ASTM D5528およびISO 15024準拠のG1c試験/DCB試験
ASTM D5528またはISO 15024に準拠したG1c試験は、critical interlaminar energy release rate of composite laminatesモードI荷重mode I loading下における複合積層板のき裂発生およびき裂伝播の臨界層間エネルギー解放率を決定するために使用できます。試験片の形状から、この試験はDCB（ダブルカンチレバービーム）試験と呼ばれることがよくあります。
この試験方法と材料特性は、航空宇宙分野における複合構造のレイアウトと設計において重要であるため、エアバス（AITM 1-0005）とボーイング（BSS 7273）にも特別な業界規格が存在します。しかし、これらの規格では、ASTM D5528およびISO 15024とは異なり、結果の計算に面積法と呼ばれる異なる手順が用いられています。
GIC試験の目的と用途
繊維複合材における層間剥離とは、積層板内の個々の層が剥離したり、接合が不完全になったりすることを指します。このような損傷や欠陥は積層板の機械的特性を低下させるため、複合構造においては特に重大な問題となります。
不利な荷重が作用し、複合材料の層間エネルギー解放率が臨界値に達すると、積層板内で亀裂が進展します。これが亀裂面に垂直な引張力によって発生する場合、モードI荷重と呼ばれます。
ASTM D5528またはISO 15024に準拠したDCB試験（ダブルカンチレバービーム）を使用することで、モードI荷重下における臨界層間エネルギー解放率の開始値と伝播値を確実に決定できます。
ダブルカンチレバービーム（DCB）試験片
ASTM D5528およびISO 15024に準拠したダブルカンチレバービーム（DCB）試験片は、積層板の対称面の片側に薄い分離フィルムを挿入した複合材試験片板から作製されます。この試験片から採取した試験片は、積層割れのある側で曲げ梁のように曲げ開くことができます（そのため、ダブルカンチレバービームと呼ばれます）。試験片の残りの部分では、複合材の各層は接続されたままです。
通常、荷重負荷のために、荷重負荷ブロックまたはヒンジ付きタブが試験片に接着されます。試験中に亀裂の進行を視覚的に監視するために、関連する標準仕様に従って試験片の端にマーキングが施されます。
ASTM D5528 & ISO 15024に準拠した試験の実行
DCB試験片の荷重負荷要素（荷重ブロックまたはヒンジ付きラグ）は、試験機の試験片グリップに接続されます。ラミネート剥離フィルムの端部に作製された亀裂は十分に鋭くない場合が多く、代表性のないG1c値が決定される可能性があるため、まず亀裂をわずかに広げ、鋭い予亀裂を生成します。予亀裂の長さを正確に測定し、試験片から荷重を完全に除去します。DCB試験の後半では、試験片に再び荷重を加え、き裂が横方向に印を付けた箇所の端に達するまで続けます。
ISO 15024では、臨界エネルギー解放率の開始値について3つの異なる基準が規定されています（予き裂および完全き裂伝播に適用されます）。
- 非線形性の開始（NL）： 試験片の両半分が純粋に弾性変形した場合、試験中の力-変位曲線は最初は直線です。力-変位曲線の非線形性が始まる力-変位値のペアが、開始値の計算に使用されます。
- 可視亀裂伝播（VIS）： 力-変位曲線において、亀裂伝播が目に見える形で始まる力-変位値のペアが、開始値の計算に使用されます。
- コンプライアンス基準（5%または最大）： この基準では、力-変位曲線の元々直線であった部分のコンプライアンスが5%減少する力-変位値のペアが決定されます。最大力に達する前に最大力に達した場合は、この力-変位値のペアが使用されます。
それぞれの開始値（積層亀裂または予亀裂から）には、初期の亀裂長さが使用されます。ASTM D5528の現行版では、臨界エネルギー解放率の開始値を決定するために適合基準のみが用いられます。
進展値は、ひび割れ長さと、側面に付されたマーキング上の対応する力と変位値のペアに基づいて決定されます。ひび割れの成長は、試験片側面で目視により監視されます。力、変位、ひび割れ長さの記録を同期させることが非常に重要です。
ひび割れ長さは、作業者が拡大鏡を用いてひび割れの進行を追跡することで手動で評価することも、ビデオ録画システムを用いてコンピュータ制御で評価することもできます。
2つの規格では、R曲線（ひび割れ長さに対してプロットされた臨界エネルギー解放率、開始値と進展値を含む）を計算するために、異なる評価方法が用いられます。
- ISO 15024 には、修正ビーム理論 (CBT) および修正コンプライアンス校正 (MCC) 方法に従った計算が含まれています。
- ASTM D5528 ではコンプライアンス キャリブレーション (CC) 方式が使用され、その他の方法は付録に記載されています。ここで CC 法への縮減は、モード II 荷重下で ASTM D7905 に従って決定された G2c 破壊靭性値間の比較可能性を確保するために行われました。
ASTM D5528およびISO 15024準拠のG1c試験用試験装置
ツビックローエルのシングルコラム卓上試験機は、ASTM D5528およびISO 15024に準拠したG1c試験に特に適しています。
G1c試験に電動ビデオ録画システムを使用することで、ひび割れ伝播測定のトレーサビリティが向上し、より便利になります。デジタルカメラを用いて試験片に沿ったひび割れの進行を記録し、試験全体のビデオを作成します。作成されたビデオを使用することで、疑わしい点がある場合に個々の試験を遡及的に確認し、ひび割れの進行に応じて測定値を修正することができます。
testXpert試験ソフトウェアは、G1c試験の実行と評価を大幅に簡素化します。まず、カメラをtestXpertに接続することで、ひび割れの進行を画面上で容易に追跡できます。また、testXpertには、ASTM D5528またはISO 15024の仕様に準拠した臨界層間エネルギー解放率の開始値と伝播値を計算するすべてのメソッドを含む、事前設定された標準プログラムが搭載されています。
