JIS R 1722:2015 室温における長繊維強化セラミックス複合材料の一定振幅下での疲労試験方法 | ページ 2

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R 1722 : 2015
3.9
応力比,R(stress ratio)
  繰返し疲労試験中の1サイクル内における最大応力と最小応力との比。R=(最小応力/最大応力)
3.9.1
最大応力,σmax(maximum stress)
  1サイクル中の最大負荷応力。
3.9.2
最小応力,σmin(minimum stress)
  1サイクル中の最小負荷応力。
3.9.3
平均応力,σm(mean stress)
  1サイクル中の平均負荷応力。σm=(σmax+σmin)/2。
3.9.4
応力振幅,σa(stress amplitude)
  1サイクル中の最大応力と最小応力との差の1/2。σm=(σmax−σmin)/2。
3.10
最大ひずみ,εmax(maximum strain)
  1サイクル中の最大負荷ひずみ。
3.11
最小ひずみ,εmin(minimum strain)
  1サイクル中の最小負荷ひずみ。
3.12
平均ひずみ,εm(mean strain)
  1サイクル中の平均負荷ひずみ。εm=(εmax+εmin)/2。
3.13
ひずみ振幅,εa(strain amplitude)
  1サイクル中の最大ひずみと最小ひずみとの差の1/2。εa=(εmax−εmin)/2。
3.14
繰返し数,N(number of cycles)
  試験中に試験片が負荷された荷重サイクルの総数。
3.15
繰返し疲労寿命,Nf(cyclic fatigue life)
  試験片が破断するまでの荷重サイクルの総数。
3.16
破断寿命時間,tf(time to failure)
  繰返し疲労寿命Nfまでに要した時間。

4 試験方法の概要

  疲労試験機を使用して,次のいずれかの方法によって試験片に荷重を繰返し負荷し,破壊までの繰返し
疲労寿命,破断寿命時間を測定する。

――――― [JIS R 1722 pdf 6] ―――――

                                                                                              5
                                                                                   R 1722 : 2015
a)   法 一定の周波数において,二つの一定応力レベル間で荷重を繰返し負荷する。
b)   法 一定の周波数において,二つの一定ひずみレベル間で荷重を繰返し負荷する。
c)   法 一定の周波数において,二つの一定変位レベル間で荷重を繰返し負荷する。
  ひずみ測定を行っていない場合は,破断寿命又は疲労試験後の残留強度を求める。ひずみ測定を行って
いる場合は,破断寿命又は疲労試験後の残留強度に加えて,適切な間隔で応力・ひずみデータを取得して
損傷パラメータを求める。

5 装置及び器具

5.1 疲労試験機

  疲労試験機は,油圧式又はそれに準じる試験機であり,荷重又はひずみ制御(アクチュエータ変位制御
を含む。)が可能なものとする。
  疲労試験のために設計され,試験片に負荷された荷重を測定するシステムを備えており,JIS B 7721で
規定する等級1以上のものを使用する。試験機の精度は,実際の試験条件においても有効でなければなら
ない。試験機は,試験周波数における繰返し数カウンターを備えていなければならない。

5.2 荷重伝達系(負荷ジグ)

  負荷ジグは,ロードセルの測定値と,実際の試験片に負荷される荷重とが一致するようにしなければな
らない。そのために負荷ジグは,試験片に曲げ又はねじりが発生しないように,負荷方向に対して軸合わ
せ(アライメント)をする必要がある。負荷ジグ及び試験片のアライメント(軸ずれ)の評価は,ISO 17161
(附属書JA参照)又はJIS R 1687の附属書Aで規定する方法によって実施する。測定される曲げ率の最
大値は,500×10−6ひずみにおいて5 %を超えてはならない。
  グリップは,試験片をつかみ,荷重を負荷するために使用される。グリップは,試験片を滑らせないも
ので,かつ,負荷方向に適切な軸合わせをしなければならない。油圧グリップを使用するのが望ましい。

5.3 伸び計

  長手方向の変形を連続的に測定する場合は,試験周波数に対応しているひずみゲージ又は伸び計を用い
る。伸び計は,JIS B 7741に準じた等級1以上のものを使用する。評点となるナイフエッジの間隔が可能
な限り広い伸び計を用いることが望ましい。伸び計の直線性は,フルレンジに対して0.15 %以下とする。
伸び計の性能は,試験中に変化してはならない。伸び計が試験片との接触点で滑らないような,また,接
触点が破壊起点とならないような最小の接触力とする。

5.4 データ収集システム

  荷重及び変位データを記録するため,校正された記録計を使用する。デジタルデータ記録ができる機器
の使用が望ましい。

5.5 寸法測定器

  試験片の形状測定に使用する長さ計は,0.01 mmの単位まで測定できるもの,又はこれと同等以上の目
量をもつものとする。マイクロメータは,JIS B 7502に規定するものを使用する。

5.6 ひずみゲージ

  ひずみゲージは,負荷ジグ及び試験片のアライメントを確認するために使用する。また,試験中の長手
方向ひずみの測定にも使用できる。いずれの場合にも,繊維束の交差のような試験片の表面における局所
的な形状などによって影響されないような十分な長さのゲージ長とする。また,ひずみ測定値が,試験片
表面状態又は接着剤によって影響されないように十分に注意しなければならない。

――――― [JIS R 1722 pdf 7] ―――――

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  ゲージ長は一般に,2D及びxD材共に,構造ユニットセル(複合材料の織物周期構造をなす最小単位)
2単位以上の長さとする。ひずみゲージ,表面調整及び接着剤は,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 試験片

  試験片形状は,材料及び強化体の構造,負荷方法,試験方法などを考慮して選択する。長繊維強化セラ
ミックス複合材料の寿命は応力又はひずみに大きく依存するので,試験片の形状は,平行部で破壊が発生
するように設計する必要がある。このため,表1に示すようなダンベル形試験片を用いることが望ましい。
  一方向強化(1D)複合材料の場合は,ダンベル形試験片は適切ではなく,全長が100 mm以上の短冊試
験片を使用する。
  引張り・圧縮疲労試験を行う場合,試験片形状は座屈破壊が起こらないように決める必要がある。
    注記 試験片平行部の断面積は,構造ユニットセル(複合材料の織物周期構造をなす最小単位)の4
          倍以上であることが望ましい。具体的には,平行部の幅は簡単な織物材では3繊維束,複雑な
          織物材では構造ユニットセル2単位を最小とする。厚さは簡単な織物材では3層,複雑な織物
          材では構造ユニットセル2単位を最小とする。
                          表1−ダンベル形試験片で推奨される試験片寸法
      注a) 平行部はつかみ部へスムーズに移行。
        b) つかみ部と平行部とは段差のないスムーズな曲面で交差している。
                                                                   単位 mm
                            項目              寸法(2D及びxD)       許容差
                   全長 lt                          ≧100            ±0.5
                   平行部長さ l                     ≧30             ±0.5
                   厚さ d c)                         ≧2             ±0.2
                   平行部幅 W1 d)                    ≧4             ±0.2
                   つかみ部幅 W2 d)           W2=αW1(α:1.22)    ±0.2
                   r部半径 r                        ≧20             ±2
                   注c) 最大厚さと最小厚さの差は0.05 mm以下とすること。ただし,
                        表面コーティングがある場合は除外する。
                      d) 最大幅と最小幅の差は0.05 mm以下とすること。

――――― [JIS R 1722 pdf 8] ―――――

                                                                                              7
                                                                                   R 1722 : 2015
  ダンベル形状に加えて表2に示す短冊形試験片も使用できる。ただし,短冊形は,つかみ部で破断する
ことがあるので,つかみ部で破断した場合の結果を除外しなければならない。
                            表2−短冊形試験片で推奨される試験片寸法
                                                                   単位 mm
                            項目            寸法(1D,2D及びxD)     許容差
                   全長 lt                          ≧100             ±0.5
                   厚さ d a)                         ≧2              ±0.5
                   幅 W b)                          ≧6              ±0.2
                   注a) 最大厚さと最小厚さの差は0.05 mm以下とすること。ただし,
                        表面コーティングがある場合は除外する。
                      b) 最大幅と最小幅の差は0.05 mm以下とすること。
  短冊形の場合,つかみ部での破断を避けるために,つかみ部にタブを貼り付けることが望ましい。タブ
の推奨材料としては,試験片と似た弾性率をもつ金属,セラミックスなどがある。図2にタブの形状例を
示す。

――――― [JIS R 1722 pdf 9] ―――――

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                                                                                      単位 mm
                                          W : 試験片幅
                                           タブの詳細
                                          タブの接着例
                                 図2−短冊形試験片のタブ形状例

7 試験片の準備

7.1 試験片の加工

  母板から試験片を切り出す場合には,試験片長手方向が荷重を負荷する繊維方向と一致するよう注意す
る。また,切り出した場所・方向などを記録する。

7.2 試験片本数

  有効試験片の本数は,各試験条件に対して3本以上とする。
    注記 統計的な評価が要求されている場合は,合理的な本数とするのがよい。

8 試験方法

8.1 試験片の寸法測定

  試験片の中心及び初期ゲージ部長さ両端の3か所における寸法を室温で0.01 mmの単位まで測定し,算
術平均によって断面積を決定する。

8.2 試験手順

8.2.1  試験片の取付け
  試験機と試験片の軸とを一致させながら,試験ジグに試験片を取り付ける。曲げ,ねじりなどが負荷さ
れないように注意する。
8.2.2  伸び計の取付け

――――― [JIS R 1722 pdf 10] ―――――

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