JP2015017927A - 引張圧縮試験方法および装置 - Google Patents
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Abstract
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与える荷重が引張から圧縮に反転する場合に、引張変形時に達した応力値より低い応力で再降伏し塑性変形する現象が知られている。この現象はバウシンガー効果と呼ばれている。
例えば、高強度自動車用鋼板のプレス成形時に、スプリングパックと呼ばれる寸法精度不良が発生する。これはプレス成形により発生した残留応力を有する材料が金型から外される場合に弾性回復して形状が変化するものである。プレス成形中に材料は複雑な変形をうけ、引張変形と圧縮変形が素材に与えられるため、上記のバウシンガー効果が残留応力の大きさに影響することが知られている。
バウシンガー効果を評価する引張圧縮試験を薄鋼板(略して薄板)で実施する場合、圧縮時に材料が座屈変形を起こす問題がある。さらに試験対象材料の強度が高くて板厚が薄くなると座屈変形が更に発生しやすく、精度の高い試験が難しいという問題があり、従来から薄板での引張圧縮試験方法が検討されてきた。
特許文献2には、薄板の引張圧縮試験の際に試験片を保持する試験片保持装置が提案されている。これにより圧縮試験時に試験片が曲がることが防止され、精度の良い試験がなし得るとされ、座屈防止治具に設定された窓から試験片に発生するひずみが容易に測定されるとされている。
しかしながら、特許文献1および特許文献2の図に記載されるとおり、従来の方法および装置では、ひずみは最大でも5%未満であり、前記ニーズに応じて板厚1.0mm程度(より具体的には、0.7〜2.0mm)の薄鋼板の引張・圧縮変形を5%以上ものひずみを加えて高い精度で行なうことは困難とされてきた。
特許文献2に記載された技術は薄鋼板を対象にした試験方法であるが、座屈防止治具に設置された窓からのひずみ測定では、窓部に位置する試験体部分に座屈押さえがないため試験体の座屈を完全にゼロにすることは難しく、さらにひずみ測定手段として、ひずみゲージを用いるため、現状市販されているひずみゲージの最大限界ひずみ(5%未満の値)を超える5%以上のひずみ領域では精度低下やゲージの剥離といった問題を生じる。なお、ひずみゲージは繰り返しの引張ひずみと圧縮ひずみには対応しておらず、引張変形後の圧縮変形、あるいは圧縮変形後の引張変形では測定される精度が保障されない問題がある。また、ひずみゲージは使い捨てであって経済性にも問題がある。
[1] 試験片1の試験部に引張から圧縮へと、圧縮から引張へとの負荷繰り返し試験を行なう引張圧縮試験方法であって、
試験片1の試験部長さLと試験部幅Wの関係をL/W≧4.0とし、試験部肩RをR≦2.0mmとし、試験片1の側面に抵抗溶接にて接合した伸び計保持金具11に伸び計2を弾性体10で固定し、伸び計2の測定部と試験片1の側面の接触部に接着剤を塗布し、試験片1をその厚さ方向両側から座屈防止治具7と座屈防止ベース治具3、4とで挟み、バネ9Aで座屈に抵抗する力を発生させた状態下で、ストローク速度が一定となるようにアクチュエータを駆動し、伸び計の出力を目標値として、前記試験部に前記負荷繰り返し試験を施すことを特徴とする引張圧縮試験方法。
[2] 試験片1の試験部に引張から圧縮へと、圧縮から引張へとの負荷繰り返し試験を行なう引張圧縮試験装置であって、
試験片1の試験部長さLと試験部幅Wの関係をL/W≧4.0とし、試験部肩RをR≦2.0mmとし、試験片1の側面に抵抗溶接にて接合した伸び計保持金具11に伸び計2を弾性体10で固定し、伸び計2の測定部と試験片1の側面の接触部に接着剤を塗布し、試験片1をその厚さ方向両側から座屈防止治具7と座屈防止ベース治具3、4とで挟み、バネ9Aで座屈に抵抗する力を発生させる構成とされた試験治具100を、試験治具ベース200のボールベアリング300付きスライド軸400によるスライド機構である高剛性スライド機構に組み込んでなり、高剛性スライド機構全体を接地用治具500に組み付け、スライド軸を水平方向となしうることを特徴とする引張圧縮試験装置。
試験片1の側面部でひずみを計測する場合、任意の試験片形状を用いるとひずみが試験片幅方向で不均一になり、試験片の中央部とのひずみ値の誤差が懸念されるが、各試験片形状で開発検討実験を行なった結果、図1B(a)に示す試験片形状において、試験部(平行部)長さLと試験部幅Wの関係がL/W≧4.0であって、かつ、試験片部肩RがR≦2.0mmとなる試験片を用いることで中央部ひずみと側面部ひずみがほぼ相等しくなる(誤差0.15%以下となる)という知見を得た。
(開発検討実験の一例)
試験片サイズ(試験部の長さL、幅W、肩R)を表1に示す各水準とした試験片にケガキ線を付して最大14%までの引張変形を加え、ケガキ線間隔の変化からの試験片の中央部のひずみλCと、側面部ひずみλEの差Δλ(=λE−λC)との関係を求めた。すると、例えば図2に線図で示す様に、Δλは、L/W≧4.0およびR≦2.0mmを満たす寸法範囲(便宜上、特定寸法範囲という)内であるS4およびS5では、λCの増加に対し減少から増加に転じる極小点(該極小点におけるΔλ=−0.15%)(|Δλ|では最大値0.15%である)を有する谷形状曲線を呈し、一方、前記特定寸法範囲外であるS1〜S3、S6、S7では、λCの増加に対し単調減少曲線を呈することが分かった。尚、表1には各水準における14%引張時の最大誤差Δλmax(|Δλ|が最大を示すΔλの値)を記した。
斯かる試験片寸法限定により、ひずみゲージで測定していた従来で生じがちであった前記負荷繰り返し試験時の測定誤差を排除することができる。
それとともに、図1B(a)(b)(c)の如く、試験片1の側面に抵抗溶接にて接合した伸び計保持金具11に伸び計2を弾性体10で固定することで作業効率が格段に向上した。伸び計2は繰り返し使用することができるため、試験毎に廃棄されるひずみゲージを用いていた従来の試験形態におけるような不経済性を解消することが可能となる。
また、座屈は試験片1を圧縮した際に発生しやすいが、試験片1の一方の面は座屈防止治具7の端部平面に常に当接され、試験片1の他方の面は座屈防止ベース治具3および4の凹部垂直平面に測定部を含む大半が当接し、かつ、圧縮時には座屈防止ベース治具3と4が近接するため、これらの隙間が僅かとなり、座屈を充分防止できるわけである。
実施例1として、板厚1.6mm、TS(引張強度の略号である。以下同じ)=590MPa級の薄鋼板から表1の水準S5の寸法に合わせて採取した試験片を用い、図1、図1A、図1B、および図1Cに示した通りの実施形態に従い、表2に示す条件2、条件3および条件4で引張圧縮(但し条件4は引張のみ)試験を行い、図3に示す処の、真応力と真ひずみの関係を表す応力−ひずみ履歴曲線を得た。尚、伸び計2の計測部と試験片1の側面部との接触部は、接着剤(アロンアルファ)にて固定した。
(実施例2)
実施例2として、板厚1.6mm、TS=980MPa級の薄鋼板から表1の水準S5の寸法に合わせて採取した試験片を用い、図1、図1A、図1B、および図1Cに示した通りの実施形態に従い、表2に示す条件2、条件3および条件4で引張圧縮(但し条件4は引張のみ)試験を行い、図4に示す処の、真応力と真ひずみの関係を表す応力−ひずみ履歴曲線を得た。尚、伸び計2の計測部と試験片1の側面部との接触部は、接着剤(アロンアルファ)にて固定した。
尚、前記実施例1及び実施例2では、本発明例として引張・圧縮の負荷繰り返し試験の場合を示したが、これ以外の、圧縮・引張の負荷繰り返し試験の場合においても本発明を適用して同様の高精度のひずみ計測ができることを確認済みである。
(従来例)
従来例として、前記伸び計の使用に代えてひずみゲージを試験片に貼って、図1Cのベース治具3、4および座屈防止治具7を付帯していない従来の引張圧縮試験機を用いて実施例1及び実施例2と同様の条件の試験を試みた。その結果、条件2では2回目の引張(ひずみ+10%)負荷途上、条件3では1回目の引張(ひずみ+10%)負荷途上、条件4では1回のみの引張(ひずみ+15%)負荷途上で、何れもひずみゲージが壊れてひずみ計測ができなかった。また、条件2では圧縮(ひずみ−5%)負荷時に試験片が撓んで、試験片長手(L)方向に圧縮ひずみが正確に加わらなかった。
(実施例3)
実施例3として、引張圧縮試験装置を横置きで使用した場合を示す。水平方向に変位を生じるアクチュエータを利用し、図1Aに示すように引張圧縮試験装置を横置きにして引張圧縮試験を実施した。図1B(c)に示すように伸び計2の計測部と試験片1の側面部にすべりを生じ難くするため、接着剤(アロンアルファ)を用いて固定した。板厚1.4mm、TS=980MPa級の薄鋼板から表1の水準S5の寸法に合わせて採取した試験片を用い、図1、図1A、図1B、および図1Cに示したとおりの実施形態に従い、表2に示す条件1および条件4で引張圧縮試験を行い、図5に示す処の、真応力と真ひずみの関係を表す応力−ひずみ履歴曲線を得た。なお、実施例3においては、引張圧縮試験装置を横置きで使用したが、縦置きで使用する場合と同様のひずみ量での引張・圧縮繰り返し試験が可能である。
(比較例)
比較例として、図1Aに示すように引張圧縮試験装置を横置きで使用し、かつ図1B(c)の伸び計2の計測部と試験片1の側面部の接触部に接着剤を塗布するすべり対策を行なわずに引張圧縮試験を実施した。板厚1.4mm、TS=980MPa級の薄鋼板から表1の水準S5の寸法に合わせて採取した試験片を用い、図1、図1A、図1B、および図1Cに示したとおりの実施形態に従い、表2に示す条件1で引張試験を行った。比較例では、伸び計2の計測部と試験片1の側面部との間にすべりが生じたため、正しい試験結果が得られなかった。
2 伸び計
3、4 座屈防止ベース治具
7 座屈防止治具
8 座屈押さえ
9A バネ
9 バネ付ボルト
10 弾性体
11 伸び計保持金具
100 試験治具
200 試験治具ベース
300 ボールベアリング
400 スライド軸
500 接地用治具
600 アクチュエータ連結用の軸
Claims (2)
- 試験片1の試験部に引張から圧縮へと、圧縮から引張へとの負荷繰り返し試験を行なう引張圧縮試験方法であって、
試験片1の試験部長さLと試験部幅Wの関係をL/W≧4.0とし、試験部肩RをR≦2.0mmとし、試験片1の側面に抵抗溶接にて接合した伸び計保持金具11に伸び計2を弾性体10で固定し、伸び計2の測定部と試験片1の側面の接触部に接着剤を塗布し、試験片1をその厚さ方向両側から座屈防止治具7と座屈防止ベース治具3、4とで挟み、バネ9Aで座屈に抵抗する力を発生させた状態下で、ストローク速度が一定となるようにアクチュエータを駆動し、伸び計の出力を目標値として、前記試験部に前記負荷繰り返し試験を施すことを特徴とする引張圧縮試験方法。 - 試験片1の試験部に引張から圧縮へと、圧縮から引張へとの負荷繰り返し試験を行なう引張圧縮試験装置であって、
試験片1の試験部長さLと試験部幅Wの関係をL/W≧4.0とし、試験部肩RをR≦2.0mmとし、試験片1の側面に抵抗溶接にて接合した伸び計保持金具11に伸び計2を弾性体10で固定し、伸び計2の測定部と試験片1の側面の接触部に接着剤を塗布し、試験片1をその厚さ方向両側から座屈防止治具7と座屈防止ベース治具3、4とで挟み、バネ9Aで座屈に抵抗する力を発生させる構成とされた試験治具100を、試験治具ベース200のボールベアリング300付きスライド軸400によるスライド機構である高剛性スライド機構に組み込んでなり、高剛性スライド機構全体を接地用治具500に組み付け、スライド軸を水平方向となしうることを特徴とする引張圧縮試験装置。
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