100
。 80
c/) V ω H 3
/ � � 8=900
も-J∞
-ド -qUq
H 口a b O 40
20
。
。 2 3 4
Strain ε %
図3-5 平滑試験片の引張応力一ひずみ線図(熱処理材)
η1・Fhd
処理を行った. ポリカーボネートの場合， この熱処理条件で機械的性質が向上することが 報告されている(4). e = 0。 方向に切り出した試験片の受人材と上記の熱処理条件のも とで-熱処理を行った試験片の応力一ひずみ線図を図3-4に示す. 破断時の応力， ひずみ および縦弾性係数(ひずみ0.4 %まで〉を表3-2に示す. この熱処理によって引張強 さは約5%向上した. この値はポリカーボネートの場合ほど顕著ではないが， すべての試 験片は試験片加工後， 130oC， 5時間保持の熱処理を行った.
図3-5に平滑試験で得られた引張応力一ひずみ線図を示す. 切り出し方向によってそ の機械的性質は顕著に異なる. e = 0。 は板の長手方向， e = 900 は板の幅方向に切り出 した試験片である. 表3-2にそれぞれの方向に切り出した試験片の機械的性質と熱処理 前後による機械的性質の変化を示す. e = 0。 方向の縦弾性係数は900 方向のそれの約 2倍である. 試験片はそれぞれe = 0。 および90。 方向に沿って切り出した.
3-3 切欠平板の静荷重試験
3-3-1 両側に切欠きをもっ板の引張試験
図3-6 (a)および表3-3 (a)に試験片の形状と寸法を示す. 板厚tは， E L
GEMの場合が2 mm， GF/PCの場合が3 mm である. 切り出し角度。は， E L -GEMがO。 および450 ， G F /P CがO。 および90。 であり， 試験片の長軸方向が
その方向に一致するように作製した. 板幅W， 切欠半径pおよび切欠深さαはそれぞ れの角度に切り出した試験片に対して， 表3-3 (a)に示すとおりである.
切欠底における応力集中係数はNeuberの三角則より求めた. ここに示した試験片形状 の範囲で， その値は2.1 0から9.18である.
試験片の製作は供試材よりそれぞれの角度に短冊状に切り出し， 平均4枚程度と当て板 としておなじ寸法の5 mm厚の樹脂板を両端でネジ止めし， フライスで外形を削る. そ の後， 耐水研磨ぺーノマ200番から1500番まで研磨し， バフ布とアルミナ液体研磨剤の O. 1μmを用いてバフ仕上げを行った. その後両端のネジ止め部分を切断 し， 試験片を一 枚ごとに面取りを行い， 切欠きをつける. 切欠きは切欠半径がO.5 mm以上の場合は外 丸フライスを使用し， 0.2 mm以下の場合はダイヤモンドカッターで所定の深さまで切り
ー
・ーひJσコ170
4-J
(
a) 引張試験片
140
' E
E E ロ
つ寸
( b ) 凶点山げ試験片
ょこコ
匂Y
170
4-J
(
c) 引張試験片
図3-6 静荷重試験における試験片の形状と寸法
59
表 3-3 静荷重試験の試験片寸法
( a ) 両側に切欠きをもっ板の引張試験
材 料 板厚 切り出し角度 板中目
t mm 。 W mm
16 18
。。 20
EL-GEM 2
22 24
45。 20
20
GF/PC
90。 20
切欠半 径 p mm
O. 5 O. 5 O. 08 O. 2 O. 5
2 O. 5 O. 5
O. 2 O. 5 O. 75 2 O. 08 O. 15 O. 25
O. 5
2 O. 08 O. 25
O. 5
切欠深さ
G mm
2 2 1， 2. 3 4. 5
1， 2. 3.
4. 5 1. 2. 3.
4， 5 1， 2， 3.
4. 5 1， 2， 3.
4. 5 4 4 5
3 3
1. 2. 3.
4， 5 3， 4 O. 5. 1.
2. 3. 4 0.3. 0.5.
1. 2. 3.
4 0.5， 1.
2. 3. 4.
1. 2. 3.
4 2 0.5. 1.
2， 3， 4，
5 0.5. 1，
2， 3. 4.
1. 2. 3.
4. 5
( b) 両側に切欠きをもっ板の面内曲げ試験
材 米} 板厚 切り出し角度 板幅 切欠半径 切欠深さ
t rnm 。 W rnm p mm α mm
O. 2 4
20 O. 5 4
EL-GEM 2 2 4
0.2 4
450 20 O. 5 4
4 4
O. 2 4
GF/PC 3 。。 20 O. 5 4
4
2 4
( c ) 中央に円孔をもっ板の引張試験(8 = 00 )
材料 板幅 円孔径 板幅 円孔径 板幅 円孔径
W 2p 2ρ/W W 2p 2p /W W 2p 2ρ/W
mm mm mm mm mm mm
O. 3 0.03 O. 4 0.04
0.5 0.05 O. 5 O. 025 O. 5 0.013
一 O. 6 O. 03
EL- O. 8 0.08 O. 8 O. 04
GE M 10 O. 1 20 O. 05 40 O. 0 25
一 1.2 O. 0 3
t = 2mm 1.6 O. 08 1.6 O. 04
2 0. 2 2 O. 1 2 O. 05
4 O. 2 4 O. 1
一 8 O. 2
0.3 0.03 O. 3 0.015
0.4 0.04 O. 4 O. 0 2
0.5 0.05 O. 5 O. 0 25 一
GF/ 0.8 0.08 0.8 O. 04
PC 10 20 O. 05 40 O. 025
1.5 O. 15 一 一
t = 3mm 2 0. 2 2 O. 1 O. 05
0.15 一
4 O. 2 4 O. 1
O. 15
61
込んだ後， 万能投影機で観察しながら先端を所定の切欠半径に加工した隙間ゲージで切欠 きをつけた. 切欠きの形状はp = O. 25 mmのものはV形であるが， その他はすべてU形 である.
前述したように. G F /P Cに関しては試験片加工後， 1300C， 5 時間保持の条件 で熱 処理を行った.
試験装置は万能試験機と呼ばれるインストロン形で， 試験機本体と計測制御ユニットか らなっている. 負荷方式はデジタルサーボコンビュータシステムによる高精度定速ひずみ 方式で， 計測荷重範囲は1 kgfから5000 kgfの範囲で， その測定誤差は土1%以内であ
る. クロスヘッド速度は0 .5 mrn/minとした. 試験は22 :t0. 5Cのもとで・行った.0
3-3-2 両側に切欠きをもっ板の面内曲げ試験
図3-6 (b)と表3-3 (b)に試験片の形状と寸法を示す. 板厚tはEL-GEM の場合が2 mmで . G F /P Cの場合が3 mmである. EL-GEMについては切り出 し角度。 =0。 および450 • またGF/PCについてはθ =0。 が試験片の長軸方向 に一致するように作製した. 板幅20 mm. 切欠深さ4 mmを一定として， 切欠半径ρ を0.2. 0.5 . 1 および2 mmの4とおりとした. 切欠底における応力集中係数は
Neuberの三角則より求めた. ここに示す試験片形状の範囲で， その値は1. 78から4.49 である荷重支持部分を安定させるために， 同じ材料を同じ方向に切り出し . 2液混合型 のエポキシ系接着剤で接着した. 接着はバイスにはさんで， 接着剤の最終強度が保証され
ている24時間養成した.
試験片の製作および試験条件については引張試験と同じ方法で-行った.
試験機は引張試験に用いたものと同じである. この試験機に支点部に摩擦がかからない ように工夫した曲げ試験装置(5)を取り付ける. その装置を図3-7に示す. ナイフエッ ジを支点とする四点曲げで， 下側の二個および上側の一個の支点はローラにより， 水平方 向に自由に移動できる. 下側の支点間距離は120 mm. 上側のそれは100 mmである.
3-3-3 中央に円孔をもっ板の引張試験
図3-6 (c)および表3 - 3 (c)に試験片の形状と寸法を示す. 2種類のFRP板
図3-7 面内曲げ試験装置
63
ともにe = 0。 が試験片の長軸方向に一致するように作製した. 板厚tはEL-GEM の場合が2 mmで， G F /P Cの場合が3 mmである. 板幅は10， 20 および 40 mm の3 とおり， 円孔径は最小0.3 mm， 最大8 mm とした. 円孔径と板幅の比はすべて O. 2以下である. 円孔は精密ベンチドリルによる貫通穴である. 円孔縁における応力集中 係数は等方弾性体における値(引 を用いた. その値 は2.50から2.96の範囲である.
3-4 切欠平板の疲労試験
3-4-1 両側に切欠きをもっ板の平面曲げ疲労試験
図3-8 (a)および表3-4 (a)に試験片の形状と寸法を示す. 試験片はEL-G
EMをe = 0。 方向に切り出して作製した. 板幅Wを10 mm， 切欠深さαを1.5 mm一定として， 切欠半径ρをo.15， 0.25， 0.5， 1 および2 rnmの5とおりとした.
ここに示した試験片形状の範囲で， 切欠底 における応力集中係数は1.33 から2.67であ る(6 )
試験機には回転偏心錘の遠心力を利用したものを使用した. このタイプの試験機は始動 直後に大きな荷重が数回発生し， その最大値は定常時の2倍程度に なることが報告されて いる(7 ) 本実験においてはその始動直後の大きな荷重を防ぐために， 始動時にテーブル と荷重台の聞にタゃンパーを差し込み， 安定荷重が掛かり始める数回後にそれ をとりはずし た. 繰返し速度は1000 cycle / min (約17 Hz)である. これは試験機の性能によるも のである. つかみ部 での破断をさけるために押さえ板と試験片の聞にポリカーボネート
(P C)板を使用した. これはPCの平面曲げ疲労試験(8 ) で使用されたものであり， こ れによってつかみ部からの破損は なくすべて切欠底から破断した. 疲労試験はすべて平均 室温200Cのもとで・行った.
3-4-2 両側に切欠きをもっ板の片振り引張疲労試験
図3-8 (b)および表3-4 (b)に試験片の形状と寸法を示す. 板厚tはEL-G EMの場合が2 mmで， G F /P Cの場合が3 mmである. EL-GEMについては切 り出し角度e = 00 および450 ， またGF/PCについてはe = 0。 が試験片の長軸
ロ
ユ
(
a) 平面曲げ疲労試験片
4-J
( b
)片振り引張疲労試験片
図3-8 疲労試験片の形状と寸法
65
表 3-4 疲労試験の試験片寸法
( a ) 両側に切欠きをもっ板の平面曲げ疲労試験
材 料 板厚 切り出し角度 板幅
t mm 。 W mm
EL-GEM 2 10
( b) 両側に切欠きをもっ板の片振り引張疲労試験
材 料 板厚 切り出し角度 板幅
t mm 。 W mm
14 16
EL-GEM 2 20
45。 20
GF/PC 3 。。 20
切欠半径 切欠深さ
p mm α mm
o. 15 1.5
O. 25 1.5
o. 5 1.5
1.5
2 1.5
切欠半径 切欠深さ
p mm α mm
O. 5
O. 5 1. 2. 4
1. 2. 4
O. 15 4
0.25 4
O. 5 4
2 4
O. 5 4
4
2 4
0.2
O. 5 4
4
2 4
方向に一致するように作製した. EL-GEMの場合の試験片は， 板幅Wを16 mm一
定として， 切欠深さαを1， 2および4 mmの3とおりとしたものと板の最小断面CW - 2a)を12 mm一定として切欠深さを1， 2および4 mmの3とおり
と
したものの二種類を用いた. したがって後者の場合は板幅Wは異なる. 切欠半径ρは O. 15， 0. 25，
0.5， 1および2 mmの5 とおりとした. G F /P Cの試験片は， 板幅Wを20 mm，
切欠深さ αを4 mm一定として， 切欠半径pをO. 2， 0.5， 1および2 mmの 4とお りとした. 試験片はl本のピンでっかみと連結させる. FRP板のピン継ぎ手での破断を 防ぐために， ピン継ぎ手部をもっFRP板の静荷重試験(9 ) および予備的な 疲労試験を行 い， 図に示すような寸法を決定した. 一本のピンを使うことにより， 試験片の取り付け，
取り外し， および心合わせが比較的容易となった.
切欠底における応力集中係数はNeuberの三角則より求め， その値は 2. 21 ----6. 83の 範囲であった.
片振り引張疲労試験機は荷重制御形のサーボ油圧式を使 用した. 最小荷重と最大荷重の 比はO. 1である. 繰返し速度はEL-GEMの場合は5 Hzとし， G F /P Cの場合は 2Hzとした. 後述するように剛性を測定するときは両材料ともに 1Hzとした.
FRP板の 疲労損傷によって剛性が著しく低下することが報告されている. 本研究にお いても剛性の変化を測定し， 繰返し数とともに剛性がどのように変化するかを測定した.
片振り引張疲労試験は定荷重の繰返しである. したがって， 試験直後における試験片の伸 び(つかみ部の移動距離)を測定し， N回目の繰返しにおける試験片の伸びを測定し， そ の比を相対剛性とした.
静荷重試験および疲労試験いずれの場合も， 切欠底付近に生ずる損傷の発生と成長過程 を輝度測定によって検出， 評価した. その詳細については5章および6章で述べる.
3-5 結言
本章では， 本研究に 用いる供試材料および実験方法について記述した本章の内容を以 下に要約する.
C 1 )供試材料は長繊維ガラス布基材エポキシ樹脂積層板CEL-GEM)と短繊維ガラ
67