JPH04118541A - 複合材料の界面剪断強度の測定方法及びその装置 - Google Patents
複合材料の界面剪断強度の測定方法及びその装置Info
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- JPH04118541A JPH04118541A JP2238329A JP23832990A JPH04118541A JP H04118541 A JPH04118541 A JP H04118541A JP 2238329 A JP2238329 A JP 2238329A JP 23832990 A JP23832990 A JP 23832990A JP H04118541 A JPH04118541 A JP H04118541A
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Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ＦＲＰ （繊維強化プラスチック）やＦＲＭ
（繊維強化金属）等の複合材料における強化繊維とマト
リックス間の界面剪断強度を測定する方法及び装置に関
する。
（繊維強化金属）等の複合材料における強化繊維とマト
リックス間の界面剪断強度を測定する方法及び装置に関
する。
ＦＲＰやＦＲＭ等の複合材料における材料特性には、繊
維とマトリックス間の界間強度が大きな役割を果たして
いるため、界面強度の測定は重要な課題である。
維とマトリックス間の界間強度が大きな役割を果たして
いるため、界面強度の測定は重要な課題である。
測定法としては各種の方法があるが、その中でも皐繊維
埋込試験がよく用いられており、この方法はマトリック
ス中に１本の繊維を埋込んだ試験片に繊維の破断歪み以
上の引張歪みをかけ、繊維の破断長を実測する方法であ
る。引張歪みの増加に従って繊維の破断が繰り返される
が、ある歪み以上では破断数は限界に達し、その時の各
繊維破断片の長さの平均値をｉｊｍ（ｍ）とすると界面
剪断強度γは（１）式によって求めることができる。
埋込試験がよく用いられており、この方法はマトリック
ス中に１本の繊維を埋込んだ試験片に繊維の破断歪み以
上の引張歪みをかけ、繊維の破断長を実測する方法であ
る。引張歪みの増加に従って繊維の破断が繰り返される
が、ある歪み以上では破断数は限界に達し、その時の各
繊維破断片の長さの平均値をｉｊｍ（ｍ）とすると界面
剪断強度γは（１）式によって求めることができる。
（１）式で、σ、は繊維の引張強度、ｄは繊維の直径（
ｍ）を示し、あらかしめ測定しておくｚ要がある。とこ
ろで、上記の各繊維破断片の長さの測定は、現状では顕
微鏡による目視観察で行われており、多くの時間や手間
がかかること、個人差があること、また不透明なマトリ
ックスには適用できない等の問題がある。
ｍ）を示し、あらかしめ測定しておくｚ要がある。とこ
ろで、上記の各繊維破断片の長さの測定は、現状では顕
微鏡による目視観察で行われており、多くの時間や手間
がかかること、個人差があること、また不透明なマトリ
ックスには適用できない等の問題がある。
以上の問題点を克服する方法として、繊維が破断する時
に放出されるＡＥ （Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉ
ｏｎ）を検出することによって、繊維破断を検知するこ
とが試みられている。例えば、エポキシ樹脂マトリック
ス中に炭素繊維を埋込んだ試験片について４点曲げ試験
を行い、ＡＥから繊維破断の数を計測している例（Ｐｒ
ｏｇＩｅｓｓ ｉｎ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉ＋＋＋
ｏｎＩＶ、］］９１１１１．Ｐ７３２−７４０やまたエ
ポキシ樹脂マトリックス中にガラス繊維を埋込んだ試験
片に２個のＡＥ変換子を取付け、引張試験中に発生した
ＡＥの数から繊維の平均破断長さを求め、目視観察の結
果との対応を調べた例が報告されている（Ｃｏｍｐｏｓ
ｉｔｅ ５ｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ ３５，１９８９ＰＩ３〜２９）。前者は、試験片中
央に１個のＡＥ変換子を取付けて測定しており、繊維破
断のＡＥが検出可能であることを示したにすぎないが、
後者は組成の異る二種類のエポキシ樹脂マトリックスに
ついて試験を行い、ＡＥ法と目視法とによる繊維平均破
断長さの測定結果を比較している。
に放出されるＡＥ （Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉ
ｏｎ）を検出することによって、繊維破断を検知するこ
とが試みられている。例えば、エポキシ樹脂マトリック
ス中に炭素繊維を埋込んだ試験片について４点曲げ試験
を行い、ＡＥから繊維破断の数を計測している例（Ｐｒ
ｏｇＩｅｓｓ ｉｎ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉ＋＋＋
ｏｎＩＶ、］］９１１１１．Ｐ７３２−７４０やまたエ
ポキシ樹脂マトリックス中にガラス繊維を埋込んだ試験
片に２個のＡＥ変換子を取付け、引張試験中に発生した
ＡＥの数から繊維の平均破断長さを求め、目視観察の結
果との対応を調べた例が報告されている（Ｃｏｍｐｏｓ
ｉｔｅ ５ｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ ３５，１９８９ＰＩ３〜２９）。前者は、試験片中
央に１個のＡＥ変換子を取付けて測定しており、繊維破
断のＡＥが検出可能であることを示したにすぎないが、
後者は組成の異る二種類のエポキシ樹脂マトリックスに
ついて試験を行い、ＡＥ法と目視法とによる繊維平均破
断長さの測定結果を比較している。
しかし、ある組成のエポキシではＡＥ法と目視法が良く
一致するが、他の組成のエポキシではズレが大きく、確
立された技術とはなっていない。
一致するが、他の組成のエポキシではズレが大きく、確
立された技術とはなっていない。
その原因は、１組のＡＥ変換子の到達時間差からＡＥ発
生源の位置標定を行う場合、しきい値を越えた時刻を到
達時刻とする現状の方法では該ＡＥ倍信号ピーク値の大
きさや波形の変化によって誤差を生じ、ズレが大きいエ
ポキシではＡＥの減衰が大きかったためと考えられる。
生源の位置標定を行う場合、しきい値を越えた時刻を到
達時刻とする現状の方法では該ＡＥ倍信号ピーク値の大
きさや波形の変化によって誤差を生じ、ズレが大きいエ
ポキシではＡＥの減衰が大きかったためと考えられる。
ところで、特開昭５２−３３７８６号公報には各ＡＥ倍
信号ピーク値をホールドし、各ピーク間の時間差から位
置標定する例、また特開昭５３−９５９０号公報には各
ＡＥ変換子とＡＥ発生源までの距離の関数としてしきい
値レベルを変化させる方法が開示されている。前者は検
査対象が大型構造物のような場合、ＡＥ倍信号伝帳距離
が長くなり、このため伝播してきたＡＥ倍信号減衰する
ばかりでなく、縦波、横波等二つ以上の波に分離してし
まいしきい値を越えた時点を基準とする従来の方法では
縦波がしきい値を越える場合や横波がしきい値を越える
場合が不規則に生じて誤差となるのを、ビク値間の時間
差から位置標定することによって精度を上げようとする
ものである。一方、後者は平面上をＡＥ波を伝播する場
合、１／ｒ”’（ｒ：距離）に比例して減衰することを
利用し、しきい値レベルを距離に応じて変えることによ
り位置標定精度の向上を図ったものである。
信号ピーク値をホールドし、各ピーク間の時間差から位
置標定する例、また特開昭５３−９５９０号公報には各
ＡＥ変換子とＡＥ発生源までの距離の関数としてしきい
値レベルを変化させる方法が開示されている。前者は検
査対象が大型構造物のような場合、ＡＥ倍信号伝帳距離
が長くなり、このため伝播してきたＡＥ倍信号減衰する
ばかりでなく、縦波、横波等二つ以上の波に分離してし
まいしきい値を越えた時点を基準とする従来の方法では
縦波がしきい値を越える場合や横波がしきい値を越える
場合が不規則に生じて誤差となるのを、ビク値間の時間
差から位置標定することによって精度を上げようとする
ものである。一方、後者は平面上をＡＥ波を伝播する場
合、１／ｒ”’（ｒ：距離）に比例して減衰することを
利用し、しきい値レベルを距離に応じて変えることによ
り位置標定精度の向上を図ったものである。
しかし、これらの方法はいずれも大型の構造物や試験体
において、且つそれほど厳しい位置標定精度を必要とし
ない場合に有効であり、本発明が対象とするような小型
の試験片で正確な位置標定を２要とする場合には使うこ
とができない。
において、且つそれほど厳しい位置標定精度を必要とし
ない場合に有効であり、本発明が対象とするような小型
の試験片で正確な位置標定を２要とする場合には使うこ
とができない。
本発明は以上の点を考慮してなされたものでおす、マト
リックス強化繊維の種類に関係なくＡＥ法によって繊維
平均破断長さを正確に求めることにより、複合材料の界
面剪断強度を測定する方法を提供するものである。
リックス強化繊維の種類に関係なくＡＥ法によって繊維
平均破断長さを正確に求めることにより、複合材料の界
面剪断強度を測定する方法を提供するものである。
前記課題を解決するための本発明に係る複合材料の界面
剪断強度の測定方法の第１は、マトリックス中に単繊維
を埋込んだ試験片に引張歪みを加え、歪みの増加にとも
なう繊維破断数の増加が限界に達した時の繊維平均破断
長さから複合材料の界面剪断強度を測定する方法におい
て、該試験片に１組のＡＥ変換子を取付は繊維破断にと
もなって放出されるＡＥを検出すること、およびＡＥ倍
信号到達時間差から試験片のある一定区間り内に発生し
た繊維破断数Ｎを計測すること、そして計測数Ｎが一定
値に達したことがら繊維破断が限界になったことを判定
し、その時の繊維平均破断長さＱｒｎをＱ ｍ ＝ Ｌ
／ （Ｎ ’−，１）として求めることを特徴とする
ものである。
剪断強度の測定方法の第１は、マトリックス中に単繊維
を埋込んだ試験片に引張歪みを加え、歪みの増加にとも
なう繊維破断数の増加が限界に達した時の繊維平均破断
長さから複合材料の界面剪断強度を測定する方法におい
て、該試験片に１組のＡＥ変換子を取付は繊維破断にと
もなって放出されるＡＥを検出すること、およびＡＥ倍
信号到達時間差から試験片のある一定区間り内に発生し
た繊維破断数Ｎを計測すること、そして計測数Ｎが一定
値に達したことがら繊維破断が限界になったことを判定
し、その時の繊維平均破断長さＱｒｎをＱ ｍ ＝ Ｌ
／ （Ｎ ’−，１）として求めることを特徴とする
ものである。
本発明の測定方法の第２は、上記第１に加えて更に、Ａ
Ｅ倍信号到達時間差から繊維破断位置を標定する場合に
、各ＡＥ倍信号ピーク値と立上がり時間およびしきい値
から前記到達時間差を補正することを特徴とするもので
ある。
Ｅ倍信号到達時間差から繊維破断位置を標定する場合に
、各ＡＥ倍信号ピーク値と立上がり時間およびしきい値
から前記到達時間差を補正することを特徴とするもので
ある。
本発明の測定装置は、１組のＡＥ変換子により検出した
各ＡＥ倍信号包絡線検波、ピーク値及び立上がり時間の
検出回路を有し、各包絡線検波信号がしきい値を越えた
時刻の時間差からＡＥ発生源の位置を標定する装置にお
いて、 ピーク値と立上がり時間及びしきい値から位置標定誤差
の補正計算を行うだめの回路、該補正後の位置標定結果
に基いて前記一定区間り内で発生したＡＥイヘント数Ｎ
の計数回路、該ＡＥイベント数Ｎの増加が限界に達した
ことを判定するための回路、および繊維平均破断長さＱ
ｔｎの計算回路を具備することを特徴とする複合材料の
界面剪断強度１り定装置である。
各ＡＥ倍信号包絡線検波、ピーク値及び立上がり時間の
検出回路を有し、各包絡線検波信号がしきい値を越えた
時刻の時間差からＡＥ発生源の位置を標定する装置にお
いて、 ピーク値と立上がり時間及びしきい値から位置標定誤差
の補正計算を行うだめの回路、該補正後の位置標定結果
に基いて前記一定区間り内で発生したＡＥイヘント数Ｎ
の計数回路、該ＡＥイベント数Ｎの増加が限界に達した
ことを判定するための回路、および繊維平均破断長さＱ
ｔｎの計算回路を具備することを特徴とする複合材料の
界面剪断強度１り定装置である。
以下、図面を参照しながら、本発明の詳細について説明
する。
する。
第１ａ図は本発明を四点曲げ試験に適用した場合の一実
施装置例を示した正面図で、試験片１は１本の炭素繊維
２をエポキシ樹脂中に埋込んだもので、炭素繊維２は試
験片の一表面の近くに埋込んである。第１ｂ図に試験片
１の平面図を、第１Ｃ図に右側面図を示す。四点曲げ試
験は、炭素繊維に引張歪みが加わるように炭素繊維に近
い表面を下向きにして行った。３，３ａは支点、４はポ
ンチ、５，５ａはＡＥ変換子、６，６ａはプリアンプ、
７はＡＥ計測装置を示し、曲げ試験中に発生したＡＥは
１組のＡＥ変換子５，５ａによって検出され、プリアン
プ６．６ａで増幅後、ＡＥ計測装置７によってそれぞれ
のＡＥ倍信号ピーク値や立上り時間等のＡＥパラメータ
が収録され、また到達時間差からＡＥ発生源の位置が標
定される。
施装置例を示した正面図で、試験片１は１本の炭素繊維
２をエポキシ樹脂中に埋込んだもので、炭素繊維２は試
験片の一表面の近くに埋込んである。第１ｂ図に試験片
１の平面図を、第１Ｃ図に右側面図を示す。四点曲げ試
験は、炭素繊維に引張歪みが加わるように炭素繊維に近
い表面を下向きにして行った。３，３ａは支点、４はポ
ンチ、５，５ａはＡＥ変換子、６，６ａはプリアンプ、
７はＡＥ計測装置を示し、曲げ試験中に発生したＡＥは
１組のＡＥ変換子５，５ａによって検出され、プリアン
プ６．６ａで増幅後、ＡＥ計測装置７によってそれぞれ
のＡＥ倍信号ピーク値や立上り時間等のＡＥパラメータ
が収録され、また到達時間差からＡＥ発生源の位置が標
定される。
なお、試験前に第１ａ図に示すように長さしの計測区間
を設定し、その両端Ａ、Ｂにマークを付は試験終了後顕
微鏡により計測区間り内の繊維平均破断長さを測定した
。一方、ＡＥ位置譚定により計測区間り内に入ったＡＥ
イベント数Ｎを求め、繊維平均破断長さｌｍを（２）式
から計算して、上述の顕微鏡を使用する光学法との値を
比較した。
を設定し、その両端Ａ、Ｂにマークを付は試験終了後顕
微鏡により計測区間り内の繊維平均破断長さを測定した
。一方、ＡＥ位置譚定により計測区間り内に入ったＡＥ
イベント数Ｎを求め、繊維平均破断長さｌｍを（２）式
から計算して、上述の顕微鏡を使用する光学法との値を
比較した。
ｌｍ＝Ｌ／ （Ｎ＋１） ・・・（２）第２ａ図
、第２ｂ図および第２ｃ図はＡＥ計測結果の一例で、第
２ａ図は曲げ試験中に発生したＡＥのピーク値を炭素繊
維の歪み量に対してプロットしたものであり、第２ｂ図
はＡＥ！！’生位置をプロットしたもので、ＡＥ変換子
で５，５ａの中央を位置０とした。なお、到達時間差に
よる位置標定では、両変換子の外側で発生した全てのＡ
Ｅは、原理的に両変換子の位置に標定される（本測定で
は変換子間距離は５０画であり、従って＋２５叩の位置
）。第２Ｃ図は、計測区間Ｌ＝４０ｍの範囲に入ったＡ
Ｅイベント数の変化を示したもので、歪み量約３．４％
以上ではイベント数が一定値（Ｎ＝６３）に達したこと
がわかる。この結果から、（２）式で繊維平均破断長さ
Ｑｌｌｌｌを計算するとｌｍ＝０．６２５Ｍとなり、試
験終了後に測定した光学法の値０．６３５唾と良く一致
することがわかった。
、第２ｂ図および第２ｃ図はＡＥ計測結果の一例で、第
２ａ図は曲げ試験中に発生したＡＥのピーク値を炭素繊
維の歪み量に対してプロットしたものであり、第２ｂ図
はＡＥ！！’生位置をプロットしたもので、ＡＥ変換子
で５，５ａの中央を位置０とした。なお、到達時間差に
よる位置標定では、両変換子の外側で発生した全てのＡ
Ｅは、原理的に両変換子の位置に標定される（本測定で
は変換子間距離は５０画であり、従って＋２５叩の位置
）。第２Ｃ図は、計測区間Ｌ＝４０ｍの範囲に入ったＡ
Ｅイベント数の変化を示したもので、歪み量約３．４％
以上ではイベント数が一定値（Ｎ＝６３）に達したこと
がわかる。この結果から、（２）式で繊維平均破断長さ
Ｑｌｌｌｌを計算するとｌｍ＝０．６２５Ｍとなり、試
験終了後に測定した光学法の値０．６３５唾と良く一致
することがわかった。
しかし、炭素繊維の種類を変えた試験片では、ＡＥ法と
光学法でズレが生ずる場合があり、その原因について検
討した結果、昼下に述べる補正を行うことによって全て
の試験片で良く一致することが明らかとなった。
光学法でズレが生ずる場合があり、その原因について検
討した結果、昼下に述べる補正を行うことによって全て
の試験片で良く一致することが明らかとなった。
つまり、通常のＡＥ計測装置ではノイズとＡＥ倍信号を
識別するため、第３図に示すように包路線検波々形がし
きい値Ｖ＋ｈを越えた場合をＡＥ倍信号みなし、しきい
値を越えた時刻ｔ′を到達時刻として計測するため、真
の到達時刻ｔとの間にはΔｔのズレが生ずることになる
。従って、１組のＡＥ変換子によって到達時間差を求め
ようとすると、第４図に示すように第−到達波と第二到
達波における上記のズレΔｔｌ＋ Δｔ２によって（
３）式で表される到達時間差の誤差ΔＴｃが生ずること
になる。
識別するため、第３図に示すように包路線検波々形がし
きい値Ｖ＋ｈを越えた場合をＡＥ倍信号みなし、しきい
値を越えた時刻ｔ′を到達時刻として計測するため、真
の到達時刻ｔとの間にはΔｔのズレが生ずることになる
。従って、１組のＡＥ変換子によって到達時間差を求め
ようとすると、第４図に示すように第−到達波と第二到
達波における上記のズレΔｔｌ＋ Δｔ２によって（
３）式で表される到達時間差の誤差ΔＴｃが生ずること
になる。
ΔＴｃ−ΔＴ′−ΔＴ−Δｔ２−Δｔ 、−−−（３）
そこで、本発明ではｔＪＳ図に示すようにＡＥ倍信号包
路線検波々形の立上り部分をｉＩＬ線で近似し、誤差Δ
ｔをピーク値Ｐと立上り時間Ｔｒ、Ｌきい値電圧ｖ＋ｈ
から（４）式により求める。
そこで、本発明ではｔＪＳ図に示すようにＡＥ倍信号包
路線検波々形の立上り部分をｉＩＬ線で近似し、誤差Δ
ｔをピーク値Ｐと立上り時間Ｔｒ、Ｌきい値電圧ｖ＋ｈ
から（４）式により求める。
Δを企堅ＶｔｈＸ［Ｔｒ／（Ｐ−Ｖｔｈ）コ−−−（４
）従って、前記到達時間差の誤差ΔＴｃは（５）式％式
％ 位置標定誤差ΔＸはΔＴｃとＡＥ波の伝幡速度Ｖの積と
して表すことができる。
）従って、前記到達時間差の誤差ΔＴｃは（５）式％式
％ 位置標定誤差ΔＸはΔＴｃとＡＥ波の伝幡速度Ｖの積と
して表すことができる。
ΔＸ＝ｖ・ΔＴｃ ・・・（６）上述した本発
明の補正方法によれば、ＡＥ波の伝帳距離によってピー
ク値が変化する場合や、また小型の試験片ではＡＥ波の
反射散乱によって伝播中にＡＥ波形が変化するが、その
場合の位置標定誤差も補正可能であり、実施例で示すよ
うに本補正法を用いることによって全ての試験片でＡＥ
法と光学法の繊維平均破断長さが良く一致する結果が得
られた。
明の補正方法によれば、ＡＥ波の伝帳距離によってピー
ク値が変化する場合や、また小型の試験片ではＡＥ波の
反射散乱によって伝播中にＡＥ波形が変化するが、その
場合の位置標定誤差も補正可能であり、実施例で示すよ
うに本補正法を用いることによって全ての試験片でＡＥ
法と光学法の繊維平均破断長さが良く一致する結果が得
られた。
次に本発明を実施する装置について説明する。
第６図に示すように試験片１に固定された１組のＡＥ変
換子５，５ａからのＡＥ倍信号それぞれプリアンプ６．
６ａで増幅後、包路線検出回路８゜８ａに入力する。比
較器９，９ａは各包絡線検波信号としきい値設定回路ｌ
Ｏで設定されたしきい値電圧とを比較し、各包路線検波
信号がしきい値電圧を越えた時にパルス信号を出力する
。ピーク値検出回路１１． Ｉｌａと立上り時間計測回
路１２．１２ａは上記パルス信号を受けて各包路線検波
信号のビク値Ｐ、、Ｐ２および立上り時間Ｔｒ１．Ｔｒ
２を計測する。ＡＥ！！生位置標定回路１３も比較回路
９゜９ａの出力パルスの時間差ΔＴ′を測定するととも
に、ピーク値Ｐ、、Ｐ２、立上り時間Ｔｒｌ、Ｔｒ２、
しきい値電圧Ｖｔｈから前記（５）式により到達時間差
の誤差ΔＴｃを計算し、そして予め設定されたＡＥ波の
伝幡速度Ｖと（ΔＴ′−ΔＴｃ）の積からＡＥ発生位置
を標定する。イベント数計数回路１４はＡＥ発生位置の
標定結果が各ＡＥ変換子の内側に設定された計測区間り
の内側である場合にイベント数のカウントを行い、また
繊維の歪み量の増分が一定値に達しても計測区間内での
イヘント数の増加が無ければ、繊維破断数が限界に達し
たことを判定し、イベント数Ｎを界面剪断強度計算回路
１５に出力する。同回路１５は繊維平均破断長さＱｒｒ
＋を計測区間りと該イベント数Ｎから（３）式により求
めるとともに、前もって入力されている繊維の直径ｄと
引張強さσ、と、繊維平均破断長さｌｍから（２）式に
より界面剪断強度γを計算し、その結果を表示する。
換子５，５ａからのＡＥ倍信号それぞれプリアンプ６．
６ａで増幅後、包路線検出回路８゜８ａに入力する。比
較器９，９ａは各包絡線検波信号としきい値設定回路ｌ
Ｏで設定されたしきい値電圧とを比較し、各包路線検波
信号がしきい値電圧を越えた時にパルス信号を出力する
。ピーク値検出回路１１． Ｉｌａと立上り時間計測回
路１２．１２ａは上記パルス信号を受けて各包路線検波
信号のビク値Ｐ、、Ｐ２および立上り時間Ｔｒ１．Ｔｒ
２を計測する。ＡＥ！！生位置標定回路１３も比較回路
９゜９ａの出力パルスの時間差ΔＴ′を測定するととも
に、ピーク値Ｐ、、Ｐ２、立上り時間Ｔｒｌ、Ｔｒ２、
しきい値電圧Ｖｔｈから前記（５）式により到達時間差
の誤差ΔＴｃを計算し、そして予め設定されたＡＥ波の
伝幡速度Ｖと（ΔＴ′−ΔＴｃ）の積からＡＥ発生位置
を標定する。イベント数計数回路１４はＡＥ発生位置の
標定結果が各ＡＥ変換子の内側に設定された計測区間り
の内側である場合にイベント数のカウントを行い、また
繊維の歪み量の増分が一定値に達しても計測区間内での
イヘント数の増加が無ければ、繊維破断数が限界に達し
たことを判定し、イベント数Ｎを界面剪断強度計算回路
１５に出力する。同回路１５は繊維平均破断長さＱｒｒ
＋を計測区間りと該イベント数Ｎから（３）式により求
めるとともに、前もって入力されている繊維の直径ｄと
引張強さσ、と、繊維平均破断長さｌｍから（２）式に
より界面剪断強度γを計算し、その結果を表示する。
以下に、本発明の一実施例について説明する。
試験片は炭素繊維１本をエポキシ樹脂中に埋込んだもの
で、寸法は長さ２］Ｏｍｍ、幅１９ｍ、厚さ１１ｍｍで
ある。本試験片の中央部に５０皿の間隔で１組のＡＥ変
換子を固定し、四点曲げ試験（荷重点間隔距離８０ ｍ
ｍ 、支点間距離］ ８０ ＩＭｌ）を行った。計測区
間りを４０−に設定し、従来法である顕微鏡を使用した
光学法と本発明法であるＡＥ法による繊維平均破断長さ
の測定結果を比較して第１表に示した。
で、寸法は長さ２］Ｏｍｍ、幅１９ｍ、厚さ１１ｍｍで
ある。本試験片の中央部に５０皿の間隔で１組のＡＥ変
換子を固定し、四点曲げ試験（荷重点間隔距離８０ ｍ
ｍ 、支点間距離］ ８０ ＩＭｌ）を行った。計測区
間りを４０−に設定し、従来法である顕微鏡を使用した
光学法と本発明法であるＡＥ法による繊維平均破断長さ
の測定結果を比較して第１表に示した。
また、参考までに位置標定誤差を補正しない場合のＡＥ
法の値を対比して示した。補正を行うことにより全ての
試験片について光学法とＡＥ法の値は良く一致しており
、本発明によって界面剪断強度の測定が可能であること
がわがる。なお、界面剪断強度は表の値とそれぞれの繊
維の直径と引張強さから単純に計算するだけであるため
省略した。
法の値を対比して示した。補正を行うことにより全ての
試験片について光学法とＡＥ法の値は良く一致しており
、本発明によって界面剪断強度の測定が可能であること
がわがる。なお、界面剪断強度は表の値とそれぞれの繊
維の直径と引張強さから単純に計算するだけであるため
省略した。
第１表
繊維平均破断長さの測定結果
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、試験終了と同時に
界面剪断強度の測定値が求まるとともに大幅な省力化が
可能となり、また個人差の無い値が得られる。さらに、
ＡＥイヘシト数の変化から試験中に繊維破断数が一定値
に達したことが判断できることや不透明なマトリックス
でも測定できる等、従来法にない利点がある。なお、以
上の説明は四点曲げ試験について行ったが、引張試験で
も全く同じようにして可能であり、そして試験片として
は繊維に炭素繊維を、マトリックスにエポキシ樹脂を使
用したものを用いたが、他の繊維やマトリックスの場合
でも可能である。
界面剪断強度の測定値が求まるとともに大幅な省力化が
可能となり、また個人差の無い値が得られる。さらに、
ＡＥイヘシト数の変化から試験中に繊維破断数が一定値
に達したことが判断できることや不透明なマトリックス
でも測定できる等、従来法にない利点がある。なお、以
上の説明は四点曲げ試験について行ったが、引張試験で
も全く同じようにして可能であり、そして試験片として
は繊維に炭素繊維を、マトリックスにエポキシ樹脂を使
用したものを用いたが、他の繊維やマトリックスの場合
でも可能である。
第１ａ図は、本発明を一態様で実施する装置構成の概要
を示す正面図であり、第１ｂ図は第１ａ図に示す試験片
１の平面図を、第１ｃ図は右側面図を示す。 第２ａ図、第２ｂ図および第２ｃ図は、ＡＥ計測結果の
一例を示すグラフである。 第３図は、通常のＡＥ計測装置におけるＡＥ到達時刻の
ズレを示した波形図、第４図は到達時間差の誤差の波形
図である。 第５図は、本発明におけるＡＥ到達時刻のズレを補正す
る方法を示した波形図であり、第６１１ａは本発明を実
施するための装置の構成を詳細に示すブロック図である
。 １゛試験 ２ 試験片に埋込まれた１本の繊維 ３．３ａ 曲げ試験機の支点 ４、曲げ試験機ポンチ ５．５ａ：ＡＥ変換子６．６
ａ プリアンプ ７：ＡＥ計測装置８．８ａ：包路線
検波回路 ９，９ａ：比較器１０シきい値設定回路 １１、ｌｌａ：ビーク値検出回路 ＋２． ＋２ａ立上り時間計測回路 ＋３：ＡＥ発生位置標定回路 １４イベント数計数回路 １ｂ界面剪断強度計算回路
を示す正面図であり、第１ｂ図は第１ａ図に示す試験片
１の平面図を、第１ｃ図は右側面図を示す。 第２ａ図、第２ｂ図および第２ｃ図は、ＡＥ計測結果の
一例を示すグラフである。 第３図は、通常のＡＥ計測装置におけるＡＥ到達時刻の
ズレを示した波形図、第４図は到達時間差の誤差の波形
図である。 第５図は、本発明におけるＡＥ到達時刻のズレを補正す
る方法を示した波形図であり、第６１１ａは本発明を実
施するための装置の構成を詳細に示すブロック図である
。 １゛試験 ２ 試験片に埋込まれた１本の繊維 ３．３ａ 曲げ試験機の支点 ４、曲げ試験機ポンチ ５．５ａ：ＡＥ変換子６．６
ａ プリアンプ ７：ＡＥ計測装置８．８ａ：包路線
検波回路 ９，９ａ：比較器１０シきい値設定回路 １１、ｌｌａ：ビーク値検出回路 ＋２． ＋２ａ立上り時間計測回路 ＋３：ＡＥ発生位置標定回路 １４イベント数計数回路 １ｂ界面剪断強度計算回路
Claims (3)
- （１）マトリックス中に単繊維を埋込んだ試験片に１組
のＡＥ変換子を取付け該試験片に引張歪みを加えて繊維
破断にともなって放出されるＡＥを検出し、繊維平均破
断長さから複合材料の界面剪断強度を測定する方法にお
いて、 前記ＡＥ信号の到達時間差から試験片のある一定区間Ｌ
内に発生した繊維破断数Ｎを計測しＮが一定値に達した
時の繊維平均破断長さｌｍを、ｌｍ＝Ｌ／（Ｎ＋１）と
して求めることを特徴とする複合材料の界面剪断強度の
測定方法。 - （２）ＡＥ信号の到達時間差からＡＥ発生位置の標定を
行う場合、各ＡＥ変換子の出力信号のピーク位置ＶＰ＿
１、ＶＰ＿２、立上がり時間Ｔｒ＿１、Ｔｒ＿２、しき
い値Ｖｔｈから、 位置標定誤差ΔＸ＝ｖ・ΔＴｃ、ΔＴｃ：到達時間差の
誤差、ｖ：ＡＥ波の伝幡速度、を次式ΔＸ＝ｖ・Ｖｔｈ
・（Ｔｒ＿１／［Ｐ＿１−Ｖｔｈ］−Ｔｒ＿２／［Ｐ＿
２−Ｖｔｈ］）によつて補正することを特徴とする前記
特許請求の範囲第（１）項記載の複合材料の界面剪断強
度の測定方法。 - （３）１組のＡＥ変換子により検出した各ＡＥ信号の包
絡線検波、ピーク値及び立上がり時間の検出回路を有し
、各包絡線検波信号がしきい値を越えた時刻の時間差か
らＡＥ発生源の位置を標定する装置において、 ピーク値と立上がり時間及びしきい値から位置標定誤差
の補正計算を行うための回路、該補正後の位置標定結果
に基いて一定区間Ｌ内で発生したＡＥイベント数Ｎの計
数回路、該ＡＥイベント数Ｎの増加が限界に達したこと
を検出する回路、および限界に達したことを検知したと
きの計数回路のＡＥイベント数Ｎおよび前記区間Ｌに対
応する繊維平均破断長さｌｍを計算する回路を具備する
ことを特徴とする複合材料の界面剪断強度測定装
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2238329A JPH04118541A (ja) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | 複合材料の界面剪断強度の測定方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2238329A JPH04118541A (ja) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | 複合材料の界面剪断強度の測定方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04118541A true JPH04118541A (ja) | 1992-04-20 |
Family
ID=17028592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2238329A Pending JPH04118541A (ja) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | 複合材料の界面剪断強度の測定方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04118541A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007512529A (ja) * | 2003-11-24 | 2007-05-17 | ザ・ボーイング・カンパニー | 複合構造物を非破壊検査するためのローディング装置 |
| KR100750240B1 (ko) * | 2006-06-30 | 2007-08-17 | 인제대학교 산학협력단 | 복합재료의 전단시험방법 및 전단시험기 |
| WO2019187829A1 (ja) * | 2018-03-26 | 2019-10-03 | 株式会社Ｉｈｉ検査計測 | 強度検査方法および強度評価用装置 |
-
1990
- 1990-09-07 JP JP2238329A patent/JPH04118541A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007512529A (ja) * | 2003-11-24 | 2007-05-17 | ザ・ボーイング・カンパニー | 複合構造物を非破壊検査するためのローディング装置 |
| KR100750240B1 (ko) * | 2006-06-30 | 2007-08-17 | 인제대학교 산학협력단 | 복합재료의 전단시험방법 및 전단시험기 |
| WO2019187829A1 (ja) * | 2018-03-26 | 2019-10-03 | 株式会社Ｉｈｉ検査計測 | 強度検査方法および強度評価用装置 |
| JP2019174119A (ja) * | 2018-03-26 | 2019-10-10 | 株式会社Ｉｈｉ検査計測 | 強度検査方法および強度評価用装置 |
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