JP7385128B2 - 変形抵抗の算出方法、変形抵抗の算出装置、及び変形抵抗の算出プログラム - Google Patents
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Description
本発明は、変形抵抗の算出方法、変形抵抗の算出装置、及び変形抵抗の算出プログラムに関する。
鋼材等で形成された試験片の変形抵抗を算出するための試験機には、引張試験、圧縮試験、ねじり試験等を行う装置が用いられる。引張試験及びねじり試験を行うには、試験機で試験片を掴むための掴み部が試験片に必要である。このため、試験片の寸法が大きくなったり、掴み部に起因する複雑な加工が必要になったりする。一方、圧縮試験を行う試験機は、試験片を掴まずに所定の方向に挟むだけであるため、試験片に掴み部が不要である。このため、圧縮試験では、引張試験及びねじり試験用の試験片に比べて構成が単純な、円柱状の試験片を用いる。
また引張試験において、応力ひずみ関係が得られるひずみは相当ひずみで０．２～０．３であるのに対し、圧縮試験は１．０以上の高ひずみ領域の変形抵抗を取得できる。
限られた材料から高ひずみ領域の変形抵抗を取得する場合には、圧縮試験は望ましい測定方法である。
また引張試験において、応力ひずみ関係が得られるひずみは相当ひずみで０．２～０．３であるのに対し、圧縮試験は１．０以上の高ひずみ領域の変形抵抗を取得できる。
限られた材料から高ひずみ領域の変形抵抗を取得する場合には、圧縮試験は望ましい測定方法である。
従来、圧縮試験に用いられる試験機として、試験片の温度制御及び加工速度制御ができることを特徴とする圧縮試験機（富士電波工機（株）製、登録商標：サーメックマスターＺ）が開発されている。この試験機は、事実上の標準試験機として素材メーカーや各種研究機関で用いられている。
図９はこの従来の試験機１００の概略構成を示す説明図である。この試験機１００は、一対の加圧部材（アクチュエータ）１１と、位置センサー（位置検出部）１２と、荷重センサー（荷重検出部）１３と、加工制御部１４と、加熱コイル１５と、加熱部１６と、熱電対１７と、主制御部１８と、を備えている。
一対の加圧部材１１は、上下方向Ｚに互いに間隔を空けて配置されている。以下では、一対の加圧部材１１のうち、上方に配置された加圧部材を加圧部材１１Ａとも言い、下方に配置された加圧部材を加圧部材１１Ｂとも言う。一対の加圧部材１１は、相対的に上下方向Ｚに移動できる。
一対の加圧部材１１は、上下方向Ｚに互いに間隔を空けて配置されている。以下では、一対の加圧部材１１のうち、上方に配置された加圧部材を加圧部材１１Ａとも言い、下方に配置された加圧部材を加圧部材１１Ｂとも言う。一対の加圧部材１１は、相対的に上下方向Ｚに移動できる。
各加圧部材１１には、治具２１がそれぞれ着脱可能に取付けられている。以下では、加圧部材１１Ａに取付けられる治具を治具２１Ａとも言い、加圧部材１１Ｂに取付けられる治具を治具２１Ｂとも言う。例えば、治具２１Ａは加圧部材１１Ａにボルト等の固定部材１９により固定されている。
円柱状の試験片１１０は、治具２１Ｂ上に配置される。試験片１１０は、試験片１１０の軸線Ｏ方向が上下方向Ｚに沿うように配置される。
加熱コイル１５、加熱部１６、及び熱電対１７は、試験片１１０を予め設定された目標温度に保つ機構である。加熱コイル１５は、例えば高周波磁誘誘導式の加熱コイルである。加熱コイル１５は、試験片１１０の径方向外側に試験片１１０と同軸に配置されている。
加熱部１６は、例えば高周波電磁誘導式の加熱部である。加熱部１６は、加熱コイル１５に接続されている。熱電対１７の第１端部は試験片１１０の外面に取付けられ、熱電対１７の第２端部は加工制御部１４及び加熱部１６にそれぞれ接続されている。熱電対１７は、試験片１１０の外面の温度を測定する。熱電対１７は、測定した温度を信号に変換して主制御部１８に送る。主制御部１８は、目標温度に対して試験片１１０の温度差を修正するために、加熱部１６に制御信号を送る。加熱部１６は、加熱コイル１５に適当な高周波電流を印加することにより、試験片１１０の内部に誘導電流を発生させる。試験片１１０は、その誘導電流のジュール熱により加熱される。
円柱状の試験片１１０は、治具２１Ｂ上に配置される。試験片１１０は、試験片１１０の軸線Ｏ方向が上下方向Ｚに沿うように配置される。
加熱コイル１５、加熱部１６、及び熱電対１７は、試験片１１０を予め設定された目標温度に保つ機構である。加熱コイル１５は、例えば高周波磁誘誘導式の加熱コイルである。加熱コイル１５は、試験片１１０の径方向外側に試験片１１０と同軸に配置されている。
加熱部１６は、例えば高周波電磁誘導式の加熱部である。加熱部１６は、加熱コイル１５に接続されている。熱電対１７の第１端部は試験片１１０の外面に取付けられ、熱電対１７の第２端部は加工制御部１４及び加熱部１６にそれぞれ接続されている。熱電対１７は、試験片１１０の外面の温度を測定する。熱電対１７は、測定した温度を信号に変換して主制御部１８に送る。主制御部１８は、目標温度に対して試験片１１０の温度差を修正するために、加熱部１６に制御信号を送る。加熱部１６は、加熱コイル１５に適当な高周波電流を印加することにより、試験片１１０の内部に誘導電流を発生させる。試験片１１０は、その誘導電流のジュール熱により加熱される。
一対の加圧部材１１は、試験片１１０を一対の治具２１を介して圧縮加工する機構である。すなわち、所定のタイミングで加工制御部１４から制御信号を一対の加圧部材１１に伝送し（送り）、加圧部材１１Ａに固定された治具２１Ａを所定の速度で下方に移動（ストローク）させて、治具２１Ａと治具２１Ｂとの間で試験片１１０を挟圧して圧縮する。
位置センサー１２は、治具２１Ａの上下方向Ｚの位置を測定する。例えば、位置センサー１２は、治具２１Ｂに対して治具２１Ａが下方に移動したストローク量Ｓ（一対の加圧部材１１のストローク量）を測定する。位置センサー１２が測定したストローク量Ｓは、信号に変換されて、主制御部１８を介して算出装置２６に伝送される。
荷重センサー１３は、一対の加圧部材１１により試験片１１０に負荷される荷重Ｐを測定する。荷重センサー１３が測定した荷重Ｐは、信号に変換されて、主制御部１８を介して算出装置２６に伝送される。算出装置２６に組み込まれた手段により変形抵抗が自動的に演算され、記録部２７に記録される。
位置センサー１２は、治具２１Ａの上下方向Ｚの位置を測定する。例えば、位置センサー１２は、治具２１Ｂに対して治具２１Ａが下方に移動したストローク量Ｓ（一対の加圧部材１１のストローク量）を測定する。位置センサー１２が測定したストローク量Ｓは、信号に変換されて、主制御部１８を介して算出装置２６に伝送される。
荷重センサー１３は、一対の加圧部材１１により試験片１１０に負荷される荷重Ｐを測定する。荷重センサー１３が測定した荷重Ｐは、信号に変換されて、主制御部１８を介して算出装置２６に伝送される。算出装置２６に組み込まれた手段により変形抵抗が自動的に演算され、記録部２７に記録される。
算出装置２６で行われる演算の理論は、文献「富士電波工機（株）：サーメックマスターＺの取扱説明書、１９８７」によると、以下のようである。
試験片１１０の初期高さをｈ０、初期直径をｄ０、加工中の試験片の高さをｈ、最大直径をｄとする。このとき、加工ひずみε１を、（１）式に示す高さひずみで定義する。
ε１＝－ｌｎ（ｈ／ｈ０） ・・（１）
なお、ｌｎは、自然対数である。
試験片１１０の初期高さをｈ０、初期直径をｄ０、加工中の試験片の高さをｈ、最大直径をｄとする。このとき、加工ひずみε１を、（１）式に示す高さひずみで定義する。
ε１＝－ｌｎ（ｈ／ｈ０） ・・（１）
なお、ｌｎは、自然対数である。
最大直径ｄは、加工ひずみε１の関数で次の（２）式で表される。
ｄ＝ｄ（ε１） ・・（２）
故に、試験片１１０の最大断面積Ａ（ε１）は、次の（３）式により得られる。
Ａ（ε１）＝０．２５×π×ｄ（ε１）×ｄ（ε１） ・・（３）
ここに、πは円周率を表す。そして、変形抵抗σ（ε１）は、荷重Ｐを最大断面積Ａ（ε１）で除した（４）式で得られる。
σ（ε１）＝Ｐ／Ａ（ε１） ・・（４）
ｄ＝ｄ（ε１） ・・（２）
故に、試験片１１０の最大断面積Ａ（ε１）は、次の（３）式により得られる。
Ａ（ε１）＝０．２５×π×ｄ（ε１）×ｄ（ε１） ・・（３）
ここに、πは円周率を表す。そして、変形抵抗σ（ε１）は、荷重Ｐを最大断面積Ａ（ε１）で除した（４）式で得られる。
σ（ε１）＝Ｐ／Ａ（ε１） ・・（４）
図１０に、この理論に基づく算出装置２６の構成を示す。
算出装置２６は、位置センサー１２が測定したストローク量Ｓ及び荷重センサー１３が測定した荷重Ｐを取り込んで、ひずみ及び変形抵抗を出力する。すなわち、算出装置２６は、ストローク量Ｓから前記（１）式の関係より試験片１１０の加工ひずみε１を推定するひずみ推定手段２９を備えている。ひずみ推定手段２９は、加工ひずみε１を出力する。
さらに、算出装置２６は、加工ひずみε１から（２）式及び（３）式の関係より、試験片１１０の最大断面積Ａ（ε１）を推定する断面積推定手段３０を備えている。さらに、算出装置２６は、断面積推定手段３０により推定された最大断面積Ａ（ε１）、及び荷重Ｐから（４）式の関係を用いて変形抵抗を推定する変形抵抗推定手段３１を備えている。変形抵抗推定手段３１は、変形抵抗を出力する。
算出装置２６は、位置センサー１２が測定したストローク量Ｓ及び荷重センサー１３が測定した荷重Ｐを取り込んで、ひずみ及び変形抵抗を出力する。すなわち、算出装置２６は、ストローク量Ｓから前記（１）式の関係より試験片１１０の加工ひずみε１を推定するひずみ推定手段２９を備えている。ひずみ推定手段２９は、加工ひずみε１を出力する。
さらに、算出装置２６は、加工ひずみε１から（２）式及び（３）式の関係より、試験片１１０の最大断面積Ａ（ε１）を推定する断面積推定手段３０を備えている。さらに、算出装置２６は、断面積推定手段３０により推定された最大断面積Ａ（ε１）、及び荷重Ｐから（４）式の関係を用いて変形抵抗を推定する変形抵抗推定手段３１を備えている。変形抵抗推定手段３１は、変形抵抗を出力する。
しかし特許文献１では、上記の測定方法では変形様式の影響が全く考慮されていないために、大きなひずみにおける変形抵抗を精度良く評価できないことが示されている。さらに特許文献１では、その課題に対して、試験片が樽状に変形するために試験片の最大断面に生じる不均一ひずみ分布の影響を補正する不均一ひずみ分布補正手段を適用することで、大きなひずみにおける変形抵抗を精度良く評価できることが示されている。
しかし、特許文献１に開示されているように試験片を圧縮する場合、試験片と治具との間の摩擦係数は毎回異なり、その都度得られる荷重－ストローク線図も変わる。すなわち、さらに精度の高い変形抵抗の取得には、試験片と治具との間の摩擦係数を都度取得する、もしくは一定の条件に設定することが必要である。
しかし、特許文献１に開示されているように試験片を圧縮する場合、試験片と治具との間の摩擦係数は毎回異なり、その都度得られる荷重－ストローク線図も変わる。すなわち、さらに精度の高い変形抵抗の取得には、試験片と治具との間の摩擦係数を都度取得する、もしくは一定の条件に設定することが必要である。
ところで、鋼材等の変形抵抗を圧縮試験により高ひずみ域まで測定する方法として、小坂田らが公知文献１（Osakada, K. et al.: Ann. CIRP, 30-1(1981), 135.）で提案する端面拘束圧縮法がある。この端面拘束圧縮法には、図１１及び図１２に示す試験片４０が用いられる。試験片４０は、円柱状に形成されている。試験片４０における、試験片４０の軸線Ｏ方向の両端面４０ａには、試験片溝４１がそれぞれ形成されている。なお、試験片溝４１は、試験片４０に対する寸法を誇張して示している。試験片溝４１は、円錐状に形成され、軸線Ｏ上に配置されている。試験片４０に対しても、初期高さｈ０、初期直径ｄ０とする。
例えば、初期高さｈ０は、初期直径ｄ０の１．５倍の長さである。試験片溝４１の径は２．０ｍｍである。図１１における断面において、試験片溝４１の底部のなす角度は１２０度である。
例えば、初期高さｈ０は、初期直径ｄ０の１．５倍の長さである。試験片溝４１の径は２．０ｍｍである。図１１における断面において、試験片溝４１の底部のなす角度は１２０度である。
図１３及び図１４に、端面拘束圧縮法で用いられる治具４５を示す。治具４５は、円柱状に形成されている。治具４５の外面には、同心円状の突条４６が形成されている。この例では、治具４５の外面に複数の突条４６が形成されている。なお図１３及び図１４では、突条４６の数を少なく示している。複数の突条４６の中心には、外面から突出した突起４７が形成されている。突起４７は、円錐状に形成されている。突起４７の高さは、各突条４６の高さよりも高い。
例えば、治具４５の径は６０ｍｍであり、治具４５の高さは４０ｍｍである。突条４６の幅は０．４ｍｍであり、突条４６の先端のなす角度は１２０度である。突起４７の径は２．４ｍｍであり、突起４７の先端のなす角度は１２０度である。
例えば、治具４５の径は６０ｍｍであり、治具４５の高さは４０ｍｍである。突条４６の幅は０．４ｍｍであり、突条４６の先端のなす角度は１２０度である。突起４７の径は２．４ｍｍであり、突起４７の先端のなす角度は１２０度である。
突起４７が試験片４０の試験片溝４１に係合し、複数の突条４６が試験片４０の端面４０ａに係合する。これにより、試験片４０の端面４０ａが治具４５の外面に対して、試験片４０の径方向に拘束される。すなわち、治具４５の外面に対する試験片４０の端面４０ａの径方向の滑りを拘束する。端面拘束圧縮法は、無潤滑で行われる。
端面拘束圧縮法では、試験片を無潤滑で圧縮する上、治具４５に設けた同心円状の突条４６により、試験片４０と治具４５の間は、固着状態であるとみなすことができる。
端面拘束圧縮法では、試験片を無潤滑で圧縮する上、治具４５に設けた同心円状の突条４６により、試験片４０と治具４５の間は、固着状態であるとみなすことができる。
図１５に、従来の端面拘束圧縮法により変形抵抗を算出する工程の説明図を示す。
ステップＳ１１において、試験片４０の初期高さｈ０、初期断面積Ａ０を測定する。ステップＳ１１が終了すると、ステップＳ１２に移行する。
次に、ステップＳ１２において、前記試験機１００の一対の加圧部材１１に一対の治具４５を取付ける。一対の治具４５で試験片４０を上下方向Ｚに挟んで、圧縮試験を行う。圧縮試験を行うと、図１６に示すように、位置センサー１２によりストローク量Ｓが、荷重センサー１３により荷重Ｐがそれぞれ測定される。
この圧縮試験は、例えば試験機１００に最大ストローク量Ｓｍａｘを入力して行われる。試験機１００は、位置センサー１２が測定したストローク量Ｓが最大ストローク量Ｓｍａｘに達するまで加圧部材１１Ａを下方に移動させる。ストローク量Ｓが最大ストローク量Ｓｍａｘに達したときに、圧縮試験が終了する。ストローク量Ｓが最大ストローク量Ｓｍａｘのときに、荷重センサー１３が測定した荷重Ｐが最大荷重Ｐｍａｘである。
圧縮試験で測定したデータは、主制御部１８を介して記録部２７に記録される。
ステップＳ１１において、試験片４０の初期高さｈ０、初期断面積Ａ０を測定する。ステップＳ１１が終了すると、ステップＳ１２に移行する。
次に、ステップＳ１２において、前記試験機１００の一対の加圧部材１１に一対の治具４５を取付ける。一対の治具４５で試験片４０を上下方向Ｚに挟んで、圧縮試験を行う。圧縮試験を行うと、図１６に示すように、位置センサー１２によりストローク量Ｓが、荷重センサー１３により荷重Ｐがそれぞれ測定される。
この圧縮試験は、例えば試験機１００に最大ストローク量Ｓｍａｘを入力して行われる。試験機１００は、位置センサー１２が測定したストローク量Ｓが最大ストローク量Ｓｍａｘに達するまで加圧部材１１Ａを下方に移動させる。ストローク量Ｓが最大ストローク量Ｓｍａｘに達したときに、圧縮試験が終了する。ストローク量Ｓが最大ストローク量Ｓｍａｘのときに、荷重センサー１３が測定した荷重Ｐが最大荷重Ｐｍａｘである。
圧縮試験で測定したデータは、主制御部１８を介して記録部２７に記録される。
図１７に示すように、圧縮試験が終了した試験機１００から取り出された、圧縮後の試験片４０’は、いわゆる中高形状になっている。すなわち、試験片４０’の径方向の中心での中心高さ（軸線Ｏ方向の長さ）ｈｃが、試験片４０’の径方向外側の端での端部高さｈｅよりも長い。この理由の１つは、図９中に二点鎖線で示すように、治具４５における試験片４０’に接触する外面が湾曲するように変形するためである。
試験片４０’の両端面４０ａには、治具４５における複数の突条４６の形状が転写される。
ステップＳ１２が終了すると、ステップＳ１３に移行する。
試験片４０’の両端面４０ａには、治具４５における複数の突条４６の形状が転写される。
ステップＳ１２が終了すると、ステップＳ１３に移行する。
次に、ステップＳ１３において、圧縮試験で測定したデータから最大荷重Ｐｍａｘを求める。試験片４０ ’の中心高さｈｃを測定する。ステップＳ１３が終了すると、ステップＳ１６及びステップＳ１９にそれぞれ移行する。
次に、ステップＳ１６において、（７）式を用いて試験片４０’（試験片４０）の圧縮率ｅを算出する。ステップＳ１６が終了すると、ステップＳ１７及びステップＳ１８にそれぞれ移行する。
次に、ステップＳ１７において、図１８に示す圧縮率ｅと拘束係数ｆ（ｆ値）との関係式を用いる。圧縮率ｅと拘束係数ｆとの関係式は、例えば公知文献１等から求めることができる。ステップＳ１６において得られた圧縮率ｅを用いて、圧縮率ｅと拘束係数ｆとの関係式から、拘束係数ｆを算出する。
ステップＳ１７が終了すると、ステップＳ１９に移行する。
ステップＳ１７が終了すると、ステップＳ１９に移行する。
次に、ステップＳ１８において、図１９に示す圧縮率ｅと相当ひずみεとの関係式を用いる。圧縮率ｅと相当ひずみεとの関係式は、例えば、公知文献１等から求めることができる。ステップＳ１６において得られた圧縮率ｅを用いて、圧縮率ｅと相当ひずみεとの関係式から、相当ひずみεを算出する。
ステップＳ１８が終了すると、ステップＳ２０に移行する。
ステップＳ１８が終了すると、ステップＳ２０に移行する。
次に、ステップＳ１９において、ステップＳ１１において得られた初期断面積Ａ０、ステップＳ１３において得られた最大荷重Ｐｍａｘ、ステップＳ１７において得られた拘束係数ｆ、及び（８）式を用いて、試験片４０の変形抵抗σを算出する。
ステップＳ１９が終了すると、ステップＳ２０に移行する。
ステップＳ１９が終了すると、ステップＳ２０に移行する。
次に、ステップＳ２０において、ステップＳ１８において得られた相当ひずみε、及びステップＳ１９において得られた変形抵抗σを用いて、相当ひずみε及び変形抵抗σの組を算出する。
図２０に、相当ひずみεと変形抵抗σとの関係を示す。図２０において、横軸は相当ひずみεを表し、縦軸は変形抵抗σを表す。
ステップＳ２０が終了すると、全ての工程が終了し、端面拘束圧縮法により変形抵抗が算出される。
ただし、従来の端面拘束圧縮法を１回行うと、曲線Ｌ１全体でなく、相当ひずみε及び変形抵抗σの組が１組（図２０中の１つの算出組Ｑ）得られる。
図２０に、相当ひずみεと変形抵抗σとの関係を示す。図２０において、横軸は相当ひずみεを表し、縦軸は変形抵抗σを表す。
ステップＳ２０が終了すると、全ての工程が終了し、端面拘束圧縮法により変形抵抗が算出される。
ただし、従来の端面拘束圧縮法を１回行うと、曲線Ｌ１全体でなく、相当ひずみε及び変形抵抗σの組が１組（図２０中の１つの算出組Ｑ）得られる。
ここで、公知文献２（戸田正弘、「鍛造加工条件における鋼材の変形抵抗に関する研究」、大阪大学博士論文、１９９９年１月）では、初期高さｈ０、初期直径ｄ０の試験片として鋼材のように硬い材料を用いた場合、この試験片を端面拘束圧縮すると以下のような問題が生じると指摘している。すなわち、試験片の圧縮荷重が高くなるために、治具が弾性変形し、圧縮後の試験片の中心高さｈｃと端部高さｈｅの差が大きくなり、適切な圧縮率が取得できない。
公知文献２によると、この場合において、（９）式により平均高さｈａｖｅを求める。そして、（７）式の右辺における中心高さｈｃに代えて平均高さｈａｖｅを用いて圧縮率ｅを求めることで、正確な圧縮量の評価が可能であることが示されている。
公知文献２によると、この場合において、（９）式により平均高さｈａｖｅを求める。そして、（７）式の右辺における中心高さｈｃに代えて平均高さｈａｖｅを用いて圧縮率ｅを求めることで、正確な圧縮量の評価が可能であることが示されている。
しかしながら、従来の端面拘束圧縮法では、試験片は圧縮後だけでなく圧縮中にも中高形状になるため、１回の圧縮試験において、一対の加圧部材の任意のストローク量及び荷重における圧縮率を算出できないという問題がある。圧縮率を算出できない理由には、試験機内のガタつきに加え、治具や試験片の弾性変形、試験機の撓み等がある。
ストローク量及び荷重から試験片の圧縮率が算出できれば、１回の圧縮試験において、任意のストローク及び荷重における圧縮率が算出できる。圧縮率が算出できれば、ひずみと拘束係数が算出できる。拘束係数が算出できれば、拘束係数と荷重から変形抵抗が算出できる。
ストローク量及び荷重から試験片の圧縮率が算出できれば、１回の圧縮試験において、任意のストローク及び荷重における圧縮率が算出できる。圧縮率が算出できれば、ひずみと拘束係数が算出できる。拘束係数が算出できれば、拘束係数と荷重から変形抵抗が算出できる。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、圧縮後の試験片が中高形状になる場合であっても、１回の圧縮試験における任意のストローク量及び荷重から試験片の相当ひずみ及び変形抵抗を算出することができる変形抵抗の算出方法、変形抵抗の算出装置、及び変形抵抗の算出プログラムを提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の変形抵抗の算出方法は、同心円状の突条が形成された治具がそれぞれ取付けられる一対の加圧部材を備える端面拘束圧縮試験機を用い、軸線方向の両端面が前記突条にそれぞれ係合する円柱状の試験片を前記一対の治具の間に取付け、前記試験片を前記軸線方向に圧縮して変形抵抗を算出する変形抵抗の算出方法であって、前記一対の加圧部材により前記試験片を圧縮したときに生じる、前記一対の加圧部材のストローク量と前記試験片の圧縮量との差異を補正量としたときに、前記補正量の推定式は前記試験片に作用させる荷重の一次関数で表されるとして、前記推定式を求める推定式算出工程と、前記ストローク量及び前記荷重から前記推定式に基づいて補正圧縮率を算出する補正圧縮率算出工程と、前記補正圧縮率及び前記荷重に基づいて相当ひずみ及び前記変形抵抗を算出する変形抵抗算出工程と、を行うことを特徴としている。
本発明の変形抵抗の算出方法は、同心円状の突条が形成された治具がそれぞれ取付けられる一対の加圧部材を備える端面拘束圧縮試験機を用い、軸線方向の両端面が前記突条にそれぞれ係合する円柱状の試験片を前記一対の治具の間に取付け、前記試験片を前記軸線方向に圧縮して変形抵抗を算出する変形抵抗の算出方法であって、前記一対の加圧部材により前記試験片を圧縮したときに生じる、前記一対の加圧部材のストローク量と前記試験片の圧縮量との差異を補正量としたときに、前記補正量の推定式は前記試験片に作用させる荷重の一次関数で表されるとして、前記推定式を求める推定式算出工程と、前記ストローク量及び前記荷重から前記推定式に基づいて補正圧縮率を算出する補正圧縮率算出工程と、前記補正圧縮率及び前記荷重に基づいて相当ひずみ及び前記変形抵抗を算出する変形抵抗算出工程と、を行うことを特徴としている。
また、本発明の変形抵抗の算出装置は、同心円状の突条が形成された治具がそれぞれ取付けられる一対の加圧部材を備える端面拘束圧縮試験機を用い、軸線方向の両端面が前記突条にそれぞれ係合する円柱状の試験片を前記一対の治具の間に取付け、前記試験片を前記軸線方向に圧縮して変形抵抗を算出する変形抵抗の算出装置であって、前記一対の加圧部材により前記試験片を圧縮したときに生じる、前記一対の加圧部材のストローク量と前記試験片の圧縮量との差異を補正量としたときに、前記補正量の推定式は前記試験片に作用させる荷重の一次関数で表されるとして、前記推定式を求める推定式算出部と、前記ストローク量及び前記荷重から前記推定式に基づいて補正圧縮率を算出する補正圧縮率算出部と、前記補正圧縮率及び前記荷重に基づいて相当ひずみ及び前記変形抵抗を算出する変形抵抗算出部と、を備えることを特徴としている。
また、本発明の変形抵抗の算出プログラムは、同心円状の突条が形成された治具がそれぞれ取付けられる一対の加圧部材を備える端面拘束圧縮試験機を用い、軸線方向の両端面が前記突条にそれぞれ係合する円柱状の試験片を前記一対の治具の間に取付け、前記試験片を前記軸線方向に圧縮して変形抵抗を算出する算出装置用の変形抵抗の算出プログラムであって、前記一対の加圧部材により前記試験片を圧縮したときに生じる、前記一対の加圧部材のストローク量と前記試験片の圧縮量との差異を補正量としたときに、前記算出装置を、前記補正量の推定式は前記試験片に作用させる荷重の一次関数で表されるとして、前記推定式を求める推定式算出部と、前記ストローク量及び前記荷重から前記推定式に基づいて補正圧縮率を算出する補正圧縮率算出部と、前記補正圧縮率及び前記荷重に基づいて相当ひずみ及び前記変形抵抗を算出する変形抵抗算出部と、して機能させることを特徴としている。
これらの発明によれば、各治具の突条が試験片の軸線方向の両端面にそれぞれ係合する。このため、一対の加圧部材が一対の治具を介して試験片を軸線方向に圧縮する際に、一対の治具に対して試験片が試験片の径方向に滑らず、圧縮試験の再現性を高めることができる。試験片は、圧縮後に中高形状になる。
端面拘束圧縮試験機等のコンプライアンス及びガタつきにより、一対の加圧部材のストローク量と試験片の圧縮量との間に誤差が生じる場合がある。ここで言うコンプライアンスとは、端面拘束圧縮試験機の各構成部品、一対の加圧部材、及び試験片における弾性変形及び撓みのことを意味する。ガタつきとは、端面拘束圧縮試験機の複数の構成部品、一対の加圧部材、及び試験片の一方に対して他方が移動することを意味する。
端面拘束圧縮試験機等のコンプライアンス及びガタつきにより、一対の加圧部材のストローク量と試験片の圧縮量との間に誤差が生じる場合がある。ここで言うコンプライアンスとは、端面拘束圧縮試験機の各構成部品、一対の加圧部材、及び試験片における弾性変形及び撓みのことを意味する。ガタつきとは、端面拘束圧縮試験機の複数の構成部品、一対の加圧部材、及び試験片の一方に対して他方が移動することを意味する。
このような場合であっても、ストローク量と圧縮量との差異を補正量とし、補正量の推定式を、荷重の一次関数で表されるとして求める。
発明者等は、数多くの試験を行った結果、補正量の推定式が、荷重の一次関数で表されることを見出した。この一次関数の比例定数は、端面拘束圧縮試験機、一対の治具、及び試験片のコンプライアンスに基づく値である。一方、一次関数の定数（切片）は、端面拘束圧縮試験機、一対の治具、及び試験片間のガタつきに基づく値と考えられる。
発明者等は、数多くの試験を行った結果、補正量の推定式が、荷重の一次関数で表されることを見出した。この一次関数の比例定数は、端面拘束圧縮試験機、一対の治具、及び試験片のコンプライアンスに基づく値である。一方、一次関数の定数（切片）は、端面拘束圧縮試験機、一対の治具、及び試験片間のガタつきに基づく値と考えられる。
１回の圧縮試験において、一対の加圧部材の任意のストローク量及び荷重から推定式に基づいて補正圧縮率を算出する。そして、補正圧縮率及び荷重に基づいて相当ひずみ及び変形抵抗を算出する。
従って、圧縮後の試験片が中高形状になる場合であっても、１回の圧縮試験における任意のストローク量及び荷重から試験片の相当ひずみ及び変形抵抗を算出することができる。
従って、圧縮後の試験片が中高形状になる場合であっても、１回の圧縮試験における任意のストローク量及び荷重から試験片の相当ひずみ及び変形抵抗を算出することができる。
また、前記変形抵抗の算出方法において、前記推定式算出工程では、２つの前記試験片をそれぞれ圧縮したときの、前記一対の加圧部材の最大ストローク量、前記試験片に作用させた最大荷重、及び前記試験片に前記最大荷重を作用させたときの最大圧縮量を、前記２つの試験片のうち、一方の前記最大荷重と他方の前記最大荷重とが互いに異なるように取得し、前記２つの試験片それぞれに対する、前記最大ストローク量と前記最大圧縮量と差異による前記補正量と、前記最大荷重と、に基づいて前記一次関数を算出してもよい。
この発明によれば、推定式算出工程では、２つの試験片をそれぞれ圧縮して、最大ストローク量、最大荷重、及び最大圧縮量を取得する。その際に、２つの試験片のうち、一方の最大荷重と他方の最大荷重とが互いに異なるように取得する。２つの試験片に対してこのように圧縮試験を行うことで、補正量の推定式である一次関数の比例定数及び定数を求めることができる。
この発明によれば、推定式算出工程では、２つの試験片をそれぞれ圧縮して、最大ストローク量、最大荷重、及び最大圧縮量を取得する。その際に、２つの試験片のうち、一方の最大荷重と他方の最大荷重とが互いに異なるように取得する。２つの試験片に対してこのように圧縮試験を行うことで、補正量の推定式である一次関数の比例定数及び定数を求めることができる。
また、前記変形抵抗の算出方法において、前記推定式算出工程において圧縮される前記２つの試験片に対しては、前記ストローク量及び前記荷重からなる測定組を複数測定しなくてもよい。
この発明によれば、推定式算出工程において補正量の推定式を迅速に得ることができる。
この発明によれば、推定式算出工程において補正量の推定式を迅速に得ることができる。
また、前記変形抵抗の算出方法において、前記推定式算出工程において、前記２つの試験片のうち、１つの前記試験片に対しては、前記ストローク量及び前記荷重からなる測定組を複数測定せず、別の１つの前記試験片に対しては、前記測定組を複数測定し、前記推定式算出工程の後で、それぞれの前記測定組に対して前記補正圧縮率算出工程及び前記変形抵抗算出工程をそれぞれ行い、前記複数の測定組を、前記変形抵抗及び相当ひずみからなる複数の算出組に変換してもよい。
この発明によれば、補正量の推定式を求める際に、最大ストローク量、最大荷重、及び最大圧縮量しか測定しない試験片を減らし、試験片を効果的に用いることができる。
この発明によれば、補正量の推定式を求める際に、最大ストローク量、最大荷重、及び最大圧縮量しか測定しない試験片を減らし、試験片を効果的に用いることができる。
また、前記変形抵抗の算出方法において、前記推定式算出工程では、前記補正量をδ、前記荷重をＰとしたときに、前記推定式を（１２）式で表してもよい。
δ＝Ｃ×Ｐ＋δ’ ・・（１２）
ただし、Ｃは前記端面拘束圧縮試験機、前記一対の治具、及び前記試験片のコンプライアンスに基づいて算出される補正係数であり、δ’は前記端面拘束圧縮試験機、前記一対の治具、及び前記試験片間のガタつきに基づいて算出される補正係数である。
この発明によれば、補正量δの推定式を荷重Ｐの一次関数で表す。その際に、一次関数の比例定数であるＣが端面拘束圧縮試験機、一対の治具、及び試験片のコンプライアンスに基づいて算出される補正係数であり、一次関数の定数であるδ’が端面拘束圧縮試験機、一対の治具、及び試験片間のガタつきに基づいて算出される補正係数である。このように、比例定数及び定数の物理的な意味を踏まえて、補正量δの推定式を算出することができる。
δ＝Ｃ×Ｐ＋δ’ ・・（１２）
ただし、Ｃは前記端面拘束圧縮試験機、前記一対の治具、及び前記試験片のコンプライアンスに基づいて算出される補正係数であり、δ’は前記端面拘束圧縮試験機、前記一対の治具、及び前記試験片間のガタつきに基づいて算出される補正係数である。
この発明によれば、補正量δの推定式を荷重Ｐの一次関数で表す。その際に、一次関数の比例定数であるＣが端面拘束圧縮試験機、一対の治具、及び試験片のコンプライアンスに基づいて算出される補正係数であり、一次関数の定数であるδ’が端面拘束圧縮試験機、一対の治具、及び試験片間のガタつきに基づいて算出される補正係数である。このように、比例定数及び定数の物理的な意味を踏まえて、補正量δの推定式を算出することができる。
また、前記推定式算出工程を行った後で、１つの前記試験片を圧縮して取得した前記ストローク量及び前記荷重からなる組である測定組複数に対して、前記補正圧縮率算出工程及び前記変形抵抗算出工程をそれぞれ行い、前記複数の測定組を、前記変形抵抗及び相当ひずみからなる複数の算出組に変換してもよい。
この発明によれば、変形抵抗に対応する第１軸、及び相当ひずみに対応する第２軸が表す座標平面上で、複数の算出組が表す座標を互いに結ぶことで、相当ひずみに対するいわゆる変形抵抗曲線を得ることができる。
この発明によれば、変形抵抗に対応する第１軸、及び相当ひずみに対応する第２軸が表す座標平面上で、複数の算出組が表す座標を互いに結ぶことで、相当ひずみに対するいわゆる変形抵抗曲線を得ることができる。
本発明の変形抵抗の算出方法、変形抵抗の算出装置、及び変形抵抗の算出プログラムによれば、圧縮後の試験片が中高形状になる場合であっても、１回の圧縮試験における任意のストローク量及び荷重から試験片の相当ひずみ及び変形抵抗を精度良く算出することができる。
以下、本発明に係る変形抵抗の算出装置（以下、単に算出装置とも言う）の一実施形態を、図１から図８を参照しながら説明する。
図１に示すように、この算出装置５０は、端面拘束圧縮試験機１を用いて変形抵抗を算出する装置である。以下では、まず端面拘束圧縮試験機１について説明する。
端面拘束圧縮試験機１は、前記試験機１００と同一の構成である。端面拘束圧縮試験機１の一対の加圧部材１１には、前記一対の治具４５がそれぞれ取付けられる。前記試験片４０は、一対の治具４５の間に取付けて用いられる。一対の加圧部材１１は、一対の治具４５を介して試験片４０を軸線Ｏ方向に圧縮する。
端面拘束圧縮試験機１において、位置センサー１２が測定したストローク量Ｓ、及び荷重センサー１３が測定した荷重Ｐは、主制御部１８を介して算出装置５０にそれぞれ伝送される。
図１に示すように、この算出装置５０は、端面拘束圧縮試験機１を用いて変形抵抗を算出する装置である。以下では、まず端面拘束圧縮試験機１について説明する。
端面拘束圧縮試験機１は、前記試験機１００と同一の構成である。端面拘束圧縮試験機１の一対の加圧部材１１には、前記一対の治具４５がそれぞれ取付けられる。前記試験片４０は、一対の治具４５の間に取付けて用いられる。一対の加圧部材１１は、一対の治具４５を介して試験片４０を軸線Ｏ方向に圧縮する。
端面拘束圧縮試験機１において、位置センサー１２が測定したストローク量Ｓ、及び荷重センサー１３が測定した荷重Ｐは、主制御部１８を介して算出装置５０にそれぞれ伝送される。
ここで、一対の加圧部材１１により試験片４０を圧縮したときに生じる、ストローク量Ｓと試験片４０の圧縮量△ｈとの差異を補正量δとする。ストローク量Ｓは、一対の加圧部材１１が試験片４０を圧縮し始めたときの位置を０とする。ストローク量Ｓ及び圧縮量△ｈは、１回の圧縮試験において時々刻々変化する変数である。
このとき、補正量δは、（１５）式により得られる。なお、｜ｘ｜はｘの絶対値を意味する。
δ＝｜Ｓ－△ｈ｜ ・・（１５）
一般的に、圧縮時に一対の治具４５等が変形するため、ストローク量Ｓは圧縮量△ｈ以上である。このため、補正量δは（１６）式により得られる。
δ＝Ｓ－△ｈ ・・（１６）
このとき、補正量δは、（１５）式により得られる。なお、｜ｘ｜はｘの絶対値を意味する。
δ＝｜Ｓ－△ｈ｜ ・・（１５）
一般的に、圧縮時に一対の治具４５等が変形するため、ストローク量Ｓは圧縮量△ｈ以上である。このため、補正量δは（１６）式により得られる。
δ＝Ｓ－△ｈ ・・（１６）
図２に示すように、算出装置５０はコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１と、主記憶装置５２と、補助記憶装置５３と、入出力インタフェース（ＩＯ・Ｉ／Ｆ）５４と、記録・再生装置５５と、を備えている。ＣＰＵ５１、主記憶装置５２、補助記憶装置５３、入出力インタフェース５４、及び記録・再生装置５５は、バス５６により互いに接続されている。
主記憶装置５２は、ＣＰＵ５１のワークエリア等になるＲＡＭ（Random Access Memory）等である。
入出力インタフェース５４は、キーボードやマウス等の入力装置５４ａ、及び表示装置５４ｂに接続される。入出力インタフェース５４は、さらに位置センサー１２及び荷重センサー１３に接続されている。
記録・再生装置５５は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の記録媒体５５ａに対するデータの記録や再生を行う。
主記憶装置５２は、ＣＰＵ５１のワークエリア等になるＲＡＭ（Random Access Memory）等である。
入出力インタフェース５４は、キーボードやマウス等の入力装置５４ａ、及び表示装置５４ｂに接続される。入出力インタフェース５４は、さらに位置センサー１２及び荷重センサー１３に接続されている。
記録・再生装置５５は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の記録媒体５５ａに対するデータの記録や再生を行う。
補助記憶装置５３は、各種データやプログラム等が記憶されるハードディスクドライブ装置等である。補助記憶装置５３には、前記コンピュータを算出装置５０として機能させるための変形抵抗の算出プログラム（以下、単に算出プログラムと言う）５３ａや、ＯＳプログラム等の各種プログラム等が格納されている。制御プログラム５３ａを含む各種プログラムは、記録・再生装置５５を介して記録媒体５５ａから補助記憶装置５３に取り込まれる。算出プログラム５３ａ等は、記録媒体５５ａに格納される。
なお、これらのプログラムは、ＣＤやＤＶＤ等のディスク型の記録媒体や、図示されていない通信装置を介して外部装置から補助記憶装置５３に取り込まれてもよい。
なお、これらのプログラムは、ＣＤやＤＶＤ等のディスク型の記録媒体や、図示されていない通信装置を介して外部装置から補助記憶装置５３に取り込まれてもよい。
ＣＰＵ５１は、各種演算処理を実行する。ＣＰＵ５１は、機能的に、補正量の推定式を求める推定式算出部５１ａと、ストローク量Ｓ及び荷重Ｐから推定式に基づいて補正圧縮率を算出する補正圧縮率算出部５１ｂと、補正圧縮率及び荷重に基づいて相当ひずみ及び変形抵抗を算出する変形抵抗算出部５１ｃと、を備えている。ＣＰＵ５１の機能構成要素である推定式算出部５１ａ、補正圧縮率算出部５１ｂ、及び変形抵抗算出部５１ｃは、補助記憶装置５３に格納されている算出プログラム５３ａ等をＣＰＵ５１が実行することで機能する。算出プログラム５３ａ等は、算出装置５０用のプログラムである。算出プログラム５３ａは、算出装置５０を推定式算出部５１ａ、補正圧縮率算出部５１ｂ、及び変形抵抗算出部５１ｃとして機能させる。
推定式算出部５１ａは、補正量の推定式は試験片４０に作用させる荷重Ｐの一次関数で表されるとして、推定式を求める。
推定式算出部５１ａ、補正圧縮率算出部５１ｂ、及び変形抵抗算出部５１ｃが行う工程の詳細は、以下で説明する本実施形態の変形抵抗の算出方法（以下では、単に算出方法とも言う）で詳しく説明する。
推定式算出部５１ａ、補正圧縮率算出部５１ｂ、及び変形抵抗算出部５１ｃが行う工程の詳細は、以下で説明する本実施形態の変形抵抗の算出方法（以下では、単に算出方法とも言う）で詳しく説明する。
次に本実施形態の算出方法の実施形態の一例について説明する。図３は、本発明の一実施形態における算出方法Ｓ３０を示すフローチャートである。算出方法Ｓ３０では、推定式算出工程Ｓ３１と、本試験工程Ｓ３６と、を行う。ここで言う本試験は、この試験内で用いられる試験片からストローク量及び荷重からなる組である測定組を複数測定して補正圧縮率等を算出する試験のことを意味する。一方、後述する予備試験は、この試験内で用いられる試験片から最大ストローク量、最大荷重、及び最大圧縮量を取得するが、測定組を複数測定しない試験のことを意味する。
推定式算出工程Ｓ３１では、補正量の推定式は試験片４０に作用させる荷重Ｐの一次関数で表されるとして、推定式を求める。まず、推定式算出工程Ｓ３１において、予備試験工程Ｓ３２を行う。
予備試験工程Ｓ３２では、２つの試験片４０をそれぞれ圧縮する。以下では、予備試験工程Ｓ３２で圧縮される２つの試験片４０のうち、最初に圧縮される試験片４０（一方）を試験片４０Ａと言い、２番目に圧縮される試験片４０（他方）を試験片４０Ｂと言う。
推定式算出工程Ｓ３１では、補正量の推定式は試験片４０に作用させる荷重Ｐの一次関数で表されるとして、推定式を求める。まず、推定式算出工程Ｓ３１において、予備試験工程Ｓ３２を行う。
予備試験工程Ｓ３２では、２つの試験片４０をそれぞれ圧縮する。以下では、予備試験工程Ｓ３２で圧縮される２つの試験片４０のうち、最初に圧縮される試験片４０（一方）を試験片４０Ａと言い、２番目に圧縮される試験片４０（他方）を試験片４０Ｂと言う。
予備試験工程Ｓ３２では、試験片４０Ａを圧縮したときの、一対の加圧部材１１の最大ストローク量Ｓｍａｘ、試験片４０Ａに作用させた最大荷重Ｐｍａｘ、及び試験片４０Ａに最大荷重Ｐｍａｘを作用させたときの最大圧縮量△ｈｍａｘを取得する。
同様に、試験片４０Ｂを圧縮したときの、一対の加圧部材１１の最大ストローク量Ｓｍａｘ、試験片４０Ｂに作用させた最大荷重Ｐｍａｘ、及び試験片４０Ｂに最大荷重Ｐｍａｘを作用させたときの最大圧縮量△ｈｍａｘを取得する。
以下では、試験片４０Ａについての最大ストローク量Ｓｍａｘ、最大荷重Ｐｍａｘ、最大圧縮量△ｈｍａｘを、最大ストローク量ＳｍａｘＡ、最大荷重ＰｍａｘＡ、最大圧縮量△ｈｍａｘＡとも言う。試験片４０Ｂについても同様である。
同様に、試験片４０Ｂを圧縮したときの、一対の加圧部材１１の最大ストローク量Ｓｍａｘ、試験片４０Ｂに作用させた最大荷重Ｐｍａｘ、及び試験片４０Ｂに最大荷重Ｐｍａｘを作用させたときの最大圧縮量△ｈｍａｘを取得する。
以下では、試験片４０Ａについての最大ストローク量Ｓｍａｘ、最大荷重Ｐｍａｘ、最大圧縮量△ｈｍａｘを、最大ストローク量ＳｍａｘＡ、最大荷重ＰｍａｘＡ、最大圧縮量△ｈｍａｘＡとも言う。試験片４０Ｂについても同様である。
なお、最大圧縮量△ｈｍａｘは、試験片４０の初期高さｈ０及び平均高さｈａｖｅを用いて、（１７）式により得られる。
△ｈｍａｘ＝ｈ０－ｈａｖｅ ・・（１７）
なお、平均高さｈａｖｅは（９）式以外の式で定義されてもよい。
このとき、補正量δは、（１６）式を参考にして（１９）式により得られる。
δ＝Ｓｍａｘ－△ｈｍａｘ
＝Ｓｍａｘ－ｈ０＋ｈａｖｅ ・・（１９）
△ｈｍａｘ＝ｈ０－ｈａｖｅ ・・（１７）
なお、平均高さｈａｖｅは（９）式以外の式で定義されてもよい。
このとき、補正量δは、（１６）式を参考にして（１９）式により得られる。
δ＝Ｓｍａｘ－△ｈｍａｘ
＝Ｓｍａｘ－ｈ０＋ｈａｖｅ ・・（１９）
ここで、図４に、最大荷重Ｐｍａｘと補正量δとの関係を示す。図４において、横軸は最大荷重Ｐｍａｘを表し、縦軸は補正量δを表す。
予備試験工程Ｓ３２で２つの試験片４０を圧縮する際には、図４に示すよう最大荷重ＰｍａｘＡと最大荷重ＰｍａｘＢとが互いに異なるようにする。具体的には、例えば試験片４０Ａ及び試験片４０Ｂの硬さ（ヤング率）が互いに同一の場合には、最大ストローク量ＳｍａｘＡと最大ストローク量ＳｍａｘＢとが互いに異なるようにする。例えば試験片４０Ａ及び試験片４０Ｂの硬さが互いに異なる場合には、最大ストローク量ＳｍａｘＡと最大ストローク量ＳｍａｘＢとが互いに等しくなるようにする。
なお、予備試験工程Ｓ３２において圧縮される試験片４０Ａ，４０Ｂに対しては、測定組を複数測定しない。
予備試験工程Ｓ３２が終了すると、ステップＳ３３に移行する。
予備試験工程Ｓ３２で２つの試験片４０を圧縮する際には、図４に示すよう最大荷重ＰｍａｘＡと最大荷重ＰｍａｘＢとが互いに異なるようにする。具体的には、例えば試験片４０Ａ及び試験片４０Ｂの硬さ（ヤング率）が互いに同一の場合には、最大ストローク量ＳｍａｘＡと最大ストローク量ＳｍａｘＢとが互いに異なるようにする。例えば試験片４０Ａ及び試験片４０Ｂの硬さが互いに異なる場合には、最大ストローク量ＳｍａｘＡと最大ストローク量ＳｍａｘＢとが互いに等しくなるようにする。
なお、予備試験工程Ｓ３２において圧縮される試験片４０Ａ，４０Ｂに対しては、測定組を複数測定しない。
予備試験工程Ｓ３２が終了すると、ステップＳ３３に移行する。
次に、式算出工程Ｓ３３（ステップＳ３３）において、試験片４０Ａ，４０Ｂそれぞれに対する、最大ストローク量Ｓｍａｘと最大圧縮量△ｈｍａｘと差異による補正量δと、最大荷重Ｐｍａｘと、に基づいて一次関数を算出する。
具体的には、まず荷重Ｐの一次関数である補正量δの推定式を（２２）式で表す。
δ＝Ｃ×Ｐ＋δ’ ・・（２２）
ただし、Ｃは端面拘束圧縮試験機１、一対の治具４５、及び試験片４０のコンプライアンスに基づいて算出される補正係数である。δ’は端面拘束圧縮試験機１、一対の治具４５、及び試験片４０間のガタつきに基づいて算出される補正係数である。例えば、ガタつきには、固定部材１９により加圧部材１１Ａに治具４５を取付けるときのガタつきも含まれる。
補正係数Ｃ，δ’は、端面拘束圧縮試験機１及び一対の治具４５の組に対して定まる値である。補正係数Ｃ，δ’は、圧縮試験を行う端面拘束圧縮試験機１及び一対の治具４５の組ごとに算出することが好ましい。補正係数Ｃ，δ’を算出した後では、端面拘束圧縮試験機１に取付けられる一対の治具４５を交換しないことが好ましい。端面拘束圧縮試験機１に取付ける一対の治具４５を交換した場合には、補正係数Ｃ，δ’を算出し直すことが好ましい。
具体的には、まず荷重Ｐの一次関数である補正量δの推定式を（２２）式で表す。
δ＝Ｃ×Ｐ＋δ’ ・・（２２）
ただし、Ｃは端面拘束圧縮試験機１、一対の治具４５、及び試験片４０のコンプライアンスに基づいて算出される補正係数である。δ’は端面拘束圧縮試験機１、一対の治具４５、及び試験片４０間のガタつきに基づいて算出される補正係数である。例えば、ガタつきには、固定部材１９により加圧部材１１Ａに治具４５を取付けるときのガタつきも含まれる。
補正係数Ｃ，δ’は、端面拘束圧縮試験機１及び一対の治具４５の組に対して定まる値である。補正係数Ｃ，δ’は、圧縮試験を行う端面拘束圧縮試験機１及び一対の治具４５の組ごとに算出することが好ましい。補正係数Ｃ，δ’を算出した後では、端面拘束圧縮試験機１に取付けられる一対の治具４５を交換しないことが好ましい。端面拘束圧縮試験機１に取付ける一対の治具４５を交換した場合には、補正係数Ｃ，δ’を算出し直すことが好ましい。
試験片４０Ａに対して、最大ストローク量ＳｍａｘＡ及び最大圧縮量△ｈｍａｘＡを用いて、（１９）式により補正量δＡを得る。同様に、試験片４０Ｂに対して、最大ストローク量ＳｍａｘＢ及び最大圧縮量△ｈｍａｘＢを用いて、（１９）式により補正量δＢを得る。
そして、試験片４０Ａに対する最大荷重ＰｍａｘＡ及び補正量δＡ、試験片４０Ｂに対する最大荷重ＰｍａｘＢ及び補正量δＢから補正係数Ｃ，δ’を算出する。
式算出工程Ｓ３３が終了すると、推定式算出工程Ｓ３１の全ての工程を終了し、本試験工程Ｓ３６に移行する。
そして、試験片４０Ａに対する最大荷重ＰｍａｘＡ及び補正量δＡ、試験片４０Ｂに対する最大荷重ＰｍａｘＢ及び補正量δＢから補正係数Ｃ，δ’を算出する。
式算出工程Ｓ３３が終了すると、推定式算出工程Ｓ３１の全ての工程を終了し、本試験工程Ｓ３６に移行する。
本試験工程Ｓ３６は、予備試験工程Ｓ３２で用いた端面拘束圧縮試験機１及び一対の治具４５を用いて行う。なお、本算出方法Ｓ３０では、推定式算出工程Ｓ３１において補正量δの推定式の算出が既に行われているため、本試験工程Ｓ３６において補正量δの推定式を算出しない。
まず、本試験工程Ｓ３６において、試験片圧縮工程Ｓ３７を行う。
試験片圧縮工程Ｓ３７では、試験片４０Ａ，４０Ｂとは異なる１つの試験片４０を用いて端面拘束圧縮試験機１及び一対の治具４５によりこの試験片４０を圧縮する圧縮試験を行う。この圧縮試験により、複数の測定組を取得する。測定組とは、ある時刻において、位置センサー１２が測定したストローク量Ｓ、及び荷重センサー１３が測定した荷重Ｐの組のことを意味する。位置センサー１２及び荷重センサー１３が測定した時刻がほぼ同一であるため、このほぼ同一時刻に測定されたストローク量Ｓ及び荷重Ｐが組にして扱われる。
試験片圧縮工程Ｓ３７では、例えば所定の時間間隔ごとに測定組が取得される。これにより、複数の測定組が取得される。以下では、Ｎを２以上の整数として、Ｎ組の測定組が取得されたとして説明する。
試験片圧縮工程Ｓ３７が終了すると、ステップＳ３８に移行する。
まず、本試験工程Ｓ３６において、試験片圧縮工程Ｓ３７を行う。
試験片圧縮工程Ｓ３７では、試験片４０Ａ，４０Ｂとは異なる１つの試験片４０を用いて端面拘束圧縮試験機１及び一対の治具４５によりこの試験片４０を圧縮する圧縮試験を行う。この圧縮試験により、複数の測定組を取得する。測定組とは、ある時刻において、位置センサー１２が測定したストローク量Ｓ、及び荷重センサー１３が測定した荷重Ｐの組のことを意味する。位置センサー１２及び荷重センサー１３が測定した時刻がほぼ同一であるため、このほぼ同一時刻に測定されたストローク量Ｓ及び荷重Ｐが組にして扱われる。
試験片圧縮工程Ｓ３７では、例えば所定の時間間隔ごとに測定組が取得される。これにより、複数の測定組が取得される。以下では、Ｎを２以上の整数として、Ｎ組の測定組が取得されたとして説明する。
試験片圧縮工程Ｓ３７が終了すると、ステップＳ３８に移行する。
次に、補正圧縮率算出工程Ｓ３８（ステップＳ３８）において、ストローク量Ｓから推定式に基づいて補正圧縮率ｅ’を算出する。補正圧縮率ｅ’は、（２４）式により算出される。（２４）式の右辺に（２２）式を代入すると、（２５）式が得られる。本試験工程Ｓ３６において１回目に行われる補正圧縮率算出工程Ｓ３８では、１組目の測定組におけるストローク量Ｓ及び荷重Ｐから推定式に基づいて補正圧縮率ｅ’を算出する。
補正圧縮率算出工程Ｓ３８が終了すると、ステップＳ３９に移行する。
補正圧縮率算出工程Ｓ３８が終了すると、ステップＳ３９に移行する。
次に、変形抵抗算出工程Ｓ３９（ステップＳ３９）において、補正圧縮率ｅ’及び荷重Ｐに基づいて相当ひずみε及び変形抵抗σを算出する。具体的には、図１５において、圧縮率ｅに代えて補正圧縮率ｅ’を用い、最大荷重Ｐｍａｘに代えて１組目の測定組における荷重Ｐを用いてステップＳ１７からＳ２０を行う。変形抵抗算出工程Ｓ３９を行うと、荷重Ｐ及び補正圧縮率ｅ’の組から、相当ひずみε及び変形抵抗σからなる組である算出組が算出される。
変形抵抗算出工程Ｓ３９が終了すると、ステップＳ４０に移行する。
変形抵抗算出工程Ｓ３９が終了すると、ステップＳ４０に移行する。
ステップＳ４０では、１つの試験片４０内での変形抵抗σの算出が終了したか否かを判断する。ステップＳ４０でＹｅｓと判断された場合にはステップＳ４１に移行し、ステップＳ４０でＮｏと判断された場合には補正圧縮率算出工程Ｓ３８に移行する。
現在、１組目の測定組が処理され、Ｎ組目の測定組はまだ処理されていない。このため、ステップＳ４０ではＮｏと判断され、補正圧縮率算出工程Ｓ３８に移行する。
現在、１組目の測定組が処理され、Ｎ組目の測定組はまだ処理されていない。このため、ステップＳ４０ではＮｏと判断され、補正圧縮率算出工程Ｓ３８に移行する。
ステップＳ４０に続いて行われる補正圧縮率算出工程Ｓ３８では、２組目の測定組が処理される。こうして補正圧縮率算出工程Ｓ３８及び変形抵抗算出工程Ｓ３９を組にしてＮ回繰り返すと、Ｎ組目の測定組が処理される。
すなわち、１つの試験片を圧縮して取得した複数の測定組に対して補正圧縮率算出工程Ｓ３８及び変形抵抗算出工程Ｓ３９をそれぞれ行い、複数の測定組を、変形抵抗σ及び相当ひずみεからなる複数の算出組に変換する。
図２０に示すように、変形抵抗σに対応する縦軸、及び相当ひずみεに対応する横軸が表す座標平面上で、複数の算出組Ｑが表す座標を互いに結ぶと、相当ひずみεに対する変形抵抗曲線Ｌ１が得られる。
この後でステップＳ４０に移行すると、ステップＳ４０ではＹｅｓと判断され、ステップＳ４１に移行する。
すなわち、１つの試験片を圧縮して取得した複数の測定組に対して補正圧縮率算出工程Ｓ３８及び変形抵抗算出工程Ｓ３９をそれぞれ行い、複数の測定組を、変形抵抗σ及び相当ひずみεからなる複数の算出組に変換する。
図２０に示すように、変形抵抗σに対応する縦軸、及び相当ひずみεに対応する横軸が表す座標平面上で、複数の算出組Ｑが表す座標を互いに結ぶと、相当ひずみεに対する変形抵抗曲線Ｌ１が得られる。
この後でステップＳ４０に移行すると、ステップＳ４０ではＹｅｓと判断され、ステップＳ４１に移行する。
ステップＳ４１では、別の試験片４０の圧縮試験を行うか否かを判断する。ステップＳ４１でＹｅｓと判断された場合には試験片圧縮工程Ｓ３７に移行し、ステップＳ４０でＮｏと判断された場合には、本試験工程Ｓ３６の全ての工程を終了するとともに、算出方法Ｓ３０の全ての工程を終了する。
なお、算出された変形抵抗曲線Ｌ１は、ＦＥＭ（Finite Element Method：有限要素法）解析等に用いられる。
なお、算出された変形抵抗曲線Ｌ１は、ＦＥＭ（Finite Element Method：有限要素法）解析等に用いられる。
次に本実施形態の算出方法の他の例について説明する。図５は、本発明の一実施形態における算出方法Ｓ５０を示すフローチャートである。算出方法Ｓ５０は、端面拘束圧縮試験機１及び一対の治具４５を用いて行われる。算出方法Ｓ５０では、推定式算出工程Ｓ５１と、第２本試験工程Ｓ５６と、を行う。
推定式算出工程Ｓ５１では、まず予備試験工程Ｓ５２において、前記予備試験工程Ｓ３２における、１つの試験片４０Ａのみを対象とした圧縮試験を行う。試験片４０Ａに対しては、測定組を複数測定しない。
予備試験工程Ｓ５２が終了すると、ステップＳ５３に移行する。
推定式算出工程Ｓ５１では、まず予備試験工程Ｓ５２において、前記予備試験工程Ｓ３２における、１つの試験片４０Ａのみを対象とした圧縮試験を行う。試験片４０Ａに対しては、測定組を複数測定しない。
予備試験工程Ｓ５２が終了すると、ステップＳ５３に移行する。
次に、第１本試験工程Ｓ５３（ステップＳ５３）において、前記予備試験工程Ｓ３２における、１つの試験片４０Ｂを用いた圧縮試験を行う。この際に、試験片４０Ａの最大荷重ＰｍａｘＡと試験片４０Ｂの最大荷重ＰｍａｘＢとが互いに異なるようにする。試験片４０Ｂを用いた圧縮試験では、試験片４０Ｂに対して複数の測定組を測定する。
第１本試験工程Ｓ５３が終了すると、前記式算出工程Ｓ３３を行う。
式算出工程Ｓ３３が終了すると、推定式算出工程Ｓ５１の全ての工程を終了し、第２本試験工程Ｓ５６に移行する。
第１本試験工程Ｓ５３が終了すると、前記式算出工程Ｓ３３を行う。
式算出工程Ｓ３３が終了すると、推定式算出工程Ｓ５１の全ての工程を終了し、第２本試験工程Ｓ５６に移行する。
なお、本算出方法Ｓ５０では、推定式算出工程Ｓ５１において補正量δの推定式の算出が既に行われているため、第２本試験工程Ｓ５６において補正量δの推定式を算出しない。第１本試験工程Ｓ５３及び第２本試験工程Ｓ５６で、本試験工程Ｓ５５を構成する。
次に、第２本試験工程Ｓ５６において、補正圧縮率算出工程Ｓ３８Ａ、変形抵抗算出工程Ｓ３９Ａ、及びステップＳ５７を行う。第２本試験工程Ｓ５６は、推定式算出工程Ｓ５１の後で行う。
これら補正圧縮率算出工程Ｓ３８Ａ、変形抵抗算出工程Ｓ３９Ａ、及びステップＳ５７は、算出方法Ｓ３０における補正圧縮率算出工程Ｓ３８、変形抵抗算出工程Ｓ３９、及びステップＳ４０に対応して試験片４０Ｂに対して行われる工程である。すなわち補正圧縮率算出工程Ｓ３８Ａ、変形抵抗算出工程Ｓ３９Ａ、及びステップＳ５７が行われることで、各測定組に対して補正圧縮率算出工程Ｓ３８Ａ及び変形抵抗算出工程Ｓ３９Ａをそれぞれ行い、複数の測定組を、変形抵抗及び相当ひずみからなる複数の算出組に変換する。これにより、試験片４０Ｂの変形抵抗曲線Ｌ１が得られる。
ステップＳ５７でＹｅｓと判断されると、ステップＳ５８に移行する。
次に、第２本試験工程Ｓ５６において、補正圧縮率算出工程Ｓ３８Ａ、変形抵抗算出工程Ｓ３９Ａ、及びステップＳ５７を行う。第２本試験工程Ｓ５６は、推定式算出工程Ｓ５１の後で行う。
これら補正圧縮率算出工程Ｓ３８Ａ、変形抵抗算出工程Ｓ３９Ａ、及びステップＳ５７は、算出方法Ｓ３０における補正圧縮率算出工程Ｓ３８、変形抵抗算出工程Ｓ３９、及びステップＳ４０に対応して試験片４０Ｂに対して行われる工程である。すなわち補正圧縮率算出工程Ｓ３８Ａ、変形抵抗算出工程Ｓ３９Ａ、及びステップＳ５７が行われることで、各測定組に対して補正圧縮率算出工程Ｓ３８Ａ及び変形抵抗算出工程Ｓ３９Ａをそれぞれ行い、複数の測定組を、変形抵抗及び相当ひずみからなる複数の算出組に変換する。これにより、試験片４０Ｂの変形抵抗曲線Ｌ１が得られる。
ステップＳ５７でＹｅｓと判断されると、ステップＳ５８に移行する。
ステップＳ５８では、試験片４０に対して新たに圧縮試験を行うか否かを判断する。ステップＳ５８でＹｅｓと判断された場合には試験片圧縮工程Ｓ３７に移行し、ステップＳ５８でＮｏと判断された場合には、第２本試験工程Ｓ５６の全ての工程を終了するとともに、算出方法Ｓ５０の全ての工程を終了する。
試験片圧縮工程Ｓ３７からステップＳ４１は、本試験工程Ｓ３６で行われる試験片圧縮工程Ｓ３７からステップＳ４１と同一の工程である。
試験片圧縮工程Ｓ３７からステップＳ４１は、本試験工程Ｓ３６で行われる試験片圧縮工程Ｓ３７からステップＳ４１と同一の工程である。
なお、推定式算出工程において、予備試験工程を行わず、試験片４０Ａ，４０Ｂを用いて第１本試験工程を行い、試験片４０Ａ，４０Ｂに対する最大ストローク量Ｓｍａｘ、最大荷重Ｐｍａｘ、及び最大圧縮量△ｈｍａｘを取得してもよい。
そして、第２本試験工程において、試験片４０Ａ，４０Ｂに対して補正圧縮率算出工程及び変形抵抗算出工程を行い、複数の算出組を算出してもよい。
そして、第２本試験工程において、試験片４０Ａ，４０Ｂに対して補正圧縮率算出工程及び変形抵抗算出工程を行い、複数の算出組を算出してもよい。
以上説明したように、本実施形態の算出方法Ｓ３０、算出装置５０、及び制御プログラム５３ａによれば、各治具４５の突条４６が試験片４０の軸線Ｏ方向の両端面にそれぞれ係合する。このため、一対の加圧部材１１が一対の治具４５を介して試験片４０を軸線Ｏ方向に圧縮する際に、一対の治具４５に対して試験片４０が試験片４０の径方向に滑らず、圧縮試験の再現性を高めることができる。試験片４０は、圧縮後に中高形状になる。
端面拘束圧縮試験機１等のコンプライアンス及びガタつきにより、一対の加圧部材１１のストローク量Ｓと試験片４０の圧縮量△ｈとの間に誤差が生じる場合がある。このような場合であっても、ストローク量Ｓと圧縮量△ｈとの差異を補正量δとし、補正量δの推定式を、荷重Ｐの一次関数で表されるとして求める。
発明者等は、数多くの試験を行った結果、補正量δの推定式が、荷重Ｐの一次関数で表されることを見出した。この一次関数の比例定数は、試験片４０に作用させる荷重Ｐに対する試験片４０の変形率を表す値と考えられる。比例定数は、端面拘束圧縮試験機１、一対の治具４５、及び試験片４０のコンプライアンスに基づく値である。一方、一次関数の定数は、端面拘束圧縮試験機１、一対の治具４５、及び試験片４０間のガタつきに基づく値と考えられる。
発明者等は、数多くの試験を行った結果、補正量δの推定式が、荷重Ｐの一次関数で表されることを見出した。この一次関数の比例定数は、試験片４０に作用させる荷重Ｐに対する試験片４０の変形率を表す値と考えられる。比例定数は、端面拘束圧縮試験機１、一対の治具４５、及び試験片４０のコンプライアンスに基づく値である。一方、一次関数の定数は、端面拘束圧縮試験機１、一対の治具４５、及び試験片４０間のガタつきに基づく値と考えられる。
１回の圧縮試験において、一対の加圧部材１１の任意のストローク量Ｓ及び荷重Ｐから推定式に基づいて補正圧縮率ｅ’を算出する。そして、補正圧縮率ｅ’及び前記荷重Ｐに基づいて相当ひずみε及び拘束係数ｆを算出する。そして、拘束係数ｆ及び前記荷重Ｐに基づいて変形抵抗σを算出する。
従って、圧縮後の試験片４０が中高形状になる場合であっても、１回の圧縮試験における任意のストローク量Ｓ及び荷重Ｐから試験片４０の相当ひずみε及び変形抵抗σを算出することができる。
従って、圧縮後の試験片４０が中高形状になる場合であっても、１回の圧縮試験における任意のストローク量Ｓ及び荷重Ｐから試験片４０の相当ひずみε及び変形抵抗σを算出することができる。
推定式算出工程Ｓ３１では、試験片４０Ａの最大荷重ＰｍａｘＡと試験片４０Ｂの最大荷重ＰｍａｘＢとが互いに異なるように取得する。試験片４０Ａ，４０Ｂに対してこのように圧縮試験を行うことで、補正量δの推定式である一次関数の比例定数及び定数を求めることができる。
算出方法Ｓ３０において、推定式算出工程Ｓ３１において圧縮される試験片４０Ａ，４０Ｂに対して複数の測定組を測定しない。これにより、推定式算出工程Ｓ３１において補正量δの推定式を迅速に得ることができる。
算出方法Ｓ３０において、推定式算出工程Ｓ３１において圧縮される試験片４０Ａ，４０Ｂに対して複数の測定組を測定しない。これにより、推定式算出工程Ｓ３１において補正量δの推定式を迅速に得ることができる。
算出方法Ｓ５０において、試験片４０Ａに対しては複数の測定組を測定しない一方で、試験片４０Ｂに対しては複数の測定組を測定する。そして、第２本試験工程Ｓ５６において、試験片４０Ｂに対して測定した複数の測定組を変形抵抗及び相当ひずみからなる複数の算出組に変換する。このため、補正量δの推定式を求める際に、最大ストローク量Ｓｍａｘ、最大荷重Ｐｍａｘ、及び最大圧縮量△ｈｍａｘしか測定しない試験片４０を減らし、試験片４０を効果的に用いることができる。
推定式算出工程Ｓ３１では、補正量δの推定式を（２２）式で表す。従って、荷重Ｐの一次関数の比例定数及び定数の物理的な意味を踏まえて、補正量δの推定式を算出することができる。
推定式算出工程Ｓ３１では、補正量δの推定式を（２２）式で表す。従って、荷重Ｐの一次関数の比例定数及び定数の物理的な意味を踏まえて、補正量δの推定式を算出することができる。
１つの試験片４０を圧縮して取得した複数の測定組に対して、補正圧縮率算出工程Ｓ３８及び変形抵抗算出工程Ｓ３９をそれぞれ行う。そして、複数の測定組を、変形抵抗σ及び相当ひずみεの複数の算出組に変換する。変形抵抗σに対応するｙ軸、及び相当ひずみに対応するｘ軸が表す座標平面上で、複数の算出組Ｑが表す座標を互いに結ぶことで、相当ひずみεに対するいわゆる変形抵抗曲線Ｌ１を得ることができる。
以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。
例えば、前記実施形態の算出方法Ｓ３０では、補正圧縮率算出工程Ｓ３８及び変形抵抗算出工程Ｓ３９をそれぞれ１回ずつしか行わなくてもよい。他の例として、前記実施形態の算出方法では、予備試験工程を３回以上行ってもよい。
試験片４０を形成する材料は鋼材（鉄鋼）に限定されず、アルミニウム等でもよい。
試験機１００は、加熱コイル１５、加熱部１６、熱電対１７、及び主制御部１８を備えなくてもよい。
例えば、前記実施形態の算出方法Ｓ３０では、補正圧縮率算出工程Ｓ３８及び変形抵抗算出工程Ｓ３９をそれぞれ１回ずつしか行わなくてもよい。他の例として、前記実施形態の算出方法では、予備試験工程を３回以上行ってもよい。
試験片４０を形成する材料は鋼材（鉄鋼）に限定されず、アルミニウム等でもよい。
試験機１００は、加熱コイル１５、加熱部１６、熱電対１７、及び主制御部１８を備えなくてもよい。
（確認試験）
（１．最大荷重Ｐｍａｘと補正量δとの関係の確認試験）
以下に説明するように、ストローク量Ｓを補正する補正量δを算出した。すなわち、表１の試験条件で、端面拘束圧縮試験機１を用いた圧縮試験を複数回行った。
（１．最大荷重Ｐｍａｘと補正量δとの関係の確認試験）
以下に説明するように、ストローク量Ｓを補正する補正量δを算出した。すなわち、表１の試験条件で、端面拘束圧縮試験機１を用いた圧縮試験を複数回行った。
試験片の素材としては、機械構造用炭素鋼であるＪＩＳ Ｓ１０Ｃ、及び機械構造用炭素鋼軸受鋼であるＪＩＳ ＳＵＪ２を用いた。試験片を、球状化焼鈍処理したφ６０ｍｍ×Ｌ１０００ｍｍの丸鋼から切り出した。試験片は、φ８ｍｍ×Ｌ１２ｍｍの端面拘束溝付き円柱状の試験片である。使用した治具は、ＪＩＳ ＳＫＨ５１製で、φ４０ｍｍ×Ｌ５０ｍｍの端面拘束溝付き治具である。端面拘束圧縮試験機には、富士電波工機（株）製、サーメックマスターＺ（登録商標）を用いた。
試験片を圧縮させるときのひずみ速度は、１０ｓ－１とした。試験片の圧縮率は、試験片に割れが発生しない範囲とした。変形抵抗の算出方法には、本実施形態の算出方法を用いた。
図６に、圧縮試験で得られた補正量δと最大荷重Ｐｍａｘとの関係を示す。図６において、横軸は最大荷重Ｐｍａｘ（ｋＮ（キロニュートン））を表し、縦軸は補正量δ（ｍｍ）を表す。○印はＪＩＳ Ｓ１０Ｃの結果を表し、△印はＪＩＳ ＳＵＪ２の結果を表す。
試験片を圧縮させるときのひずみ速度は、１０ｓ－１とした。試験片の圧縮率は、試験片に割れが発生しない範囲とした。変形抵抗の算出方法には、本実施形態の算出方法を用いた。
図６に、圧縮試験で得られた補正量δと最大荷重Ｐｍａｘとの関係を示す。図６において、横軸は最大荷重Ｐｍａｘ（ｋＮ（キロニュートン））を表し、縦軸は補正量δ（ｍｍ）を表す。○印はＪＩＳ Ｓ１０Ｃの結果を表し、△印はＪＩＳ ＳＵＪ２の結果を表す。
図６の結果から、最大荷重Ｐｍａｘと補正量δとの間には線形関係があることがわかる。この関係は、（２２）式のように表すことができる。すなわち、補正量δの推定式が、荷重Ｐの一次関数で表される。
（２．変形抵抗σの精度の確認試験）
補正圧縮率ｅ’と荷重Ｐを用いて相当ひずみε及び変形抵抗σを算出した結果を、図７及び図８に示す。図７は、ＪＩＳ Ｓ１０Ｃを用いた場合の結果であり、図８はＪＩＳ ＳＵＪ２を用いた場合の結果である。
図７及び図８において、横軸は相当ひずみε（－）を表す。左側の縦軸は変形抵抗σ（ＭＰａ）を表し、右側の縦軸は誤差（％）を表す。
図７及び図８において、◇印は従来の端面拘束圧縮法による圧縮試験を複数回（◇印の数）行って求めた変形抵抗σを表す。太線の実線による線Ｌ６は、本実施形態の算出方法で算出した変形抵抗σである。本実施形態では、補正量δの推定式が分かっていれば、１回の圧縮試験を行うことで、線Ｌ６を得ることができる。点線による線Ｌ７は、本実施形態の変形抵抗σと従来の変形抵抗σとの誤差（％）である。細線の実線による線Ｌ８は、補正量δを考慮せずに、補正圧縮率ｅ’を（２７）式で求めた場合の、比較例の変形抵抗σである。
補正圧縮率ｅ’と荷重Ｐを用いて相当ひずみε及び変形抵抗σを算出した結果を、図７及び図８に示す。図７は、ＪＩＳ Ｓ１０Ｃを用いた場合の結果であり、図８はＪＩＳ ＳＵＪ２を用いた場合の結果である。
図７及び図８において、横軸は相当ひずみε（－）を表す。左側の縦軸は変形抵抗σ（ＭＰａ）を表し、右側の縦軸は誤差（％）を表す。
図７及び図８において、◇印は従来の端面拘束圧縮法による圧縮試験を複数回（◇印の数）行って求めた変形抵抗σを表す。太線の実線による線Ｌ６は、本実施形態の算出方法で算出した変形抵抗σである。本実施形態では、補正量δの推定式が分かっていれば、１回の圧縮試験を行うことで、線Ｌ６を得ることができる。点線による線Ｌ７は、本実施形態の変形抵抗σと従来の変形抵抗σとの誤差（％）である。細線の実線による線Ｌ８は、補正量δを考慮せずに、補正圧縮率ｅ’を（２７）式で求めた場合の、比較例の変形抵抗σである。
線Ｌ６，Ｌ８は左側の縦軸に対応し、線Ｌ７は右側の縦軸に対応する。
図７及び図８のいずれにおいても、誤差はほぼ±５％の範囲に収まっていて、本実施形態では変形抵抗σが高い精度で算出されていることが確認できた。
（２７）式ではコンプライアンス及びガタつきを考慮していないため、荷重Ｐが大きくなる相当ひずみεが大きくなる領域において、従来の圧縮試験を複数回行って得られた◇印で示された変形抵抗σに比べて誤差が大きくなっていることが分かった。
図７及び図８のいずれにおいても、誤差はほぼ±５％の範囲に収まっていて、本実施形態では変形抵抗σが高い精度で算出されていることが確認できた。
（２７）式ではコンプライアンス及びガタつきを考慮していないため、荷重Ｐが大きくなる相当ひずみεが大きくなる領域において、従来の圧縮試験を複数回行って得られた◇印で示された変形抵抗σに比べて誤差が大きくなっていることが分かった。
１ 端面拘束圧縮試験機
１１ 加圧部材（アクチュエータ）
４０ 試験片
４０ａ 端面
４５ 治具
４６ 突条
５０ 算出装置（変形抵抗の算出装置）
５１ａ 推定式算出部
５１ｂ 補正圧縮率算出部
５１ｃ 変形抵抗算出部
５３ａ 算出プログラム（変形抵抗の算出プログラム）
Ｏ 軸線
Ｑ 算出組
Ｓ３０，Ｓ５０ 算出方法（変形抵抗の算出方法）
Ｓ３１，Ｓ５１ 推定式算出工程
Ｓ３８，Ｓ３８Ａ 補正圧縮率算出工程
Ｓ３９，Ｓ３９Ａ 変形抵抗算出工程
１１ 加圧部材（アクチュエータ）
４０ 試験片
４０ａ 端面
４５ 治具
４６ 突条
５０ 算出装置（変形抵抗の算出装置）
５１ａ 推定式算出部
５１ｂ 補正圧縮率算出部
５１ｃ 変形抵抗算出部
５３ａ 算出プログラム（変形抵抗の算出プログラム）
Ｏ 軸線
Ｑ 算出組
Ｓ３０，Ｓ５０ 算出方法（変形抵抗の算出方法）
Ｓ３１，Ｓ５１ 推定式算出工程
Ｓ３８，Ｓ３８Ａ 補正圧縮率算出工程
Ｓ３９，Ｓ３９Ａ 変形抵抗算出工程
Claims (8)
- 同心円状の突条が形成された治具がそれぞれ取付けられる一対の加圧部材を備える端面拘束圧縮試験機を用い、軸線方向の両端面が前記突条にそれぞれ係合する円柱状の試験片を前記一対の治具の間に取付け、前記試験片を前記軸線方向に圧縮して変形抵抗を算出する変形抵抗の算出方法であって、
前記一対の加圧部材により前記試験片を圧縮したときに生じる、前記一対の加圧部材のストローク量と前記試験片の圧縮量との差異を補正量としたときに、
前記補正量の推定式は前記試験片に作用させる荷重の一次関数で表されるとして、前記推定式を求める推定式算出工程と、
前記ストローク量及び前記荷重から前記推定式に基づいて補正圧縮率を算出する補正圧縮率算出工程と、
前記補正圧縮率及び前記荷重に基づいて相当ひずみ及び前記変形抵抗を算出する変形抵抗算出工程と、
を行う変形抵抗の算出方法。 - 前記推定式算出工程では、
２つの前記試験片をそれぞれ圧縮したときの、前記一対の加圧部材の最大ストローク量、前記試験片に作用させた最大荷重、及び前記試験片に前記最大荷重を作用させたときの最大圧縮量を、前記２つの試験片のうち、一方の前記最大荷重と他方の前記最大荷重とが互いに異なるように取得し、
前記２つの試験片それぞれに対する、前記最大ストローク量と前記最大圧縮量との差異による前記補正量と、前記最大荷重と、に基づいて前記一次関数を算出する請求項１に記載の変形抵抗の算出方法。 - 前記推定式算出工程において圧縮される前記２つの試験片に対しては、前記ストローク量及び前記荷重からなる測定組を複数測定しない請求項２に記載の変形抵抗の算出方法。
- 前記推定式算出工程において、
前記２つの試験片のうち、１つの前記試験片に対しては、前記ストローク量及び前記荷重からなる測定組を複数測定せず、
別の１つの前記試験片に対しては、前記測定組を複数測定し、
前記推定式算出工程の後で、それぞれの前記測定組に対して前記補正圧縮率算出工程及び前記変形抵抗算出工程をそれぞれ行い、前記複数の測定組を、前記変形抵抗及び相当ひずみからなる複数の算出組に変換する請求項２に記載の変形抵抗の算出方法。 - 前記推定式算出工程では、
前記補正量をδ、前記荷重をＰとしたときに、
前記推定式を（１）式で表す請求項１から４のいずれか一項に記載の変形抵抗の算出方法。
δ＝Ｃ×Ｐ＋δ’ ・・（１）
ただし、Ｃは前記端面拘束圧縮試験機、前記一対の治具、及び前記試験片のコンプライアンスに基づいて算出される補正係数であり、δ’は前記端面拘束圧縮試験機、前記一対の治具、及び前記試験片間のガタつきに基づいて算出される補正係数である。 - 前記推定式算出工程を行った後で、
１つの前記試験片を圧縮して取得した前記ストローク量及び前記荷重からなる測定組複数に対して、前記補正圧縮率算出工程及び前記変形抵抗算出工程をそれぞれ行い、前記複数の測定組を、前記変形抵抗及び相当ひずみからなる複数の算出組に変換する請求項１から５のいずれか一項に記載の変形抵抗の算出方法。 - 同心円状の突条が形成された治具がそれぞれ取付けられる一対の加圧部材を備える端面拘束圧縮試験機を用い、軸線方向の両端面が前記突条にそれぞれ係合する円柱状の試験片を前記一対の治具の間に取付け、前記試験片を前記軸線方向に圧縮して変形抵抗を算出する変形抵抗の算出装置であって、
前記一対の加圧部材により前記試験片を圧縮したときに生じる、前記一対の加圧部材のストローク量と前記試験片の圧縮量との差異を補正量としたときに、
前記補正量の推定式は前記試験片に作用させる荷重の一次関数で表されるとして、前記推定式を求める推定式算出部と、
前記ストローク量及び前記荷重から前記推定式に基づいて補正圧縮率を算出する補正圧縮率算出部と、
前記補正圧縮率及び前記荷重に基づいて相当ひずみ及び前記変形抵抗を算出する変形抵抗算出部と、
を備える変形抵抗の算出装置。 - 同心円状の突条が形成された治具がそれぞれ取付けられる一対の加圧部材を備える端面拘束圧縮試験機を用い、軸線方向の両端面が前記突条にそれぞれ係合する円柱状の試験片を前記一対の治具の間に取付け、前記試験片を前記軸線方向に圧縮して変形抵抗を算出する算出装置用の変形抵抗の算出プログラムであって、
前記一対の加圧部材により前記試験片を圧縮したときに生じる、前記一対の加圧部材のストローク量と前記試験片の圧縮量との差異を補正量としたときに、
前記算出装置を、
前記補正量の推定式は前記試験片に作用させる荷重の一次関数で表されるとして、前記推定式を求める推定式算出部と、
前記ストローク量及び前記荷重から前記推定式に基づいて補正圧縮率を算出する補正圧縮率算出部と、
前記補正圧縮率及び前記荷重に基づいて相当ひずみ及び前記変形抵抗を算出する変形抵抗算出部と、
して機能させる変形抵抗の算出プログラム。
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