ボーイング社の衝撃後圧縮試験治具（ASTM D7137

型番：WTF-CI（ステンレス製）

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図1：試料を設置していない状態の組立式治具。

この試験方法は、2005年5月にASTMによって規格D7137（参考文献1）として採用されました。 付属規格であるASTM D7136 (参考文献2)は、圧縮試験を行う前に試験片に衝撃を与える方法を定義しています。

このCompression After Impact（CAI）圧縮試験治具は、参考文献3および4に記載されているように、ボーイング社によって開発された。 わずかな治具の変更は、SACMA推奨方法SRM 2R-94（参考文献5）に記載されている。試験片は、必ずしも準等方性積層板である必要はないが、通常、長さ6インチ、幅4インチ、厚さ約0.2インチである。 参考文献6に記載されているNASA標準治具は、より大きな試験片を規定しているため、ボーイング標準治具ほど一般的には使用されていない。

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図2：ASTM D7136に記載されているインパクトスタンド。

ボーイング社の試験片は、まず参考文献2に定義されているように、通常、図2に示すような落錘式衝撃試験装置を用いて衝撃を与えられます。衝撃台は型番WTF-ISとして購入することができます。

衝撃を受けた試験片は、Fig.1 に示す治具で破壊するまで圧縮荷重を受けます。試験片は4つの辺に沿って支持されていますが、多数のソケットネジで示されているように、試験片の幅と厚さのわずかな変化に対応するために、治具は調整可能です。トップ（ローディング）プレートは、冶具の下部には直接取り付けられていませんが、試験片の上端を滑り込ませて、この第4の縁を簡単に支持するようになっています。サイドレールは、圧縮試験中にサイドレールとトッププレートの間のギャップが維持されるように十分に短いものとなっています。試験片を取り付けた組み立てた治具は、試験機の平らなベース上に拘束されない状態で置かれ、圧縮荷重は試験機のクロスヘッドにあるプラテンによってトッププレートに直接かけられます。

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図3:ローディングプレートが取り外された、部分的に組み立てられた治具。

積層体は準等方性などのため、本来の圧縮強度は高くなく、さらに事前の衝撃荷重で典型的に弱くなっているため、アンタッチャブルであっても潰れずにエッジ荷重をかけることができるのです。

図4は、Airbus Industries社製のCompression After Impact Compression Test Fixtureを比較のために示したものである。 詳細は本ウェブサイトの製品セクションに記載されています。 上板、下板、側板を強制的に試験片に押し付けるためのネジがあり、試験片の4面すべてに正のクランプ力を与えています。 しかし、有効な試験片の境界条件はボーイング社の治具と同じ「単純支持」のままです。 試験片はボーイング社製の治具で使用されているものと同じ大きさです。 ボーイング冶具のように冶具の直立部を幅方向に調整することはできませんが、標準試験片は特定のサイズに指定されているので、これは問題ではありません。

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図 4 Airbus Industries 社の衝撃後圧縮試験用治具。

衝撃圧縮後の特殊な圧縮試験治具を製作することもできる。 図5はそのような例の一つである。 手前はボーイングの標準的な取付け具。 後方は特別に設計された治具で、高さ6インチまたは10.5インチ、幅4インチ、8.5インチまたは10.5インチの試験片を試験することができる。もう一つの特別なCAI治具を図6と図7に示す。 この治具は、背が高く幅の狭い試料を試験するために設計されている。

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       図5：大型の衝撃後圧縮試験用治具を背景に、手前が標準サイズのボーイング社製治具。

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図6: 背景にあるもう一つの特別な大型の衝撃後圧縮試験治具と手前にある標準サイズのボーイング治具を示したもの。

スモールウィズコンポーネンツ

図7：特殊なCAI治具を、追加部品とともに最小構成で示す。この治具は、最大厚さ1.25インチまでの4 x 6インチ、6 x 8.5インチ、8.5 x 10.5インチの試験片を試験するように設計されている。

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図8：CAI治具の別の大型版

追加情報のソース。

1) ASTM Standard D7137-12 (2012), "Standard Test Method for Compression Residual Strength Properties of Damaged Polymer Matrix Composite Plates", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (初版は2005年).

2) ASTM Standard D7136-12 (2012), "Standard Test Method for Measuring the Damage Resistance of a Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composite to a Dynamic Impact Event", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (2005年に初版発行).

3) Boeing Specification Support Standard BSS 7260, "Advanced Composite Compression Tests," The Boeing Company, Seattle, Washington (1982年2月初版発行、1988年12月改訂).

4) Boeing Document D888-10026, "Test Methods for Advanced Composites, Revision A, Section 7.4, The Boeing Company, Seattle, Washington, January 1996.

5) SACMA Recommended Method SRM 2R-94, "Compression After Impact Properties of Oriented Fiber-Resin Composites," Suppliers of Advanced Composite Materials Association, Arlington, Virginia, 1994.

6) NASA Reference Publication 1092, "Standard Tests for Toughened Resin Composites," NASA-Langley Research Center, Hampton, Virginia, Revised Edition, July 1983.