JP2009036600A - 弾性率測定方法、弾性率測定装置、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】同一の材料で作られた、長さが等しく幅が異なる供試体X,Yのそれぞれに対し、当該供試体の中央部に加える応力の変化量ΔPに対する該中央部の変位量ΔW1,ΔW2を測定する。これらの測定値と、2つの前記支持体の間隔S、供試体X,Yの厚さh1,h2、供試体X,Yの幅b1,b2、及び供試体X,Yの幅の比1:Aとから各供試体の曲げ弾性率Eを算出する。
【選択図】図2
Description
まず、本発明において用いる三点曲げ法による曲げ弾性率の測定の原理について簡単に説明する。測定装置に起因する誤差のない理想的な測定系においては、供試体に加える応力Pと供試体の歪みWとの関係は、式(1)のようになる。
弾性率測定方法に係る本発明の第1の構成は、棒状の供試体の両端付近の下部を、水平に置かれた2つの支持体で2点支持するとともに、当該供試体中央部を加圧体で加圧して該加圧体の変位を測定することでその供試体中央部の変位量を計測し、当該供試体材料の曲げ弾性率を測定する弾性率測定方法であって、同一の材料で作られた、長さが等しく幅が異なる第1及び第2の供試体のそれぞれに対し、当該供試体の中央部に加える応力の変化量ΔPに対する該中央部の変位量ΔW1,ΔW2を測定する変位測定ステップと、2つの前記支持体の間隔をS、前記第1及び第2の供試体の厚さをh1,h2、前記第1及び第2の供試体の幅をb1,b2、前記第1及び第2の供試体の幅の比を1:Aとしたときに、式(7),(6c)の演算により、各供試体の曲げ弾性率Eを算出する弾性率算出ステップと、を有することを特徴とする。
(1)当該供試体の中央部に対し加える応力をσs1からσs2(σs1<σs2)に、時間区間[0,T]で定義される所定の時間関数σs(t)に従って時間Tで昇圧させるとともに、応力がσs1及びσs2となる各時点で当該供試体の変位δW1 (up),δW2 (up)を測定し、その差(δW2 (up)−δW1 (up))を応力σs1,σs2間での昇圧変位ΔW(up)として算出する昇圧過程測定ステップ;
(2)当該供試体の中央部に対し加える応力をσs2からσs1に、前記時間関数σs(t)を時間反転させた関数σs(T−t)に従って時間Tで降圧させるとともに、応力がσs2及びσs1となる各時点で当該供試体の変位δW2 (down),δW1 (down)を測定し、その差(δW2 (down)−δW1 (down))を応力σs1,σs2間での降圧変位ΔW(down)として算出する降圧過程測定ステップ;
(3)及び、前記昇圧変位ΔW(up)と前記降圧変位ΔW(down)との平均値を、前記応力σs1,σs2の間での当該供試体の中央部の変位量ΔW1又はΔW2として算出する平均変位算出ステップ;を有することを特徴とする。
まず、式(5)の仮定、すなわち、供試体の曲げ弾性率に比例して測定系の歪みが大きくなることを検証するため、供試体に応力をかけたときに観測される加圧体の変位と歪みゲージにより直接測定した供試体の変位との比較を行った。
2 機械的構成部分
3 制御構成部分
4 プレス下板
5 プレス上板
6 支柱
7 載荷台
8 油圧ラムシリンダ
9 油圧ラムピストン
9a,9b 加圧管
9c,9d 加圧装置
10 試料支持台
10a,10b 支持体
11 加圧体
12 ロードセル
13 変位検出器
13a,13b 延出部材
14 断熱気密容器
14a 給気管
14b 排気管
15 ヒータ
16 温度センサ
TP 供試体
Claims (9)
- 棒状の供試体の両端付近の下部を、水平に置かれた2つの支持体で2点支持するとともに、当該供試体中央部を加圧体で加圧して該加圧体の変位を測定することでその供試体中央部の変位量を計測し、当該供試体材料の曲げ弾性率を測定する弾性率測定方法であって、
同一の材料で作られた、長さが等しく幅が異なる第1及び第2の供試体のそれぞれに対し、当該供試体の中央部に加える応力の変化量ΔPに対する該中央部の変位量ΔW1,ΔW2を測定する変位測定ステップと、
2つの前記支持体の間隔をS、前記第1及び第2の供試体の厚さをh1,h2、前記第1及び第2の供試体の幅をb1,b2、前記第1及び第2の供試体の幅の比を1:Aとしたときに、次式(1),(2)の演算により、各供試体の曲げ弾性率Eを算出する弾性率算出ステップと、
を有する弾性率測定方法。
- 前記変位測定ステップにおいては、
前記第1の供試体の中央部に加える2つの異なる応力σs1,σs2(σs1<σs2)の間での当該供試体の中央部の変位量ΔW1を測定する第1の測定ステップと、
前記第2の供試体の中央部に加える前記応力σs1,σs2の間での当該供試体の中央部の変位量ΔW2を測定する第2の測定ステップと、
を有することを特徴とする請求項1記載の弾性率測定方法。 - 前記第1及び第2の測定ステップにおいては、前記変位量ΔW1,ΔW2の測定を行う前に、前記第1又は第2の供試体の中央部に加える応力を、当該供試体の曲げ強度以下の所定の圧力まで昇圧させた後に、前記応力σs1以下に減圧させる昇降圧過程を、少なくとも1回以上行う誤差除去ステップを行うことを特徴とする請求項1又は2記載の弾性率測定方法。
- 前記第1及び第2の測定ステップにおいては、前記第1又は第2の供試体に対して、
(1)当該供試体の中央部に対し加える応力をσs1からσs2(σs1<σs2)に、時間区間[0,T]で定義される所定の時間関数σs(t)に従って時間Tで昇圧させるとともに、応力がσs1及びσs2となる各時点で当該供試体の変位δW1 (up),δW2 (up)を測定し、その差(δW2 (up)−δW1 (up))を応力σs1,σs2間での昇圧変位ΔW(up)として算出する昇圧過程測定ステップ;
(2)当該供試体の中央部に対し加える応力をσs2からσs1に、前記時間関数σs(t)を時間反転させた関数σs(T−t)に従って時間Tで降圧させるとともに、応力がσs2及びσs1となる各時点で当該供試体の変位δW2 (down),δW1 (down)を測定し、その差(δW2 (down)−δW1 (down))を応力σs1,σs2間での降圧変位ΔW(down)として算出する降圧過程測定ステップ;
(3)及び、前記昇圧変位ΔW(up)と前記降圧変位ΔW(down)との平均値を、前記応力σs1,σs2の間での当該供試体の中央部の変位量ΔW1又はΔW2として算出する平均変位算出ステップ;
を有することを特徴とする請求項2又は3に記載の弾性率測定方法。 - 棒状の供試体の両端付近の下部を支持する一対の支持体と、
前記両支持体の上部に置かれた供試体の中央部を上面から加圧する加圧体と、
前記加圧体に加圧力を与える加圧シリンダと、
前記加圧体の変位を計測する変位検出器と、
前記加圧シリンダの発生する応力を計測する圧力センサと、
測定条件データ及び測定データを記憶する記憶手段と、
曲げ弾性率の測定結果を出力する出力手段と、
前記加圧シリンダの加圧力制御、並びに前記加圧体の変位及び発生応力の計測制御を行う制御装置と、
を備えた、供試体材料の曲げ弾性率を測定する弾性率測定装置であって、
前記制御装置は、
試験対象である、同一の材料で作られた、長さが等しく幅が異なる第1及び第2の供試体の幅b1,b2及び厚さh1,h2、前記両支持体の間隔S、並びに変位測定を行う際の供試体に加える応力の変化量ΔPの値を設定し、前記記憶手段に格納する測定条件設定手段と、
前記両支持体上に前記第1又は第2の供試体が載せられた状態において、前記加圧シリンダにより、当該供試体の中央部に加える応力を前記変化量ΔPだけ変化させるとともに、その変化の間の当該供試体の中央部の変位量ΔW1,ΔW2を計測し、該変位量ΔW1,ΔW2を前記記憶手段に格納する変位計測手段と、
前記記憶手段に格納された2つの前記支持体の間隔S、前記第1及び第2の供試体の厚さh、前記第1及び第2の供試体の幅b1,b2、変位測定を行う際の供試体に加える前記応力の変化量ΔP、及び前記第1及び第2の供試体の中央部の前記変位量ΔW1,ΔW2に基づいて、次式(3),(4),(5)の演算を実行することにより、各供試体の曲げ弾性率Eを算出し、前記出力手段に出力する弾性率算出手段と、
を備えた弾性率測定装置。
- 前記測定条件設定手段は、前記第1及び第2の供試体の幅b1,b2及び厚さh1,h2、前記両支持体の間隔S、並びに変位測定を行う際の供試体に加える2つの異なる応力値σs1,σs2(σs1<σs2)の値を設定し、前記記憶手段に格納するものであり、
前記変位計測手段は、前記両支持体上に前記第1又は第2の供試体が載せられた状態において、前記加圧シリンダにより、当該供試体の中央部に加える応力をσs1とσs2との間で変化させ、その変化の間の当該供試体の中央部の変位量ΔW1,ΔW2を計測し、該変位量ΔW1,ΔW2を前記記憶手段に格納するものであることを特徴とする請求項5記載の弾性率測定装置。 - 前記制御装置は、前記変位計測手段が変位量の計測を行うに先立ち、前記加圧シリンダを制御して、前記第1又は第2の供試体の中央部に加える応力を、当該供試体の曲げ強度以下の所定の圧力まで昇圧させた後に、前記応力σs1以下に減圧させる昇降圧過程を、少なくとも1回以上行う誤差除去手段を備えていることを特徴とする請求項5又は6記載の弾性率測定装置。
- 前記変位計測手段は、
前記ピストンを制御することにより、前記第1又は第2の供試体の中央部に対し加える応力をσs1からσs2(σs1<σs2)に、時間区間[0,T]で定義される所定の時間関数σs(t)に従って時間Tで昇圧させる昇圧制御手段と、
前記昇圧制御手段による応力の昇圧時において、応力がσs1及びσs2となる各時点で当該供試体の変位δW1 (up),δW2 (up)を測定し、その差(δW2 (up)−δW1 (up))を応力σs1,σs2間での昇圧変位ΔW(up)として算出し、前記記憶手段に格納する昇圧過程測定手段と、
前記ピストンを制御することにより、前記第1又は第2の供試体の中央部に対し加える応力をσs2からσs1に、前記時間関数σs(t)を時間反転させた関数σs(T−t)に従って時間Tで降圧させる降圧制御手段と、
前記降圧制御手段による応力の降圧時において、応力がσs2及びσs1となる各時点で当該供試体の変位δW2 (down),δW1 (down)を測定し、その差(δW2 (down)−δW1 (down))を応力σs1,σs2間での降圧変位ΔW(down)として算出し、前記記憶手段に格納する降圧過程測定手段と、
前記記憶手段に記憶された、前記昇圧変位ΔW(up)及び前記降圧変位ΔW(down)の平均値を、前記応力σs1,σs2の間での当該供試体の中央部の変位量ΔW1又はΔW2として算出し、前記記憶手段に格納する平均変位算出手段と、
を備えたことを特徴とする請求項6又は7記載の弾性率測定装置。 - 棒状の供試体の両端付近の下部を支持する一対の支持体と、
前記両支持体の上部に置かれた供試体の中央部を上面から加圧する加圧体と、
前記加圧体に加圧力を与える加圧シリンダと、
前記加圧体の変位を計測する変位検出器と、
前記加圧シリンダの発生する応力を計測する圧力センサと、
測定条件データ及び測定データを記憶する記憶手段と、
曲げ弾性率の測定結果を出力する出力手段と、
前記加圧シリンダの加圧力制御、並びに前記加圧体の変位及び発生応力の計測制御を行うコンピュータと、
を備えた、供試体材料の曲げ弾性率を測定する弾性率測定システムにおいて、
前記コンピュータに読み込んで実行することにより、前記コンピュータを、請求項5乃至8の何れか一に記載の弾性率測定装置の制御装置として機能させることを特徴とするプログラム。
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