JP2019219235A - 二軸圧縮引張試験用治具及び二軸圧縮引張試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ひずみゲージによりひずみを測定する二軸圧縮引張試験に用いる二軸圧縮引張試験用治具及び二軸圧縮引張試験方法を提供する。【解決手段】本発明に係る二軸圧縮引張試験用治具１は、ひずみゲージ１０５を貼付した十字形状の板状試験片１００に圧縮荷重及び／又は引張荷重を作用させて板状試験片１００の中央部１０１に生じるひずみを測定する二軸圧縮引張試験に用いるものであって、板状試験片１００の中央部１０１を挟持する中央金型１１と、中央部１０１に所定の挟持力を付与する押さえ機構２１と、板状試験片１００の各片部１０３を介して中央部１０１に圧縮荷重及び／又は引張荷重を作用させる側部金型３１、４１とを備え、中央金型１１は、中央部１０１を押圧する押圧部１５と、押圧部１５におけるひずみゲージ１０５に当接する部位に設けられてヤング率が1500MPa以上3000MPa以下の軟質部材１７を有するものである。【選択図】 図１

Description

本発明は、十字形状の板状試験片に圧縮荷重及び／又は引張荷重を作用させる二軸圧縮引張試験に用いる二軸圧縮引張試験用治具及び二軸圧縮引張試験方法に関する。

鋼板のような金属板材のプレス成形においては、一方向から荷重が作用する一軸荷重（単軸応力）状態だけでなく、金属板材の面内において直交する二方向から荷重が作用する二軸荷重（二軸応力）状態で該金属板材の変形が生じるものとみなされる。そのため、金属板材を被加工材とするプレス成形解析を高精度に行うためには、二軸応力状態における前記金属板材の応力−ひずみ特性を、引張試験や圧縮試験などといった材料試験により予め把握しておく必要がある。

二軸応力状態における材料試験を行うものとして、例えば、特許文献１に開示されている技術が挙げられる。当該技術は、平板状の試験片の下側を支持する支持部を有する下側保持部材と、試験片の上面から応力を負荷する応力負荷部材とこれを保持する上側保持部材とを用いて行うものであって、下側保持部材の支持部で試験片の下面を支持した状態で応力負荷部材により試験片の上面に対して下方に応力を負荷することで、試験片を鞍状に変形させて試験片の上面側における引張応力と、下面側であって該引張応力が作用する軸方向と直交する軸方向の圧縮応力との二軸応力状態を形成するものである。そして、試験片の上方と下方それぞれにレーザー光を照射し、二軸応力状態の前後におけるレーザー光の検出位置間の距離の変化量を測定することで、二軸応力状態における試験片の撓み量（変位）を取得する。

このように、特許文献１に開示された技術は、試験片の面内方向に圧縮荷重と引張荷重を作用させた二軸応力状態における試験片の変位を求めることができるが、二軸の圧縮応力のみや二軸の引張応力のみを試験片に作用させることはできない。

そこで、発明者らはこれまでに、二軸圧縮応力又は二軸引張応力を作用させるものとして、特許文献２に開示されている技術を提案してきた。当該技術によれば、十字形状の板状試験片における中央部の上面と下面の双方を挟持して板厚方向に押圧した状態で、十字形状の４つの片部を介して圧縮荷重及び／又は引張荷重を付与することにより、該板状試験片の中央部を二軸圧縮応力又は二軸引張応力を作用させることができる。

特開平９−３１８５１０号公報 特開２０１８−８０９２３号公報

特許文献２に開示されている技術においては、板状試験片の中央部に面内方向の圧縮荷重を付与したときに板厚方向の座屈が生じないようにするために、中央金型により中央部を挟持して板厚方向に所定の荷重を付与して前記中央部を二軸応力状態にするものである。そして、二軸応力状態において板状試験片の中央部に生じるひずみを光学的にまたはひずみゲージにより測定することができるとされている。

これら２つの測定方法のうちひずみゲージによりひずみを測定する場合にあっては、板状試験片の中央部にひずみゲージを貼付するものであるため、中央金型を繰り返し使用することができることに加え、安価かつ簡便に材料試験を行うことが可能となる。一般的に用いられるひずみゲージは、樹脂製のベースの厚みが数十μmのものがある。しかしながら、このようなひずみゲージを板状試験片に貼付し、該板状試験片を中央金型で挟持して所定の荷重を板厚方向に付与すると、ひずみゲージに欠損が生じたり、ひずみゲージに接続するリード線との接続部が損傷し、ひずみを測定することができなくなってしまう課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、二軸方向から引張荷重及び／又は圧縮荷重を作用させた二軸応力下での板状試験片におけるひずみを該板状試験片に貼付したひずみゲージにより測定するに際し、該ひずみゲージの欠損を防止することができる二軸圧縮引張試験用治具及び二軸圧縮引張試験方法を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る二軸圧縮引張試験用治具は、ひずみゲージを貼付した十字形状の板状試験片に圧縮荷重及び／又は引張荷重を作用させて、該板状試験片に生じるひずみを前記ひずみゲージにより測定する二軸圧縮引張試験に用いるものであって、前記板状試験片を両面から挟持する一対からなる矩形の中央金型と、該中央金型に前記板状試験片の板厚方向に所定の挟持力を付与する挟持力付与手段と、前記中央金型の四辺の側方に配設されて前記板状試験片における十字形状の各片部を両面から挟持し、前記板状試験片の面内方向に所定の荷重を作用させる一対からなる側部金型と、を備え、前記中央金型は、その四辺の縁部に形成された櫛歯状の凹凸からなる中央金型櫛歯部と、該中央金型櫛歯部に囲まれて前記中央金型で挟持された前記板状試験片の中央部を押圧する押圧部と、該押圧部における前記ひずみゲージに当接する部位に設けられてヤング率が1500MPa以上3000MPa以下の軟質部材を有し、前記各側部金型は、前記板状試験片の片部を保持する保持部を有すると共に端部に前記中央金型櫛歯部に抜き差し可能な側部金型櫛歯部が形成されていることを特徴とするものである。

（２）本発明に係る二軸圧縮引張試験方法は、上記（１）に記載の二軸圧縮引張試験用治具を用いて、十字形状の板状試験片に圧縮荷重及び／又は引張荷重を作用させるものであって、前記板状試験片の中央部にひずみゲージを貼付し、前記押圧部に設けられた前記軟質部材を前記板状試験片に貼付したひずみゲージに当接させ、前記押圧部で前記板状試験片の中央部を所定の押圧荷重で押圧するとともに、前記側部金型の保持部で前記板状試験片の各片部を保持した状態で、前記板状試験片の中央部に圧縮荷重及び／又は引張荷重を作用させて前記ひずみゲージによりひずみを測定することを特徴とするものである。

本発明においては、ひずみゲージを貼付した十字形状の板状試験片に圧縮荷重及び／又は引張荷重を作用させて、該板状試験片に生じるひずみを前記ひずみゲージにより測定する二軸圧縮引張試験に用いるものであって、前記板状試験片を両面から挟持する一対からなる矩形の中央金型と、該中央金型に前記板状試験片の板厚方向に所定の挟持力を付与する挟持力付与手段と、前記中央金型の四辺の側方に配設されて前記板状試験片における十字形状の各片部を両面から挟持し、前記板状試験片の面内方向に所定の荷重を作用させる一対からなる側部金型と、を備え、前記中央金型は、その四辺の縁部に形成された櫛歯状の凹凸からなる中央金型櫛歯部と、該中央金型櫛歯部に囲まれて前記中央金型で挟持された前記板状試験片の中央部を押圧する押圧部と、該押圧部における前記ひずみゲージに当接する部位に設けられてヤング率が1500MPa以上3000MPa以下の軟質部材を有し、前記各側部金型は、前記板状試験片の片部を保持する保持部を有すると共に端部に前記中央金型櫛歯部に抜き差し可能な側部金型櫛歯部が形成されていることにより、ひずみゲージの破損を防止し、板状試験片の面内方向に圧縮荷重を付与しても座屈を生じさせず二軸圧縮試験を行うことができ、さらに、中央金型を繰り返し使用することが可能である。
また、板状試験片における一軸方向に圧縮荷重を付与するとともに該一軸方向に直交する軸方向に引張荷重を負荷する一軸圧縮・他軸引張試験、さらには、板状試験片の二軸方向に引張荷重を付与した後に二軸圧縮荷重を付与する面内反転負荷試験など、前記板状試験片における二軸方向に任意の応力状態を作用させた二軸圧縮引張試験を容易に行うことができる。

本発明の実施の形態に係る二軸圧縮引張試験用治具の各構成要素を説明する説明図であり、（ａ）は、二軸圧縮引張試験用治具を組付けたときの状態、（ｂ）は、試験対象とする板状試験片の二軸圧縮引張試験用治具における配置、（ｃ）は、二軸圧縮引張試験用治具により板状試験片を挟持した状態を示す図である。 本実施の形態において試験対象とする板状試験片の形状を示す図である。 本実施の形態に係る二軸圧縮引張試験用治具を分解した状態を示す図である。 本実施の形態において試験対象とする板状試験片を二軸圧縮引張試験用治具に設置した状態を説明する図である。 本実施の形態において、中央金型の押圧部に設けられた軟質部材を説明する図である。 本実施の形態において、軟質部材の好適なヤング率の範囲を説明する図である。 本発明の実施例で使用した板状試験片の形状を示す図である。 本発明の実施例における二軸圧縮試験により得られた塑性ひずみ−真応力の関係の測定結果である。

本発明において、まず、二軸引張圧縮試験の対象とする板状試験片について説明した後、本発明の実施の形態に係る二軸圧縮引張試験用治具および二軸圧縮引張試験方法ついて説明する。

＜板状試験片＞
板状試験片１００は、図２に一例として示すように、十字形状であって、該十字形状の中央となる矩形の中央部１０１と、中央部１０１の四辺から外方に延出する４つの片部１０３を有してなるものである。

中央部１０１は、二軸圧縮引張試験においてひずみや応力などの測定対象となる部位である。図２は、中央部１０１が正方形のものを例示したものであるが、本発明においては、中央部が長方形のものであってもよい。

片部１０３は、中央部１０１を挟んで対向する二組の片部１０３ａおよび片部１０３ｂからなり、中央部１０１に対して片部１０３ａが延在する方向と片部１０３ｂが延在する方向とが中央部１０１において直交し、これらの方向が、板状試験片１００に対して圧縮荷重及び／又は引張荷重を作用させる二軸の方向に対応する。

すなわち、板状試験片１００に対して二軸圧縮試験を行うには、片部１０３のうち一方の一組の片部１０３ａと他方の一組の片部１０３ｂそれぞれを介して中央部１０１に向かう各軸方向に圧縮荷重を作用させることにより、中央部１０１を二軸圧縮状態とする。

また、板状試験片１００に対して一軸圧縮・他軸引張試験を行うには、例えば、片部１０３のうち一方の一組の片部１０３ａを介して中央部１０１に向かって圧縮荷重を作用させるとともに、他方の一組の片部１０３ｂを介して中央部１０１に対して引張荷重を作用させることにより、中央部１０１を一軸圧縮・他軸引張状態とする。

さらに、板状試験片１００に対して二軸引張試験を行うには、例えば、片部１０３のうち一方の一組の片部１０３ａと、他方の一組の片部１０３ｂの双方を介して中央部１０１に対して引張荷重を作用させることにより、中央部１０１を二軸引張状態とする。

このように、一組の片部１０３ａと一組の片部１０３ｂを介して中央部１０１に圧縮荷重及び／又は引張荷重を作用させて、二軸応力状態（二軸圧縮状態、一軸圧縮・他軸引張状態、二軸引張状態）における中央部１０１のひずみや応力を中央部１０１に貼付したひずみゲージ１０５（図１（ｃ）、図４参照）により測定する。

なお、本発明に係る二軸圧縮引張試験用治具及び二軸圧縮引張試験方法は、図２に示す形状の板状試験片１００を用いることに限定されるものではなく、二軸圧縮引張試験の荷重条件等に合わせて板状試験片１００の形状を適宜変更することができる。

＜二軸圧縮引張試験用治具＞
本発明の実施の形態に係る二軸圧縮引張試験用治具１は、図２に一例として示す十字形状の板状試験片１００に圧縮荷重及び／又は引張荷重を作用させる二軸圧縮引張試験に用いるものであって、図１に示すように、中央金型１１と、押さえ機構２１と、中央金型１１を挟んで対向配置された二組の第１側部金型３１および第２側部金型４１とを備えている。以下、二軸圧縮引張試験用治具１の各構成について説明する。

なお、本発明に係る二軸圧縮引張試験用治具は、既存の二軸圧縮引張試験機に装着して使用することを想定したものであり、二軸圧縮引張試験機に装着するために二軸圧縮引張試験用治具の寸法や形状などを適宜変更しても、本発明に係る二軸圧縮引張試験用治具の作用および機能が異なるものではない。

≪中央金型≫
中央金型１１は、図３に示すように、板状試験片１００を上下両面から挟持する一対の略矩形状のものであり、該矩形状の四辺の縁部に形成された櫛歯状の凹凸からなる中央金型櫛歯部１３と、４つの中央金型櫛歯部１３に囲まれて板状試験片１００の中央部１０１を押圧する押圧部１５と、押圧部１５に設けられた軟質部材１７を有する（図１（ｃ））。また、中央金型１１は、面内方向への移動を防止するため、図１及び図３に示すように、その四隅が位置決めピン１９により押さえ機構２１のベース部２３に固定される。

中央金型櫛歯部１３は、図３に示すように、押圧部１５を挟んで対向する一組の中央金型櫛歯部１３ａと一組の中央金型櫛歯部１３ｂからなり、一方の中央金型櫛歯部１３ａが延在する方向と、他方の中央金型櫛歯部１３ｂが延在する方向とが押圧部１５において直交する。そして、これらの方向は図４に示すように、板状試験片１００の片部１０３ａ及び１０３ｂを介して中央部１０１に圧縮荷重及び／又は引張荷重を作用させる二軸の方向に対応する。

図３および図１（ｃ）に示す押圧部１５は、二組の中央金型櫛歯部１３ａおよび中央金型櫛歯部１３ｂに囲まれて中央金型１１で挟持された板状試験片１００の中央部１０１を押圧するものであり、押さえ機構２１により所定の挟持力で板状試験片１００の中央部１０１を押圧する。

軟質部材１７は、押圧部１５におけるひずみゲージ１０５に当接する部位に設けられてヤング率が1500MPa以上3000MPa以下のものである。また、軟質部材１７は、少なくともひずみゲージ１０５が貼付された側となる中央金型１１ａの押圧部１５に設けられているものとする。

押圧部１５に設けられた軟質部材１７の一例を図５に示す。図５は、板状試験片１００の上下両面を挟持する中央金型１１ａおよび１１ｂ（図４（ａ）参照）のうち、板状試験片１００に貼付されたひずみゲージ１０５側となる中央金型１１ａの下面側を上にして図示したものである。なお、図５（ａ）は、軟質部材１７が設けられておらず、板状試験片１００に直接当接する押圧面部１５ａを有する中央金型１１ｃを示したものである。

本実施の形態に係る二軸圧縮引張試験用治具１に用いられている中央金型１１ａは、図５（ａ）に示す中央金型１１ｃの押圧面部１５ａに矩形状の凹みを設け、凹ませた部位１５ｂ（図５（ｂ））に軟質部材１７を嵌め込んだものである（図５（ｃ））。

このように、押圧部１５における板状試験片１００に当接する全面に軟質部材１７が設けられていることにより、中央金型１１により板状試験片１００を挟持したときにおいては、板状試験片１００の中央部１０１に貼付されたひずみゲージ１０５に軟質部材１７を当接させることができる。

なお、軟質部材１７の材料としては、樹脂を例示でき、ヤング率が上記の1500MPa以上3000MPa以下の範囲にあるものを選択すればよい。
さらに、図５（ｃ）に示す軟質部材１７は、一例として、押圧部１５における板状試験片１００に当接させる全面に設けられたものである。もっとも、本発明においては、押圧部１５における板状試験片１００の当接する面部のうちひずみゲージ１０５に当接する一部の部位に設けてもよい（図示なし）。この場合、押圧部１５においては、板状試験片１００に当接させる面と軟質部材とが面一となるように軟質部材を設ければよい。

≪押さえ機構≫
押さえ機構２１は、中央金型１１に対して板状試験片１００の板厚方向に所定の挟持力を付与する挟持力付与手段として、図１（ｂ）に示すように、ベース部２３と天板部２５とボルト２７を備えてなるものであり、ベース部２３と天板部２５により中央金型１１の上下から挟持する。

押さえ機構２１においては、ベース部２３と天板部２５の四隅をボルト２７により任意の締付力で締め付けることにより中央金型１１に所定の挟持力を付与し、中央金型１１の押圧部１５で板状試験片１００の中央部１０１を押圧することができる。

天板部２５の下面（中央金型１１側）における中央金型１１の上面（押圧部１５に対応する上面側）には、当接する位置に凸部（図示なし）が設けられており、板状試験片１００の中央部１０１を押圧する挟持力を付与する際に、天板部２５を中央金型櫛歯部１３には当接させずに中央金型１１を挟持できるようになっている。

このため、当該凸部を中央金型１１の押圧部１５に当接させて押さえ機構２１が中央金型１１に挟持力を付与した状態であっても、第１側部金型３１および第２側部金型４１を移動させることができる。

≪第１側部金型および第２側部金型≫
第１側部金型３１および第２側部金型４１は、図１および図３に示すように、側部金型として中央金型１１の各四辺の側方に配設され、板状試験片１００の片部１０３を上下両面から挟持するものであり、板状試験片１００の面内方向に所定の荷重（圧縮及び／又は引張）を作用させる。

第１側部金型３１は、図３に示すように、中央金型１１の押圧部１５を挟んで対向して配設された一組の第１側部金型３１ａ、３１ｂからなり、第１側部金型３１ａ、３１ｂは、板状試験片１００における一組の片部１０３ａを保持する保持部３３ａ、３３ｂを有している。また、第１側部金型３１ａ、３１ｂの端部には、中央金型１１の中央金型櫛歯部１３ａに抜き挿し可能な側部金型櫛歯部３５ａ、３５ｂが形成されている。

同様に、第２側部金型４１は、中央金型１１の押圧部１５を挟んで対向して配設された一組の第２側部金型４１ａ、４１ｂからなり、第２側部金型４１ａ、４１ｂは、板状試験片１００の片部１０３ｂを保持する保持部４３ａ、４３ｂを有している。また、第２側部金型４１ａ、４１ｂの端部には、中央金型１１の中央金型櫛歯部１３ｂに抜き挿し可能な側部金型櫛歯部４５ａ、４５ｂが形成されている。

第１側部金型３１および第２側部金型４１は、ベース部２３の上面に設けられたコロ３７およびコロ４７上にそれぞれ設置され、側部金型櫛歯部３５および側部金型櫛歯部４５それぞれが中央金型１１の中央金型櫛歯部１３ａおよび１３ｂに噛み合った状態で抜き差し可能に移動する。

＜二軸圧縮引張試験方法＞
次に、本発明の実施の形態に係る二軸圧縮引張試験方法について、二軸圧縮引張試験用治具１を用いて板状試験片１００において直交する二軸方向に圧縮荷重を作用させる場合を例として説明する。

まず、上下一対の中央金型１１の間に板状試験片１００を配置し、押さえ機構２１により中央金型１１に所定の挟持力を付与し、中央金型１１で挟持された板状試験片１００の中央部１０１を押圧部１５に設けられた軟質部材１７で押圧する。

次に、中央部１０１を押圧した状態のまま、第１側部金型３１の側部金型櫛歯部３５が中央金型１１の中央金型櫛歯部１３ａに噛み合った状態で抜き差し可能となるように第１側部金型３１を配設するとともに、第２側部金型４１の側部金型櫛歯部４５が中央金型櫛歯部１３ｂに噛み合った状態で抜き差し可能となるように第２側部金型４１を配設する。

ここで、上下一対の各第１側部金型３１の保持部３３で板状試験片１００の片部１０３ａの上下両面を保持し、上下一対の各第２側部金型４１の保持部４３で板状試験片１００の片部１０３ｂの上下両面を保持する。

そして、各第１側部金型３１が片部１０３ａを、各第２側部金型４１が片部１０３ｂを保持した状態で、第１側部金型３１および第２側部金型４１を中央金型１１に向かって移動させる。

第１側部金型３１および第２側部金型４１は、それぞれが互いに干渉することなく中央金型１１に向けて移動させることができるため、板状試験片１００の中央部１０１を二軸圧縮状態とすることができる。

ここで、二軸圧縮引張試験用治具１においては、押さえ機構２１により上下一対の中央金型１１を挟持し、押圧部１５により板状試験片１００における中央部１０１の全面を押圧するため、中央部１０１に押圧荷重を付与できない部位は存在しない。そのため、中央部１０１に二軸圧縮荷重を作用させた状態においても中央部１０１の座屈変形を防止することができる。

本実施の形態では、板状試験片１００の中央部１０１に貼り付けたひずみゲージ１０５により、二軸圧縮状態におけるひずみを測定するものであるが、軟質部材１７がひずみゲージ１０５に当接するように板状試験片１００を中央金型１１の押圧部１５で押圧している（図１（ｃ）参照）。

上述のとおり、軟質部材１７は、ヤング率が1500MPa以上3000MPa以下のものとする。
ヤング率が1500MPa未満の軟質部材１７を用いた場合、図６（ａ）に示すように、板状試験片１００の中央部１０１に圧縮荷重を作用させると中央部１０１が座屈してしわを生じ、ひずみゲージ１０５の測定精度が低下する。

また、ヤング率が3000MPa超の軟質部材１７を用いた場合、図６（b）に示すように、押圧部１５で板状試験片１００を押圧するとひずみゲージ１０５自体や、ひずみゲージ１０５とリード線１０７の接続部が損傷する。前述のとおり、一般的に用いられるひずみゲージは、樹脂製のベースの厚みが数十μmのものが用いられている。しかしながら、このようなひずみゲージを板状試験片に貼付し、該板状試験片を中央金型で挟持して所定の荷重を板厚方向に付与すると、ひずみゲージに欠損が生じたり、ひずみゲージに接続するリード線との接続部が損傷し、ひずみを測定することができなくなってしまう場合があった。

前述のとおり、ひずみゲージ１０５には、ベース部（図示なし）の厚みが約10μm程度の薄いものを用いることができるが、このような薄型のひずみゲージ１０５を使用する場合であっても、圧縮荷重を作用させたときに中央部１０１における板厚方向の座屈を防ぐために所定の荷重で押圧する必要があるため、ひずみゲージ１０５が欠損しやすい。さらに、ひずみゲージ１０５に接続するリード線１０７はその線径が0.1mm程度であってひずみゲージ１０５よりも厚みがあるために、当該接続部が損傷する場合もある。

一方、ヤング率が1500MPa以上3000MPa以下の軟質部材１７を用いることで、板状試験片１００の面内方向に圧縮荷重を作用させたとの測定精度を低下させずに、かつ、ひずみゲージ１０５の欠損を防止して二軸圧縮状態におけるひずみを測定することができる。

なお、上記の説明は、二軸圧縮試験を行う場合についてのものであったが、本発明に係る二軸圧縮引張試験方法は、既存の二軸圧縮引張試験機を用いて行うことを想定したものである。そのため、板状試験片１００の片部１０３を保持する一組の第１側部金型３１と一組の第２側部金型４１を互いに独立に移動させることにより、板状試験片１００の中央部１０１に対して圧縮荷重又は引張荷重を作用させても良い。

例えば、中央金型１１の押圧部１５により板状試験片１００の中央部１０１を押圧した状態で、板状試験片１００の片部１０３ａを保持する第１側部金型３１を中央金型１１に向かって移動させるとともに、片部１０３ｂを保持する第２側部金型４１を中央金型１１から離れる方向に移動させることにより、面外座屈を防止しながら板状試験片１００に単軸圧縮荷重と単軸引張荷重を作用させる一軸圧縮・他軸引張試験を行うことができる。

同様に、片部１０３のうち一方の一組の片部１０３ａを保持する第１側部金型３１と、片部１０３ｂを保持する第２側部金型４１の双方を板状試験片１００の中央部１０１から離れる方向に移動させて引張荷重を作用させることで、板状試験片１００に二軸引張荷重を作用させる二軸引張試験を行うことができる。

また、本発明に係る二軸圧縮引張試験方法で用いる二軸圧縮引張試験用治具１は、板状試験片１００の片部１０３ａを保持する第１側部金型３１と、片部１０３ｂを保持する第２側部金型４１とをそれぞれ独立に移動させることができるので、上記のように十字形状の板状試験片１００に対して、二軸圧縮荷重だけでなく二軸引張荷重や一軸圧縮荷重・他軸引張荷重を作用させることができるだけでなく、各軸方向に作用させる荷重の比（応力比）を任意に設定することができる。

さらに、二軸圧縮引張試験用治具１を用いる二軸圧縮引張試験方法においては、例えば上記のように第１側部金型３１および第２側部金型４１を用いて板状試験片１００に引張荷重を付与した後、第１側部金型３１および第２側部金型４１それぞれを板状試験片１００の中央部１０１側に向かって移動させて圧縮荷重を作用させることにより、面外座屈を防止しながら面内反転負荷試験を行うこともできる。

また、上記の説明は、板状試験片１００を水平に配置したものであったため、中央金型１１、第１側部金型３１および第２側部金型４１は、板状試験片１００に対して上下両面に配置されているものであるが、本発明は、二軸圧縮引張試験用治具の配置をこれに限定されるものではなく、二軸圧縮引張試験機に板状試験片を設置する向きに合わせて配置すれば良い。

なお、第１側部金型３１および第２側部金型４１は、それぞれの側部金型櫛歯部３５および４５が中央金型１１の中央金型櫛歯部１３ａおよび１３ｂに噛み合った状態で移動させる際に摩擦力を低減させるために、例えば板状試験片１００と中央金型１１との間にテフロン（登録商標）シートを挟み込んでもよい。

本発明に係る二軸圧縮引張試験用治具および二軸圧縮引張試験方法の作用効果について確認するための具体的な実験を行ったので、以下これについて説明する。

本実施例では、図１に示す二軸圧縮引張試験用治具１を用いて、図７に示す十字形状の板状試験片１１０の二軸方向から圧縮荷重を作用させたときの中央部１１１に生じるひずみを測定した。

板状試験片１１０は、引張強度590MPa級、板厚1.2mmの冷延鋼板を供試材とし、正方形の中央部１１１と、中央部１１１を挟んで対向し外方に延出する二組の片部１１３ａ及び片部１１３ｂを有する十字形状とした。ここで、中央部１１１の幅を30mm、片部１１３ａ及び片部１１３ｂそれぞれの軸方向（図７中のX軸方向及びY軸方向）における板状試験片１１０の長さを320mmとした。

二軸圧縮試験においては、まずは、板状試験片１１０の中央部１１１には、リード線（銅線、φ0.14mm）を接続したひずみゲージ（ベースの厚み13μm）を貼付した。そして、板状試験片１１０の中央部１１１を中央金型１１により挟持するとともに片部１１３を第１側部金型３１及び第２側部金型４１により保持し、二軸応力試験機（図示なし）に設置した。中央金型１１により中央部１１１を挟持する際には、軟質部材１７を板状試験片１１０に貼付したひずみゲージに当接させた。

そして、中央部１１１に二軸方向（図７のX軸方向及びY軸方向）から圧縮荷重を作用させ、中央部１１１に生じるひずみをひずみゲージにより測定した。さらに、板状試験片１１０に付与した荷重と板状試験片の片部の断面積から、中央部１１１に作用する応力を各軸方向について算出した。

本実施例では、ヤング率が本発明の範囲内である1500MPa以上3000MPa以下の樹脂を軟質部材１７に用いた場合を発明例とした、

図８に、軟質部材１７としてヤング率2000MPaのポリウレタンを用いて二軸圧縮荷重を作用させたときのX軸方向及びY軸方向それぞれの塑性ひずみと真応力の関係の測定結果を示す。

図８の横軸は、引張側のひずみを正（プラス）としたときの塑性ひずみの値である。図８より、測定された塑性ひずみと真応力の関係は、X軸方向とY軸方向とでほぼ同等結果となり、本発明に係る二軸圧縮引張試験用治具１を用いることで、塑性ひずみが-0.012（圧縮）まで測定できることが示される。

本実施例では、軟質部材が設けられておらず板状試験片１１０に直接当接する押圧面部１５ａが設けられた中央金型１１ｃ（図５（ａ）参照）を用いた場合を従来例とし、前述の発明例と同様に板状試験片１１０に対して二軸方向から圧縮荷重を作用させて試験を行った。しかしながらひずみゲージが貼付された板状試験片１１０を中央金型１１ｃにより挟持して所定の荷重で押圧したところ、ひずみゲージが損傷してしまい、ひずみを測定することはできなかった。

さらに、本実施例では、発明例の比較対象として、軟質部材１７のヤング率が本発明の範囲外（1500MPa未満又は3000MPa超）の樹脂を用いた場合を比較例とした。比較例においても、板状試験片１１０に貼付したひずみゲージによりひずみを測定し、軟質部材１７に用いた樹脂の種類とヤング率以外の条件（荷重条件、試験片形状など）は、発明例と同一とした。
表１に、本実施例において軟質部材１７の材料として用いた樹脂の種類と、各樹脂のヤング率を示す。

表１に、二軸圧縮荷重を付与したときの実験可否の結果も併せて示す。実験可否の欄に示す“しわ”は、二軸圧縮荷重を付与することで中央部１１１が座屈してしわが発生したもの、“ゲージ欠損”は、ひずみゲージの欠損やリード線との接続部の損傷によりひずみの測定ができなかったもの、“○”は、中央部１１１におけるしわやひずみゲージの欠損のいずれも生じることなく。ひずみを測定できたものを示してる。さらに、軟質部材１７の種類とヤング率が異なるものであって、発明例におけるひずみの測定値は一致する結果であった。

表１より、発明例においては、軟質部材１７に用いた樹脂の種類によらずヤング率が1500MPa以上3000MPa以下ものであれば、中央部１１１における座屈の発生と、ひずみゲージの損傷の双方を防止することができた。
これに対し、比較例においては、軟質部材１７の種類によらずヤング率が本発明の範囲よりも小さい場合にはしわが発生し、ヤング率が本発明の範囲よりも大きい場合にはひずみゲージが欠損し、試験ができなかった。

以上、本発明に係る二軸圧縮引張試験用治具によれば、十字形状の板状試験片に圧縮荷重を作用させても面外座屈を防止して二軸圧縮引張試験を行うことができることが実証された。さらに、本発明に係る二軸圧縮引張試験用治具を用いて二軸圧縮引張試験を行うことにより、プレス成形解析に有意な材料特性（ひずみ−応力関係）を取得できることが示された。

１ 二軸圧縮引張試験用治具
１１、１１ａ、１１ｂ 中央金型
１１ｃ 中央金型（従来例）
１３、１３ａ、１３ｂ 中央金型櫛歯部
１５ 押圧部
１５ａ 押圧面部
１５ｂ 部位
１７ 軟質部材
１９ 位置決めピン
２１ 押さえ機構
２３ ベース部
２５ 天板部
２７ ボルト
３１、３１ａ、３１ｂ 第１側部金型
３３、３３ａ、３３ｂ 保持部
３５、３５ａ、３５ｂ 側部金型櫛歯部
３７ コロ
４１、４１ａ、４１ｂ 第２側部金型
４３、４３ａ、４３ｂ 保持部
４５、４５ａ、４５ｂ 側部金型櫛歯部
４７ コロ
１００ 板状試験片
１０１ 中央部
１０３、１０３ａ、１０３ｂ 片部
１０５ ひずみゲージ
１０７ リード線
１１０ 板状試験片
１１１ 中央部
１１３、１１３ａ、１１３ｂ 片部

Claims (2)

1. ひずみゲージを貼付した十字形状の板状試験片に圧縮荷重及び／又は引張荷重を作用させて、該板状試験片に生じるひずみを前記ひずみゲージにより測定する二軸圧縮引張試験に用いる二軸圧縮引張試験用治具であって、
   前記板状試験片を両面から挟持する一対からなる矩形の中央金型と、
   該中央金型に前記板状試験片の板厚方向に所定の挟持力を付与する挟持力付与手段と、
   前記中央金型の四辺の側方に配設されて前記板状試験片における十字形状の各片部を両面から挟持し、前記板状試験片の面内方向に所定の荷重を作用させる一対からなる側部金型と、を備え、
   前記中央金型は、その四辺の縁部に形成された櫛歯状の凹凸からなる中央金型櫛歯部と、該中央金型櫛歯部に囲まれて前記中央金型で挟持された前記板状試験片の中央部を押圧する押圧部と、該押圧部における前記ひずみゲージに当接する部位に設けられてヤング率が1500MPa以上3000MPa以下の軟質部材を有し、
   前記各側部金型は、前記板状試験片の片部を保持する保持部を有すると共に端部に前記中央金型櫛歯部に抜き差し可能な側部金型櫛歯部が形成されていることを特徴とする二軸圧縮引張試験用治具。
2. 請求項１に記載の二軸圧縮引張試験用治具を用いて、十字形状の板状試験片に圧縮荷重及び／又は引張荷重を作用させる二軸圧縮引張試験方法であって、
   前記板状試験片の中央部にひずみゲージを貼付し、
   前記押圧部に設けられた前記軟質部材を前記板状試験片に貼付したひずみゲージに当接させ、前記押圧部で前記板状試験片の中央部を所定の押圧荷重で押圧するとともに、前記側部金型の保持部で前記板状試験片の各片部を保持した状態で、前記板状試験片の中央部に圧縮荷重及び／又は引張荷重を作用させて前記ひずみゲージによりひずみを測定することを特徴とする二軸圧縮引張試験方法。