粘弾性物質の応力(荷重)－ひずみ(変位)曲線とエネルギー吸収性について

質問

現在，種類の異なるゴムのエネルギー吸収性の評価について悩んでおります．

本来ゴム等は動的粘弾性装置等の使用による評価が一般的ですが，tanδ等の内部摩擦の指標ではなく，具体的な値(単位としてJやN*mm等)として評価する事と，ゴムの大変形領域を観察する事を目的としているため，載荷試験機を使用しております．

実験と致しましては，ゴム試料を載荷試験機で潰して，検出される荷重と変位を読み取るものです．

同じ速さで載荷し，「ある点」に達した時点で同じ速さで除荷し，試験開始時の変位まで戻ったら実験が終了です．

検出される荷重ー変位曲線の囲む面積から定量的にエネルギー吸収性を評価したいと考えております．

種類の異なるゴムのエネルギー吸収性の評価にはゴムに与えるエネルギーを同じにする事が大切となります．

ここで，除荷する点，「ある点」をどのように決定するかで悩んでおります．決定方法は以下の3つを考えておりますが，どれにすればいいのかわかりません．

(1)除荷するまでの曲線の積分値が一定となる点を除荷点にするべきなのか？

(2)あらかじめ定めておいた荷重となった点で除荷するべきなのか？

(3)あらかじめ定めておいた変位となった時点で除荷するべきなのか？

(4)上記３つ以外の方法なのか？

物理というよりも工学的な質問となりますが，よろしくお願いします．

回答No.1

noname#65504

専門外からのアドバイスですが、

質問は、エネルギーをどう評価するということですので、一般的な評価方法を用いていません。つまり評価法自体の検証からはいる必要があるのではないかと思います。つまり、いろいろ試して妥当なものを探すのがよいのではないかと思います。

というわけでそれをふまえてのアドバイスですが、粘弾性体ということは線形弾性挙動を示さないものですので、荷重制御は難しいのではないでしょうか？

変位制御が最もしやすいと思います。センサーに触れたら加力を停止するという工夫もできます。

ただ目的の趣旨からいうと、加力中の積分値はエネルギーと相関性が高いものと思われます。
加えたエネルギーが除荷によりどうなるかをとらえるのが一番目的にあっているように思います。
ただ積分は誤差がつきまといますので、積分精度によっては精度が悪くなると思います。

個人的な意見ですので、参考までに