1/4楕円法について

Question

薬剤による消毒・清掃で、製品のカバー割れが発生しており、ソルベントクラックと断定しています。
材料変更にあたり、テストピースでの評価を行いたいのですが・・・

材料テストの方法で１／４楕円法(4×10cmの1/4楕円)があり、その歪εが次式で与えられるとのことですが、一般的に歪は無次元で単位は無かったと思います。次式では長さの単位が残ります。

ε＝[0.02*(1-0.0084*X^2)^(-3/2)]*t
 (X[cm]：楕円横軸寸法、t[cm]：板厚)

どなたか、この式の解釈を知りませんか？

また、材料メーカーでは1/4楕円より、0.25%や0.5%などの定ひずみ試験を行っている所もあるようですが、1/4楕円は信頼性に欠けるのでしょうか？

Accepted Answer

1/4楕円法での臨界ひずみの式はもともとは次のようになります。

ε=(b*y*t)/2a^2　ここでy=(1-(a^2-b^2)*x^2)/a^4)^(-3/2)

x:短軸の軸面からクラック臨界点までの距離
a:楕円長軸(ここでは10）　b:楕円短軸(ここでは4）

a,bに数値を代入し計算するとご質問の式になります。
すなわち0.02は無次元ではなく?^(-1)の次元をもちます。したがってε自体は無次元となります。

データの信頼性については、回答(1)の方と同じです。
いづれにしても、一軸応力負荷の試験でいろんな応力状態のものをすべて判断するのは無理があり臨界ひずみ数値を設計データに使うのは無理があり、目安や比較データとするのが妥当だと思います。

Answer

前回答者2人の通りです、1/4楕円法は昔昔の簡略法で、定ひずみ冶具法にとって代わられています。プラスチック材料の許容ひずみ率は空気中でも1～2%であろうし、ESCR(環境応力割れ)を考えるとき、材料の曲げ弾性率(E)×ひずみ率(e)=応力(MPa)、E=2GPa、e=0.5%として、2GPa×0.005=10MPaの応力が発生する。
材料の引張り強さ数十MPaとは、空気中の強さであり、化学薬剤中では10MPa以下での破壊は当然ありうる。従ってプラスチック屋は、曲げひずみ率0.2%、・・0.5%、・・1%と何レベルかの冶具を用意してきめ細かく対応している。
曲げひずみ法の欠点は、貧溶媒系ではストレスクラックが見事に再現されますが、材料を溶解したり膨潤させる良溶媒系ではテストピースの表面が一部溶解し応力緩和してストレスクラックは発生しません、一見耐薬品性okと判断を誤るおそれがあります。テストピースを曲げる時点で応力緩和するので、E×e=応力とはなりません、わかりません。

Answer

１／４楕円法は、一つ試料に１／４の楕円によってひずみ率を変化させて、薬品テストをしますが、薬品によってクラックや変化が出る部分の判断が付けにくいなどの問題がありある意味では正確性に欠けると言えます。
逆に定ひずみ試験では、それぞれのひずみ率に有ったジグを作る必要があります。そのために１／４楕円法より多くの試料が必要となりますが、どのひずみ率で変化が出ているかの判断がしやすいというメリットが有ります。材料メーカーはそれぞれのお考えでやられているために、メーカーによってテスト方法が違い、どの試験によるテストであるか、確認しておく必要があります。
計算式に付いては確認したことは有りませんので解りません。又、テストピースをどのようにして作るかにも問題が有るようです。金型で成形した場合には残留応力が残ることが有るために、この残留応力を除去する必要が有ります。この辺が少し難しいように聞いています。

1/4楕円法についての解釈と信頼性について