JP2017067653A

JP2017067653A - 試験片

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Publication number: JP2017067653A
Application number: JP2015194581A
Authority: JP
Inventors: 良太樋口; Ryota Higuchi; 秀樹高部; Hideki Takabe; 松尾　大輔; Daisuke Matsuo; 大輔松尾
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2017-04-06
Anticipated expiration: 2035-09-30
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Abstract

【課題】３点曲げ又は４点曲げ腐食試験において、必要な荷重を抑えながら、試験片の荷重面のひずみを均一に近づけることができる試験片を提供する。【解決手段】試験片１０は、天井部１と、底部２と、一対の側壁部３と、仕切り壁４とを備える。天井部１は、試験片１０の長手方向に延びる。底部２は、天井部１と対向する。一対の側壁部３は、天井部１の両端部と、底部２の両端部との間に形成され、互いに対向する。仕切り壁４は、一対の側壁部３の間において、天井部１から底部２にかけて形成される。天井部１、底部２、一対の側壁部３及び仕切り壁４で囲まれた空間が、複数の貫通孔５を形成する。試験片１０の長手方向から見て、複数の貫通孔５の形状が、上下方向の軸に対して線対称である。【選択図】図１１Ａ

Description

本発明は、３点曲げ又は４点曲げ腐食試験に用いる試験片に関する。

従来、鋼材の耐腐食性の評価のために、４点曲げ腐食試験、又は３点曲げ腐食試験が行われてきた。例えば、特開平１１―５０１４８（特許文献１）には、４点曲げ試験により、耐硫化物腐食割れ性（耐ＳＳＣ性）を評価することが記載されている。

４点曲げ腐食試験は、図１に示すような治具を用いて行われる。図１に示す治具は、試験片ＳＪの上面に接する２つのローラ８ａを上から支持する支持体９ｂと、試験片ＳＪの下面に接する２つのローラ８ｂを下から支持する加重部材９ａとで、試験片ＳＪに上下方向の曲げ荷重を負荷する。このようにして曲げ荷重を負荷した試験片ＳＪを、腐食溶液（Ｈ_２Ｓ溶液）に７２０時間曝し、き裂発生の有無を調べる。

腐食試験では、試験片ＳＪに負荷する荷重が制御される。負荷荷重を設定する方法のひとつとして、図２又は図３に示すように、ひずみゲージ２１を試験片ＳＪに貼る。ひずみゲージ２１の検出値が所定のひずみ（例えば、対象材の降伏強度（ＹＳ）１００％相当のひずみ）となるまで、試験片ＳＪに荷重を負荷して、撓ませる。図２では、ひずみゲージ２１を試験片ＳＪの長手方向中央に貼っている。この構成は、試験片ＳＪが、溶接部分を含まない場合、例えば、鋼管の母材部分から採取された試験片である場合等に適用される。図３では、試験片ＳＪ中央部の溶接金属ＳＪｗの両側にひずみゲージ２１が貼られる。この構成は、試験片ＳＪが、溶接金属を含む場合、例えば、溶接継手部分から採取された試験片である場合等に適用される。

図４及び図５は、試験片ＳＪの形状を説明するための図である。図４に示す試験片ＳＪ１は、直方体であり、平滑試験片と称される。図５に示す試験片ＳＪ２は、対象材である鋼管８０の内面ＳＪｓの一部が、そのまま試験片の一面となっており、内面Ａｓ試験片と称される。

上記の４点曲げ腐食試験では、試験片ＳＪ中央付近におけるき裂発生の有無が評価される。荷重を負荷した試験片ＳＪの表面におけるひずみが一様でない場合、試験片ＳＪ中央から離れた位置でき裂が発生し得る。中央から離れた位置でき裂が発生した場合は、適正な評価が難しくなる。この問題は、３点曲げ腐食試験でも同様に起こり得る。

特開２００４−２７９０８３（特許文献２）には、ＦＲＰの試験片に軸圧縮荷重を加え、曲げ変形させ、破壊させる曲げ試験における、試験片の細長比と、試験片を支持する治具について開示されている。これらの試験片と治具を用いた試験方法によれば、ＦＲＰ板の曲げ強度等を高精度で測定できる。

特開平１１−５０１４８号公報特開２００４−２７９０８３号公報

上記特開２００４−２７９０８３では、ＦＲＰの試験片に軸圧縮荷重を加える試験において、高測定精度を得るための試験片の細長比についての開示はあるものの、３点又は４点曲げ腐食試験において、より適正な評価をするための試験片の構成についての開示はない。一方で、３点又は４点曲げ腐食試験において、低コストで適正な評価を行うためには、荷重の大きさを抑えながら、試験片の荷重面のひずみを均一にするのが好ましいことが、発明者らによって認識されている。

そこで、本願は、３点曲げ又は４点曲げ腐食試験において、必要な荷重を抑えながら、試験片の荷重面のひずみを均一に近づけることができる試験片を開示する。

本発明の実施形態における試験片は、３点曲げ又は４点曲げ腐食試験に用いる試験片である。前記試験片は、天井部と、底部と、一対の側壁部と、仕切り壁とを備える。前記天井部は、前記３点曲げ又は４点曲げ腐食試験において上から荷重がかけられる第１荷重面を有し、前記試験片の長手方向に延びる。前記底部は、前記３点曲げ又は４点曲げ腐食試験において下から荷重がかけられる第２荷重面を有し、前記天井部と対向する。前記一対の側壁部は、前記天井部の長手方向に垂直な方向における両端部と、前記底部の長手方向に垂直な方向における両端部との間に形成され、互いに対向する。前記仕切り壁は、前記一対の側壁部の間において、前記天井部から前記底部にかけて形成される。前記天井部、前記底部、前記一対の側壁部及び前記仕切り壁で囲まれた空間が、前記試験片を長手方向に貫通する複数の貫通孔を形成する。前記試験片の長手方向から見て、前記複数の貫通孔の形状が、前記上下方向の軸に対して線対称である。

本願開示によれば、３点曲げ又は４点曲げ腐食試験において、必要な荷重を抑えながら、試験片の荷重面のひずみを均一に近づけることができる試験片を提供することができる。

図１は、４点曲げ腐食試験に用いられる治具を示す図である。図２は、ひずみゲージを試験片に貼った状態を示す図である。図３は、ひずみゲージを試験片に貼った状態を示す図である。図４は、試験片の形状を説明するための図である。図５は、試験片の形状を説明するための図である。図６は、シミュレーションにおける解析モデルを示す図である。図７は、シミュレーションで用いた対象材の応力−ひずみ特性を示す図である。図８Ａは、平滑試験片のｘｙ平面におけるメッシュ（有限要素）を示す図である。図８Ｂは、内面Ａｓ試験片のｘｙ平面におけるメッシュ（有限要素）を示す図である。図９Ａは、平滑試験片のＦＥＭ解析で得られたひずみ分布（実線）と実測値（丸プロット）を示すグラフである。図９Ｂは、内面Ａｓ試験片のＦＥＭ解析で得られたひずみ分布（実線）と実測値（三角プロット）を示すグラフである。図１０は、内面Ａｓ試験片の厚みを変化させてＦＥＭ解析した結果得られたひずみ分布を示すグラフである。図１１Ａは、本発明の実施形態の試験片の断面図である。図１１Ｂは、図１１Ａに示す試験片の平面図である。図１１Ｃは、図１１Ａに示す試験片の側面図である。図１２は、図１１Ａに示す試験片の変形例を示す図である。図１３Ａは、実施例において、ＦＥＭ解析を行った試験片の横断面の形状を示す図である。図１３Ｂは、実施例１において、ＦＥＭ解析を行った試験片の横断面の形状を示す図である。図１３Ｃは、実施例１において、ＦＥＭ解析を行った試験片の横断面の形状を示す図である。図１４は、実施例１のＦＥＭ解析で得られた必要荷重を示すグラフである。図１５は、実施例１のＦＥＭ解析で得られたひずみ分布を示すグラフである。図１６Ａは、実施例１における試験片のひずみ長手方向成分の分布を示すコンター図である。図１６Ｂは、実施例１における試験片の応力長手方向成分の分布を示すコンター図である。図１７は、実施例２のＦＥＭ解析で得られた貫通孔の高さと必要荷重との関係を示すグラフである。図１８は、実施例２のＦＥＭ解析で得られた貫通孔の高さとひずみ分布との関係を示すグラフである。図１９は、実施例２のＦＥＭ解析で得られた貫通孔の幅と必要荷重との関係を示すグラフである。図２０は、実施例２のＦＥＭ解析で得られた貫通孔の幅と、ひずみ分布の関係を示すグラフである。図２１は、実施例２のＦＥＭ解析で得られた、貫通孔の面積の占める割合と必要荷重との関係を示すグラフである。

３点曲げ腐食試験又は４点曲げ腐食試験では、上記のように、ひずみゲージが試験片の荷重面の中央部に配置される。試験片の荷重面の中央部でのひずみが所定値となるように負荷荷重が設定される。そのため、適正な評価をするには、試験片の荷重面の中央付近におけるき裂発生の有無を評価することが好ましい。しかし、発明者らは、試験片のひずみ測定位置すなわち試験片中央から離れた位置、特に、試験片の荷重面の端部付近で割れが発生するケースに遭遇した。このようなケースでは、対象材の耐腐食性能を適正に評価できない可能性がある。

試験片の端部付近で割れが発生する原因を調べるため、発明者らは、荷重を負荷した試験片の荷重面の中央付近と、端部付近とのひずみの差を測定した。測定は、実測及びシミュレーションで行った。シミュレーションでは、図６に示す解析モデルを用いて、四点曲げ腐食試験を対象としたＦＥＭ解析を行った。

図６では、試験片ＳＪｖの長手方向をｚ方向、試験片ＳＪｖの上下方向すなわち荷重方向をｙ方向、ｚ方向及びｙ方向に垂直な方向をｘ方向としている。図６に示す例では、試験片ＳＪｖにおいて、上から荷重がかかる荷重面（評価面）のｚ方向及びｘ方向における中央の点を中央点Ｃ０とする。ｘ方向の対称境界線ＴＫｘを通りｘｙ平面に平行な面は、試験片ＳＪｖの長手方向（ｚ方向）の対称境界面である。ｚ方向の対称境界線ＴＫｚを通りｙｚ平面に平行な面は、試験片ＳＪｖのｘ方向の対称境界面である。

ローラ８ａｖ、８ｂｖは、剛体モデルとした。試験片ＳＪｖのサイズは、幅ＳＷ＝１０ｍｍ、高さＳＨ＝２ｍｍ、長さＳＬ＝７５ｍｍとした。試験片ＳＪｖの形状は、平滑試験片の場合と、内面Ａｓ試験片の場合の２通りについて解析を行った。試験片ＳＪｖの対象材は、マルテンサイト系ステンレス鋼管（外径３００ｍｍ×肉厚１５ｍｍ）とした。対象材の応力−ひずみ特性のデータとして、図７に示す応力−ひずみ曲線を用いた。

図８Ａは、平滑試験片のｘｙ平面におけるメッシュ（有限要素）を示す。図８Ｂは、内面Ａｓ試験片のｘｙ平面におけるメッシュ（有限要素）を示す。図８Ａ及び図８Ｂいずれも、対称境界線ＴＫｚを含む対称境界面ＴＳｚの右半分のみ示している。

図９Ａは、平滑試験片のＦＥＭ解析で得られたひずみ分布（実線）と実測値（丸プロット）を示すグラフである。図９Ｂは、内面Ａｓ試験片のＦＥＭ解析で得られたひずみ分布（実線）と実測値（三角プロット）を示すグラフである。図９Ａ及び図９Ｂの横軸は、試験片ＳＪｖの荷重面において中央点Ｃ０を通りｘ方向に延びる線上の位置を示す。図９Ａ及び図９Ｂに示すように、解析結果と実測値はおおむね一致している。これにより、ＦＥＭ解析でひずみ分布を精度よく推定可能と考えられる。

図９Ａ及び図９Ｂに示す結果から、試験片の荷重面の中央部付近に比べ端部付近でのひずみが大きくなっていることがわかった。試験片の荷重面端部付近で割れが発生する原因としては、試験片の荷重面に一様なひずみが付与されていないことが考えられる。すなわち、試験片の荷重面の中央付近に比べ、端部付近でのひずみが大きくなっているため、試験片の荷重面の中央から離れた端部付近で割れが発生すると考えられる。

発明者らは、さらに、４点曲げ腐食試験における試験片への荷重の負荷において、試験片荷重面の中央部付近と端部付近のひずみ差を低減する方法についてＦＥＭ解析により検討した。その結果、試験片の厚みを大きくすればひずみ差を低減できるという知見を得た。図１０は、内面Ａｓ試験片の厚み（高さＳＨ）を、２ｍｍ、４ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍとしたときのひずみ分布を示すグラフである。このＦＥＭ解析では、対象材をマルテンサイト系ステンレス鋼管（外径２２０ｍｍ×肉厚１１ｍｍ）としている。図１０に示す解析結果は、内面Ａｓ試験片の高さＳＨを、２ｍｍから８ｍｍにすることで、試験片の荷重面の中央部のひずみに対する端部付近のひずみ比は、１．１９から１．０１に低減できることを示している。一方で、試験片の高さＳＨを２ｍｍから１０ｍｍにすると、必要荷重は４３６Ｎから１１１８０Ｎに増加する。このように、発明者らは、鋼管サイズ(内径)に応じた荷重面の中央部と端部のひずみ差を予測し、ひずみ差が問題とならない状態で四点曲げ腐食試験を実施できる試験片厚（高さＳＨ）を決定する方法を見出した。

試験片の高さＳＨを大きくすると、所定のひずみを得るための４点曲げ荷重も増大する。そこで、発明者らは、さらなる解析を重ねて、必要荷重を低減できる試験片形状を検討した。その結果、試験片の長手方向に貫通する複数の貫通孔を形成し、試験片の長手方向から見た貫通孔の形状を、上下方向を軸として対称とすることで、必要荷重を抑えながら、試験片の荷重面のひずみを均一に近づけることができるとの知見を得た。この知見を基になされた発明の実施形態を、以下に説明する。

［実施形態］
図１１Ａは、本発明の実施形態の試験片の断面図であり、図１１Ｂは、図１１Ａに示す試験片の平面図、図１１Ｃは、図１１Ａに示す試験片の側面図である。

図１１Ａ〜図１１Ｃに示す試験片１０は、３点曲げ又は４点曲げ腐食試験に用いる試験片である。図１１Ａに示すように、試験片１０は、天井部１、底部２、一対の側壁部３、及び仕切り壁４を備える。天井部１は、３点曲げ又は４点曲げ腐食試験において上から荷重がかけられる第１荷重面１ａ（以下、荷重面１ａと称する）を有し、試験片１０の長手方向（ｚ方向）に延びる。底部２は、３点曲げ又は４点曲げ腐食試験において下から荷重がかけられる第２荷重面２ａ（以下、荷重面２ａと称する）を有する。底部２は、天井部１と対向する。一対の側壁部３は、天井部１の長手方向に垂直な方向（ｘ方向）における両端部と、底部２の長手方向に垂直な方向（ｘ方向）における両端部との間に形成され、互いに対向する。仕切り壁４は、一対の側壁部３の間において、天井部１から底部２にかけて形成される。天井部１、底部２、一対の側壁部３及び仕切り壁４で囲まれた空間が、試験片１０を長手方向（ｚ方向）に貫通する複数の貫通孔５を形成する。試験片１０の長手方向から見て、複数の貫通孔５の形状が、上下方向（ｙ方向）の軸Ａに対して線対称である。

試験片１０は、長手方向に貫通する貫通孔５を有する構成なので、３点曲げ又は４点曲げ腐食試験において試験片１０に負荷する荷重の大きさが、中実の場合に比べて少なくて済む。そのため、荷重の増加を抑えながらも、試験片の荷重方向の厚み（高さ）を大きくして、荷重がかかったときの荷重面１ａ、２ａの歪みを均一に近づけることができる。さらに、試験片１０は、天井部１、底部２及び側壁部３に囲まれた内部空間を分割して複数の貫通孔５を形成する仕切り壁４を有する。貫通孔５は、長手方向から見て上下方向の軸Ａに対して線対称となるように形成される。これにより、荷重がかかったときの荷重面１ａ、２ａにおけるひずみのｘ方向における中央付近と端部付近との差が、より小さくなる。その結果、試験時の必要な荷重の増加を抑えつつ、荷重面１ａ、２ａのｘ方向における歪みの分布を均等に近づけることが可能になる。

図１１Ａに示す例では、仕切り壁４は、一対の側壁部３の中央に配置される。仕切り壁４と、仕切り壁４の両側の一対の側壁部３との間に、２つの貫通孔５が形成される。２つの貫通孔５の横断面における形状は同じである。このように、試験片１０を、一対の側壁部３の中央の仕切り壁４で仕切られた２つの貫通孔５を有する構成とすることで、単純な構造で線対称の貫通孔を実現することができる。すなわち、試験片１０の構造の複雑化を抑えることができる。その結果、対象材から試験片を採取する際の加工を単純化できる。

貫通孔５の横断面における面積は、貫通孔５がない場合の試験片１０の横断面の面積の５０％以上であることが好ましい。試験片１０の横断面は、長手方向（ｚ方向）に垂直な面の断面である。貫通孔５がない場合の試験片の横断面の面積は、図１１Ａに示す例では、横断面における試験片１０の外周面の線、すなわち荷重面１ａ、２ａ、及び側壁部３の外面に相当する線に囲まれる領域の面積である。このように、貫通孔５の面積を広くすることで、試験片１０の内部空間を広くとることができる。その結果、中実の場合に比べて、荷重面１ａにおける所定のひずみを得るために必要な荷重を低減することができる。なお、貫通孔５の横断面における面積は、貫通孔５がない場合の試験片１０の横断面の面積の６０％以上であるとより好ましい。なお、貫通孔５の横断面の面積を大きくしすぎると、天井部１及び底部２の厚みが小さくなり、荷重面１ａ、２ａの応力分布にばらつきが生じやすくなる。そのため、貫通孔５の横断面における面積は、貫通孔５がない場合の試験片１０の横断面の面積の９０％以下とすることができる。

貫通孔５の上下方向における寸法Ｈ（高さＨ）は、試験片１０の上下方向における寸法ＳＨ（高さＳＨ）の６０％以上とすることができる。これにより、必要な荷重を低減できるとともに、ｘ方向における荷重面１ａ、２ａの応力分布をより均一にすることができる。この観点から、貫通孔５の高さＨは、試験片１０の高さＳＨの６５％以上とするとより好ましく、７５％以上とすると、さらに好ましい。なお、天井部１及び底部２の厚みを確保する観点から、貫通孔５の高さＨは、試験片１０の高さＳＨの９０％以下とすることができる。

天井部１の厚みｔｓは、底部２の厚みｔより大きくすることができる。これにより、天井部１の厚みを確保できるので、荷重面１ａのひずみの分布がより均一に近づきやすくなる。図１１Ａに示す例では、天井部１の荷重面１ａが曲面であり、底部２の荷重面２ａが平面である。曲面の荷重面１ａの方が、平面の荷重面２ａより、ひずみの差が大きくなりやすい。そのため、曲面の荷重面１ａを有する天井部１の厚みｔｓを、底部２の厚みｔより大きくすることで、荷重面１ａにおいて、効果的にひずみの差を小さくすることができる。また、天井部１の荷重面１ａは、き裂の有無を評価する対象である評価面となる。そのため、評価面である荷重面１ａのひずみ分布を均一に近づけることが好ましい。

仕切り壁４の厚みＰＷは、試験片１０の仕切り壁４厚み方向（ｘ方向）における寸法ＳＷ（すなわち幅ＳＷ）の５％以上とすることができる。これにより、仕切り壁４の天井部１及び底部２を支持する部分を大きくして、荷重面１ａ、２ａにおけるひずみ分布をより均一に近づけることができる。また、仕切り壁４の厚みＰＷは、側壁部３の厚みとほぼ同じにすることが好ましい。これにより、側壁部３による天井部１の支持と、仕切り壁４による天井部１の支持とのバランスを保つことができ、荷重面１ａのひずみ分布を均一に近づけやすくなる。

図１１Ａに示す構成では、仕切り壁４と天井部１との接続領域と、仕切り壁４と底部２との接続領域は、上（ｙ方向）から見て重なる位置に配置される。すなわち、仕切り壁４は、上下方向に延びて形成される。これにより、仕切り壁４が上下方向の荷重を支えやすい構成となり、荷重面１ａ、２ｂにおける応力のばらつきを小さくすることができる。

試験片１０の貫通孔５の横断面における面積は、長手方向において一定である。すなわち、貫通孔５の大きさは長手方向において一定である。これにより、試験片１０の長手方向における応力分布が均一になりやすくなる。

図１１Ａに示す試験片１０は、４点曲げ又は３点曲げ腐食試験の際には、天井部１の荷重面１ａが凸となるように曲げられる。すなわち、評価面が凸となるよう曲げられる。

図１１Ａ〜図１１Ｃに示す例では、仕切り壁４は１つで、貫通孔５が２つであるが、仕切り壁４及び貫通孔５の数はこれに限れない。例えば、仕切り壁４を２つ設けることにより、貫通孔５を３つにしてもよい。或いは、仕切り壁４を３つ以上設けてもよい。貫通孔５を４つ以上設けてもよい。

また、一対の側壁部３間においてｘ方向に延び、仕切り壁４と交差する横仕切り壁をさらに設けてもよい。例えば、図１１Ａに示す構成に、横仕切り壁を１つ追加すると、貫通孔５が４つになる。

図１１Ａでは、仕切り壁４は、荷重面１ａ、２ａに対して垂直である。変形例として、荷重面１ａ、２ａに対して垂直でない仕切り壁４を設けることができる。例えば、図１１Ａの構成において、中央の仕切り壁４の両側に、仕切り壁４に対して傾いた仕切り壁をさらに追加してもよい。

貫通孔５の横断面の形状も、図１１Ａに示すような矩形に限られない。貫通孔５の横断面の形状を、円又は楕円にすることもできる。貫通孔５の横断面を円にすることにより、貫通孔５を形成するための加工が簡単になる。なお、図１１Ａに示す例では、横断面における矩形の貫通孔５の角にＲ（丸み）が形成されている。

貫通孔５の大きさは、上記例に限れない。例えば、図１２に示すように、貫通孔５の横断面形状を円形として、貫通孔５の高さＨすなわち直径を、試験片の高さＨの３０％程度にしてもよい。ただし、貫通孔５の横断面形状が円形の場合、矩形の場合に比べて、中実の場合の横断面における面積に対する貫通孔５の横断面における面積の割合を大きくできない。従って、貫通孔５の面積を確保する観点からは、貫通孔５の横断面形状は矩形（Ｒを有するものを含む）であることが好ましい。

図１１Ａに示す試験片１０は、内面Ａｓ試験片であり、天井部１の荷重面１ａが、対象材の鋼管の内径面の曲面となっている。これに対して、天井部１の荷重面１ａを平面とし、試験片１０を直方体の平滑試験片とすることもできる。

なお、天井部１と底部２の天地が逆の状態で４点曲げ腐食試験を行うこともできる。また、試験片１０は、４点曲げ腐食試験に限られず、３点曲げ腐食試験にも用いることができる。

［実施例１］
荷重を低減できる試験片の断面形状を検討するために、発明者らは、図６に示す解析モデル及び図７に示す応力−ひずみ特性のデータを用いて、ＦＥＭ解析を行った。図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃは、本実施例において、ＦＥＭ解析を行った試験片１０１、１０２、１０３の横断面の形状をそれぞれ示す。また、図示しないが、図１３Ａ〜図１３Ｂと同じ幅ＳＷ、高さＳＨ、長さＳＬを持つ試験片であって、貫通孔のない中実の試験片についてもＦＥＭ解析を行った。

図１３Ａに示す試験片１０１は、仕切り壁がなく、１つの貫通孔５を有する。図１３Ｂに示す試験片１０２は、図１１Ａと同様の構成であり、一対の側壁部３の中央に１つの仕切り壁４を有し、その両側に２つの貫通孔５を有する。

図１３Ｃに示す試験片１０３は、一対の側壁部３の中央に２つの仕切り壁４を有し、３つの貫通孔５を有する。試験片１０３において、２つの仕切り壁４は、長手方向（ｚ方向）から見て、試験片１０３中央の上下方向（ｙ方向）を対称の軸Ａとして線対称に配置される。これにより、２つの仕切り壁４間の貫通孔５、及び、２つの仕切り壁４それぞれと側壁部３との間の貫通孔５も、同様に線対称になる。

試験片１０１と、試験片１０２のサイズを、下記表１に示すように設定し、試験片１０３のサイズを、下記表２に示すよう３通り設定して、ＦＥＭ解析を行った。表１及び表２において、数値の単位はｍｍである。表１のｃａｓｅ１は、図１３Ａに示す試験片１０１のサイズであり、ｃａｓｅ２は、図１３Ｂに示す試験片１０２のサイズである。表２のｃａｓｅ３−１〜３―３は、図１３Ｃに示す試験片１０３のサイズである。

図１４は、表１及び表２に示すｃａｓｅ１、２、３−１〜３−３のＦＥＭ解析で得られた必要荷重を示すグラフである。図１４において、縦軸は、中実試験片での必要荷重に対する各ｃａｓｅの必要荷重の比を示す。必要荷重は、試験片の荷重面の中央に降伏強度１００％相当のひずみを生じさせるのに必要な荷重とした。

図１５は、表１及び表２に示すｃａｓｅ１、２，３−１〜３−３のＦＥＭ解析で得られたひずみ分布を示すグラフである。図１５において、横軸は、天井部１の荷重面１ａの中央点Ｃ０を通りＸ方向に延びる線上の位置を示す。

１つの貫通孔５を有する試験片１０１（図１３Ａ）について、図１４及び図１５に示すＦＥＭ解析結果（ｃａｓｅ１）を見ると、中実試験片に比べて、必要荷重は、約３０％低減されたものの、試験片１０１の荷重面１ａのｘ方向における中央部付近と端部付近とのひずみの差は、中実試験片に比べて大きくなった。これは、試験片１０１のｘ方向中央部付近の天井部１が薄いため、端部に比べて変形しやすいことが影響していると考えられる。

２つの貫通孔５を有する試験片１０２（図１３Ｂ）について、図１４及び図１５に示すＦＥＭ解析結果（ｃａｓｅ２）を見ると、中実試験片に比べて、必要荷重は、約３０％低減された。試験片１０２の荷重面１ａのｘ方向における中央部付近と端部付近のひずみの差は、中実試験片に比べて少なくなった。

３つの貫通孔５を有する試験片１０３（図１３Ｃ）について、図１４及び図１５に示すＦＥＭ解析結果（ｃａｓｅ３−１、３−２、３−３）を見ると、中実試験片に比べて、必要荷重は、約２３〜３０％低減された。試験片１０３のｘ方向における荷重面１ａの中央部付近と端部付近のひずみの差は、中実試験片と同程度又は少なくなった。

図１６Ａは、試験片１０２の２つの対称境界面の交差部付近のひずみ長手方向成分の分布を示すコンター図である。図１６Ｂは、試験片１０２の２つの対称境界面の交差部付近の応力長手方向成分の分布を示すコンター図である。図１６Ａ及び図１６Ｂは、ｚ軸方向の対称境界線ＴＫｚを通る対称境界面と、ｘ軸方向の対称境界線ＴＫｘを通る対称境界面との交差部付近の断面、及び天井部１の荷重面１ａを示している。図１６Ａ及び図１６Ｂから、貫通孔５付近でのひずみ及び応力は、荷重面１ａのひずみ及び応力より小さくなっていることが確認された。そのため、４点曲げ腐食試験において貫通孔５付近からき裂が発生しにくいと考えられる。すなわち、貫通孔５付近でき裂が発生することにより適正な評価ができなくなる可能性は低いと考えられる。

図１４及び図１５に示す解析結果によれば、試験片１０の一対の側壁部３の間に天井部１から底部２に達する仕切り壁４を設けることで、長手方向に貫通する複数の貫通孔５を形成し、複数の貫通孔５を長手方向から見て左右対称とすることが好ましいことがわかった。このような構成により、必要荷重を抑えながらも、評価面（荷重面１ａ）での中央部と端部のひずみ差の上昇を抑えることができる。また、貫通孔５周辺でのひずみおよび応力が評価面でのそれらを超えない状態で、四点曲げ腐食試験を実施できることが確認された。

［実施例２］
試験片における貫通孔の好ましい断面形状を検討するために、図１３Ｂに示す試験片１０２のサイズを下記表３のように設定して、ＦＥＭ解析を行った。表３において、数値の単位はｍｍである。

図１７は、ＦＥＭ解析で得られた貫通孔５の高さＨと必要荷重との関係を示すグラフである。図１７の縦軸は、中実試験片の必要荷重に対する、試験片１０２の必要荷重の比を示す。図１７の解析結果から、貫通孔５の高さＨが大きくなると必要荷重が小さくなることがわかった。高さＨが６ｍｍ以上とすると、必要荷重を１５％以上低減でき、高さＨが７ｍｍ以上とすると、必要荷重を３０％以上低減できた。

図１８は、ＦＥＭ解析で得られた貫通孔５の高さＨとひずみ分布との関係を示すグラフである。横軸は、ｘ方向における荷重面１ａの中央からの距離を示す。図１８に示す解析結果から、貫通孔５の高さＨ＝３．５ｍｍ、５．５ｍｍ、７．５ｍｍ、８．５ｍｍのいずれの場合も、中央と端部とのひずみの差は、中実試験片と比べて、小さくなった。特に、Ｈ＝７．５ｍｍ、８．５ｍｍの場合に、端部において、中央から離れるに従ってひずみの差が小さくなることが確認された。図１７及び図１８の解析結果から、貫通孔５の高さＨは、試験片１０２の高さＳＨの６０％以上であれば好ましく、６５％以上であればなお好ましく、７０％以上であればより好ましく、７５％以上とすると一層好ましいことがわかった。

図１９は、ＦＥＭ解析で得られた貫通孔５の幅Ｗと、必要荷重との関係を示すグラフである。図１９の縦軸は、中実試験片の必要荷重に対する、試験片１０２の必要荷重の比を示す。図１７の解析結果から、貫通孔５の幅Ｗが大きくなると必要荷重が小さくなることがわかった。幅Ｗが２．５ｍｍ（試験片の幅ＳＷの２５％）以上であれば、必要荷重を２０％以上低減でき、幅Ｗが３．５ｍｍ（試験片の幅ＳＷの３５％）以上であれば、必要荷重を３０％以上低減できた。

図２０は、ＦＥＭ解析で得られた貫通孔５の幅Ｗと、ひずみ分布の関係を示すグラフである。図２０に示す解析結果から、貫通孔５の幅Ｗ＝２．５ｍｍ、３．５ｍｍのいずれの場合も、ひずみ分布の差は、中実試験片と比べて、小さくなった。特に、Ｗ＝３．５ｍｍの場合に、ひずみの差が小さくなった。図１７及び図１８の解析結果から、貫通孔５の幅Ｗは、試験片１０２の幅ＳＷの２５％以上であれば好ましく、３５％以上であればなお好ましいことがわかった。

図２１は、ＦＥＭ解析で得られた、試験片１０２の横断面における貫通孔５の面積の占める割合と、必要荷重との関係を示すグラフである。図２０の縦軸は、中実試験片の必要荷重に対する、試験片１０２の必要荷重の比を示す。横軸は、横断面における貫通孔５の面積ＳＫの、貫通孔５がない場合の試験片１０２の横断面の面積ＳＡに対する割合（ＳＫ／ＳＡ）を示す。貫通孔５の面積の割合が大きくなるにしたがって、必要荷重は減少した。貫通孔５の面積の割合が、０．５（すなわち５０％）の場合、必要荷重は、３０％低減された。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。

１：天井部
２：底部
３：側壁部
４：仕切り壁
５：貫通孔
１０：試験片

Claims

３点曲げ又は４点曲げ腐食試験に用いる試験片であって、
前記３点曲げ又は４点曲げ腐食試験において上から荷重がかけられる第１荷重面を有し、前記試験片の長手方向に延びる天井部と、
前記３点曲げ又は４点曲げ腐食試験において下から荷重がかけられる第２荷重面を有し、前記天井部と対向する底部と、
前記天井部の長手方向に垂直な方向における両端部と、前記底部の長手方向に垂直な方向における両端部との間に形成され、互いに対向する一対の側壁部と、
前記一対の側壁部の間において、前記天井部から前記底部にかけて形成される仕切り壁と、備え、
前記天井部、前記底部、前記一対の側壁部及び前記仕切り壁で囲まれた空間が、前記試験片を長手方向に貫通する複数の貫通孔を形成し、
前記試験片の長手方向から見て、前記複数の貫通孔の形状が、前記上下方向の軸に対して線対称である、試験片。
請求項１に記載の試験片であって、
前記仕切り壁は、前記一対の側壁部の中央に配置され、
前記仕切り壁と、前記仕切り壁の両側の前記一対の側壁部との間に、２つの前記貫通孔が形成される、試験片。
請求項１又は２に記載の試験片であって、
前記貫通孔の横断面における面積は、前記貫通孔がない場合の前記試験片の横断面の面積の５０％以上である、試験片。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の試験片であって、
前記貫通孔の前記上下方向における寸法は、前記試験片の前記上下方向における寸法の６０％以上である、試験片。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の試験片であって、
前記天井部の厚みは、前記底部の厚みより大きい、試験片。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の試験片であって、
前記仕切り壁の厚みは、前記試験片の前記仕切り壁厚み方向における寸法の５％以上である、試験片。