JP5177541B2 - Specimen gripping device for tension / compression test of non-spindle composite and test method using the same - Google Patents
Specimen gripping device for tension / compression test of non-spindle composite and test method using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP5177541B2 JP5177541B2 JP2008274188A JP2008274188A JP5177541B2 JP 5177541 B2 JP5177541 B2 JP 5177541B2 JP 2008274188 A JP2008274188 A JP 2008274188A JP 2008274188 A JP2008274188 A JP 2008274188A JP 5177541 B2 JP5177541 B2 JP 5177541B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- test
- test piece
- gripping
- compression
- tensile
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
本発明は、一方向複合材の非主軸引張・圧縮試験用の試験片掴み装置及びそれを用いた試験方法、特に試験片の掴み具として引張試験および圧縮試験の双方の試験に使用することが出来ると共に、試験片の拘束箇所に生じる応力集中の影響を緩和し、従来の試験方法より試験片の評定部における応力−ひずみ特性を正確に評価することが可能な一方向複合材の非主軸引張・圧縮試験用の試験片掴み装置及びそれを用いた試験方法に関するものである。 The present invention can be used for both a tensile test and a compression test as a test piece gripping device for a non-spindle tensile / compression test of a unidirectional composite material and a test method using the test piece gripping device. Non-spindle tension of a unidirectional composite material that can reduce the influence of stress concentration at the restraint location of the test piece and accurately evaluate the stress-strain characteristics in the evaluation part of the test piece by conventional test methods The present invention relates to a test piece gripping device for a compression test and a test method using the same.
材料に引張荷重または圧縮荷重を負荷する材料試験機として、試験片を平板で両側から圧接・固定する油圧グリップ装置が広く用いられている。この油圧グリップ装置は、金属の様な均一な材料を試験する場合には特に問題を生じないが、一方向繊維強化複合材料等の異方性を有する材料を試験する場合には以下に記す問題が見られる。すなわち、一方向繊維強化複合材料の非主軸試験において、図９に示すように試験片を固定する端部において異方性材料のせん断カップリング特性（軸方向の変形によってせん断変形も誘起されること）が問題となる。
例えば、非主軸の引張試験においては、一般に試験片の端部が試験機のグリップ（掴み具）で固定されるため、荷重軸方向とそれに垂直な方向の変形、及びせん断変形が拘束される。その結果、試験片の固定部に応力集中が発生すると共に、試験片全体にせん断応力、及び曲げモーメントが加わり、供試材料の評定箇所に不均一な応力場、又はひずみ場が生じる。このような不均一性は、供試材料の弾性常数、及び強度特性の正確な測定に影響を与える。そのため実際に非主軸試験を実施する場合には、試験片の評定箇所の応力状態を一様分布にすると共に、試験片の固定部近傍の応力集中を低減するための工夫が別途必要となる。
非主軸試験についての上記応力集中を低減する対処方法としては、(1)試験片のアスペクト比を大きくすること、(2)テーパーの長いタブを選択すること、(3)タブの材質をソフト化することなどが試みられてきたが、それらの効果は限定的であった。その他の興味深いアイディアとしては、せん断変形容認型およびせん断変形防止型の二つの方式が検討されている。前者の方式は、試験片つかみ部に生ずる回転変位を解放することを狙いとしており、図１０に示すようなピン式回転グリップの提案が代表例である（例えば、特許文献１を参照。）。Changら（非特許文献１を参照。）、PinderaとHerakovich（非特許文献２を参照。）及びCronら（非特許文献３を参照。）は、この方式を原案として改良設計を行い、端部の応力集中の影響を最小化することが可能であることを実験的に検証した。後者の方式として、SunとChung（非特許文献４を参照。）はせん断変形の対抗原理を利用した角度付タブ（oblique-tab）を提案し、これによって端部拘束の影響が緩和できることを指摘した。これら二つの方式の有効性を直接対比した報告は見当たらないが、いずれの方式も工学的には共通の効果があることは一般に認められている。
2. Description of the Related Art As a material testing machine for applying a tensile load or a compressive load to a material, a hydraulic grip device that presses and fixes a test piece from both sides with a flat plate is widely used. This hydraulic grip device does not cause any particular problems when testing uniform materials such as metal, but the following problems are encountered when testing materials with anisotropy such as unidirectional fiber reinforced composite materials. Is seen. That is, in the non-main axis test of the unidirectional fiber reinforced composite material, as shown in FIG. 9, the shear coupling characteristics of the anisotropic material (the shear deformation is also induced by the axial deformation) at the end where the test piece is fixed. ) Is a problem.
For example, in a tensile test of a non-main shaft, the end of the test piece is generally fixed by a grip (grip) of a test machine, and therefore deformation in the load axis direction and a direction perpendicular thereto and shear deformation are constrained. As a result, stress concentration occurs in the fixed portion of the test piece, and shear stress and bending moment are applied to the entire test piece, and a non-uniform stress field or strain field is generated at the evaluation location of the test material. Such non-uniformity affects the accurate measurement of the elastic constants and strength properties of the material under test. Therefore, when actually carrying out a non-spindle test, it is necessary to devise a method for uniformly distributing the stress state at the evaluation location of the test piece and reducing the stress concentration near the fixed portion of the test piece.
As countermeasures to reduce the above stress concentration for non-spindle test, (1) increase the aspect ratio of the specimen, (2) select a tab with a long taper, (3) soften the material of the tab There have been attempts to do so, but their effects were limited. As other interesting ideas, two methods, a shear deformation tolerance type and a shear deformation prevention type, have been studied. The former method aims to release the rotational displacement generated in the specimen gripping portion, and a proposal of a pin-type rotational grip as shown in FIG. 10 is a representative example (see, for example, Patent Document 1). Chang et al. (See Non-Patent Document 1), Pindera and Herakovich (see Non-Patent Document 2), and Cron et al. (See Non-Patent Document 3) have made an improved design based on this method. It was experimentally verified that it was possible to minimize the effect of stress concentration. As the latter method, Sun and Chung (see Non-Patent Document 4) proposed an oblique-tab using the counter principle of shear deformation, and pointed out that this could alleviate the effects of end restraint. did. There are no reports directly comparing the effectiveness of these two methods, but it is generally accepted that both methods have a common engineering effect.
複合材料構造設計の耐久性・信頼性を保証するための実用的な観点から、非主軸特性に関しても、引張特性だけでなく圧縮特性についても重要な評価項目になる。しかし、上述の「ピン式回転グリップ」又は「角度付きタブ」に係る試験方法は、いずれも非主軸の引張試験のために提案されたものであり、圧縮試験に適用するのは困難である。
ところで、最近、TsaiとSun（非特許文献５）はせん断カップリングを解放するために、図１１に示すような自動調芯装置を用いた非主軸の圧縮試験の実施例を報告した。
しかし、この試験方法は、圧縮試験のみに適用するものである。従って、現在までのところ、一つの試験機で、剪断カップリングを解放しながら、引張試験と圧縮試験の両負荷様式に兼用できる試験方法は見当たらない。
そこで、本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、その解決しようとする課題は、従来の試験方法において問題となる(1)試験片の端部拘束における応力集中の影響を緩和し、(2)試験片の評定箇所における応力又はひずみ分布の一様性を確保し、(3)一つの試験治具で引張試験および圧縮試験という負荷方向の異なる両様式へ適用することが可能な引張・圧縮試験用の試験片掴み装置及びそれを用いた試験方法を提供することである。
From the practical point of view to ensure the durability and reliability of the structural design of composite materials, not only the tensile properties but also the compression properties are important evaluation items in terms of non-spindle properties. However, the above-described test methods related to the “pin type rotating grip” or “angled tab” are all proposed for the tensile test of the non-main shaft, and are difficult to apply to the compression test.
Recently, Tsai and Sun (Non-Patent Document 5) reported an example of a non-spindle compression test using an automatic alignment device as shown in FIG. 11 in order to release the shear coupling.
However, this test method is applied only to the compression test. Therefore, to date, there is no test method that can be used for both the tensile test and the compression test while releasing the shear coupling with a single testing machine.
Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and the problem to be solved is a problem in the conventional test method. (1) Influence of stress concentration on the end restraint of the test piece (2) Ensure the uniformity of stress or strain distribution at the location where the test piece is evaluated, and (3) Apply to both types of tensile test and compression test with different load directions with one test jig. It is to provide a test piece gripping device for a tensile / compression test and a test method using the same.
上記目的を達成するために、請求項１に記載の引張・圧縮試験用の試験片掴み装置では、対向する掴み歯のペアによって両側から試験片の端部を押圧・固定する試験片掴み装置であって、
前記掴み歯は、前記試験片に当接するインターフェイス面の法線方向に一致する軸に結合され、且つ該軸はラジアル方向およびスラスト方向に対し回転自由に支持されていることを特徴とする。
上記引張・圧縮試験用の試験片掴み装置では、試験片の端部を掴むインターフェイス面の軸がラジアル方向およびスラスト方向に対し回転自由に支持されているため、試験片の端部における荷重軸方向とそれに垂直な方向、及びせん断方向の各拘束状態が緩和されるようになる。また、軸をラジアル方向およびスラスト方向に回転自由に支持する手段としては、後述する一組のアキシャルとラジアル荷重の両方向に負荷できるベアリングによって実現することが出来る。これにより、試験片の端部拘束における応力集中の影響を緩和し、同一の掴み装置で引張試験および圧縮試験という負荷方向の異なる両様式へ適用することが可能となる。更に、詳細については後述するが、引張試験および圧縮試験において試験片の評定箇所における応力又はひずみ分布の一様性を確保することが可能となる。
In order to achieve the above object, in the test piece gripping device for tensile / compression test according to claim 1, the test piece gripping device presses and fixes the end of the test piece from both sides by a pair of opposing gripping teeth. There,
The gripping teeth are coupled to an axis coinciding with the normal direction of the interface surface that contacts the test piece, and the axis is supported so as to be freely rotatable in the radial direction and the thrust direction.
In the above test piece gripping device for tensile and compression tests, the axis of the interface surface that holds the end of the test piece is supported so as to be freely rotatable in the radial direction and the thrust direction. Each constraint state in the direction perpendicular to the direction and the shear direction is relaxed. Further, as a means for freely supporting the shaft in the radial direction and the thrust direction, it can be realized by a bearing capable of loading in both directions of a set of axial and radial loads described later. Thereby, the influence of the stress concentration in the edge part restraint of a test piece can be relieved, and it becomes possible to apply to both modes with different load directions of a tensile test and a compression test with the same gripping device. Furthermore, although mentioned later for details, it becomes possible to ensure the uniformity of the stress or strain distribution in the evaluation location of a test piece in a tension test and a compression test.
本発明の引張・圧縮試験用の試験片掴み装置では、試験機本体に対する同一の取り付け形態で引張試験および圧縮試験の双方に適用することが出来ることとした。
上記引張・圧縮試験用の試験片掴み装置では、例えば、一方向複合材の非主軸の引張試験および圧縮試験を実施する際に、試験片の掴み装置を試験毎に取り替える作業が不要となる。
In the test piece gripping device for the tensile / compression test of the present invention, it can be applied to both the tensile test and the compression test in the same mounting form with respect to the tester main body.
In the test piece gripping device for the tension / compression test, for example, when performing a tensile test and a compression test of a non-main shaft of a unidirectional composite material, an operation of replacing the test piece gripping device for each test becomes unnecessary.
油圧グリップ試験機に適用される本発明の引張・圧縮試験用の試験片掴み装置では、前記掴み歯は、円板状インターフェイスを有し、前記試験片に当接するインターフェイス面の法線方向に一致する軸を介して楔形本体に結合され、且つ該軸はラジアル方向およびスラスト方向に対し回転自由に支持された構成を採用した。試験片を当接するインターフェイスが円板状であることにより、試験片の端部拘束面を小さくし、上記ラジアル及びスラスト方向に対する回転自由の効果と相俟って試験片の端部拘束における応力集中の影響を好適に緩和することが出来るようになる。 In the specimen gripping device for a tensile / compression test of the present invention applied to a hydraulic grip tester, the gripping teeth have a disk-like interface and coincide with the normal direction of the interface surface contacting the specimen. The shaft is coupled to the wedge-shaped main body through a rotating shaft, and the shaft is supported so as to be freely rotatable in the radial direction and the thrust direction. The interface that abuts the test piece is disk-shaped, so that the end restraint surface of the test piece is reduced, and combined with the effect of free rotation in the radial and thrust directions, stress concentration in the end restraint of the test piece It is possible to suitably mitigate the influence of the above.
本発明の引張・圧縮試験用の試験片掴み装置では、前記楔形本体の上端部に、スライド用切欠き部を有し、該切欠き部を介してボルトによって前記楔形本体の上端部に固定させることで、荷重方向に対する前記試験片の中心軸と前記掴み歯の中心軸を一致させる軸芯調整ガイドを備えることとした。
上記引張・圧縮試験用の試験片掴み装置では、上記軸芯調整ガイドを導入することにより、掴み装置（インターフェイス）と試験片における中心軸の偏心による悪影響を排除し、試験片の評定部における応力−ひずみ特性の評価精度を高めることが可能となる。
In the specimen gripping device for a tensile / compression test according to the present invention , a slide notch is provided at the upper end of the wedge-shaped main body, and is fixed to the upper end of the wedge-shaped main body by a bolt through the notch. Thus, an axis adjustment guide that matches the center axis of the test piece with the center axis of the gripping teeth with respect to the load direction is provided.
In the test piece gripping device for tensile / compression test, by introducing the shaft center adjustment guide, the adverse effect due to the eccentricity of the central axis in the gripping device (interface) and the test piece is eliminated, and the stress in the evaluation part of the test piece -It becomes possible to improve the evaluation accuracy of strain characteristics.
請求項２に記載の引張・圧縮試験の試験方法では、請求項１に記載の前記試験片掴み装置のペアによって試験片の一方の端部を押圧・固定し、且つ前記試験片の他方の端部を別の前記試験片掴み装置のペアによって押圧・固定しながら、前記掴み歯のせん断作用によって前記試験片に引張荷重または圧縮荷重を加えることとした。
上記引張・圧縮試験の試験方法では、上記試験片掴み装置を使用して試験が実施されるため、試験片の端部拘束における応力集中の影響が好適に緩和され、試験片の評定箇所における応力又はひずみ分布の一様性を確保することが可能となる。
In the test method of the tension / compression test according to claim 2, one end of the test piece is pressed and fixed by the pair of the test piece gripping devices according to claim 1 , and the other end of the test piece is used. A tensile load or a compressive load was applied to the test piece by the shearing action of the gripping teeth while pressing and fixing the portion with another pair of the test piece gripping devices.
In the test method of the tension / compression test, since the test is performed using the test piece gripping device, the influence of stress concentration on the end portion restraint of the test piece is suitably mitigated, and the stress at the evaluation location of the test piece is reduced. Alternatively, it is possible to ensure the uniformity of the strain distribution.
詳細については後述するが、本発明の引張・圧縮試験用の試験片掴み装置は、従来のピン式回転グリップ治具と比較して同等以上に優れていることが確認された。すなわち、本発明の試験片掴み装置を用いることにより、例えば一方向繊維強化複合材の非主軸試験等において、試験片の拘束箇所に生じる応力集中の影響を緩和することが出来る。その結果、試験片の評定部における応力又はひずみ分布状態をほぼ均一化することが出来る。また、試験片の準備においては、供試材の省力化や加工工数の削減、試験作業の容易化等がもたらされる。
従来のピン式回転グリップ治具は、引張試験用としてクレビスグリップ（clevis grip）構造を基に設計されているため、圧縮試験に転用するのは困難である。その上、機構が複雑で、部品数も多く製造コストが高いという欠点を有している。それに対し、本発明の試験片掴み装置は、以下の利点を有する。
（１）既存の装置に自動調芯ベアリングを追加するだけの簡素な機構である。
（２）一つの掴み装置で引張試験と圧縮試験が実施可能である。
（３）試験片を試験機に取り付ける際の調整作業が容易となる。
従って、本発明の試験片掴み装置で引張・圧縮の非主軸試験への適用が可能であるため、材料評価試験の合理化促進や試験コストの削減に大きく寄与する。
Although details will be described later, it has been confirmed that the specimen gripping device for the tensile / compression test of the present invention is equivalent to or better than the conventional pin-type rotary grip jig. That is, by using the test piece gripping apparatus of the present invention, for example, in the non-spindle test of a unidirectional fiber-reinforced composite material, it is possible to reduce the influence of stress concentration generated at the restraint location of the test piece. As a result, the stress or strain distribution state in the evaluation part of the test piece can be made substantially uniform. Further, in preparing the test piece, labor-saving of the test material, reduction of processing man-hours, easy test work, etc. are brought about.
Since the conventional pin-type rotary grip jig is designed based on a clevis grip structure for a tensile test, it is difficult to divert it to a compression test. In addition, the mechanism is complicated, the number of parts is large, and the manufacturing cost is high. In contrast, the specimen gripping device of the present invention has the following advantages.
(1) A simple mechanism that simply adds an self-aligning bearing to an existing device.
(2) A tensile test and a compression test can be performed with one gripping device.
(3) The adjustment work when attaching the test piece to the testing machine becomes easy.
Therefore, the test piece gripping apparatus of the present invention can be applied to a tension / compression non-spindle test, which greatly contributes to promoting rationalization of material evaluation tests and reducing test costs.
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明がこの実施形態に限定されるものと解釈してはならない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments shown in the drawings. The present invention should not be construed as being limited to this embodiment.
図１は、本発明の一方向複合材の非主軸試験用の回転グリップ装置１００（以下、「本発明の回転グリップ装置１００」という。）を示す説明図である。なお、図１(a)は、正面図であり、また図１(b)は同(a)のＡ−Ａ断面図であり、また図１(ｃ)は同(a)の平面図である。
本発明の回転グリップ装置１００は、従来の油圧グリップ試験機に適用されることを前提とし、試験片を「つかみ方向」と「負荷方向」の両方に対し自由に回転させることが出来るように、いわゆる「Jaw Face」と呼ばれる楔形チャック部品にラジアルベアリング及びスラストベアリングを組み込んだものである。
従って、その構成は、両側から試験片を押圧・固定する掴み歯１０と、掴み歯１０を収容する楔形本体２０と、掴み歯１０の中心軸と試験片の中心軸とを一致させる軸芯調整ガイド３０と、荷重方向（負荷方向）に軸を受けるラジアルベアリング４０と、負荷方向と直交する方向（つかみ方向）に軸を受けるスラストベアリング５０とを具備して構成されている。
FIG. 1 is an explanatory view showing a rotary grip device 100 for non-spindle testing of a unidirectional composite material of the present invention (hereinafter referred to as “rotary grip device 100 of the present invention”). 1A is a front view, FIG. 1B is a cross-sectional view along the line AA in FIG. 1A, and FIG. 1C is a plan view of FIG. 1A. .
Assuming that the rotary grip device 100 of the present invention is applied to a conventional hydraulic grip tester, the test piece can be freely rotated with respect to both the “gripping direction” and the “load direction”. A radial chuck and a thrust bearing are incorporated into a wedge-shaped chuck component called a “Jaw Face”.
Therefore, the configuration is such that the gripping teeth 10 that press and fix the test piece from both sides, the wedge-shaped main body 20 that accommodates the gripping teeth 10, and the axis adjustment that matches the central axis of the gripping teeth 10 with the central axis of the test piece. The guide 30 includes a radial bearing 40 that receives a shaft in a load direction (load direction), and a thrust bearing 50 that receives a shaft in a direction orthogonal to the load direction (gripping direction).
掴み歯１０は、試験片と当接するインターフェイス部が円板である。また、そのインターフェイス部を支持する軸10aは、荷重方向に対してラジアルベアリング４０によって回転自由に支持され、つかみ方向にスラストベアリング５０によって回転自由に支持されている。従って、試験片の端部における荷重軸方向とそれに垂直な方向、及びせん断方向の各拘束状態が好適に緩和されるようになる。これにより、試験片の拘束部における応力集中が好適に緩和され、試験片の評定箇所における応力又はひずみ分布の一様性を確保することが可能となる。
また軸芯調整ガイド３０は、切欠き部（スリット）３０aを有し、ボルト３０bによって楔形本体２０の上端部に固定されている。従って、ボルト３０bを緩め、軸芯調整ガイド３０をスライドさせることにより、試験片の中心軸を掴み歯１０の中心軸に一致させることが容易に出来る。
The gripping tooth 10 has a disk-shaped interface part that comes into contact with the test piece. Further, the shaft 10a that supports the interface portion is rotatably supported by the radial bearing 40 with respect to the load direction, and is rotatably supported by the thrust bearing 50 in the gripping direction. Therefore, the restraint states in the load axis direction, the direction perpendicular to the load axis direction, and the shear direction at the end of the test piece are preferably relaxed. Thereby, the stress concentration in the restraint part of the test piece is preferably relaxed, and it becomes possible to ensure the uniformity of the stress or strain distribution at the evaluation location of the test piece.
Further, the shaft center adjusting guide 30 has a notch (slit) 30a and is fixed to the upper end of the wedge-shaped main body 20 by a bolt 30b. Therefore, by loosening the bolt 30b and sliding the axis adjustment guide 30, the center axis of the test piece can be easily gripped and matched with the center axis of the teeth 10.
図２は、本発明の回転グリップ装置１００を掴み具として油圧グリップ試験機に適用した例を示す説明図である。
試験片１は試験片タブ２を介して一対の回転グリップ装置１００,１００によって押圧・固定される。従って、本発明の回転グリップ装置１００を使用しての圧縮試験は、試験片端部を直接圧縮するのではなく、引張試験のように端部掴み具（回転グリップ装置１００）からせん断によって圧縮荷重を試験片１に負荷させるものである。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example in which the rotary grip device 100 of the present invention is applied to a hydraulic grip tester as a gripping tool.
The test piece 1 is pressed and fixed by the pair of rotary grip devices 100 and 100 via the test piece tab 2. Therefore, the compression test using the rotating grip device 100 of the present invention does not compress the end of the test piece directly, but applies a compressive load by shearing from the end gripping tool (the rotating grip device 100) as in the tensile test. The test piece 1 is loaded.
図３は、本発明の回転グリップ装置１００を掴み具として引張試験および圧縮試験に適用した例を示す説明図である。なお、図３(a）は、引張試験の形態を示し、同(b)は圧縮試験の形態を示す。
従来の引張試験用治具、例えばピン式回転グリップ治具は、クレビスグリップ（Clevis grip）構造を基に設計されているため圧縮試験に転用することは困難である。それに対して、本発明の回転グリップ装置１００を掴み具とした油圧グリップ試験機は、同一の掴み具で引張試験と圧縮試験の両方の試験が実施可能である。また、回転グリップ装置１００の上端部には、軸芯調整ガイド３０が設けられているため、試験片１を油圧グリップへ取り付ける調整作業が容易となる。
FIG. 3 is an explanatory view showing an example in which the rotary grip device 100 of the present invention is applied to a tensile test and a compression test as a gripping tool. FIG. 3A shows the form of the tensile test, and FIG. 3B shows the form of the compression test.
A conventional tensile test jig, for example, a pin-type rotary grip jig, is designed based on a clevis grip structure, and thus is difficult to be used for a compression test. On the other hand, the hydraulic grip tester using the rotary grip device 100 of the present invention as a gripper can perform both a tensile test and a compression test with the same gripper. Further, since the shaft center adjustment guide 30 is provided at the upper end portion of the rotary grip device 100, the adjustment work for attaching the test piece 1 to the hydraulic grip is facilitated.
本発明の回転グリップ装置１００の有効性を確かめるために、非主軸の引張試験と圧縮試験を行った。供試材は、炭素繊維と熱硬化型高靱性エポキシ樹脂からなるIM600/Q133（東邦テナックス製）複合材料であり、プリプレグを12層積層した[θ]12一方向積層板である。
ここで、非主軸試験片は、図４に示す荷重方向と繊維配向角がθ＝15°、45°となる２種類の短冊形試験片である。試験片の両端には、厚さ2.0mmのGFRP製タブをエポキシ系接着剤で貼り付けた。
In order to confirm the effectiveness of the rotary grip device 100 of the present invention, a non-main shaft tensile test and a compression test were performed. The test material is an IM600 / Q133 (manufactured by Toho Tenax) composite material composed of carbon fiber and a thermosetting high toughness epoxy resin, and is a [θ] 12 unidirectional laminate in which 12 layers of prepreg are laminated.
Here, the non-spindle specimens are two types of strip specimens in which the load direction and the fiber orientation angle shown in FIG. 4 are θ = 15 ° and 45 °. A GFRP tab having a thickness of 2.0 mm was attached to both ends of the test piece with an epoxy adhesive.
本試験で実施した圧縮試験の負荷方法は、試験片端部を直接圧縮するのではなく、引張試験のように端部つかみ具から、せん断によって圧縮荷重を試験片に負荷させるものである。圧縮試験には、図５に示す座屈防止用の支持具(support plates)を使用した。なお、支持具と試験片表面間の摩擦を低減するために、支持具の接触面に薄いテフロン（登録商標）で表面コーティングを施した。 In the compression test performed in this test, the end of the test piece is not directly compressed, but a compressive load is applied to the test piece by shearing from the end gripper as in a tensile test. For the compression test, the buckling prevention support plates shown in FIG. 5 were used. In order to reduce the friction between the support and the test piece surface, the contact surface of the support was coated with a thin Teflon (registered trademark).
せん断特性を測定するために、15°非主軸試験片には(0°、45°、90°方向)３軸ゲージからなるロゼットひずみゲージ(KFG-2-120-D17-11L1M2S;共和電業)を、45°非主軸試験片には(0°、90°方向)２軸のロゼットひずみゲージ(KFG-2-120-D16-11L1M2S)を取り付けた。ひずみゲージは試験片両面の中央部に表裏対応するように貼り付けた(図４を参照)。 In order to measure shear properties, 15 ° non-spindle test specimens (0 °, 45 °, 90 ° direction) rosette strain gauges (KFG-2-120-D17-11L1M2S; Kyowa Denko) The 45 ° non-spindle test piece was attached with a biaxial rosette strain gauge (KFG-2-120-D16-11L1M2S) (0 °, 90 ° direction). The strain gauge was affixed to the center of both sides of the test piece so as to correspond to the front and back (see FIG. 4).
引張・圧縮負荷試験は電気・油圧駆動試験機(INSTRON社製8802型)を用いて行い、室温においてクロスヘッド速度が0.5mm/minの変位制御モードで荷重を加えた。試験片端部におけるグリップ圧力は5.5MPaとした。 The tensile / compressive load test was performed using an electric / hydraulic drive tester (Model 8802 manufactured by INSTRON), and a load was applied in a displacement control mode with a crosshead speed of 0.5 mm / min at room temperature. The grip pressure at the end of the test piece was 5.5 MPa.
（実験結果と考察）
応力集中の緩和効果について以下に記す。
試験片評定部におけるひずみ場の均一性に与える端部グリップ形式の違いによる影響を調べるために、15°非主軸試験片を用いて引張試験を行った。図６の挿入図に示すように、試験片ゲージ部の中央部(C)と端部近傍(R,L)にひずみゲージを貼付し、試験片軸に平行なひずみを測定した。
図６は、各種の端部グリップについて、比較的低い荷重段階に対するひずみ測定結果を示している。対応する端部グリップ形式は、(a)完全固定端部グリップ、(b)本発明に係る回転端部グリップである。図６(a)に示す完全固定端部グリップに対しては、試験片中央と端部におけるひずみが大きく異なっていることが認められる。図６(b)については、応力集中が顕著に緩和されること、両者間に大きな差のないことがわかる。これらの結果から、本試験で用いた回転端部グリップ(b)（本発明の回転グリップ装置１００）は、試験片評定部のひずみ状態の均一化に対して、従来のピン式回転グリップ方法と同等の効果を発揮することがわかる。
(Experimental results and discussion)
The stress concentration relaxation effect is described below.
In order to investigate the effect of the difference in the end grip type on the strain field uniformity in the specimen evaluation section, a tensile test was conducted using a 15 ° non-spindle specimen. As shown in the inset of FIG. 6, strain gauges were attached to the center (C) and the vicinity of the ends (R, L) of the test piece gauge portion, and the strain parallel to the test piece axis was measured.
FIG. 6 shows the strain measurement results for a relatively low load stage for various end grips. The corresponding end grip types are (a) a fully fixed end grip and (b) a rotating end grip according to the present invention. For the completely fixed end grip shown in FIG. 6 (a), it can be seen that the strain at the center and the end of the test piece is greatly different. As for FIG. 6B, it can be seen that the stress concentration is remarkably relieved and that there is no significant difference between the two. From these results, the rotating end grip (b) used in this test (the rotating grip device 100 of the present invention) was compared with the conventional pin type rotating grip method for uniformizing the strain state of the test piece evaluation portion. It turns out that the same effect is demonstrated.
次に、面内せん断特性の評価について以下に記す。
せん断特性の評価に対して端部グリップの違いによる影響を比較するため、15°、45°非主軸試験片を用いて引張試験と圧縮試験を行った。取得したせん断応力ーせん断ひずみ曲線の代表例をそれぞれ図７(引張)と図８(圧縮)に示す。本試験では、45°非主軸圧縮試験片が規定した測定範囲で破壊が起こらない場合も観察された。その場合面内せん断強度は、±45°積層板引張試験法(JIS K 7019)に準じて、せん断ひずみγ12＝5%の時点におけるせん断応力値で代用した。なお、せん断応力、ひずみ及びせん断弾性率の求め方については、下記を参照。
Next, the evaluation of in-plane shear characteristics will be described below.
In order to compare the effects of differences in end grips on the evaluation of shear properties, tensile tests and compression tests were performed using 15 ° and 45 ° non-spindle test pieces. Representative examples of the acquired shear stress-shear strain curves are shown in FIG. 7 (tensile) and FIG. 8 (compressed), respectively. In this test, it was also observed that the 45 ° non-spindle compression specimen did not break within the specified measurement range. In that case, the in-plane shear strength was substituted with the shear stress value at the point of shear strain γ 12 = 5% in accordance with the ± 45 ° laminate tension test method (JIS K 7019). See below for how to determine shear stress, strain and shear modulus.
（実験データの算出）
非主軸状態下での応力、ひずみを実験的に決定するために、図４に示すように試験片中央部に３軸ロゼットひずみゲージを取り付けることが必要である。図に示すように材料の主軸を基準とした座標系1-2での応力状態は、
［σ1，σ2，σ3］t＝σx×［m2，n2，−mn］t ・・・ (C-1)
で変換することができる。ここで、m＝cosθ，n＝sinθである。従って、せん断応力は、
σ12＝−σxsin2θ，（θ＜０） ・・・ (C-2)
となる。せん断ひずみは次の式で与える。
γ12＝(εy−εx)sin2θ＋γxycos2θ ・・・ (C-3)
ここで、図４に示すように３ゲージからなるロゼットひずみゲージの位置に対応して、ひずみを求める。
εx＝εg1，εy＝εg2，γxy＝2εg3−εg1−εg2 ・・・ (C-4)
なお、４５°試験片の場合、せん断ひずみは式(C-3)から、
γ12＝εx−εy ・・・ (C-5)
となる。すなわち、ひずみ測定が２軸ロゼットひずみゲージで可能である。
最後に、面内せん断弾性率は次のように求められる。
Ｇ12＝σ12／γ12 ・・・ (C-6)
さらに実際せん断応力−ひずみ曲線からせん断弾性率を算出する際に、すべてのデータは初期ひずみ0.1%〜0.5%範囲内での勾配で求めている。
(Calculation of experimental data)
In order to experimentally determine the stress and strain under the non-main axis state, it is necessary to attach a triaxial rosette strain gauge at the center of the test piece as shown in FIG. As shown in the figure, the stress state in the coordinate system 1-2 based on the principal axis of the material is
[Σ 1 , σ 2 , σ 3 ] t = σ x × [m 2 , n 2 , −mn] t (C-1)
Can be converted. Here, m = cos θ and n = sin θ. Therefore, the shear stress is
σ 12 = −σ x sin2θ, (θ <0) (C-2)
It becomes. The shear strain is given by the following formula.
γ 12 = (ε y −ε x ) sin2θ + γ xy cos2θ (C-3)
Here, as shown in FIG. 4, the strain is determined corresponding to the position of the rosette strain gauge composed of 3 gauges.
ε x = ε g1 , ε y = ε g2 , γ xy = 2ε g3 −ε g1 −ε g2 (C-4)
In the case of a 45 ° test piece, the shear strain is calculated from the equation (C-3).
γ 12 = ε x −ε y・ ・ ・ (C-5)
It becomes. That is, strain measurement is possible with a biaxial rosette strain gauge.
Finally, the in-plane shear modulus is determined as follows.
G 12 = σ 12 / γ 12 ... (C-6)
Furthermore, when calculating the shear modulus from the actual shear stress-strain curve, all data are obtained with a gradient within the initial strain range of 0.1% to 0.5%.
再び図７の引張試験に戻り、初期のせん断応力ーひずみ曲線は、端部グリップの形式に拘わらず、ほとんど一致していた。詳細に見ると、回転端部グリップを使用した場合は、非線形領域での伸びがそのほかの場合よりも明らかに大きくなっている。これは、本発明の回転グリップ装置１００の効果を明瞭に示しているものと思われる。15°と45°非主軸試験片のせん断応力ーひずみ応答の差異は、文献等の観察結果と同様である。すなわち、15°非主軸試験片はせん断強度取得に比較的有効であるが、45°非主軸試験片はせん断弾性率の決定のみに対して有効であることを示唆している。 Returning to the tensile test of FIG. 7 again, the initial shear stress-strain curves were almost the same regardless of the type of end grip. In detail, when the rotating end grip is used, the elongation in the non-linear region is clearly greater than in the other cases. This seems to clearly show the effect of the rotary grip device 100 of the present invention. The difference in the shear stress-strain response between the 15 ° and 45 ° non-spindle specimens is the same as the observation results in the literature. That is, it is suggested that the 15 ° non-spindle test piece is relatively effective for obtaining the shear strength, but the 45 ° non-spindle test piece is effective only for determining the shear modulus.
次に、図８に示す圧縮試験の結果を比較する。
この図を見ると、非主軸角度の違いに拘わらず、せん断応答が端部グリップ方式に依存して大きく異なることがわかる。この相違の程度は引張試験に対して見られた相違の程度よりも大きい。また、繊維配向角に拘わらず、回転端部グリップを用いた場合のせん断強度が高くなっており、このことは回転端部グリップにより評定間の不均質変形や座屈の影響が抑制されていることを示している。
以上の考察から、本発明の回転端部グリップを用いることにより、一方向強化材の非主軸引張と圧縮特性を精度よく効率的に評価することが出来る。
Next, the results of the compression test shown in FIG. 8 will be compared.
From this figure, it can be seen that the shear response varies greatly depending on the end grip method, regardless of the difference in the non-spindle angle. The degree of this difference is greater than the degree of difference seen for the tensile test. In addition, regardless of the fiber orientation angle, the shear strength when using the rotating end grip is high, which suppresses the effects of inhomogeneous deformation and buckling between ratings by the rotating end grip. It is shown that.
From the above consideration, the non-spindle tension and compression characteristics of the unidirectional reinforcement can be accurately and efficiently evaluated by using the rotating end grip of the present invention.
本発明の回転グリップ装置１００を使用した圧縮試験および引張試験においては、一方向材の非主軸弾性特性および強度特性を、引張と圧縮の両負荷様式に対して精度よく効率的に測定評価することが出来る。この新しい試験方法に関する実証実験を行い以下の結論を得た。
（１）非主軸試験片の応力分布に及ぼす端部拘束の影響を既存の端部グリップ方式と比較したところ、本発明の回転端部方式は優れていることが判明した。
（２）本発明の回転グリップ装置１００は、引張と圧縮のいずれに対してもせん断応力ーせん断ひずみ応答の測定に改善効果が見られた。
（３)本発明の回転グリップ装置１００を使用することにより、同一のグリップ装置で引張試験と圧縮試験を行うことができ、試験評価の合理化促進や試験コストの削減に大きく寄与する。
In the compression test and the tensile test using the rotary grip device 100 of the present invention, the non-spindle elastic property and strength property of the unidirectional material are measured and evaluated accurately and efficiently for both the tension and compression load modes. I can do it. The following conclusion was obtained by conducting a demonstration experiment on this new test method.
(1) When the influence of the end restraint on the stress distribution of the non-spindle test piece was compared with the existing end grip method, it was found that the rotating end method of the present invention was superior.
(2) The rotating grip device 100 of the present invention showed an improvement effect in the measurement of the shear stress-shear strain response for both tension and compression.
(3) By using the rotary grip device 100 of the present invention, a tensile test and a compression test can be performed with the same grip device, which greatly contributes to promoting rationalization of test evaluation and reducing test costs.
本発明の回転グリップ装置は、航空宇宙、自動車、船舶を始めとして、あらゆる分野に利用されている一方向繊維強化複合材料の非主軸弾性特性、強度特性および面内せん断特性等を測定・評価する試験に対し好適に適用され得る。 The rotating grip device of the present invention measures and evaluates the non-principal elastic properties, strength properties, in-plane shear properties, etc. of unidirectional fiber reinforced composite materials used in various fields including aerospace, automobiles and ships. It can be suitably applied to the test.
１ 試験片
２ 試験片タブ
３ 油圧グリップ本体
４ 油圧駆動装置
１０ 掴み歯
２０ 楔形本体
３０ 軸芯調整ガイド
４０ ラジアルベアリング
５０ スラストベアリング
１００ 回転グリップ装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Test piece 2 Test piece tab 3 Hydraulic grip main body 4 Hydraulic drive device 10 Grip tooth 20 Wedge-shaped main body 30 Shaft center adjustment guide 40 Radial bearing 50 Thrust bearing 100 Rotary grip device
Claims (2)
前記掴み歯は、円板状インターフェイスを有し、前記試験片に当接するインターフェイス面の法線方向に一致する軸を介して楔形本体に結合され、且つ該軸はラジアル方向およびスラスト方向に対し回転自由に支持され、
スライド用切欠き部を有し、該切欠き部を介してボルトによって前記楔形本体の上端部に固定されて、荷重方向に対する前記試験片の中心軸と前記掴み歯の中心軸を一致させる軸芯調整ガイドを備え、
試験機本体に対する同一の取り付け形態で引張試験および圧縮試験の双方に適用することが出来ることを特徴とする引張・圧縮試験用の試験片掴み装置。 A test piece gripping device that is applied to a hydraulic grip tester and presses and fixes the end of a test piece from both sides by a pair of opposing gripping teeth,
The gripping teeth have a disk-like interface, and are coupled to the wedge-shaped body via an axis that coincides with the normal direction of the interface surface that abuts the test piece, and the axis rotates in the radial and thrust directions. Freely supported,
An axial core having a notch for sliding and fixed to the upper end of the wedge-shaped main body by a bolt through the notch so as to match the center axis of the test piece with the center axis of the gripping tooth with respect to the load direction With an adjustment guide,
A test piece gripping device for a tension / compression test, which can be applied to both a tensile test and a compression test in the same mounting form with respect to a tester main body .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008274188A JP5177541B2 (en) | 2008-10-24 | 2008-10-24 | Specimen gripping device for tension / compression test of non-spindle composite and test method using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008274188A JP5177541B2 (en) | 2008-10-24 | 2008-10-24 | Specimen gripping device for tension / compression test of non-spindle composite and test method using the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010101782A JP2010101782A (en) | 2010-05-06 |
| JP5177541B2 true JP5177541B2 (en) | 2013-04-03 |
Family
ID=42292551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008274188A Expired - Fee Related JP5177541B2 (en) | 2008-10-24 | 2008-10-24 | Specimen gripping device for tension / compression test of non-spindle composite and test method using the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5177541B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104568576B (en) * | 2013-10-10 | 2017-06-13 | 贵州大学 | A kind of clamp method that mechanical property tests are carried out to metal material |
| JP6866070B2 (en) * | 2016-03-16 | 2021-04-28 | 住友重機械工業株式会社 | Excavator |
| CN108489811B (en) * | 2018-03-29 | 2024-03-22 | 哈尔滨工业大学（威海） | Multidirectional automatic equal-proportion stretching or compressing device |
| CN112557182A (en) * | 2020-12-07 | 2021-03-26 | 上海若顺检测技术有限公司 | Anti-destabilization clamp for composite material open pore tensile compression fatigue test |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6047941A (en) * | 1983-08-26 | 1985-03-15 | Agency Of Ind Science & Technol | Grip for tensile test |
| JPH0325164Y2 (en) * | 1984-11-29 | 1991-05-31 | ||
| JPS6258136A (en) * | 1985-09-09 | 1987-03-13 | Toshiba Corp | Apparatus for measuring strength of fragile material |
| JPS635448U (en) * | 1986-06-30 | 1988-01-14 | ||
| JPS63132343U (en) * | 1987-02-23 | 1988-08-30 | ||
| JP2550804Y2 (en) * | 1989-09-29 | 1997-10-15 | 株式会社島津製作所 | Material testing machine |
| JPH053979U (en) * | 1991-06-28 | 1993-01-22 | 株式会社島津製作所 | Material testing machine |
| JPH09292321A (en) * | 1996-04-30 | 1997-11-11 | Shimadzu Corp | Material testing machine |
| JP3125873U (en) * | 2006-07-24 | 2006-10-05 | 株式会社島津製作所 | Grasping tool |
-
2008
- 2008-10-24 JP JP2008274188A patent/JP5177541B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2010101782A (en) | 2010-05-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Melin et al. | Measuring constitutive shear behavior of orthotropic composites and evaluation of the modified Iosipescu test | |
| JP5177541B2 (en) | Specimen gripping device for tension / compression test of non-spindle composite and test method using the same | |
| Foroutan et al. | Experimental investigation of high strain-rate behaviour of fabric composites | |
| Häberle et al. | An improved technique for compression testing of unidirectional fibre-reinforced plastics; development and results | |
| Arteiro et al. | Effect of tow thickness on the structural response of aerospace-grade spread-tow fabrics | |
| US11543335B2 (en) | Tensile test fixture for quick testing of materials with low transverse strength | |
| Magnier et al. | On the reliability of residual stress measurements in unidirectional carbon fibre reinforced epoxy composites | |
| Bech et al. | A new static and fatigue compression test method for composites | |
| Hao et al. | Development of Modified Arcan Fixture for biaxial loading response of fiber-reinforced composites | |
| Laurin et al. | Determination of the longitudinal compressive strength of a CFRP ply through a tensile test on a laminate | |
| Xiao et al. | An integrated method for off-axis tension and compression testing of unidirectional composites | |
| Kawabata | Micromeasurement of the Mechanical Properties of Single Fibers | |
| CN110274825A (en) | High-modules carbon fibre reinforced resin based composites longitudinal compression performance test methods | |
| Hodgkinson | Testing the strength and stiffness of polymer matrix composites | |
| Grediac | Four-point bending tests on off-axis composites | |
| Joyce et al. | Compression strength reduction in composites with in-plane fiber waviness | |
| Broughton | Through-thickness testing | |
| Wang et al. | Improved testing method for the compressive strength of single fiber | |
| Kumazawa et al. | Biaxial strength investigation of CFRP composite laminates by using cruciform specimens | |
| Valot et al. | Ultimate strength of quasi-isotropic laminates in tension: Theoretical and experimental analysis. | |
| Wu et al. | Combining the non-linearity of angle-plies and fibre fragmentation in carbon fibre laminates under compressive loading | |
| Casapu et al. | Off-axis response and shear characterization of unidirectional ply-level hybrid carbon-fiber-reinforced polymer materials | |
| Merzkirch | V-Notched Specimen Testing | |
| Ganesan | Experimental characterization of interlaminar shear strength | |
| Sharif et al. | Shear Properties of Woven and Chopped Strand Mat Laminated Composite by Arcan Test Method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20111019 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120920 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120926 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121122 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20121212 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20121226 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |