成果報告書詳細
管理番号20100000002313
タイトル平成21年度成果報告書 輸送機器の軽量化板材の2軸応力試験法に関する標準化事業
公開日2011/1/25
報告書年度2009 - 2009
委託先名財団法人大阪科学技術センター 国立大学法人東京農工大学 学校法人日本大学
プロジェクト番号P04002
部署名ナノテクノロジー・材料技術開発部
和文要約 本書は、新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の委託事業として平成21年度に実施された「輸送機器の軽量化板材の2軸応力試験法に関する標準化調査研究」の事業成果をまとめたものである。本調査研究では、輸送機器ボディーパネルや電子部品など、プレス成形部品の製造に用いられる金属板材(鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、チタン、マグネシウムなど)を対象として、板材面内に2軸応力が作用するときの弾塑性変形特性を評価するための標準試験方法の策定を目標としている。
 調査研究の期間として予定している3年間の2年目として、平成21年度における標準化委員会は、平成20年度に引き続いて,WG1(文献調査WG)とWG2(試作解析WG)の2つのワーキンググループ(WG)を構成して調査研究を実施した。本年度は5回の本委員会を開催して調査研究を実施した。具体的な調査研究の成果は以下の通りである。
(1) 2軸応力試験法の関連文献および規格の調査
 WG1(文献調査WG)を中心に、国内外の最新技術動向の収集と整理を行い,以下の結論を得た。(i) 十字型試験片にも様々な様式が提案されているが、応力測定精度の保証という点で、本委員会の提案に匹敵するものは見当たらなかった,(ii) ドイツを中心とする欧州勢が、液圧バルジ試験に高性能なひずみ測定装置を付加した2軸応力試験法を規格化する動きを見せている。(iii) Marciniak式の円筒張出し試験とX線を用いた応力測定を組み合わせた2軸試験例が米国NISTにより報告されているが、この方法の普及に対して、応力測定の精度検証がネックとなることが考えられる。(iv) インストロン型試験機で使用可能で、かつ応力測定の精度が保証できる十字試験片を用いる簡易試験方法(当委員会により規格の参考として提示予定)は、2軸試験法の利用を拡大するためには非常に有効な方法であるといえる。
(2) 2軸応力試験法の標準化に向けた十字形試験片および2軸応力試験機の試作と解析
 WG2(試作解析WG)では、平成20年度に引き続き,(i) 有限要素法による小型十字形試験片の応力測定誤差解析,(ii) 応力測定誤差の小さい小型十字形試験片の設計・試作と妥当性評価試験,(iii) 簡易小型2軸応力試験機の開発,(iv) 通常の単軸試験機を用いて、2軸応力試験を簡易的に可能にする改造型2軸応力試験装置の設計・試作,に取り組んだ.その結果、以下の成果を得た。(i) 等方性材料(ミーゼス材料)を仮定した詳細な有限要素解析により,詳細な有限要素解析により,応力の測定誤差を最小にするための十字形試験片形状およびひずみの測定位置を決定した.(ii) (i)項の有限要素解析に基づいて、従来の大型試験片の50%の大きさの小型試験片(応力測定部寸法:□30mm)を設計・試作した。小型十字形試験片を用いても,従来型の大型の十字形試験片とほぼ同等の精度で,2軸応力下での応力-ひずみ曲線が測定できることを確認した。(iii) 簡易小型2軸応力試験機については、操作性の向上,コンパクトさをさらに追求した結果、試験機の大きさ(設置面積)を1m四方まで小型化することに成功した。 (iv) 改造型2軸応力試験装置については、高張力鋼板等の高強度材の計測を可能にする試験装置の高剛性化および試験片の引張比を容易に変更できるようにリンク機構部の構造変更を検討した。試験装置は、FEMを適用しての強度評価を行いつつ再設計および試作を完了した。
英文要約Title:Standardization of a Biaxial Stress Test for Sheet Metals Used for Production of Light Weight Transportation Machines(FY2009)Final Report
This second year, we continued to investigate the two main topics, WG1 and WG2, as described below.
In WG 1, we continued to review the research papers related to the biaxial stress testing method for sheet metals.
In WG 2, we worked on the four topics described below in order to establish the basic technology for standardizing the biaxial stress testing method.
(i) Deformation behavior of a cruciform specimen is analyzed using a finite element method. The effect of the strain measurement position on the stress measurement error is evaluated. Following conclusions are obtained: (a) the stress measurement error is at a minimum when the biaxial strain components are measured on the centerline of the cruciform specimen, at a position approximately 0.35 (: arm width of the cruciform specimen) away from the center of the specimen along the maximum principal stress direction; (b) the error of the yield function determined for isotropic or anisotropic sheet materials using the cruciform specimen is estimated to be 1.5% or less
(ii) We finished the design of a small-type cruciform specimen based on the FEA. It has a gauge section that is 30 mm square. The specimen is 50% smaller than the conventional type, which has a gauge section of 60 mm square.
(iii) We finished the design of a servo-controlled biaxial tensile testing machine, a projected area of which is 1m square, and successfully built it. Using the testing machine, we carried out a biaxial tensile test using the small-type cruciform specimen. We found that the measured biaxial stress-strain curves match almost perfectly those measured using a conventional, large-type cruciform specimen.
(iv) We finished the design of a link-mechanism type biaxial tensile testing apparatus, which is more rigidi than that developed in the last year to be applicable to high tensile strength steel sheet. The strength and rigidity of the mechanism was assessed using FEM. The link mechanism was also re-designed so that one can easily change the biaxial strain ratio applied to the cruciform specimen.
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