材料力学 引張試験

質問

現在、卒業研究で金属の引張試験をやっております。
そこで質問なのですが、材料には一様ひずみがあります。
一般的には、最高荷重点に至るまでが一様ひずみとされていて、そこから求めれば良いと思うのですが、ひずみ分布のグラフから一様ひずみを求めるにはどうすればよいのですか？

回答No.2

noname#45185 · ベストアンサー

超塑性の実験だと話が違ってきます。

最初この質問を見たときは、鉄とかアルミの均一材の、単純な丸棒の１軸引っ張り試験の演習実験かな思ったのです。そうであれば、話は簡単で先に答えたとおりでSSカーブを読めばいいことになります。

きちんと考えようとすると、実験条件とグラフを見ないとなんともなりません。例えば
１）超塑性の場合、どういう合金系を、何度で、どのくらいうの引っ張り速度で引っ張っているのか。そしてどのパラメータをどう変化させようとしていること。又、高温変形の場合、試験機に取り付けられた炉内の温度分布はどうなっているかなどです。
２）どういう試験片で、どういう測定をしているのかということ。
・１軸の引っ張り試験でも、角材または平板で、R値をとろうということであれば、話は違ってきます。
・超塑性と聞くと、実用性から考えれば、最終的にはプレス成型のテストをされようとしていると考えられます。そうでなければ、超塑性の実用的な意味が少なくなります。
そうなると摩擦の影響を避けようとするならば、静水圧をかけて、張り出し成型の実験をするということになると思います。このプレス成型実験の場合、グリッドかサークルを書いてひずみ分布を測定することになりますが、このようなことをやられているのか。またはレーザーなどを使って測定されているかにもよります。
プレス成型の実験を行った場合、ひずみ分布はどのような方法であれ、３次元で測定します。これを元にプレス成形性の検討を行いますが、一様ひずみのうんぬんより、板圧分布がどうなるのかを見ます。板圧分布がネッキング（一様変形）と加工効果に関係してくるからです。
・鍛造を前提とした超塑性ならば、試験方法は変わってくるでしょう。模擬的な型で特殊なTPを実験しなければなりません。

いずれにしても、条件が分かった上で、相談をしないと答えようがないですね。ひずみ分布のグラフといわれているものが、SS(Stress-Strain)カーブでないとすると、見ないと分かりませんし、このインターネットのやり取りでは答えようがないのでは、ないかと思います。

上述のような問題がありますから、実際に実験を指導されている、担当教官の方でないと、お答えはできないと思います。
更に研究成果が出る前に実験内容を公開されることは問題があるでしょう。
ぜひ学校内でご相談されることが良いと思いますが、いかがでしょうか。
「最高荷重点を過ぎたところでも、一様ひずみが続いている傾向が見られます。」これについても。マルテンサイト誘起型超塑性を利用したことによる、相変態によるリューダースバンドなのか、結晶粒のすべりなどを利用した超塑性なのかによって、一様ひずみの解釈は、一軸引張り試験であっても変わってきます。

繰り返しになりますが、実験されている超塑性のメカニズムのお考えと、実験結果の突合せを、担当教官の方とご相談されることをお勧めいたします。このインターネットのやり取りではあまりお役に立てそうもありません。

お礼

ご回答ありがとうございます。

プレス成形を行うことを前提として、まず単軸引張試験を行い、機械的性質を調べようとしているところです。

そこで、swiftの理論式（加工硬化、ひずみ速度等を考慮したもの）を使用し、実験値と理論値とを比較しようとしたのですが、どうしても応力-ひずみ線図から読み取った最大荷重におけるひずみ（実験値）と大きな差（異なる傾向）が出てしまい、悩んでいました。

もちろん、実験の精度（温度、測定方法）など、不十分な点は多々あると思いますが、もう一度勉強しなおして、担当教授と相談してみたいと思います。

ありがとうございました。

回答No.1

noname#45185

最大過重に達するまでは、断面積が一定の割合で減少する一様ひずみとなります。そこから先はネッキングを起こして破断にいたります。

一様ひずみを図るには、SSカーブ上で単純に最大荷重のときのひずみ量を読み取ればいいと思います。
一様ひずみの内、残留ひずみを計測したいのであれば、最大荷重のところから、弾性変形分を差し引くことになります。この場合はSSカーブ上で最高加重の点から、最初の傾きに平行線を引き、加重ゼロの切片を読み取ります。

なお、SSカーブを書くときはクロスヘッドの動きではなく、伸び計をつけて計られるほうがいいと思います。クロスヘッドの動きだと試験片形状にもよりますが、精度が下がります。

お礼

ご回答ありがとうございます。
確かに最高荷重点に至るひずみが一様ひずみということはわかりました。

しかし、今取り扱っている材料が、超塑性材料であり、最高荷重点を過ぎたところでも、ひずみ分布を描くと一様ひずみが続いている傾向が見られます。

そこで、ひずみ分布から一様ひずみを求めたいと思ったのですが、それは可能なのでしょうか？