複合材パネルを形成し、複合材パネルは複合材試験ブランク（図２を参照して説明するように）へと切削され得る。
【００２０】
複合材試験ブランク２１０を用いて複合材試験片が形成され得る。例えば、複合材試験ブランク２１０が機械加工され（例えば、切削、ミリング、グラインド、又は除去加工プロセスを用いたその他の方法で処理され）て、複合材試験ブランクが形成され得る。
【００２１】
図４及び５は、図３の複合材試験ブランク２１０から形成された複合材試験片４０２の特定の実施形態の様々な図を示す。図４で、複合材試験片４０２は第１の端部４０４及び第２の端部４０６を有する。複合材試験片は、第１の端部４０４と第２の端部４０６との間で長さＬＳを有する。更に、複合材試験片４０２は第１の側部４０８及び第２の側部４１０を有する。複合材試験片４０２は、第１の側部４０８と第２の側部４１０との間で幅ＷＳを有する。更に、複合材試験片４０２は第１の面４１２及び第２の面４１４を有する。複合材試験片４０２は、第１の面４１２と第２の面４１４との間で厚さＴＳを有する。ある特定の実施形態において、長さＬｓ、幅Ｗｓ、及び厚さＴｓは、複合材試験片４０２が試験装置（例えば、ＡＳＴＭのＤ６９５−１０規格に記載されるような試験装置）で使用可能であるように選択され得る。例えば、長さＬｓは（±０．０３インチの公差内で）約３．１０インチ、幅Ｗｓは（±０．００５インチの公差内で）約０．５００インチ、厚さＴｓは約０．１３５インチであり得る。厚さＴｓは、複合材アセンブリが様々なエリアでどのように硬化するか、及びその他の理由（被験材料の相違など）に起因して、１つの複合材試験片と別の複合材試験片とで異なり得る。
【００２２】
複合材試験ブランク２１０から複合材試験片４０２を形成するために、複合材試験ブランク２１０の長さ、幅、厚さ、又はそれらの組み合わせが低減され得る。例えば、複合材試験片４０２の幅Ｗｓが複合材試験ブランク２１０の幅Ｗｂを下回り得る。例示的に、複合材試験ブランク２１０は機械加工され（例えば、ミリング、切削、グラインド、又は除去加工プロセスを用いた他の方法で処置され）て、幅Ｗｂが幅Ｗｓへと低減され得る。機械加工はまた、側部４０８、４１０を、端部４０４、４０６に対して及び／又は面４１２、４１４に対して隅切りするなど、複合材試験片４０２の他の寸法を調整し得る。更に、機械加工は、側部４０８、４１０の各々が０度方向の繊維に対して実質的に平行に配向されるように、複合材試験片４０２を整形し得る。
【００２３】
付加的に又は代替的に、複合材試験ブランク２１０は機械加工され（例えば、ミリング、切削、グラインド、又は除去加工プロセスを用いた他の方法で処置され）、長さＬｂが長さＬｓへと低減され得る。機械加工はまた、端部４０４、４０６を側部４０８、４１０に対して及び／又は面４１２、４１４に対して隅切りするなど、複合材試験片４０２の他の寸法を整形し得る。
【００２４】
複合材試験片４０２は、第１のタブ４２２及び第２のタブ４２４を含み得る。複合材試験片４０２は、第１のタブ４２２と第２のタブ４２４との間にゲージ区域４２０を含み得る。第１のタブ４２２及び第２のタブ４２４は、ゲージ区域４２０と一体で（これに付着しているの対義語として）あり得る。ゲージ区域４２０は第１の数のプライ層に対応する厚さＴｇを有し、第１のタブ４２２は第２の数のプライ層を含み、第２のタブ４２４は第３の数のプライ層を含む。第１の数のプライ層（ゲージ区域４２０に対応する）は第２の数のプライ層よりも少なく、第３の数のプライ層よりも少ない。ゲージ区域４２０は、複合材試験ブランク２１０の両面４１２及び４１４から、複合材試験ブランク２１０の厚さを減らすことによって（例えば、ゲージ区域４２０のプライ数を複合材試験ブランク２１０のプライ数に比較して減らすことによって）形成され得る。例示的に、図４の側面図及び斜視図に示すように、ゲージ区域４２０は複合材試験片４０２の一部分に相当し、ここで、厚さＴｓは厚さＴｓよりも小さい厚さＴｇに減らされている。ある特定の実施形態において、厚さＴｇは約０．０７５インチである。ゲージ区域４２０の厚さを厚さＴｓから厚さＴｇまで減らすために、材料の約半分が各面から除去され得る。例示的に、厚さＴｓが約０．１３５インチであり厚さＴｇが約０．０７５インチである場合、ＴｓをＴｇとするには約０．０６０インチの材料が除去される必要がある。０．０６０インチの材料の約半分（即ち、約０．０３０インチの材料）が第１の面４１２から除去され、０．０６０インチの材料の約半分（即ち、約０．０３０インチの材料）が第２の面４１４から除去され得る。従って、ゲージ区域４２０は、複合材試験ブランク２１０をプライスタックに垂直な方向（例えば、第１の面３１２、第２の面３１４、又はこれら両方に直角の方向）に機械加工（例えば、切削、ミリング、グラインドなど）して、ゲージ区域４２０におけるスタックのプライ数と、ゲージ区域の厚さとを所定の量、減らすことによって形成され得る。
【００２５】
図４に示すように、タブ４２２、４２４及びゲージ区域４２０は、もとの複合材パネルの一体部分として形成される。従って、タブ４２２、４２４及びゲージ区域４２０は環境条件（例えば、温度、湿度など）によって同様の影響を受ける。従って、複合材試験片４０２は、従来型の試験クーポン（例えば、試験材料サンプルに接合されたエンドタブを用いた試験クーポン）よりも極限環境試験における剥離に対する脆弱性が低下する。更に、タブを試験材料に接合して従来型の試験クーポンを形成する際には特殊な接合固定具が用いられるが、タブ４２２及び４２４の形成にはそのような固定具は用いられず、これにより、従来型の試験クーポンの製造で生じ得る時間とリソースが低減される。タブ４２２、４２４はまた、正確に機械加工可能であるので、複合材試験片の形成中に（例えば、接合されたエンドタブが試験材料サンプルから剥離することを気にせずに）、クーポンの形状の非常に高い公差を維持するのに役立つ。
【００２６】
ある特定の実施形態において、ゲージ区域４２０は、複合材試験ブランク２１０の面４１２及び４１４を機械加工（例えば、例えば、ミリング、切削、グラインド、又は除去加工プロセスを用いた他の方法で処置）することによって形成され得る。機械加工プロセスはまた、ゲージ区域４２０とタブ４２２及び４２４の各々との間に湾曲した凹状隅角部を形成し得る。例えば、図４に示すように、ゲージ区域４２０の各凹状隅角部は曲率半径Ｒを有し得る。ある特定の実施形態において、各凹状隅角部の曲率半径Ｒは（±０．００５インチの公差内で）約０．０２０インチである。凹状隅角部の曲率は隅角部における応力集中を低減し、これにより試験中、ゲージ区域４２０と各タブ４２２、４２４との間の境界における早期破壊のリスクを低下させる。
【００２７】
ゲージ区域４２０の長さＬｇは、歪みゲージがゲージ区域４２０に直接接着されるようなサイズとされ得る。例えば、０．２５インチの歪みゲージを収容するために、長さＬｇは約０．３０インチであり得る。図４で、第１の歪みゲージ４３０はゲージ区域４２０の第１の面でゲージ区域４２０に結合され（例えば、接着され）、第２の歪みゲージ４３２はゲージ区域４２０の第２の面でゲージ区域４２０に結合される。従って、歪みゲージ４３０、４３２は、圧縮試験中、直接的な歪み測定を可能にし、従来の試験片を用いて収集可能なものよりも詳細な情報を提供する。
【００２８】
複合材試験片４０２はまた、第１のタブ４２２の第１の端部４０４に結合される第１のキャッププレート４４０、及び、第２のタブ４２４の第２の端部４０６に結合される第２のキャッププレート４４２を含み得る。第１のキャッププレート４４０は第１のタブ４２２の第１の端部４０４を覆ってよく、一もしくは複数の側部４０８、４１０の少なくとも一部分、第１のタブ４２２の一もしくは複数の面４１２、４１４の少なくとも一部分、又はそれらの組み合わせを覆い得る。例えば、第１のキャッププレート４４０は、第１のタブ４２２の第１の端部４０４の上部に適合する溝、スロット、又は開口を有するように形成された又は機械加工された、金属片を含み得る。同様に、第２のキャッププレート４４２は第２のタブ４２４の第２の端部４０６を覆ってよく、一もしくは複数の側部４０８、４１０の少なくとも一部分、第２のタブ４２４の一もしくは複数の面４１２、４１４の少なくとも一部分、又はそれらの組み合わせを覆い得る。例えば、第２のキャッププレート４４２は、第２のタブ４２４の第２の端部４０６の上部に適合する溝、スロット、又は開口を有するように形成された又は機械加工された、金属片を含み得る。キャッププレート４４０、４４２は、端部が端部負荷を受ける圧縮試験（ｅｎｄ−ｌｏａｄｅｄ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｔｅｓｔｉｎｇ）に晒されるとき、それぞれのタブ４２２、４２４の端部のブルーミングを阻止し得る。
【００２９】
図５は、図４の複合材試験片４０２の特定の実施形態の詳細側面図である。具体的には、図５は、ゲージ区域４２０、並びに、ゲージ区域４２０を第１のタブ４２２及び第２のタブ４２４に結合している領域のより詳細な図である。図５はまた、プライ層の繊維配向を示し、凹状隅角部の曲率半径Ｒ及び複合材試験片４０２に対する歪みゲージ４３０、４３２の取付けを更に示す。
【００３０】
図５で、歪みゲージ４３０、４３２はゲージ区域４２０に直接接合されている。試験中、歪み測定を可能にするために、歪みゲージ４３０、４３２のリード４３４、４３６はゲージ区域４２０から突出し得る。各凹状隅角部は、試験中、凹状隅角部における歪みを低減するために、曲率半径Ｒを有し得る。図５に示すように、複合材試験片のプライの過半数は９０度の繊維配向を有し、その他のプライは０度の繊維配向を有する。０度繊維配向のプライは、時期尚早な横方向の引張破壊のリスクを低減する。
【００３１】
図６は、複合材試験片を形成する方法６００の特定の実施形態を示すフロー図である。方法６００を用いて図４及び５の複合材試験片４０２が形成され得る。更に、方法６００の部分を用いて図３の複合材試験ブランク２１０が形成され得る。
【００３２】
方法６００は、６０２で、第１の方向に向けられた繊維を有するように第１のプライ層を配置し、第２の方向に向けられた繊維を有するように第２のプライ層を配置することにより、複数のプライを用いて複合材レイアップを形成することを含む。第１の方向は第２の方向と異なる。複合材レイアップは、第１の面と、第１の面の反対側の第２の面とを有する。例えば、図１の複数のプライ１２１〜１２８が配置されて、図１Ａの複合材レイアップ１０２が形成され得る。
【００３３】
方法６００は、６０４で、複合材アセンブリを切削して第１の区域と第２の区域とを形成することを含む。例えば、図１Ａの複合材レイアップ１０２が、図１Ｂの第１の区域１３１と第２の区域１３０とに分割され得る。
【００３４】
図１Ｂを参照して説明するように、第１の区域１３１は複合材レイアップ１０２の第１の面１１０に相当する第３の面１３３を有し、第１の区域１３１は複合材レイアップ１０２の第２の面に相当する第４の面１３５を有し得る。更に、第２の区域１３０は複合材レイアップ１０２の第１の面１１０に相当する第５の面１３２を有し、複合材レイアップ１０２の第２の面１１２に相当する第６の面１３４を有する。方法６００はまた、６０６で、第１の区域の第３の面を第２の区域の第５の面に結合して複合材アセンブリを形成することを含む。複合材アセンブリは硬化され、図２の複合材パネル２００などの複合材パネルを形成し得る。
【００３５】
方法６００はまた、６０８で、複合材パネルから一又は複数の複合材試験ブランクを形成することを含み得る。例えば、図２の複合材パネル２００は、機械加工（例えば、切削、ミリング、グラインドなど）されて複合材試験ブランク２１０〜２２１を形成し得る。
【００３６】
方法６００はまた、６１０で、一又は複数の複合材試験ブランクのうちの特定の複合材試験ブランクを機械加工して複合材試験片を形成することを含み得る。例えば、図２及び３の複合材試験ブランク２１０は、機械加工（例えば、ミリング、切削、グラインドなど）されて図４及び５の複合材試験片４０２を形成し得る。例示的に、特定の複合材試験ブランクを機械加工して複合材試験片を形成することは、ゲージ区域を第１の方向に直角及び第２の方向に直角に機械加工して、特定の複合材試験ブランクのプライ数に比較して、プライ数をゲージ区域において減らすことを含み得る。図４を参照して説明するように、複合材試験片は、第１のタブ、第２のタブ、及び第１のタブと第２のタブとの間のゲージ区域を有し得る。従って、複合材試験片は、複数の部分（例えば、接合されたエンドタブを備えた被験材料のサンプル）を含むのではなく単一の複合材レイアップ（例えば、図１Ａの複合材レイアップ１０２に対応する）から形成され得る。
【００３７】
方法６００はまた、６１２で、第１のキャッププレートを第１のタブの端部に結合することと、６１４で、第２のキャッププレートを第２のタブの端部に結合することとを含み得る。各キャッププレートは、それぞれのタブの端部を覆ってよく、それぞれのタブの一もしくは複数の側部の少なくとも一部分、一もしくは複数の面の少なくとも一部分、又はそれらの組み合わせを覆い得る。例えば、図４の第１のキャッププレート４４０は、第１のタブ４２２の第１の端部４０４を覆って伸び、第１のタブ４２２の側部の少なくとも一部分及び／又は第１のタブ４２２の面の一部分を覆う。同様に、第２のキャッププレート４４２は、第２のタブ４２４の第２の端部４０６を覆って伸び、第２のタブ４２４の側部の少なくとも一部分及び／又は第２のタブ４２４の面の一部分を覆う。
【００３８】
方法６００はまた、６１６で、歪みゲージを複合材試験片のゲージ区域に接着することを含み得る。例えば、図４及び５に示すように、歪みゲージ４３０及び４３２がゲージ区域４２０に結合され得る。歪みゲージ４３０、４３２のリードは監視装置へと向けられ、複合材試験片の歪み圧縮試験中、リアルタイムでの監視が可能となる。
【００３９】
複合材試験片の形成後、複合材試験片を用いて試験が実施され、複合材試験片の形成に用いられた材料の圧縮特性に関する情報が収集され得る。例えば、ＡＳＴＭのＤ６９５−１０標準方式又はその改良版が用いられて、複合材試験片が試験され得る。改良版で、ＡＳＴＭのＤ６９５−１０規格に記載の試験用固定具は、複合材試験片に適合するように変形されてもよい。例えば、追加の下方負荷プレートが試験用固定具に付加されて、試験用固定具の平面外の座屈ガイドと試験用固定具の底部負荷プレートとの間の空間を除去することによって、時期尚早な端部破壊を防止し得る。下方負荷プレートの追加により、座屈ガイドの端部まで複合材試験片が支持されることとなる。別の例として、試験用固定具の平面外の座屈ガイドが反転されて、これにより、（ＡＳＴＭのＤ６９５−１０規格に記載のように平面外の座屈ガイドのＶ字切欠き表面を複合材試験片に接触させるのではなく）、平面外の座屈ガイドの平滑な表面が複合材試験片に接触し得る。平面外の座屈ガイドを反転させることにより、Ｖ字切欠き表面との接触に起因する複合材試験片の端部座屈破壊が低減され得る。更なる実施例として、試験用固定具の支持ボルトは１インチ重量ポンド（ｉｎ−ｌｂ）のトルクで締め付けられ、これにより試験用固定具と複合材試験片との間の摩擦が低減され得る。
【００４０】
従って、複合材試験片が準備された（例えば、複合材試験ブランクから機械加工されてキャッププレート及び歪みゲージに結合された）後、複合材試験片は改良版試験用固定具に固定され、１ｉｎ−ｌｂのトルクが支持ボルトに加えられ得る。複合材試験片は、複合材試験片が試験用固定具の中心に位置し、且つ、複合材試験片の端部が試験用固定具に直角に（ｓｑｕａｒｅｌｙ）接触するように、改良版試験用固定具に固定される。複合材試験片の上端部に端部キャップが配置され、負荷プラテンが端部キャップと接触するように移動される。複合材試験片に破壊まで負荷をかけながら、負荷／歪み応答が監視される。
【００４１】
本明細書に記載の方法を使用して特定の複合材料で形成された複合材試験片を用いた試験において、常温乾式試験条件で２１０００マイクロストレインを超える、及び、低温乾式試験条件で２４０００マイクロストレインを超える極限繊維圧縮歪みが測定された。これらの結果は、常温乾式試験条件で７０００マイクロストレイン及び低温乾式試験条件で８０００マイクロストレインの極限繊維圧縮歪みの測定をもたらした、接合されたエンドタブ試験片を用いた同じ特定の複合材料で生成された結果とは、対照的である。
【００４２】
上述の実施形態は例示的なものであり、本開示を限定するものではない。本発明の開示の原則にしたがう複数の修正例及び変形例が可能であることを理解されたい。
【００４３】
本明細書に記載の実施形態の図解は、様々な実施形態の構造の全体的な理解を促すことを意図している。これら図解は、本明細書に記載の構造又は方法を利用する装置及びシステムの、すべての要素及び特徴の網羅的な記載として機能することを意図していない。本開示を精査することにより、当業者には他の多くの実施形態が明らかであろう。本開示の範囲を逸脱することなく構造的及び論理的な置き換え及び変更がなされるように、本開示から、他の実施形態が利用され導かれ得る。例えば、方法のステップは図示のものとは異なる順序で実施され得る、又は、一もしくは複数の方法のステップは省略され得る。したがって、本明細書の記載及び図は、限定的ではなく例示的なものと見なされるべきである。
【００４４】
さらに、具体的な実施形態が本明細書で例示され記載されてきたが、同じ又は類似の結果を達成するように設計されるいかなる後続の構成も、示されている具体的な実施形態に置き換えられ得るということを理解されたい。本開示は、様々な実施形態の後続するすべての応用形態又は変形形態をカバーすることを意図している。上述の実施形態の組み合わせ及び本明細書に特段の記載のない他の実施形態は、本開示の記載を精査する当業者には明らかである。
【００４５】
「要約書」は、特許請求の範囲もしくはその意味を解釈する又は限定するために使用されないとの理解のもとに、提出されるものである。さらに、本開示を簡潔にする目的で、前述の「発明を実施するための形態」における様々な特徴は、グループ化され又は単一の実施形態中に記載され得る。本開示は、特許請求される実施形態が、各請求項に明確に記載されるもの以外の特徴を要求するという意図を反映すると解釈されるものではない。むしろ、下記の特許請求の範囲が反映しているように、特許請求される主題は、記載される任意の実施形態のうちのすべての特徴よりも狭義に向けられている。
【符号の説明】
【００４６】
１０２    複合材レイアップ
１０６    区域ライン
１１０    第１の面
１１２    第２の面
１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６、１２７、１２８    プライ
１３０    第２の区域
１３１    第１の区域
１３２    第５の面
１３４    第６の面
１３５    第４の面
１４０    複合材アセンブリ
１５０    カウルプレート
１５２    第１の面
１５４    表面
１５６    第２の面
２００    複合材パネル
２１０、２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２１８、２１９、２２０、２２１    複合材試験ブランク
２３０、２３２    縁部
３０４    第１の端部
３０６    第２の端部
３０８    第１の側部
３１０    第２の側部
３１２    第１の面
３１４    第２の面
３２０    第１のプライスタック
３２２    第２のプライスタック
４０２    複合材試験片
４０４    第１の端部
４０６    第２の端部
４０８    第１の側部
４１０    第２の側部
４１２    第１の面
４１４    第２の面
４２０    ゲージ区域
４２２    第１のタブ
４２４    第２のタブ
４３０    第１の歪みゲージ
４３２    第２の歪みゲージ
４３４、４３６    リード
４４０    第１のキャッププレート
４４２    第２のキャッププレート
６００    方法
【図１Ａ】
0006556543.tif 000002
【図１Ｂ】
0006556543.tif 000003
【図１Ｃ】
0006556543.tif 000004
【図１Ｄ】
0006556543.tif 000005
【図２】
0006556543.tif 000006
【図３】
0006556543.tif 000007
【図４】
0006556543.tif 000008
【図５】
0006556543.tif 000009
【図６】
0006556543.tif 000010