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圧縮試験とノッチ圧縮試験 (OHC、FHC)

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  • 業種別パンフレット:複合材料 PDF 7 MB

試験の目的

圧縮試験は 圧縮弾性率および圧縮強度などの様々な圧縮特性を測定します。これらは、0°または90°方向の一方向繊維、多方向ラミネート、繊維、布地、および合成プラスチックまたは熱可塑性樹脂で作られたマトリックス材料を含む繊維強化複合材料に対して行われます。

損傷を受けていないラミネートについての試験に加えて、ホール形状での損傷の影響を測定するために行われます。ねじやボルトを使用した有孔圧縮(OHC) 及び 閉孔圧縮(FHC) 試験などのノッチ付き圧縮試験は、ねじまたはリベットを使用した複合材の構造の条件をシュミレーションします。

圧縮試験は、試験片の準備、試験を実施するラボスタッフ、そして試験技術そのものに高いハードルがあります。積層体に荷重が加えられたとき、材料の実際の特性を測定するには、せん断応力ピークおよび曲げ歪みを回避しなくてはなりません。

ここ数年でさまざまな試験方法が開発され、それぞれが異なる強さを示しています。

エンドローディング圧縮試験

この試験は ASTM D695 に基づいており、その後様々な規格で記載され始めています。

1つのアドバンテージは比較的試験アレンジがシンプルである点です。この試験冶具は、正確に垂直に配置されたサポートブロックのみを必要とします。 

この方法では、試験片を縦方向に2つの圧縮プレートの間に載せます。サポートブロックは、材料が座屈を起こし早期に破損するのを防止します。

この試験は以下の2つのパートから構成:

  • キャップストリップのない試験片を使用して圧縮弾性率を測定し、ひずみをひずみゲージで測定します。
  • 圧縮強度測定にはキャップストリップで補強されます。これにより、材料がエンドローディングポイントで早期に破損するのを防ぎます。

この試験方法はISO、ASTM、EN、DIN、その他の規格に記載されています。一般に、試験が正しく行われれば、再現性のある圧縮弾性率値を測定することができ、一方、圧縮強度の測定には大きなブレがしばしば生じています。

圧縮弾性率の測定: 

試験片のひずみ値が小さい場合は、再現性のある圧縮弾性率値を決定できます。ひずみ値が大きい場合、エンドローディングポイントで試験片に遊びが生じ、試験に限界が起こります。

キャップストリップを貼り付けると、前面の端部エンドローディングポイントで試験片が強化され、試験片が正しいパスで破断します。試験片が完全に破損する前に初期の層間剥離が発生し、それがダイアグムに示されます。この試験方法は試験片表面へ非常に精密な処理を必要とします。 

せん断圧縮下における圧縮試験

この試験では、試験片をつかむことによって、すなわち摩擦接触によって圧縮力が加えられます。試験片が十分に長い場合は、測定パス内で均一な応力分布が達成されます。

  • この利点は、試験中の試験片の良好な軸方向ガイド性、ならびに前面側端部への荷重が少なく、表面加工の必要性もなくなる点です。 
  • この方法は、1980年代に ASTM D3410 でコニカルクランプ要素を備えたCelanese試験ツールとして標準化され、さらに他のさまざまな規格で標準化されています。 
  • Celanese ツールを使用すると、試験片の厚さよって、グリップ要素が予期せぬ形で直線にサポートされてしまいます。DIN 65375 及びprEN 2850 では試験片の厚さによって生じる問題を解決するために平らなくさびを備えた改良型Celanese工具を推奨しています。

IITRI USAによって開発されたコラムガイド付き試験冶具

  • 米国のIITRIは、コラムガイド付きの同様のツールを開発し、これは、今日ではASTMの古いCelanese圧縮ツールに代わるものとなっています。この試験冶具はー前モデルと同様にーくさびクランプの原理を利用しています。
  • くさびクランプは、最初に圧縮冶具の外側に試験片を置き、次に圧縮冶具内に固定されます。
  • 試験中、掴み圧は軸方向力に対してくさび原理により発生、その結果、試験片の曲げを招く可能性があるくさび運動が生じます。

HCCF 油圧試験冶具 – IMA Dresden

  • IMA DresdenはHCCF油圧圧縮ツールを開発し特許を取得しました。
  • これは、優れたアクセス性、簡単な取り扱い、および固定クランプ機構となっており、試験中でもお互いにアラインメントが取れています。
  • 平行油圧試験片クランプはスティックスリップが起こらず、クサビでは行えなかったことです。クリップオン伸び計の使用も可能です。

コンバインエンドローディングによる圧縮試験(複合荷重圧縮)

この試験は、試験片の断面積が大きい場合、より高い荷重下での繊維複合材料の試験に適しています。圧縮力の一部は試験片クランプによって発生;残りの圧縮力は試験片のエンド部分に発生。試験片の長さはクランプチャック歯の長さに正確に一致しており、単純なエンドローディング圧縮試験よりも大きくなります。エンドローディング試験と同様に、試験片端部の加工には非常に高い要求が必要とされています。

  • ASTM D6641 及び ISO 14126 のメソッド2は、ガイドコラムによって互いに接続された4つの要素を含む機械的試験冶具に関して記載しています。締め付け力は、トルクキーで締め付けられた8本のネジから発生。試験片と一体化した試験冶具を試験機内の2つの圧縮板の間に配置します。
  • この手順はさらにエアバス規格 AITM 1.0008 2010年版において、せん断圧縮とコンバインローディングの両方に規定されました。締め付け力は、油圧平行締め付け原理を採用しています。フリークランプ長さとクランプ領域間で締付けピークがクランプチャック歯構造の改良によって回避された得の方が、より良い破断イメージとなることが研究により示されています。エアバス規格では、この点を”soft load introduction”として記載しています。 
  • IMA Dresdenが開発し特許を取得したHCCF試験冶具は、ASTM D6641に規定された要件を満たしています。この圧縮冶具は、締め付け力は油圧で加えられ、圧力によって設定することができます。
  • 圧縮試験を日女意的に行うラボでは、この試験冶具は正面からのアクセス性に優れ、取り扱いが簡単で、クリーニング性にも優れています。
  • AITM 1.0008に対応したHCCF試験冶具これはブレーメンのエアバスによって試験され、承認されています。

ノッチ圧縮試験(OHC)、ボルトラミネート圧縮試験(FHC)

  • ノッチ圧縮試験:
    この試験は、積層体の引張強度に関して穴の影響を測定しています。結果は通常、ノッチファクタとして表示されます。これは、損傷していない試験片に対する損傷した試験片の比率を示します。Airbus AITM 1.0008 に対応し、圧縮冶具で試験を行います。ASTM 及び ボーイング規格 は長さ300 mm の試験片を使用し、サポートデバイスによって油圧平行クランプによって試験片を掴む必要があります。
  • ボルトラミネートの圧縮試験:
    この試験では、ノッチ引張試験と同じ試験片を使用し、穴はネジ締結で閉じます。

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