JPH06249767A - ３次元複合材試験片 - Google Patents
３次元複合材試験片Info
- Publication number
- JPH06249767A JPH06249767A JP3815093A JP3815093A JPH06249767A JP H06249767 A JPH06249767 A JP H06249767A JP 3815093 A JP3815093 A JP 3815093A JP 3815093 A JP3815093 A JP 3815093A JP H06249767 A JPH06249767 A JP H06249767A
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- Japan
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- dimensional composite
- test piece
- test
- composite material
- fiber
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- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ３次元複合材構造設計に必要な３次元複合材
基礎物性値取得のための試験回数の低減を可能とし、試
験コスト、試験時間の低減を図る。 【構成】 一方向に配設された繊維４を炭素繊維とし、
他方向に配設され上記炭素繊維と交差する繊維３をマト
リックスを形成する樹脂２と同一の弾性率を有する繊維
として形成した試験片１とすることによって、複合則及
び積層理論の適用が可能としたため、少ない個数の試験
片で３次元複合材の的確な弾性定数の取得を可能とする
とともに、炭素繊維含有率が変化した場合に新たな試験
片の作製を必要とせず、計算のみによる弾性定数の取得
を可能とする。
基礎物性値取得のための試験回数の低減を可能とし、試
験コスト、試験時間の低減を図る。 【構成】 一方向に配設された繊維４を炭素繊維とし、
他方向に配設され上記炭素繊維と交差する繊維３をマト
リックスを形成する樹脂２と同一の弾性率を有する繊維
として形成した試験片１とすることによって、複合則及
び積層理論の適用が可能としたため、少ない個数の試験
片で３次元複合材の的確な弾性定数の取得を可能とする
とともに、炭素繊維含有率が変化した場合に新たな試験
片の作製を必要とせず、計算のみによる弾性定数の取得
を可能とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、３次元複合材の基礎物
性値取得に適用される３次元複合材試験片に関する。
性値取得に適用される３次元複合材試験片に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の３次元複合材試験片の例を図５に
示す。図５に示す従来の試験片０１においては、Ｘ，
Ｙ，±４５°，Ｚの全ての方向の繊維０４，０３を炭素
繊維とし、繊維配向比を変化させ、引張、圧縮、せん断
の試験を行なっていた。
示す。図５に示す従来の試験片０１においては、Ｘ，
Ｙ，±４５°，Ｚの全ての方向の繊維０４，０３を炭素
繊維とし、繊維配向比を変化させ、引張、圧縮、せん断
の試験を行なっていた。
【０００３】取得すべき基礎物性値は、ヤング率ＥX ,
ＥY , ＥZ , ポアソン比νXY，νYZ，νZX，横弾性定数
ＧYZ，ＧZX，ＧXYであるが、ＸとＹ，ＹとＺは入れ換え
が可能とし、平板の試験片を使用するとして、ＥX , ν
XY，νXZ，ＧXZ，ＧXYをＥX, νXY及びνXZについてそ
れぞれ１回ずつの２回の引張試験、ＧXZ及びＧXYについ
てそれぞれ１回ずつの２回のせん断試験より取得する。
ＥY , ＥZ , ポアソン比νXY，νYZ，νZX，横弾性定数
ＧYZ，ＧZX，ＧXYであるが、ＸとＹ，ＹとＺは入れ換え
が可能とし、平板の試験片を使用するとして、ＥX , ν
XY，νXZ，ＧXZ，ＧXYをＥX, νXY及びνXZについてそ
れぞれ１回ずつの２回の引張試験、ＧXZ及びＧXYについ
てそれぞれ１回ずつの２回のせん断試験より取得する。
【０００４】なお、圧縮についても同様にＥX ，νXY及
びνXZについてそれぞれ１回ずつの２回の圧縮試験より
取得する。このように１セットの基礎物性値の取得に６
回の試験を必要としていた。
びνXZについてそれぞれ１回ずつの２回の圧縮試験より
取得する。このように１セットの基礎物性値の取得に６
回の試験を必要としていた。
【０００５】上記により１つの３次元複合材の弾性定数
を得るためには、一例として下記の表１に示すような多
種の繊維配向について試験を行なう必要がある。
を得るためには、一例として下記の表１に示すような多
種の繊維配向について試験を行なう必要がある。
【０００６】
【表１】
【０００７】即ち、面内繊維配向比が１７パターン，
Ｚ：面内繊維が４パターン、炭素繊維含有率Ｖf が５
％，２０％，４０％の３パターンのため、１７×４×３
＝２０４セットあり、１セット当り上記のように６回の
試験を必要とするため、全体で６×２０４＝１２２４回
の試験を必要としていた。
Ｚ：面内繊維が４パターン、炭素繊維含有率Ｖf が５
％，２０％，４０％の３パターンのため、１７×４×３
＝２０４セットあり、１セット当り上記のように６回の
試験を必要とするため、全体で６×２０４＝１２２４回
の試験を必要としていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の３次元複合材試
験においては、３次元複合材構造設計に必要な３次元複
合材基礎物性値取得のための試験回数が増え、多くのコ
スト及び時間を必要とし、実行困難であった。
験においては、３次元複合材構造設計に必要な３次元複
合材基礎物性値取得のための試験回数が増え、多くのコ
スト及び時間を必要とし、実行困難であった。
【０００９】本発明は、上記課題を解決するため、少な
い試験回数で３次元複合材基礎物性値の取得が可能な試
験片を提供しようとするものである。
い試験回数で３次元複合材基礎物性値の取得が可能な試
験片を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の３次元複合材試
験片は、繊維間に含浸されマトリックスを形成する樹
脂、一方向に配設された炭素繊維、および他方向に配設
されて上記炭素繊維と交差し上記樹脂と同一の弾性率を
有する繊維により形成され、３次元複合材基礎物性値の
取得に供せられることを特徴としている。
験片は、繊維間に含浸されマトリックスを形成する樹
脂、一方向に配設された炭素繊維、および他方向に配設
されて上記炭素繊維と交差し上記樹脂と同一の弾性率を
有する繊維により形成され、３次元複合材基礎物性値の
取得に供せられることを特徴としている。
【００１１】
【作用】上記試験片については、炭素繊維含有率が複数
種類の試験片を種類毎に３個ずつ用意し、引張、圧縮、
せん断試験を１回ずつ行い、３次元複合材の一方向のヤ
ング率、ポアソン比、横弾性定数を求める。
種類の試験片を種類毎に３個ずつ用意し、引張、圧縮、
せん断試験を１回ずつ行い、３次元複合材の一方向のヤ
ング率、ポアソン比、横弾性定数を求める。
【００１２】上記試験により得られたヤング率、ポアソ
ン比、及び横弾性定数に対しては複合則を適用し、他方
向のヤング率、ポアソン比、及び横弾性定数を計算によ
り求める。
ン比、及び横弾性定数に対しては複合則を適用し、他方
向のヤング率、ポアソン比、及び横弾性定数を計算によ
り求める。
【００１３】上記一方向と他方向のヤング率、ポアソン
比、及び横弾性定数からは弾性定数行列を作成し、積層
理論を適用することにより、３次元複合材の基礎物性値
を算出する。
比、及び横弾性定数からは弾性定数行列を作成し、積層
理論を適用することにより、３次元複合材の基礎物性値
を算出する。
【００１４】上記のように、複合則及び積層理論の適用
が可能な試験片としたため、少ない個数の試験片で３次
元複合材の的確な弾性定数の取得を可能とするととも
に、炭素繊維含有率が変化した場合に新たな試験片を作
製せず、計算のみによる弾性定数の取得を可能とする。
が可能な試験片としたため、少ない個数の試験片で３次
元複合材の的確な弾性定数の取得を可能とするととも
に、炭素繊維含有率が変化した場合に新たな試験片を作
製せず、計算のみによる弾性定数の取得を可能とする。
【００１５】
【実施例】本発明の一実施例に係る３次元複合材試験片
について、図１（ａ），（ｂ）により説明する。図１
（ａ），（ｂ）に示す本実施例は、マトリックスを形成
する樹脂２、炭素繊維よりなるＸ方向の繊維４、および
上記樹脂２と同じ弾性率を持つ木綿糸よりなるＹ，±４
５°，Ｚ方向の繊維３により形成された３次元複合材試
験片１であり、上記Ｘ方向の繊維４である炭素繊維の含
有率Ｖf を５％，２０％，４０％と変化させるものであ
る。
について、図１（ａ），（ｂ）により説明する。図１
（ａ），（ｂ）に示す本実施例は、マトリックスを形成
する樹脂２、炭素繊維よりなるＸ方向の繊維４、および
上記樹脂２と同じ弾性率を持つ木綿糸よりなるＹ，±４
５°，Ｚ方向の繊維３により形成された３次元複合材試
験片１であり、上記Ｘ方向の繊維４である炭素繊維の含
有率Ｖf を５％，２０％，４０％と変化させるものであ
る。
【００１６】上記試験片１を用いた３次元複合材の基礎
物性値の取得要領について、以下に説明する。まず、上
記試験片１について、１つの炭素繊維含有率Ｖf につき
引張、圧縮、せん断の試験を１回ずつ、従って、３つの
Ｖf について９回の試験を行ない、ヤング率ＥL ，ポア
ソン比νL ，横弾性定数ＧLTを取得する。こゝでＬは従
来の試験片におけるＸ方向であり、ＴはＹ方向である。
物性値の取得要領について、以下に説明する。まず、上
記試験片１について、１つの炭素繊維含有率Ｖf につき
引張、圧縮、せん断の試験を１回ずつ、従って、３つの
Ｖf について９回の試験を行ない、ヤング率ＥL ，ポア
ソン比νL ，横弾性定数ＧLTを取得する。こゝでＬは従
来の試験片におけるＸ方向であり、ＴはＹ方向である。
【００１７】上記試験により得られたヤング率ＥL ，ポ
アソン比νL ，横弾性定数ＧLTについては、複合則にも
とづく演算により他の基礎物性値ＥT ，νT , ＧTTを求
めるものであり、以下にその内容を説明する。
アソン比νL ，横弾性定数ＧLTについては、複合則にも
とづく演算により他の基礎物性値ＥT ，νT , ＧTTを求
めるものであり、以下にその内容を説明する。
【００１８】まず、下記の複合則にもとづく式（１）を
用い、上記試験により取得した３セットのＶf ，ＥL か
らＥf ，Ｅm を２つづつ求める。
用い、上記試験により取得した３セットのＶf ，ＥL か
らＥf ，Ｅm を２つづつ求める。
【００１９】 ＥL ＝Ｅf ・Ｖf ＋Ｅm ・（１−Ｖf ）…………………………（１） また、図２に示すように縦軸にＥL ，横軸にＶf をと
り、簡略のため折れ線としたグラフを作成する。上記式
（１）及び図２のグラフを用いることにより、任意のＶ
f に対するＥL をＥf ，Ｅm から求めることができる。
り、簡略のため折れ線としたグラフを作成する。上記式
（１）及び図２のグラフを用いることにより、任意のＶ
f に対するＥL をＥf ，Ｅm から求めることができる。
【００２０】次に、複合則にもとづく式（２）を用い、
上記試験により取得した３セットのＶf ，νL から
νf ，νm を２つづつ求める。
上記試験により取得した３セットのＶf ，νL から
νf ，νm を２つづつ求める。
【００２１】 νL ＝νf ・Ｖf ＋νm ・（１−Ｖf ）…………………………（２） また、図３に示すように縦軸にνL ，横軸にＶf をと
り、簡略のため折れ線としたグラフを作成する。上記式
（２）及び図３のグラフを用いることにより、任意のＶ
f に対するνL をνf ，νm から求めることができる。
り、簡略のため折れ線としたグラフを作成する。上記式
（２）及び図３のグラフを用いることにより、任意のＶ
f に対するνL をνf ，νm から求めることができる。
【００２２】また、下記の複合則にもとづく式（３）及
び図２を用いることにより、任意のＶf に対するＥT を
Ｅf ，Ｅm から求めることができる。
び図２を用いることにより、任意のＶf に対するＥT を
Ｅf ，Ｅm から求めることができる。
【００２３】 １／ＥT ＝（１／Ｅf ）・Ｖf ＋（１／Ｅm ）・（１−Ｖf ） …………………………（３） 更に、下記のオイラーの式（４）より、任意のＶf に対
するνT をＥL ，ＥT，νL から求めることができる。
するνT をＥL ，ＥT，νL から求めることができる。
【００２４】 νT ＝νL ・（ＥT ／ＥL ）………………………………………（４） 次に、下記の複合則にもとずく式（５）を用い、上記試
験により取得した３セットのＶf ，ＧLTからＧf ，Ｇm
を２つずつ求める。
験により取得した３セットのＶf ，ＧLTからＧf ，Ｇm
を２つずつ求める。
【００２５】 １／ＧLT＝（１／Ｇf ）・Ｖf ＋（１／Ｇm ）・（１−Ｖf ） ………………………………………（５） また、図４に示すように縦軸にＧLT，横軸にＶf をと
り、簡略のため折れ線としたグラフを作成する。上記式
（５）及び図４を用いることにより、任意のＶfに対す
るＧLTをＧf ，Ｇm から求めることができる。
り、簡略のため折れ線としたグラフを作成する。上記式
（５）及び図４を用いることにより、任意のＶfに対す
るＧLTをＧf ，Ｇm から求めることができる。
【００２６】上記により求めたＶf に対応するＧf は、
複合則よりＧTTとする。
複合則よりＧTTとする。
【００２７】上記により、Ｖf が５％から４０％の間に
ある任意のＶf を持つ３次元複合材の１方向要素に対応
するＥL ，ＥT ，νL ，νT ，ＧLT，ＧTTを求めること
ができる。ここで求めた３次元複合材の１方向要素の基
礎物性値から弾性定数行列を作成し、積層理論を適用し
て、３次元複合材の基礎物性値（弾性定数）を算出す
る。
ある任意のＶf を持つ３次元複合材の１方向要素に対応
するＥL ，ＥT ，νL ，νT ，ＧLT，ＧTTを求めること
ができる。ここで求めた３次元複合材の１方向要素の基
礎物性値から弾性定数行列を作成し、積層理論を適用し
て、３次元複合材の基礎物性値（弾性定数）を算出す
る。
【００２８】なお、本実施例の試験片については、弾性
定数に大きな影響を持つ３次元複合材料特有の繊維の蛇
行を反映したものとして、より適切な弾性定数を取得し
ている。また、試験対象材料の炭素繊維含有率が変った
場合、その度毎に新たな試験片を作製することなく、計
算により弾性定数を求めることができる。
定数に大きな影響を持つ３次元複合材料特有の繊維の蛇
行を反映したものとして、より適切な弾性定数を取得し
ている。また、試験対象材料の炭素繊維含有率が変った
場合、その度毎に新たな試験片を作製することなく、計
算により弾性定数を求めることができる。
【００２９】上記のように、複合則及び積層理論の適用
が可能な試験片としたため、少ない個数の試験片で、３
次元複合材の的確な弾性定数の取得を可能とした。
が可能な試験片としたため、少ない個数の試験片で、３
次元複合材の的確な弾性定数の取得を可能とした。
【００３０】
【発明の効果】本発明の３次元複合材試験片は、一方向
に配設された繊維を炭素繊維とし、他方向に配設され上
記炭素繊維と交差する繊維をマトリックスを形成する樹
脂と同一の弾性率を有する繊維として形成することによ
って、複合則及び積層理論の適用が可能な試験片とした
ため、少ない個数の試験片で３次元複合材の的確な弾性
定数の取得を可能とするとともに、炭素繊維含有率が変
化した場合に新たな試験片の作製を必要とせず、計算の
みによる弾性定数の取得を可能とする。
に配設された繊維を炭素繊維とし、他方向に配設され上
記炭素繊維と交差する繊維をマトリックスを形成する樹
脂と同一の弾性率を有する繊維として形成することによ
って、複合則及び積層理論の適用が可能な試験片とした
ため、少ない個数の試験片で３次元複合材の的確な弾性
定数の取得を可能とするとともに、炭素繊維含有率が変
化した場合に新たな試験片の作製を必要とせず、計算の
みによる弾性定数の取得を可能とする。
【図１】本発明の一実施例に係る３次元複合材試験片の
説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡
大図である。
説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡
大図である。
【図２】上記一実施例に係る試験データＥL ，Ｖf の説
明図である。
明図である。
【図３】上記一実施例に係る試験データνL ，Ｖf の説
明図である。
明図である。
【図４】上記一実施例に係る試験データＧLT，Ｖf の説
明図である。
明図である。
【図５】従来の試験片の説明図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＢ部の拡大図である。
（ｂ）は（ａ）のＢ部の拡大図である。
１ ３次元複合材試験片 ２ 樹脂 ３ Ｙ，±４５°，Ｚ方向の繊維 ４ Ｘ方向の繊維
Claims (1)
- 【請求項１】 繊維間に含浸されマトリックスを形成す
る樹脂、一方向に配設された炭素繊維、および他方向に
配設されて上記炭素繊維と交差し上記樹脂と同一の弾性
率を有する繊維により形成され、３次元複合材基礎物性
値の取得に供せられることを特徴とする３次元複合材試
験片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3815093A JPH06249767A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | ３次元複合材試験片 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3815093A JPH06249767A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | ３次元複合材試験片 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06249767A true JPH06249767A (ja) | 1994-09-09 |
Family
ID=12517393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3815093A Withdrawn JPH06249767A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | ３次元複合材試験片 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06249767A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10003176A1 (de) * | 2000-01-25 | 2001-08-09 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Kalibrierkörper und Verwendung desselben |
| JP2016042078A (ja) * | 2014-08-13 | 2016-03-31 | ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅＢｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ | 複合材試験片 |
| KR20190072018A (ko) * | 2017-12-15 | 2019-06-25 | (주)엘지하우시스 | 복합재의 인장시편 및 그 제조 방법 |
| US11442400B2 (en) | 2020-03-02 | 2022-09-13 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Image forming apparatus with LED unit movable from an exposure position to a cleaning position |
-
1993
- 1993-02-26 JP JP3815093A patent/JPH06249767A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10003176A1 (de) * | 2000-01-25 | 2001-08-09 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Kalibrierkörper und Verwendung desselben |
| DE10003176C2 (de) * | 2000-01-25 | 2001-11-22 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Kalibrierkörper und Verwendung desselben |
| US6833163B1 (en) | 2000-01-25 | 2004-12-21 | Deutsches Zentrum Fuer Luft-Und Raumfahrt E.V. | Calibrating body |
| JP2016042078A (ja) * | 2014-08-13 | 2016-03-31 | ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅＢｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ | 複合材試験片 |
| KR20190072018A (ko) * | 2017-12-15 | 2019-06-25 | (주)엘지하우시스 | 복합재의 인장시편 및 그 제조 방법 |
| US11442400B2 (en) | 2020-03-02 | 2022-09-13 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Image forming apparatus with LED unit movable from an exposure position to a cleaning position |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000509 |