2019 Fiscal Year Annual Research Report
Measurement and formulation of the deformation behavior of thermoplastic polyetherester elastomer using biaxial stress tests
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18H01744
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
桑原 利彦 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 卓越教授 (60195609)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 二軸応力 / 材料試験 / 制御 / 大ひずみ / 塑性 / 等エネルギー面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
TPEE製押出円管材用のサーボ制御二軸バルジ試験機の測定性能向上を目指して，治具および制御系について以下の改良を施した．供試材は，昨年度同様，内径13mm，肉厚2mmのポリエチレン製押出円管材を用いた．（１）制御系にはLabVIEWを用い，ノイズを低減させ，制御性および操作性の向上を図った．（２）供試材の把持治具を改良し，管軸方向応力が最大主応力になる場合に，供試材がチャックからはずれる不具合を解消することに成功した．（３）CCDカメラを用いたひずみ測定システム，ひずみ速度制御システム，応力経路制御用フィードバック制御回路にさらに改良を加え，軸力制御および内圧制御系のパラメータ調整を行った．結果，試験中のひずみ速度が概ね一定値に維持でき，一定ひずみ速度試験が可能となった．
上記改良の結果，プランジャーポンプにより試験片内に水圧を，シリンダにより試験片両端に軸力を加えることで，試験片中央部に任意の二軸応力を負荷し，昨年度よりノイズが低減された，より高精度な二軸応力―ひずみ曲線の測定に成功した．
実験した線形応力経路は昨年度から４経路増やし，応力比σφ：σθ（管軸方向真応力：円周方向真応力）＝1：0，４：１，2：1，４：３，1：1，３：４，1：2，１：４，0：1の９通りとした．実験結果としては，上記のいずれの応力比においても，測定された応力経路は，応力経路の指令値に対し，昨年度より追従精度が向上した．さらに測定可能な対数ひずみ範囲も最大で0.71まで拡大することに成功した．さらに等エネルギー面を同定した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度策定した予定の通り，TPEE製押出円管材用のサーボ制御二軸バルジ試験機の測定性能向上を目指して，治具および制御系について以下の改良を施した．応力比σφ：σθ（管軸方向真応力：円周方向真応力）＝1：0，４：１，2：1，４：３，1：1，３：４，1：2，１：４，0：1の９通りの実験に対して，測定された応力経路は，応力経路の指令値に対し概ね追従していることを確認した．さらにこれらの線形応力経路における供試材の真応力－対数ひずみ曲線を，昨年度よりノイズを低減した状態で測定できることを確認した．これは，構築したひずみ測定システムおよび応力制御システムが予想通りに正常に動作していることの証左である．さらに材料モデリングの基礎データとなる等エネルギー面の測定にも成功した．
このように研究計画通りの研究実績をあげることができたため上記のように判定した．
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| Strategy for Future Research Activity |
1. TPEE用サーボ制御二軸バルジ試験機で試験を行うことができる材質及び形状を拡大するために把持部と水圧負荷を行うポンプを改良する．制御系にはLabVIEWを用い，制御性，拡張性および操作性の向上を図る．
2. より高強度な材料を任意なサイズで実験可能せしめるため，チャック部を材料に合わせて容易に変更できる設計にする．これにより，例えば水道管等に採用されている塩化ビニル管は実際に使われている寸法に合わせて試験ができるようになるため，より直接的な結果を得ることが可能になる．
3. ポンプを改良する（現在は導入コストの低いプランジャポンプを利用しているため，試験力負荷のみ可能）．これにより，供試材に試験力負荷と除荷を繰り返し行うことができるようになり，弾性領域において非線形な挙動を示す材料に対しては，除荷前の応力と除荷後のひずみ（塑性ひずみ）の関係を取得かのうとなる．これにより，高精度な材料モデル構築の基礎データとなる真応力―対数塑性ひずみ曲線の取得が可能となる．
4. 改良した試験機で二軸応力負荷除荷試験を行う．応力経路は，（管軸方向真応力）：（円周方向真応力）＝1：0，4：1，2：1，4：3，1：1，3：4，1：2，1：4，0：1の9経路とする．測定された真応力－対数ひずみ曲線に基づいて，二軸応力下における供試材の変形モデルを構築する．
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