ワイオミング式複合荷重圧縮試験治具（ASTM D6641

型番：WTF-EL（ステンレス製）

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図1：ワイオミングの複合荷重圧縮試験治具を組み立て、試験片を取り付けた状態。

ワイオミング大学で開発されたワイオミング複合荷重圧縮（CLC）試験治具（参考文献1～3）は、2001年にASTM標準D6641となった（参考文献4）。 

CLC治具は2組のスチールブロックからなり、各組は図1に示すように4本のボルトでクランプされている。設置時、長さ5.5インチの試験片の両端はブロックの両端と面一になる。ブロックの幅1.2インチの把持面は、公称幅1インチまでの試験片の試験を意図している。

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図2：タングステンカーバイド粒子でコーティングされた把持面を示す、部分的に分解された固定具。

これらの把持面には，図2に示すようにタングステンカーバイド粒子がコーティングされており，摩擦力を高めることで，より高いせん断荷重を試料に伝達できるようになっている。 また、これらの表面は比較的滑らか（100グリット粒子）であるため、試験片の表面を傷つけることはない。これにより、多くの用途で未処理の試験片を使用することができ、試験片製作コストの面で大きなメリットがある。

ボルトのトルクを調整することで，試験片の端部荷重とせん断荷重の比率を制御し，複合荷重を実現することができる。これにより、純粋に端部に荷重をかけた場合よりも強度の高い材料の試験を成功させることができます（端部の潰れを防ぐことができます）。また、純粋にせん断荷重をかけた場合よりも少ないクランプ力で試験を行うことができます（クランプによる応力集中を抑えることができます）。

また、固定用ブロックは、試験片の大きな座屈を防ぎます。上下一対のブロックの位置合わせには、リニアベアリングに取り付けられた2本のアライメントロッドが使用されており、リニアベアリングによってアライメントロッドの摩擦による結合が排除されています。一方の面にある円形の凹みは、エッジに取り付けられた伸び計のためのクリアランスです（使用する場合）。また、試験片の片面または両面にボンデッドストレインゲージを使用することもできます。

組み立てられた治具は，試験片が取り付けられた状態で，試験機の平らなベースの上に拘束されずに置かれ，試験機のクロスヘッドに取り付けられた平らなプラテンによって，その上面に直接荷重がかけられる。

ワイオミング複合荷重圧縮（CLC）試験治具は、長さ5.5インチのタブ付きまたはタブなしの試験片に対応するように設計されています。 これは、IITRIのタブ付き試験片試験法（ASTM D3410）で一般的に使用されている長さと同じです。0.50インチのゲージ長（拘束端ブロック間の距離）も同じです。CLC取付け具は、試験片の全長を変更するだけで、標準以外のゲージ長の試験片の試験にも使用できます。 この取付け具は比較的コンパクトで、重量は10.6ポンド（約1.6kg）です。

CLC試験法は、圧縮試験に全く適していることが示されている。 アンタッチャブル 中程度の強度を持つ材料の試験片、例えば、約150までの圧縮強度を持つ複合材料。 ksiこれには、クロスプライおよび準等方性レイアップ積層板、織物複合材、ランダムチョップドファイバー複合材、および同等またはそれ以下の強度の他の材料が含まれます。 このような場合、CLC試験装置は、タブ付き試験片や、IITRI、ワイオミング変成IITRI、セラニーズ、ワイオミング変成セラニーズ構成などのより複雑で高価な試験装置を用いて得られるものと完全に同等の圧縮強度および弾性率の値を生成することが示されている（参考文献1～3）。

標準以外のフィクスチャーも設計・製作できる。例えば、図3は標準的な治具（左）と、長さは同じ5.5インチだが幅が2.5インチまでの試料を収容できるように設計された治具を比較したものである。

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図3：ASTM D 6641標準治具（左）と特殊な2.5インチ試験片幅治具（右）。

図4は、長さわずか2.5インチ、幅0.5インチまでの試験片を試験するために設計された小型治具を示しており、背景には比較のための標準治具がある。

ワイオミング複合負荷圧縮試験用治具_3

図4：縮小された専用什器（分解された状態）を手前に示したもの, 背景には標準的な照明器具があります。

図5には、3種類の異なるサイズのCLCフィクスチャを示していますが、これはサイズバリエーションの一例です。 この他にも、より大きなサイズや小さなサイズのCLCフィクスチャを設計・製作しています。

ワイオミング・コンビネーション・ローディング・コンプレッション・テスト・フィクスチャー_4

図5：3種類の異なるサイズの複合荷重圧縮試験用治具、中央は標準サイズの治具。

図6の左側には、4本のアライメントロッドとリニアベアリングを備えたCLC専用の治具を一部分解して示している。 右側には、標準的な治具を部分的に分解したものが示されている。 DIC（Digital Image Correlation）技術を用いて試験片表面のフルフィールド変位を得ることへの関心が高まっていることから、試験片の表面を見ることができる装置が必要となっています。 しかし、標準的な治具では、2本のアライメントロッドがこの視野を遮ってしまう。 4本のアライメントロッドを使用することで，治具の対称性を維持しつつ，一対のロッドの間に視線を確保することができます。

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図6：4本のアライメントロッドを備えた特殊なCLC（Combined Loading Compression）試験治具を左に、標準的な治具を右に示す。

幅1/2インチと1インチの試験片を取り付けるためのスペーサー・ストリップとプッシャー・ストリップとともに、図6の4本のアライメント・ロッドを備えた特別な治具の別の図が、図7の背景で完全に分解されて示されている。 完全に組み立てられた治具が、標準的な治具とともに背景に示されている。 この特別な治具は、標準的な治具の約2倍である20ポンドの重さがあり、必要であれば幅2.5インチまでの試料を設置することができる。 アライメントロッド間のクリアスペースは1.2インチをわずかに超える。

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図7：4本のアライメントロッドを持つCLC専用治具を完全に分解した状態を手前に示す。 手前が完全に分解された状態、奥が組み立てられた状態と標準的な固定具である。

上記のフィクスチャーのタングステンカーバイド粒子グリップ表面は、長期間の使用（通常、何百回もの試験片テスト）により、いずれ摩耗が見られ、再コーティングが必要となる場合があります。 摩耗が進むと、同等の結果を得るために、より高いボルトトルクが必要となります。 図8は、表面摩耗の極端な例です。通常、この時点まで固定具を使用することはありません。元のコーティングを研磨し、フィクスチャーを再コーティングして、フィクスチャーを元の状態に戻すことができます。 条件.

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図8：よく使われる標準サイズの複合荷重圧縮試験治具の例。幅1/2インチの試験片による炭化タングステン粒子グリップ表面の摩耗パターンは、以下のようになります。1で、e過剰 は、試料のゲージ部に近い端部で摩耗します。

追加情報のソース。

1) D.F.Adams and J.S.Welsh, "The Wyoming Combined Loading Compression (CLC) Test Method,"Journal of Composites Technology and Research, Vol.19, No.3, 1997, pp.123-133.

2) P.M.Wegner and D.F.Adams, "Verification of Combined Load Compression (CLC) Test Method," Report No. DOT/FAA/AR-00/26, Federal Aviation Administration Technical Center, Atlantic City, New Jersey, August 2000.

3) J.S.WelshとD.F.Adams、"Current Status of Compression Test Methods for Composite Materials"。 SAMPEジャーナル, Vol.33, No.1, January 1997, pp.35-43.

4) ASTM規格D6641-09（2009）「複合荷重圧縮（CLC）試験治具を用いたポリマーマトリクス複合積層板の圧縮特性の測定に関する試験方法」American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania（初版は2001年）。

5) D.F.Adams and G.A.Finley, "Experimental Study of Thickness-Tapered Unidirectional Composite Compression Specimens," (英語) 実験メカニクス, Vol 36, No. 4, December 1996, pp.348-355.

6) S.L.Coguill and D.F.Adams, "Use of the Wyoming Combined Loading Compression (CLC) Fixture to Test Unidirectional Composites," Proceedings of the 44th International SAMPE Symposium, Long Beach, California, May 1999, pp.2322-2331.