JIS R 1656:2003 長繊維強化セラミックス複合材料の常温における引張応力―ひずみ挙動試験方法 | ページ 2

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        6.2.3 試験片連結カップラ− 試験片をつなぐ種々の方式の装置(試験片連結カップラー)が,
            直接又は間接グリップアッセンブリーを試験機に取り付けるのに用いられる。グリップ方式
            とともに試験片連結カップラーは,試験片連結及びその結果試験片に負わせられる曲げ成分
            の調整に重要な役割を果たす。試験片連結カップラーやつかみ部界面の効果は,8.1で議論す
            る手順によって確認する。
                                             1.試験片
                                             2.くさびつかみ
                                             3.つかみ本体
                                             4.つかみ機構
                                  図 1 直接グリップ方式の例
                              1.拘束板   2.試験片
                               3.横方向センター合わせ挿入部材
                     4.つかみ取付
                                  図 2 間接グリップ方式の例

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6.3 ひずみ測定

 この規格での長繊維強化セラミックス複合材料試験片の引張試験には,ひずみ測定が
要求される。伸び計はJIS B 7741に準じて等級1とする。伸び計のゲージ長は10 mm以上(25 mmが望ま
しい)とし,試験片ゲージ部の平行部中央線上の中心点に対して対称の位置にセットさせねばならない。
  試験片と機械的に接触する伸び計は,引張挙動に有害な影響を生じるような損傷を試験片表面に与えて
はならない。伸び計が8.1で許容する以上の曲げ率を生じないことを保証する必要がある。伸び計は,ひ
ずみの平均値又は試験中の曲げを決定するために,試験片の両側面で伸びが測定できる方式とする。また,
長繊維強化セラミックス複合材料の引張試験におけるひずみを測定するために,ひずみゲージを用いるこ
ともできる。ひずみゲージによる検出値が,繊維をまたがったような局部的なひずみ現象による不当な影
響を受けないことを保証できない場合は,ひずみゲージは,縦方向長さは9mm以上必要であり,12mm以
上であることが好ましく,横方向の長さは6mm以上が望ましい。ひずみゲージ,表面調整,接着剤は対象
試料に対して適切な試験ができるように選定するのが望ましく,また,適切なひずみ記録装置を用いるの
がよい。

6.4 データ収集

 最小限,アナログチャート記録計又はデジタルデータ収集システムを用いて,時間に
対する付加荷重,ゲージ部伸び又はひずみの時間変化を自動記録する。記録装置は,出力ユニットも含め
て,試験システムの選択範囲において1.0%以内の精度でなければならない。応答速度50Hz以上をもち,
しかも,最小データ採取速度10Hz以上をもった方がよい。

6.5 寸法測定

 マイクロメータや直線寸法を測定するために用いられるその他の装置は,個々の寸法を
測定するために要求される最小寸法の少なくとも1/2の精度及び精密さをもたなければならない。しかも
JIS B 7502及びJIS B 7503に準じていなければならない。断面寸法に対する首尾一貫した測定を得るには,
平たんなアンビル型のマイクロメータを用いる。測定端が鋭いアンビル型のマイクロメータは,織物強化
セラミックス複合材料には望ましくない。その理由は,その織物の凹凸に影響されるからである。断面寸
法は,0.01mmの精度をもつ寸法測定装置を用いて,0.02mm以内で測定する。

7. 試験片

7.1 試験片形状

 引張試験用の試験片の形状は,得られたデータをどのように使用するかによって異な
ったものになる。例えば,材料の引張強さを求めるときには,試験片の厚さ,幅及び長さの影響を考慮す
る必要がある。一方,特定の成形条件で作製された長繊維強化セラミックス複合材料に関して,構成材料
の相互作用を評価するときには,試験片の諸寸法を一定に保てば十分である。このような理由から,この
規格では,広範な用途に適合するものとして特定の唯一の試験片形状を推奨することはしない。表2及び
表3は,それぞれ図3及び図4に示す形状の試験片に対する主要な寸法上の要求条件を示したものである。

7.2 試験片の準備

 試験片の作製方法としては,どのような方法でもよいが,第三者が追試験を行える
程度の詳細にわたる説明が求められる。
7.2.1 成形したままの材料 成形後機械加工せずに用いる場合には,試験片の表面/側面の状態もそれに
対応した機械加工なしの状態に保つ必要がある。成形直後の状態の試験片は,表面状態が粗く,厚さも一
様ではなく,繊維の配向の大きな乱れを伴う可能性があり,ゲージ部以外の破壊を起こしやすい。
7.2.2 適用状態の表面仕上げ材料 ある部材に適用することがわかっているときには,その表面及び角の
仕上げ状態に近い状態の試験片を準備することが推奨される。もし,それが不可能なときには,材料の切
出し位置,研削といしの種類・粗さ,といしに用いられる接着剤,1回の研削量,冷却剤の種類などを報
告書に記入する。
7.2.3 標準加工材料 適用状態を満足する機械加工条件が既に明らかにされているときには(機械加工に

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よって評価結果に影響を及ぼすような表面欠陥,内部欠陥又は残留応力が発生しないことが保証される。),
その条件で試験片を準備する。
7.2.4 推奨される加工法 材料の研削及び切削は,材料及び加工部材の加工部分を多量の冷却液で洗い流
し,研削の破片がスムーズに流れ去る状態で行う。研削は,荒研削と仕上げ研削の2段階に分けて行う。
1回の研削及び切削は,最大深さ0.03mm以下とし,#320と#600との間の粗さのダイヤモンドといしを用
いる。ゲ−ジ部の最終研磨は,縦方向に行う。
                               表 2 ダンベル形試験片の最小寸法
          寸法                              最小値 mm                          許容値 mm
 全長,L2                 ≧100                                           ±0.5
 ゲージ長,L1             ≧30                                            ±0.2
 厚さ,d                  ≧2,かつ最小限 a)簡単な織物材では3枚           ±0.2
                           又は,b)複雑な織物材では1単位胞
 ゲージ部幅,W1           ≧6,かつ最小限 a)簡単な織物材では3繊維束       ±0.2
                           又は,b)複雑な織物材では1単位胞
 つかみ部幅,W2           ≧10,かつ最小限1.4×W1                         ±0.2
 R部半径,R               ≧35                                            ±2
 機械加工部の平行度       0.05
                                  b   a
            L1 : ゲージ長   注a : ゲージ部はつかみ部へスムーズに移行。
            L2 : 全長       注b : つかみ部とゲージ部は段差の
            W1 : ゲージ部幅       ないスムーズな曲面で交差している。
            W2 : つかみ部幅
             d : 厚さ
             R : R部半径
                          図3 “一般的な”ダンベル形試験片

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                                                                                   R 1656 : 2003
                                  表 3 短冊形試験片の最小寸法
           寸法                             最小値 mm                          許容値 mm
  長さ L                  ≧100                                           ±0.5
  厚さ d                  ≧2,かつ最小限 a)簡単な織物材では3枚           ±0.2
                           又は,b)複雑な織物材では1単位胞
  幅W                     ≧6,かつ最小限 a)簡単な織物材では3繊維束       ±0.2
                           又は,b)複雑な織物材では1単位胞
  機械加工部の平行度      0.05
                            図 4 “一般的な”短冊形試験片(表3参照)

7.3 試験片の本数

 一条件で最低5本の有効試験を実施して平均値を求める。引張強さのばらつきを議
論するにはより多くの試験が必要である。材料コストの制限によって試験本数が限られるときには,より
少数の試験にならざるを得ないが,その場合の試験結果は材料特性の傾向を把握するという目的に使用す
ることが推奨される。

7.4 有効な試験

 次のすべての条件を満足したときに,有効な試験結果が得られたものと判断する。
a) すべての試験条件が,この規格を満足する。
b) 破壊が,一様応力が作用するゲージ部で起こっている。破壊がゲージ部以外で起こったときには除外
    し,有効な試験条件の吟味などに活用する。

7.5 試験片のエンドタブ

 グリップによる負荷方式を採用するときには,試験片の両端部に補強タブを
用いるのがよい。タブ用の推奨材料としては,ガラス繊維強化又は炭素繊維強化のエポキシ樹脂複合材料
(0°/90°のクロスプライなど)が挙げられる。タブの先端には15°以下の傾斜を付け,タブ長さは30 mm
以上,タブ幅は試験片と同一,タブ厚さは両側あわせて試験片と同等とする。タブは高伸度の接着剤で取
り付け,接着面積は,接着剤の剪断強さ・試験片の引張強さの推定値から決定する。もし,10-20%程度の
破壊が材料端のタブ内で起こったときには,タブ材料,タブ形状,グリップ方式,接着剤などの再検討を
行い,ゲージ部での破壊確率が増えるよう改良を行うものとする。図5は試験実績のあるタブ形状の一例
である。

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                                a : 試験片幅b : 試験片の中心方向
                 備考 表面仕上げは0.5μmRa1.0μmRa,端面仕上げは1μmRa2μmRa
                           図 5 傾斜のついたエンドタブの例 単位mm

8. 試験条件

8.1 引張軸方向の調整の確認

 最低限,試験開始時及び終了直後に,試験機と試験片軸の一致を確認す
る。曲げ率は,比例限界応力のひずみの半分又は0.0005 mm/mmのひずみにおいて10 %以内であるもの
とする。
    備考 破壊力学に基づいた引張挙動の厳密な議論を行うときは, 5%採用の必要性もありうる。
8.1.1  引張軸方向調整における曲げひずみ成分測定,曲げ率算出法 引張軸方向調整における曲げひずみ
成分測定及び曲げ率算出法は,附属書1(規定)に示す方法による。

8.2 試験モード及び試験速度

 試験は負荷力,変位又はひずみ制御で行う。試験は,材料の強さを決
定する破壊が,試験開始後30秒以内で起こるように迅速に行う。この条件は,試験速度依存性を評価す
るときには除外する。
    備考 環境効果を最小限にとどめるために,空気中で試験を行うときには,0.010.05mm/s程度の遅
          いクロスヘッド移動速度がよい。

9. 試験手順

9.1 試験片寸法

 各試験片のゲージ部の板厚と幅を0.02mmの精度で測定する。ゲージ部の少なくとも三
つの異なる断面で寸法を計測する。引張応力の計算に用いるために,計測した寸法と計測位置を報告する。
応力の計算には,複数の測定寸法の平均値を用いる。

9.2 試験準備

 各試験において,特別の部品を要したときには報告する。試験片のつかみ部以外の表面
に,消えないマーカーを用いて”上”,”下”,”前(試験者に向いた面)”の印を記入する(もし,試験を水
平にして行うときは、“上”、“下”の代わりに“左”,“右”を記入する。)。試験機の試験モード,試験速度
を設定する。試験片の片端をグリップに固定する。試験片に一切の荷重が作用しない状態で,試験片ゲー
ジ部に伸び計を装着して出力のゼロバランスをとるか,又は,ひずみゲージの導線をアンプに接続して,
出力のゼロバランスをとる。残った片方の端をグリップして,負荷系の”ガタ”を取り除くために試験片
に初期荷重をかける。データ記録のための自動データ収集システムを立ち上げる。データ収集を開始する。

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