(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
経糸と緯糸を有する平織布試片を、緯糸方向の拘束度を異ならせた複数の異なる拘束状態で経糸方向に引っ張り、それぞれの拘束度におけるひずみと弾性係数の関係を求める第一のステップ；
有限要素法に基づき、上記平織布試片の中央部における、上記拘束度と、経糸と緯糸との応力比と、の関係を求める第二のステップ；及び
上記第一のステップで求めた各拘束度におけるひずみ‐弾性係数の関係と、第二のステップで求めた各拘束度‐応力比の関係から、各ひずみにおける応力比と弾性係数との関係を求める第三のステップ；
を有することを特徴とする平織布の簡易二軸特性測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の簡易二軸特性測定方法において、上記第三のステップでは、経糸と緯糸の応力比が１：１のときの弾性係数を求める平織布の簡易二軸特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、平織布を経糸方向と緯糸方向に共に引張力を与えたときの弾性係数を一軸引張試験機を用いて簡易的に測定する方法に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
例えば、ベローズ、ダイアフラム、テント等の膜構造物は、低弾性率ゴムからなるゴム母材内に強化材としての平織布を埋め込んだ複合材からなっている。平織布とゴム材料の弾性係数比は、１０3〜１０4も異なるため、膜構造物としての特性は平織布の特性が支配的である。従って、膜構造物が圧力を受けて多軸応力状態となったときの特性の解析には、平織布の特性の解析が不可欠である。
【０００３】
平織布の特性は、経糸と緯糸にそれぞれ引張力を加えた二軸応力状態（応力比１：１）で測定することが望ましい。しかし、二軸試験機は大がかりで高価であるばかりか、試験法自体が難しい。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、簡易な一軸引張試験機を用いて、平織布の二軸応力状態の任意の応力比における弾性係数を測定する方法を得ることを目的とする。
【０００５】
【発明の概要】
本発明方法は、経糸と緯糸を有する平織布試片を、緯糸方向の拘束度を異ならせた複数の異なる拘束状態で経糸方向に引っ張り、それぞれの拘束度におけるひずみと弾性係数の関係を求める第一のステップ；有限要素法に基づき、中央部における、上記拘束度と、経糸と緯糸との応力比と、の関係を求める第二のステップ；及び第一のステップで求めた各拘束度におけるひずみ‐弾性係数の関係と、第二のステップで求めた各拘束度におけるひずみ‐応力比の関係から、各ひずみにおける応力比と弾性係数との関係を求める第三のステップ；を有することを特徴としている。この方法によれば、経糸と緯糸の応力比が１：１のときの弾性係数、つまり二軸応力状態における平織布の弾性係数を求めることができる。
【０００６】
【発明の実施形態】
具体例に基づいて本発明を説明する。
「第一ステップ」
図１ないし図４は、一軸引張試験機を用いて緯糸方向の拘束度を異ならせながら平織布試験片ＴＰを経糸方向に引っ張る状態を示している。一軸引張試験機は、平織布試験片ＴＰの両端部を保持した一対のクロスヘッド（チャック）１１を、互いに離間する方向に直線移動させる試験機である。クロスヘッド１１の移動方向と平織布試験片ＴＰの経糸方向Ｘとは一致している。図１は、緯糸の拘束度ｒ＝０としたとき（緯糸を全く拘束しないとき）の引張状態を示している。この一軸引張状態では、平織布試験片ＴＰは負荷方向（経糸方向Ｘ）には延び、経糸方向Ｘと直交する緯糸方向Ｙには縮む。
【０００７】
図２、図３は、図１の一軸引張状態において、平織布試験片ＴＰの緯糸方向Ｙのすべての繊維の縮みを拘束した状態（拘束度ｒ＝１）を示している。平織布試験片ＴＰの緯糸方向Ｙの糸の両端部はそれぞれ、一つの縦拘束板１２に接着され、この一対の縦拘束板１２の両端部がクロスヘッド１１に支持されている。一対の縦拘束板１２の距離は固定されている。この引張状態は、一軸応力状態で発生した横ひずみに等しいひずみを緯糸方向Ｙに与えたことと等価であり、平織布試験片ＴＰは二軸応力状態となる。しかし、この状態は、経糸と緯糸の応力比が１：ν（ポアソン比）でしかない。本実施形態は、一軸引張試験機を用いながら、応力比１：１の二軸応力状態における平織布試験片ＴＰの弾性係数を測定する方法を提案する。
【０００８】
図４は、平織布試験片ＴＰの緯糸方向Ｙの拘束度を異ならせる具体例を示している。一対のクロスヘッド１１の間には、緯糸方向Ｙの複数の（数が多い程好ましい）横拘束板１３ができるだけ等間隔に位置しており、この横拘束板１３の両端部の接着エリア１３ａに、平織布試験片ＴＰの緯糸方向Ｙの糸の両端部が接着されている。横拘束板１３による接着エリア１３ａの経糸方向Ｘの合計長さをΣｐとし、横拘束板１３に拘束されない平織布試験片ＴＰの経糸方向Ｘの合計長さをΣｑとすると、Σｐ／（Σｑ＋Σｐ）が拘束度ｒである。横拘束板１３の接着エリア１３ａに接着されている緯糸方向Ｙの繊維は縮むことができない。拘束度を異ならせるとは、この横拘束板１３の数及び合計幅を異ならせることを意味する。この横拘束板１３を用いて拘束度を変化させる方法は、厳密ではないが、本測定方法においては、必要にして十分な擬似的な拘束度が得られる。
【０００９】
なお、平織布試験片ＴＰの具体例を挙げると、平織布から一定幅（例えば４５ｍｍ）で切り出し、経糸が一定数（例えば７０本、幅２５ｍｍ）になるように両端から経糸を同数ずつ取り除き、ばらばらになった緯糸の両端部を横拘束板１３の接着エリア１３ａへの接着部とする。
【００１０】
図５は、拘束度ｒ＝０、０．２５、０．５、０．６３及び１の５種類につき、サンプル数ｎ＝３で、簡易二軸伸張試験を行って求めた各拘束度における応力‐ひずみ線図である。ひずみは、クロスヘッド１１の移動距離から負荷方向のひずみとして算出した。応力は、繊維束一本当たりの荷重値と定義する。このグラフから、緯糸の拘束度が高くなるにつれて、経糸の応力値が顕著に高くなっていることが認められる。
【００１１】
図６は、図５の試験結果を各拘束度における弾性係数‐ひずみ関係に置き換えたグラフである。すなわち、応力をひずみで除することで、各拘束度毎に、ひずみと弾性係数の関係を求めたものである。このグラフから、ひずみが１％未満と小さい領域では、平織布試験片ＴＰの急激な弾性係数の変化が生じており、二軸応力状態での弾性係数を求めてその挙動を調べる必要性があることが推論できる。また、弾性係数のひずみ依存性を考慮する必要がある。
【００１２】
「第二ステップ」
前述のように、以上の解析で求めることができる弾性係数は、応力比が１：ν（ポアソン比）の状態までであり、任意の応力比、さらには応力比１：１のときの平織布試験片ＴＰの弾性係数を求めることはできない。そこで、第二ステップでは、有限要素法に基づき、平織布試験片ＴＰの拘束度と応力比の関係を求める。有限要素法では、平織布試験片ＴＰを直交異方性材として扱い、布の材料非線形性を考慮した二次元平面応力解析を行った。図７はその概念図で、試験片モデルＴＰの左端（経糸方向端部）を完全拘束し、右端に経糸方向Ｘの強制変位を与えた。上下端部は緯糸方向Ｙのみを拘束した。拘束度ｒは、矩形に分割した小要素（有限要素）の緯糸方向Ｙの両端自由端における全節点数と、その拘束節点数との比で定義した。また、平織布試験片ＴＰのポアソン比νをν＝０．４１、弾性係数Ｅは、図６に示す値をひずみ増分に応じて与えた。
【００１３】
この解析試験片モデルＴＰの中央部では、拘束の影響が見られない。図８は、ポアソン比ν＝０．４１の場合の有限要素法による解析試験片モデルＴＰの中央部での応力比と拘束度の関係を求めたグラフである。拘束度ｒ＝１のときの応力比はポアソン比ν＝０．４１に収束していることが分かる。
【００１４】
「第三ステップ」
第三ステップでは、以上の第一ステップで求めたそれぞれの拘束度における弾性係数‐ひずみ関係と、第二ステップで求めた拘束度と応力比の関係を組み合わせ、拘束度をパラメータから除いて、各ひずみにおける応力比と弾性係数との関係を求める。図９は、そのグラフである。第一ステップの実際の測定で得られる最大の応力比は、１：ν（ポアソン比）であるが、第二のステップで得た応力比‐拘束度の関係を外挿することで、応力比が１：１のときの平織布試験片ＴＰの弾性係数をひずみ毎に求めることができる。
【００１５】
以上の実施形態では、平織布試験片ＴＰの緯糸の拘束度を異ならせるために、横拘束板１３を用いたが、代わりに、経糸方向に並ぶ多数のクリップを有する一対の縦拘束板を設け、これらの多数のクリップに対し選択的に緯糸の両端部を拘束しても、緯糸の拘束度を異ならせることができる。図１０は、市販されているこの種の試験機の概略図で、引張方向に平行に設けた一対の引張方向ガイド２０にそれぞれ多数のクリップ部材２１が移動自在に支持されており、このクリップ部材２１の先端部に平織布試験片ＴＰの緯糸を保持するクリップ２１ａが備えられている。平織布試験片ＴＰの経糸方向Ｘの両端部は、クロスヘッド１１に保持されて引張力が与えられる。この試験機では、クリップ部材２１の数と間隔で、拘束度ｒを変化させることができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、平織布の二軸応力状態の任意の応力比における弾性係数を一軸引張試験機を用いて簡易的に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一軸引張試験機によって平織布試験片を拘束度ｒ＝０で引っ張る状態の概念斜視図である。
【図２】同拘束度ｒ＝１で引っ張る状態の概念斜視図である。
【図３】図２のIII‐III線に沿う概念断面図である。
【図４】同異なる拘束度で引っ張るときの概念平面図である。
【図５】異なる拘束度での応力‐ひずみ関係の測定結果例を示すグラフ図である。
【図６】図５の結果を各拘束度での弾性係数‐ひずみ関係に変換したグラフ図である。
【図７】平織布試験片の有限要素法による拘束度を説明する平面図である。
【図８】平織布試験片の拘束度と応力比との関係を有限要素法で求めたグラフ図である。
【図９】図６と図８の結果から求めた各ひずみ毎の弾性係数‐応力比の関係を示すグラフ図である。
【図１０】平織布試験片の別の引張試験機の例を示す概念図である。
【符号の説明】
ＴＰ  平織布試験片
Ｘ  経糸方向
Ｙ  緯糸方向
【図１】
0003770844.tif 000002
【図２】
0003770844.tif 000003
【図３】
0003770844.tif 000004
【図４】
0003770844.tif 000005
【図５】
0003770844.tif 000006
【図６】
0003770844.tif 000007
【図７】
0003770844.tif 000008
【図８】
0003770844.tif 000009
【図９】
0003770844.tif 000010
【図１０】
0003770844.tif 000011