JP5909114B2

JP5909114B2 - 破壊力学パラメータ測定方法

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Publication number: JP5909114B2
Application number: JP2012044758A
Authority: JP
Inventors: 上笹貫　司; 司上笹貫; 聖紘柏木; 野中　吉紀; 吉紀野中; 阿部　俊夫; 俊夫阿部; 勇治丸山
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2016-04-26
Anticipated expiration: 2032-02-29
Also published as: JP2013181792A

Description

本発明は、混合モード下での破壊力学パラメータを測定する方法に関する。

複合材として、例えば炭素繊維などの繊維で強化された樹脂シートを積層させて作製される樹脂基複合材がある。樹脂基複合材は、軽量で高強度であるため、航空機、自動車、船舶等の構造部材として広く用いられている。
例えば航空機の構造部材では、複数枚の樹脂基複合材を貼り合わせ、部材の板厚を厚くしている。このように複数枚の樹脂基複合材を貼り合わせる際に異物が混入すると、強度低下を招き、損傷の起点となる。このため、航空機ではこのような損傷をある程度で許容する設計が行われている。その場合、複合材の層間破壊靭性を用いて強度設計を行い、許容可能な損傷の寸法を決めることがある。

ＪＩＳＫ７０８６（非特許文献１）には、層間に欠陥が導入された平板の炭素繊維強化プラスチックについて、モードＩ（開口型）及びモードＩＩ（面内せん断型）それぞれの変形モードを付与したときの破壊靭性値を測定する方法が規定されている。

ＡＳＴＭＤ６６７１（非特許文献２）に開示される測定方法では、平板の繊維強化プラスチック基材とされる試験片の一端に層間剥離欠陥を形成する。試験片の両端部を支持しながら試験片中央部に荷重を負荷するとともに、剥離欠陥部分を引き剥がす力を加える。欠陥が成長するときの引き剥がす力を計測して、モードＩとモードＩＩの混合モードでの破壊靱性値を測定している。

特許文献１に開示される層間剥離破壊靱性試験方法では、一端に人工剥離欠陥を形成し、欠陥の下部を短くした形状の供試体を用いる。この供試体の人工剥離欠陥の上部と多端とを支持し、中央部に荷重を負荷して、人工剥離欠陥が成長する際の負荷荷重を計測して、モードＩ及びモードＩＩの混合モードでの破壊靭性値を測定している。

日本工業規格ＪＩＳＫ７０８６「炭素繊維強化プラスチックの層間破壊靭性試験方法」米国材料試験協会規格ＡＳＴＭＤ６６７１"Standard Test Method for Mixed Mode I-Mode II Interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fiber Reinforced Polymer Matrix Composites"

特開平４−３４３０４２号公報（請求項１、段落［０００８］〜［００１２］、図１〜図４）

非特許文献２及び特許文献１の試験方法は、荷重条件設定及び冶具設定が複雑であるため、試験を簡便に実施できない。また、特許文献１の試験に使用される供試体は作製工程が煩雑である上、実際の構造体に適用される積層状況を模擬したものではない。

本発明は、複数の部材を接着した供試体を用いて、混合モードにおける破壊力学パラメータを測定する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、第１の方向に延在する板状の第１部材と、該第１部材よりも小さく、対向する一対の辺が垂直または傾斜形状に加工された板状の第２部材とを有し、前記第１部材と前記第２部材との接触面に所定の大きさの欠陥が導入されるように、前記第１部材の一方の平面部分に前記第２部材の一方の平面部分を前記一対の辺が前記第１の方向と交差する方向に配置して接着された成形体を供試体とし、前記供試体の供試体パラメータとして、前記第１部材の厚さと、前記第２部材の厚さと、前記第１部材の弾性率と、前記第２部材の弾性率と、前記第１部材と接着される前記第２部材の前記平面部分の前記第１の方向に延在する一対の辺の長さと、前記第１の方向での前記欠陥の幅と、前記傾斜形状の前記第１の方向での幅とが任意の値に設定される供試体パラメータ設定工程と、前記設定された供試体パラメータを有する前記供試体における前記第１部材の前記第１の方向の両端部を掴み治具で挟み、該掴み治具を介し、前記供試体に対して前記第１の方向に所定の引張負荷が与えられる場合に、前記欠陥でのモードＩの破壊力学パラメータＧ_Ｉ及びモードＩＩの破壊力学パラメータＧ_ＩＩが、ＦＥＭ解析を用いて算出される破壊力学パラメータ算出工程と、前記破壊力学パラメータ算出工程で算出された破壊力学パラメータから、前記設定された供試体パラメータ及び前記負荷での前記モードＩと前記モードＩＩとの破壊力学パラメータの混合比率Ｇ_Ｉ／Ｇ_ＩＩが算出される混合比率算出工程とを備える破壊力学パラメータ測定方法を提供する。

本発明によれば、第１部材と第２部材とを接着して板厚を厚くした供試体について、第１部材の厚さ、第２部材の厚さ、第１部材の弾性率、第２部材の弾性率、第２部材の長さ、第２部材の傾斜部分の幅、及び、欠陥の長さを変えることにより、種々の混合モードでの破壊力学パラメータの混合比率を得ることができる。この混合比率は、例えば樹脂基複合材や金属板などの部材を積層させた構造部材の設計に利用することができる。

上記発明において、前記設定された供試体パラメータを有する前記供試体における前記第１部材の前記第１の方向の両端部を掴み治具で挟み、該掴み治具を介し、前記供試体に対して前記第１の方向に引張負荷が与えられた場合に、前記欠陥から破壊が開始した時の前記引張負荷の値が取得される層間剥離強度測定工程とを更に備え、前記破壊力学パラメータ算出工程において、前記強度測定工程で取得された前記引張負荷の値を用いて、前記欠陥から破壊が開始した時の前記モードＩの破壊力学パラメータＧ_Ｉｄ及び前記モードＩＩの破壊力学パラメータＧ_ＩＩｄが算出され、前記混合比率算出工程において、前記算出された破壊力学パラメータから、前記欠陥から破壊が開始した時の前記混合比率Ｇ_Ｉｄ／Ｇ_ＩＩｄが算出されても良い。

こうすることにより、種々の混合モードにおいて欠陥から破壊が開始した時の混合比率を取得できる。この結果、各混合モードでの供試体に導入された欠陥部分の相関剥離強度を求めることができる。

上記発明において、前記供試体の前記第２部材が設けられる側の面上に、前記第２部材の形状に倣った形状を有する第１押え治具が設置され、前記供試体の前記第１押え治具が設置された面と反対側の面上に、前記第１部材の形状に倣った第２の押え治具が設置されても良い。

上記発明において、前記第１部材の他方の平面部分同士を接触させた同一の形状を有する２つの前記成形体を前記供試体としても良い。

上記発明において、前記成形体の前記第１部材の他方の平面部分に、前記第２部材と同一形状の別の第２部材を接着させた成形体を前記供試体としても良い。

上記各構成の供試体を用いると、引張負荷を与えている間に供試体が変形しないため、より正確に破壊力学パラメータを取得することができる。従って、得られる混合比率の精度を向上させることができる。

本発明によれば、複合材や金属板を接着した部材について、種々の混合比率での破壊力学パラメータを測定することができる。本発明を用いれば、各混合比率において欠陥から破壊が開始するときの負荷を取得することができる。この混合比率を用いれば、混合モードで破壊が発生する部材の強度を取得することや、破壊を開始させないための部材設計をすることが可能となる。

第１実施形態の供試体の概略図である。欠陥の導入例を説明する概略図である。第１実施形態の供試体の別の例を示す概略図である。第１実施形態に係る測定方法を説明する概略図である。テーパー比及び欠陥比を変えたときの混合比率を示すグラフである。テーパー比及び弾性率比を変えたときの混合比率を示すグラフである。第２実施形態に係る測定方法を説明する概略図である。押え治具有無による混合比率の変化を表すグラフである。第３実施形態の供試体の概略図である。第４実施形態の供試体の概略図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る破壊力学パラメータ測定方法に使用する供試体の概略図である。図１（ａ）は側面図であり、図１（ｂ）は平面図である。
図１の供試体１は、第１部材２と第２部材３とが接着された形状となっている。第１部材２及び第２部材３は、例えば炭素繊維やガラス繊維などの繊維をエポキシ樹脂などで固定した繊維強化樹脂シート（プリプレグ）を複数積層させて構成される樹脂基複合材や、金属板とされる。第１部材２と第２部材３とは、接着剤等により接着されていても良いし、第１部材２及び第２部材３を積層させたのち同時に硬化されて接着されていても良い。

第１の部材２は、板状とされる。図１（ｂ）において、第１の部材２は短冊形状とされ、第１の方向に延在する長辺と短辺とを有する。なお、第１の部材２は短冊の角部が直線状または曲線状に加工された形状や、短冊の長辺側の端部が曲線状に加工されていても良い。

第２の部材３は、板状とされる。図１に示すように、第２部材３は矩形であることが好ましい。あるいは、第２部材３は正方形であっても良い。図１（ａ）に示すように、第２部材３は第１部材２よりも小さい。第２部材３の長辺の長さは、第１部材２の長辺の長さよりも短くなっている。

第２部材３は、第１部材２の長辺の中央部に配置される。第２部材３は、第１の方向に垂直な方向の第１部材２の中心軸で対称となるように配置されることが好ましい。
本実施形態では、第２部材３は、短辺が第１の方向と交差する方向になるように配置される。第２部材３の短辺は、図１（ｂ）のように第１の方向と略垂直であることが好ましい。但し、本実施形態はこれに限定されず、平面で見たときに第２部材３が図１（ｂ）の配置に対して回転しているように配置されていても良い。
このように、第２部材３が中心軸で対称になるように配置され、第２部材３の短辺が第１の方向と略垂直であるように配置されると、後述する破壊力学パラメータの算出が容易となる。

図１の第２部材３は、第１の方向に交差する１対の辺（図１（ｂ）では短辺）が傾斜形状に加工されている。この傾斜形状は、図１（ａ）に示すように直線状の切欠き形状でも良いし、曲線状であっても良い。
図１では、第１部材２の短辺と第２部材３との短辺とは同じ長さにしたが、第２部材３の短辺は第１部材２の短辺よりも小さくしても良い。

第２部材３の上下の平面部分のうち大きい方が、前記第１部材２の平面部分の一方と接触する。第１部材２と第２の部材３との接触面は接着されている。

図１の供試体１には、第１部材２と第２部材３との接触面に所定の大きさの欠陥４が導入されている。この欠陥４は、第１部材２と第２部材３とが接着していない剥離欠陥である。図１（ｂ）では、欠陥４は平面で見たときに長方形となっている。
図１（ｂ）では、欠陥４は第２部材３の傾斜形状に加工された辺のうち一方の辺、つまり、第１部材２と第２部材３との接触面の第２部材３の短辺側の一方に設けられている。欠陥４は、図１（ｂ）のように第２部材３の短辺方向全体に導入されていることが好ましいが、第２部材の長辺側端部で欠陥４が導入されずに第１部材２と第２部材３とが接着されていても良い。

欠陥４は、第１部材２と第２部材３との接触面の中央部分に導入されていても良い。図２は欠陥の別の導入例を説明する概略図である。図２は図１（ｂ）と同じ方向から見た図である。
図２（ａ）の欠陥４は、欠陥４の周囲の第１部材２と第２部材３とが接着されるように設けられている。欠陥４の形状は特に限定されず、正方形、長方形などであっても良い。
図２（ｂ）の欠陥４は、接触面の中央部分で第１の方向に略垂直な方向に延在し、第１部材２の長辺側に位置する端部側で第１部材２と第２部材３との接触面を貫通するように設けられている。
図２（ｃ）の欠陥４は、接触面の中央部分で第１部材２の長辺方向（第１の方向に略平行な方向）に延在し、第１部材２の両端部（第２部材３の加工された辺）で第１部材２と第２部材３との接触面を貫通するように設けられている。

図３は第１実施形態に係る測定方法に使用する供試体の別の例を示す概略図である。図３（ａ）は側面図であり、図３（ｂ）は平面図である。
図３の供試体１では、第２部材３に切欠き加工が施されていない。このため、第１の方向と交わる第２部材３の一対の辺（短辺）は、第１部材２に対して垂直になるように加工されている。

第１実施形態の破壊力学パラメータ測定方法を以下に説明する。
（１）供試体パラメータの設定
図１または図３の供試体１のパラメータを設定する。ここで設定されるパラメータは、第１部材２の厚さｔ_１、第２部材３の厚さｔ_２、第１部材２の弾性率Ｅ_１、第２部材３の弾性率Ｅ_２、第２部材３の長さＷ、第２部材３の傾斜部分の幅Ｌ、及び、欠陥４の長さａである。第２部材３の長さＷは、第１部材と接触する平面部分において、第１の方向に略平行な辺の長さである。欠陥４の長さａは、第１の方向に略平行な方向の長さである。傾斜部分の幅Ｌは、第１の方向に略平行な方向の幅である。

各パラメータは、例えば航空機の構造部材の材質及び形状を模擬して任意の数値に設定される。欠陥４の長さａは、第２部材３の長さＷよりも小さい値に設定される。図３の供試体１の場合、第２部材３の傾斜部分の幅Ｌは０と設定される。

（２）破壊力学パラメータの算出
任意の数値とされる供試体パラメータが与えられた図１または図３の供試体１の破壊力学パラメータが、ＦＥＭ解析により算出される。

計算では以下のように仮定する。
図４は、図１の供試体に負荷が付与される状況を説明する概略図である。供試体１の第１部材２の第１の方向の両端が、掴み治具５によって挟まれる。このとき、第２部材３は掴み治具５に接触させない。

掴み治具５を介して、第１部材２に対して長辺方向（第１の方向）に所定の引張負荷が付与される。計算において、引張負荷は、荷重または第１の方向への変位とされる。この時、供試体の中心軸と引張方向の軸Ｃとがずれているため、第１部材２に引張力と、第２部材が設けられていない側への湾曲する曲げ力とが付与される。第２部材３は第１部材２と接着されているため、引張力と曲げ力とが付与される。この結果、欠陥４の先端において、亀裂（剥離）が図４の板厚方向に開口するモードＩの変形と、亀裂が図４の第１部材長辺方向にずれるモードＩＩの変形とが開始する。

上述のｔ_１、ｔ_２、Ｅ_１、Ｅ_２、Ｗ、Ｌ、ａ、及び、引張負荷の大きさをパラメータとして、ＦＥＭ解析により、所定の大きさの引張負荷が付与された場合のモードＩの破壊力学パラメータＧ_Ｉ、及び、モードＩＩの破壊力学パラメータＧ_ＩＩが算出される。

（３）混合比率の算出
ＦＥＭ解析で得られた破壊力学パラメータＧ_Ｉ、Ｇ_ＩＩから、各引張負荷でのモードＩ及びモードＩＩの混合比率が算出される。本実施形態では、混合比率はＧ_Ｉ／Ｇ_ＩＩと定義される。算出される混合比率の値は、０から∞の間の値になる。

本実施形態では、切欠き部分のテーパー比（ｔ_２／Ｌ）、欠陥比（ａ／Ｗ）、弾性率比（Ｅ_１／Ｅ_２）、第１部材と第２部材の板厚比（ｔ_２／ｔ_１）を変えることにより、モードＩの破壊力学パラメータＧ_ＩとモードＩＩの破壊力学パラメータＧ_ＩＩの比率を変えることができる。

図５は、テーパー比及び欠陥比を変えたときの混合比率を示すグラフである。同図において、横軸はテーパー比（ｔ_２／Ｌ）、縦軸は混合比率（Ｇ_Ｉ／Ｇ_ＩＩ）である。同じテーパー比である場合、欠陥比ａ／Ｗが大きくなると、混合比率が低下する。つまり、欠陥の長さが大きくなると、モードＩＩの変形が支配的となる。

図６は、テーパー比及び弾性率比を変えたときの混合比率を示すグラフである。同図において、横軸はテーパー比（ｔ_２／Ｌ）、縦軸は混合比率（Ｇ_Ｉ／Ｇ_ＩＩ）である。同じテーパー比である場合、弾性率比（Ｅ_１／Ｅ_２）が大きくなると混合比率が上昇する。

図５及び図６を参照すると、同じ欠陥比あるいは弾性率比である場合、テーパー比ｔ_２／Ｌが大きくなるほど混合比率が低下する傾向がある。つまり、第２部材を所定の板厚とすると、傾斜部分が垂直に近づく（垂直の場合ｔ_２／Ｌは無限大になる）ほど、モードＩＩの変形が支配的となる。

上記の測定方法を用いて、欠陥から破壊が開始するときの破壊力学パラメータの混合比率を取得することができる。
（１’）強度測定
図１または図３に示される供試体１が作製される。供試体１の作製では、第１部材２と第２部材３の間に層間剥離を挿入した後に第１部材２と第２部材３とを接着する。接着する方法は、第１部材と第２部材とをエポキシ系接着材などで接着する。あるいは、第１部材及び第２部材を樹脂基複合材とした場合にはプリプレグを同時に硬化成形する。但し、欠陥４が導入される部分では、第１部材２と第２部材３とを接着させない。なお、層間剥離は、ＪＩＳＫ７０８６に倣い、テフロンフィルム等で模擬する。

供試体１は、図４のように第１部材２の第１の方向の両端が掴み治具５によって挟まれる。掴み治具５が引張試験装置（不図示）に固定される。試験装置により供試体１に第１の方向への引張荷重を負荷する。欠陥４の先端から、第１部材２と第２部材３とが剥離する破壊が開始した時の引張荷重の大きさを測定する。この引張荷重の大きさは、層間剥離強度に相当する。

次いで、上記（２）の工程において、（１’）の測定に用いた供試体のｔ_１、ｔ_２、Ｅ_１、Ｅ_２、Ｗ、Ｌ、ａ、及び、取得した引張荷重の値を用いて、破壊力学パラメータが計算される。計算された破壊力学パラメータは、欠陥から破壊が開始した時のモードＩ及びモードＩＩの破壊力学パラメータＧ_Ｉｄ、Ｇ_ＩＩｄとなる。

上記（３）の工程において、取得したＧ_Ｉｄ及びＧ_ＩＩｄから、欠陥から破壊が開始した時の混合比率Ｇ_Ｉｄ／Ｇ_ＩＩｄが算出される。

上記の工程により、供試体１の層間剥離強度と混合比率とが相関づけられる。従って、任意の供試体パラメータを有する供試体の混合比率が得られれば、その供試体に導入された欠陥部分の層間剥離強度を取得することができる。

本実施形態の破壊力学パラメータ測定方法により求められた混合比率は、複数の部材を積層させた構造部材の設計に利用することができる。

例えば図５及び図６に例示されるような、テーパー比ｔ_２／Ｌ、弾性率比Ｅ_１／Ｅ_２、欠陥比ａ／Ｗと、混合比率Ｇ_Ｉ／Ｇ_ＩＩとの関係図を予め取得しておく。また、各混合比率における層間剥離強度を予め取得しておく。構造部材に付与される引張荷重の大きさから、要求される層間剥離強度が決定される。層間剥離強度は混合比率と関連付けられているので、荷重が付与された時のＧ_ＩとＧ_ＩＩとが決定できる。すなわち、ある混合比率における破壊靭性値が取得できる。
なお、モードＩのみのＧ_Ｉ、及び、モードＩＩのみのＧ_ＩＩは、ＪＩＳＫ７０８６で取得する。

上記以外の使用方法として、例えば、板厚ｔ_１を有する基材（第１部材）に別の部材（第２部材）を接着する場合を想定する。第２部材の板厚ｔ_２、長さＷ、テーパー比ｔ_２／Ｌの値は固定されている。この場合、図５に示すような、欠陥比を変えたときのテーパー比と混合比率との関係図を参照し、所定のテーパー比ｔ_２／Ｌ及び第２部材の長さＷを有する場合に許容される欠陥の長さａを取得することもできる。

あるいは、板厚ｔ_１、弾性率Ｅ_１を有する基材（第１部材）に、板厚ｔ_２、弾性率Ｅ_２を有する部材（第２部材）を接着する場合を想定する。第２部材の長さＷ、導入される欠陥の幅ａは固定されている。この場合、図６に示すような、弾性率比を変えたときのテーパー比と混合比率との関係図を参照し、この構造部材の混合比率で破壊が発生しないテーパー比を決定することができる。

＜第２実施形態＞
図７は、第２実施形態に係る破壊力学パラメータ測定方法を説明する概略図である。図７（ａ）は側面図であり、図７（ｂ）は平面図である。図７の供試体１は、図１と同一形状であるが、図３と同じ供試体としても良い。

本実施形態では、供試体１の第２部材３が設置される部分は、第１押え治具６及び第２押え治具７で挟まれている。供試体１の第２部材３が設けられる面側に、第１押え治具６が設置される。第１押え治具６の第２部材３に接触する面は、第２部材３の形状に倣った形状に加工されている。供試体１の第１押え治具６が設けられる面と反対側の面に、第２押え治具７が設置される。第２押え治具７の第１部材２に接触する面は、第１部材２の形状に倣っている。

第１押え治具６及び第２押え治具７は、ボルト８で固定される。ボルト８は図７（ｂ）に示すように供試体１の外側に設置される。

掴み治具５は、第１部材２の両端を挟んで固定するが、第１押え治具６及び第２押え治具７は挟まないように設置される。

第２実施形態の破壊力学パラメータの測定方法は、第１実施形態と同様である。本実施形態においても、供試体１の中心軸と引張方向の軸Ｃとがずれている。このため、供試体１には曲げ力と引張力とが付与され、欠陥４部分に混合モードの変形が付与される。第１実施形態では曲げ力により供試体が変形する。一方、第２実施形態では第２部材３が設置される部分が第１押え治具６及び第２押え治具７で固定されているため、負荷を与えている間に供試体１の変形が発生しない。このため、供試体の中心軸と引張方向の軸Ｃとの相対位置が固定される。また、本実施形態であれば、供試体に圧縮荷重を与えることもできる。

図８は、押え治具が無い場合（第１実施形態）及び押え治具がある場合（第２実施形態）でのテーパー比と混合比率との関係図である。同図において、横軸はテーパー比、縦軸は混合比率である。

第２実施形態の測定方法では、引張負荷を加えている間に供試体が変形しないため、より正確に破壊力学パラメータを取得することができる。従って、得られる混合比率の精度が向上する。

＜第３実施形態＞
図９は、第３実施形態に係る破壊力学パラメータ測定方法を説明する概略図である。図９は供試体１０の側面図である。第３実施形態の供試体１０は、図１と同一形状の２つの成形体の第１部材１２ａ，１２ｂ同士を接触させた形状である。本実施形態では、第１部材１２ａ，１２ｂ同士は、接着されていても良いし、接着されていなくても良い。第１部材１２ａ，１２ｂと第２部材１３ａ，１３ｂとの間には、それぞれ欠陥１４ａ，１４ｂが導入されている。欠陥１４ａ，１４ｂは同じ側に導入されている。
第３実施形態では、図３と同一形状の成形体を適用することもできる。

第１部材１２ａ，１２ｂ同士を接触させた状態で、供試体１０の両端が掴み治具１５に挟まれて固定される。供試体１０は、掴み治具１５を介して第１部材１２ａ，１２ｂの長さ方向に引張荷重が負荷される。

本実施形態では、接触面を軸にして対称となるように２つの成形体を組み合わせている。また、同じ側に欠陥が導入されている。このため、成形体の接触面が、供試体１０の中心軸及び引張方向の軸となる。中心軸と引張方向の軸とが一致しているため、押え治具を使用しなくても引張負荷を付与している間の供試体１０の変形が抑制される。引張負荷を加えている間の供試体の中心軸が変動しないので、より正確に破壊力学パラメータを取得することができ、得られる混合比率の精度が向上する。

＜第４実施形態＞
図１０は、第４実施形態に係る破壊力学パラメータ測定方法を説明する概略図である。図１０は供試体２０の側面図である。第４実施形態の供試体２０は、第１部材２２の両面に、同一形状の２つの第２部材２３ａ，２３ｂが接着される。第１部材２２と第２部材２３ａとの間に導入される欠陥２４ａと、第１部材２２と第２部材２３ｂとの間に導入される欠陥２４ｂとは、同じ側に形成されている。
図１０では第２部材の一対の辺は傾斜形状に加工されているが、図３のように垂直になるように加工されていても良い。

供試体２０の第１部材２２の両端が掴み治具２５に挟まれて固定される。供試体２０は、掴み治具２５を介して第１部材２２の長さ方向に引張荷重が負荷される。

本実施形態では、第１部材２２を軸にして対称となるように第２部材２３ａ，２３ｂ及び欠陥２４ａ，２４ｂが配置されている。このため、供試体２０の中心軸と引張方向の軸とが一致するので、押え治具を使用しなくても引張負荷を付与している間の供試体２０の変形が抑制される。この結果、より正確に破壊力学パラメータを取得することができ、得られる混合比率の精度が向上する。

１，１０，２０供試体
２，１２ａ，１２ｂ，２２第１部材
３，１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ第２部材
４，１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ欠陥
５，１５，２５掴み治具
６第１押え治具
７第２押え治具
８ボルト

Claims

第１の方向に延在する板状の第１部材と、該第１部材よりも小さく、対向する一対の辺が垂直または傾斜形状に加工された板状の第２部材とを有し、前記第１部材と前記第２部材との接触面に所定の大きさの欠陥が導入されるように、前記第１部材の一方の平面部分に前記第２部材の一方の平面部分を前記一対の辺が前記第１の方向と交差する方向に配置して接着された成形体を供試体とし、
前記供試体の供試体パラメータとして、前記第１部材の厚さと、前記第２部材の厚さと、前記第１部材の弾性率と、前記第２部材の弾性率と、前記第１部材と接着される前記第２部材の前記平面部分の前記第１の方向に延在する一対の辺の長さと、前記第１の方向での前記欠陥の幅と、前記傾斜形状の前記第１の方向での幅とが任意の値に設定される供試体パラメータ設定工程と、
前記設定された供試体パラメータを有する前記供試体における前記第１部材の前記第１の方向の両端部を掴み治具で挟み、該掴み治具を介し、前記供試体に対して前記第１の方向に所定の引張負荷が与えられる場合に、前記欠陥でのモードＩの破壊力学パラメータＧ_Ｉ及びモードＩＩの破壊力学パラメータＧ_ＩＩが、ＦＥＭ解析を用いて算出される破壊力学パラメータ算出工程と、
前記破壊力学パラメータ算出工程で算出された破壊力学パラメータから、前記設定された供試体パラメータ及び前記負荷での前記モードＩと前記モードＩＩとの破壊力学パラメータの混合比率Ｇ_Ｉ／Ｇ_ＩＩが算出される混合比率算出工程とを備える破壊力学パラメータ測定方法。
前記設定された供試体パラメータを有する前記供試体における前記第１部材の前記第１の方向の両端部を掴み治具で挟み、該掴み治具を介し、前記供試体に対して前記第１の方向に引張負荷が与えられた場合に、前記欠陥から破壊が開始した時の前記引張負荷の値が取得される層間剥離強度測定工程とを更に備え、
前記破壊力学パラメータ算出工程において、前記強度測定工程で取得された前記引張負荷の値を用いて、前記欠陥から破壊が開始した時の前記モードＩの破壊力学パラメータＧ_Ｉｄ及び前記モードＩＩの破壊力学パラメータＧ_ＩＩｄが算出され、
前記混合比率算出工程において、前記算出された破壊力学パラメータから、前記欠陥から破壊が開始した時の前記混合比率Ｇ_Ｉｄ／Ｇ_ＩＩｄが算出される請求項１に記載の破壊力学パラメータ測定方法。
前記供試体の前記第２部材が設けられる側の面上に、前記第２部材の形状に倣った形状を有する第１押え治具が設置され、
前記供試体の前記第１押え治具が設置された面と反対側の面上に、前記第１部材の形状に倣った第２の押え治具が設置される請求項１または請求項２に記載の破壊力学パラメータ測定方法。
前記第１部材の他方の平面部分同士を接触させた同一の形状を有する２つの前記成形体を前記供試体とした請求項１または請求項２に記載の破壊力学パラメータ測定方法。
前記成形体の前記第１部材の他方の平面部分に、前記第２部材と同一形状の別の第２部材を接着させた成形体を前記供試体とした請求項１または請求項２に記載の破壊力学パラメータ測定方法。