局部应力测量方法、导出树脂材料的应力-应变曲线的方法以及树脂成形品的寿命预测方法

专利名称：局部应力测量方法、导出树脂材料的应力-应变曲线的方法以及树脂成形品的寿命预测方法
技术领域：
本发明涉及产生于树脂成形品的局部的局部应力测量方法、导出树脂材料的应 力-应变曲线的方法以及基于由该方法得到的局部应力来进行树脂成形品的寿命预测的 方法。
背景技术：
在树脂材料中，热学性质、力学性质优异的材料很多，由于重量较轻等优点而被用 于各种领域中。此外，近年来还进行了提高材料物性的改进。结果，树脂材料能在各种环境 下使用，为了满足希望的物性，进一步进行树脂材料的改善。树脂材料被成形为树脂零件等树脂成形品，如上所述，被用于各种领域中。树脂成 形品在各种情况下使用之际，有时树脂成形品的抗拉强度、应变量等成为问题。作为测量上述树脂成形品的应变量的方法，有使用应变计(gauge)的方法。在该 方法中，在树脂成形品表面贴附应变计。被贴附的应变计随着树脂成形品的变形而变形。在 应变计变形时，应变计的电阻值对应于应变计的变形量而变化。通过测量该应变计的电阻 值的变化，测量应变计的应变，进而能测量上述树脂成形品的应变。然后，能使用所得到的应变量导出应力-应变曲线。通过使用该应力-应变曲线， 在对树脂成形品施加载荷的情况下，能够推断出当树脂成形品产生多大的应力时断裂，或 者能够推断出在多大的应力下树脂成形品产生多大的变形等，能用于选择使用的树脂材料 之际。在使用以往的应变计来测量树脂成形品所产生的应变的方法中，因为在树脂成形 品上贴附应变计，所以应变计作为树脂成形品的加强构件而发挥作用。在应变计作为加强 构件而发挥作用时，树脂成形品的贴附有应变计的位置附近在外表上局部变硬。结果，贴 附有应变计的位置附近与没有贴附应变计的状态相比，施加力时应变变小。在这样将应变 计贴附到树脂成形品表面时，树脂成形品的纵弹性模量和泊松比等物性值在外表上产生变 化。因此，产生了用以往的方法无法准确地测量树脂成形品的应变这样的问题。因此，为了解决如上述那样的问题，公开有算出树脂成形品的应变和应变计的应 变的应变推断方法(专利文献1)。根据该方法，能准确地推断树脂成形品的应变量。专利文献1 日本特开2007-114061号公报可是，也包括专利文献1中记载的方法在内，问题在于，使用应变计测量应变量 时，在测量大的应变的情况和测量微小区域的应变的情况下无法准确地测量应变量。此外， 若无法准确地测量树脂成形品的应变量，则无法准确地预测树脂成形品的物性。特别是存在于树脂成形品中的熔接(weld)部、包括空隙的部分、接合部等脆弱部 比树脂成形品内的其他的部位更容易变形。因此，为了预测树脂成形品的物性，需要准确地 测量这些部分的应变量。但是，这样的变形一般来说是以微小区域为起点而产生的，该微小 区域的应变通过通常进行的使用应变计的方法是难以测量的。此外，关于外表上难以辨别的熔接部和空隙部的脆弱部无法预先确定的情况很多，预先将应变计贴附在准确的位置上 进行测量是非常困难的。此外，若能得到树脂材料的准确的应力-应变曲线，则能更准确地预测树脂成形 品的物性。为了得到准确的应力_应变曲线，需要准确地测量在作为对象的由树脂材料构 成的树脂试验片的破坏部位的应变量。特别是在破坏部位，产生比树脂试验片内的其他部 分大的变形。因此，特别是需要准确地测量破坏部位处的局部的应变量，从而求出树脂材料 的应力-应变曲线。

发明内容
本发明是为了解决以上那样的问题而做成的，其目的在于提供一种更加准确地测 量在对树脂成形品施加载荷时树脂成形品的局部所产生的局部应力的方法和更加准确的 树脂材料的应力-应变曲线。本发明人为了解决如上述那样的问题而反复进行了深入研究。结果发现，在以往 的使用应变计的方法中，作为在树脂成形品的应变大的情况下无法准确地测量应变量的原 因在于应变计无法追随应变长度，还发现作为无法准确地测量在树脂成形品的微小区域内 的应变量的原因在于产生应变的区域在应变计的计量长度以下，从而完成了本发明。而且，本发明人发现，在沿将用于求出树脂材料的准确的应力-应变曲线的情况 下的树脂试验片拉伸的方向施加载荷时，通过测量壁厚最薄的部分的截面积的经时变化 (即随时间而产生的变化)，能得到准确的树脂材料的应力-应变曲线。更加具体而言，本 发明提供以下的技术方案。(1) 一种局部应力测量方法，其是通过对具有脆弱部的树脂成形品施加载荷而测 量在该脆弱部产生的局部应力的方法，其中，包括以下工序应变量测量工序，在施加上述 载荷时，以与上述树脂成形品非接触的方式测量包括上述脆弱部的规定的部分的应变量 的经时变化；算出工序，以上述树脂成形品所包括的树脂材料的应力-应变曲线为基础而 将上述应变量换算为应力。(2) 一种导出应力-应变曲线的方法，其是导出树脂材料的应力-应变曲线的方 法，其中，包括截面积测量工序，在沿将由上述树脂材料构成的板状的树脂试验片拉伸的 方向施加载荷时，测量壁厚最薄的部分的截面积的经时变化；应变量测量工序，在施加上述 载荷时，以与上述树脂试验片非接触的方式测量上述树脂试验片内的包括上述壁厚最薄的 部分的规定的部分的应变量的经时变化；应力测量工序，测量上述载荷的经时变化，通过用 每次经时变化的载荷除以由上述截面积测量工序所得到的每次经时变化的截面积的值，从 而导出作用于上述壁厚最薄的部分的应力的经时变化。(3)根据(2)所述的导出应力-应变曲线的方法，上述树脂试验片是实质上不具有 应力集中部的树脂试验片。(4)根据⑵或(3)所述的导出应力-应变曲线的方法，上述应变量测量工序是在 施加上述载荷之前，对上述规定的部分的表面赋予花纹，从上述花纹的变化来测量应变量 的经时变化的工序。(5)根据⑵ ⑷中任一项所述的导出应力-应变曲线的方法，还具有测量部分 决定工序，其沿将上述树脂试验片拉伸的方向施加载荷而产生破坏，决定上述壁厚最小的
4部分。(6)根据⑵ (5)中任一项所述的导出应力-应变曲线的方法，上述截面积测量 工序是从由多个摄像部件拍摄的上述规定的部分的图像测量上述截面积的经时变化的工序。(7)根据(1)所述的局部应力测量方法，上述树脂材料的应力_应变曲线是用 ⑵ (6)中任一项所述的方法求出的应力-应变曲线。(8)根据(1)或(7)所述的局部应力测量方法，上述脆弱部是凹部、角部等形状上 的缺陷部、由从外观上难以判别的空隙、异物、纤维取向、分子取向的各向异性等造成的材 料的缺陷部。(9)根据(1)、(7)或⑶所述的局部应力测量方法，上述应变量测量工序是从由 摄像部件拍摄的上述脆弱部的图像测量上述脆弱部的应变量的经时变化的工序。(10)根据(9)所述的局部应力测量方法，上述摄像部件随着脆弱部的位移而进行 拍摄。(11)根据(9)或(10)所述的局部应力测量方法，其特征在于，上述脆弱部的图像 中的、上述脆弱部的解析范围至少大于等于图像解析单位。(12) 一种树脂成形品的寿命预测方法，其特征在于，以采用⑴或(7) (11)中 任一项所述的方法求出的局部应力为基础来预测树脂成形品的寿命。根据本发明的局部应力测量方法，能够不用担心在测量树脂成形品的应变量时测 量粘接剂等的伸长，即使在测量小区域的应变的情况下也能够准确地测量应变量。而且，与 应变计的测量不同，在测量树脂成形品的应变量时，也不会产生应变计无法追随应变长度 这样的问题，也能准确地测量大的应变量。结果，能准确地求出树脂成形品的应变量，能准 确地预测在树脂成形品的脆弱部产生的应力。此外，在施加有扭矩的情况下作用于树脂齿轮的齿根的局部应力的测量、由于插 入式成形品的树脂的收缩变形、使用上的载荷而产生的局部应力的测量、熔接部的局部应 力的测量等到目前为止无法高精度地求出局部应力的事例中，也能够高精度地求出局部 应力，能够更高精度地预测强度或预测蠕变破坏寿命。根据本发明的导出应力-应变曲线的方法，在树脂试验片的破坏部位的应变量的 测量过程中，在沿将树脂试验片拉伸的方向施加载荷时，以与树脂试验片非接触的方式进 行应变量的测量，而且，通过测量壁厚最薄的部分的截面积的经时变化，能够得到更加准确 的树脂材料的应力_应变曲线。


图1是表示壁厚最薄的部分的图。图2是表示不具有应力集中部的树脂试验片的一个例子的图。图3是表示具有应力集中部的树脂试验片的一个例子的图。图4是表示测量应变量的一个例子的图。图5是表示从斑点的大小的变化测量应变量的方法的图。图6是表示使用在树脂试验片上带有多个斑点的树脂试验片测量应变量的方法 的图。
图7是表示对测量应变量时的规定范围进行分割而成的区域的扩大图的图。图8是表示对树脂试验片施加载荷、树脂试验片变化的样子和截面积变化的样子 的图。图9是右侧的纵轴为截面积、左侧的纵轴为载荷、横轴为树脂试验片的伸长，表示 截面积、载荷和树脂试验片的伸长的关系的图。图10是纵轴为应力、横轴为树脂试验片的伸长量而表示应力和树脂试验片的伸 长量的关系的图。图11是表示通过本发明导出的应力-应变曲线的图。
图12是表示实施例的树脂试验片的图。图13是表示选定测量条件时的树脂试验片整体的伸长量和应力集中部的应变量 之间的关系的图。图14是表示基准点间距离和应变之间的关系的图。图15的(a)是不具有应力集中部的试验片的树脂试验片整体的伸长量和应力集 中部的应变量之间的关系的图。(b)是表示具有熔接部的试验片的树脂试验片整体的伸长 量和应力集中部的应变量之间的关系的图。图16是将树脂试验片的伸长量为横轴、载荷为左侧的纵轴、截面积为右侧的纵 轴，对于实施例的树脂材料，表示树脂试验片的伸长量、载荷和截面积的关系的图。图17是表示实施例的树脂试验片整体的伸长量连同应变量与应力集中部所产生 的应力之间的关系图。图18是表示实施例的应力_应变曲线的图。图19是表示实施例的局部应力算出方法的算出结果的图。图20是表示使用不具有应力集中部的树脂试验片测量的蠕变破坏曲线的图。图21是表示通过实施例制作的振动熔接树脂容器的图。图22是表示通过实施例制作的具有悬臂梁的成形品的图。
具体实施例方式以下，详细地说明本发明的实施方式，但是本发明丝毫不限定于以下的实施方式， 在本发明的目的的范围内，能够加以适宜变更地实施。另外，对于说明重复的部位，有时适 当地省略说明，但是不限定发明的要旨。局部应力测量方法本发明的局部应力测量方法是在对具有脆弱部的树脂成形品施加载荷的情况 下、测量在该脆弱部产生的局部应力的方法。本发明的局部应力测量方法包括以下工序在 施加载荷时，以与树脂成形品非接触的方式测量脆弱部的应变量的经时变化的应变量测量 工序；以上述树脂成形品所含有的树脂材料的应力-应变曲线为基础，将应变量换算成应 力的算出工序。以下，说明本发明的局部应力测量方法的一个例子。树脂材料本发明的局部应力测量方法能够以含有任何树脂材料的树脂成形品作为测量对 象。此外，将多种树脂材料共混而成的树脂混合物也包含在上述树脂材料之内。进而，向树 脂中添加成核剂、炭黑、无机烧结颜料等颜料、抗氧化剂、稳定剂、增塑剂、润滑剂、脱模剂以
6及阻燃剂等添加剂而赋予了期望特性的树脂组合物也包括在上述树脂材料之内。作为要求导出脆弱部的更准确的应变量的树脂材料，列举出包括多要求强度、耐 久性的结晶性热塑性树脂的树脂材料。本发明的局部应变的测量方法的特征之一在于，也 能较佳地适用于上述结晶性热塑性树脂。即，由于树脂成形品承受载荷，基于在脆弱部产生 的局部应力的塑性变形较大地影响强度、耐久性。作为结晶性热塑性树脂，例如列举有聚烯 烃类树脂、聚酯树脂、聚缩醛树脂、聚苯硫醚树脂、聚酰胺树脂等。树脂材料的成形在选择了作为树脂成形品的原料的树脂材料之后，对树脂材料进行成形，制作树 脂成形品。成型方法没有特别限定，可举出压缩成型、传递模塑成型、注塑成型、挤压成型、 吹塑成型等各种成型方法。此外，用于本发明的树脂成形品也包括利用熔接等方法接合两 个以上树脂零件而成的树脂成形品。另外，作为本发明的局部应力的测量方法的测量对象 的树脂成形品具有脆弱部。所谓脆弱部是指机械强度低于树脂成形品内的其他部分的部 分、形状上和构造上应力容易产生的部分(应力集中部)。例如列举有角部、缺口部、损伤 部、熔接部和流痕部等。本发明的局部应力测量方法在对树脂成形品施加载荷时算出在树脂成形品内的 局部产生的应力。所谓树脂成形品内的“局部”是指在对树脂成形品施加载荷的情况下应 变集中的脆弱部。因此，有时局部的位置因载荷的施加方法不同而不同。如上所述，作为脆弱部之一，列举出机械强度弱的部分。其一个例子是熔接部。图 1表示具有熔接部的树脂成形品(图中的点划线围成的面是熔接部)。在对该树脂成形品 沿拉伸方向施加载荷时，脆弱部(熔接部)在产生较大变形之后断裂。在这样对树脂成形 品沿拉伸方向施加载荷时，脆弱部集中了在树脂成形品中的最大应变。将成为树脂成形品 被拉伸而呈现出断裂的面的基础的部分的周缘部称为“脆弱部”。即，如图1所示，所谓“脆 弱部”是指，在对板状的树脂成形品沿拉伸上述树脂成形品的方向(空白箭头的方向)施加 载荷，使树脂成形品变形的情况下，变形后，应力优先集中、变形大的部分B的变化前的部 分A。此外，如上所述，作为脆弱部的一个例子，列举出具有形状上和构造上应力容易产 生的部分的树脂成形品，即，具有应力集中部的树脂成形品。所谓“应力集中部”是指在对树脂成形品施加载荷时，应力比其他的部分优先集中 从而容易破损的部分。应力集中部是壁厚、宽度比树脂成形品内的其他部分产生较大变化 的部分。作为应力集中部，例如列举出损伤部、缺口部、角部等。图2的(a)表示不具有应力集中部的树脂成形品的一个例子。此夕卜，图3的(a)表 示具有应力集中部的树脂成形品的一个例子。图2的(b)用箭头表示在对图2的(a)所 示的树脂成形品沿空白箭头的方向施加载荷时产生的应力。如图2的(b)所示那样相对于 规定的载荷，应力均勻地产生。另一方面，图3的(b)用箭头表示在对图3的(a)所示的树 脂成形品沿空白箭头的方向施加载荷时缺口部产生的应力。如图3的(b)所示，在对树脂 成形品施加规定的载荷时，在应力集中部产生更大的应力。应力集中部的变形比其他的部 分的变形大。因此，应力集中部容易成为“脆弱部”。在这样的情况下，根据树脂成形品内应 变位置的不同，变形的程度有很大不同。因此，为了更准确地预测树脂成形品的物性，特别 要求准确地测量产生较大变形的上述应力集中部的应变量。如上所述，只要是本发明的局部应力测量方法中的后述的应变量测量工序，就能够准确地测量局部应变量。树脂成形品的形状没有特别限定，只要具有如上述那样的脆弱部即可。本发明的 局部应力测量方法的特征在于，即使是在对具有脆弱部的复杂的形状的树脂成形品施加载 荷的情况下，也能准确地测量脆弱部的应变量。应变量测量工序首先，沿将由树脂材料构成的树脂成形品拉伸的方向施加载荷。载荷的施加方法 没有特别限定，只要是使在树脂成形品内的至少一部分产生拉伸应力这样的载荷的施加方 法即可。在本发明的局部应力测量方法中，一边施加载荷一边用以下的方法测量局部应变量。应变量测量工序是以与树脂成形品非接触的方式测量包括脆弱部(局部)的树脂 成形品内规定部分的应变量的经时变化的工序。通过以非接触方式测量，能准确地测量树 脂成形品的应变量。这是因为不用担心测量在使用应变计测量应变量的情况下等产生的 粘接剂的伸长。此外，不会由于应变计那样因计量长度而限定测量区域。而且，也不会产生 如使用应变计测量那样无法测量一定量以上的应变长度这样的问题，因此，即使是大的应 变量也能准确地测量。在脆弱部无法从表面判断的情况下，实际上沿拉伸树脂成形品的方向施加载荷而 产生破坏，需要在施加载荷时辨别脆弱部。以与树脂成形品非接触的方式测量应变量的方法没有特别限定，但是优选使用 CCD摄像机等摄像部件来测量应变量的方法。这是因为只要是使用CCD摄像机等摄像部 件的方法，就能够容易准确地测量应变量，而且，通过扩大摄像机的拍摄区域能够容易地测 量大的应变量，此外，通过以规定的倍率扩大摄像机的拍摄范围，也能容易地测量小的应变量。在应变量的测量过程中，需要预先决定包括作为应变量的基准的脆弱部的规定的 部分。所谓“规定的部分”是指树脂成形品内的包括上述脆弱部在内的规定的区域。施加 载荷而使树脂成形品变形时的树脂成形品的应变量仅在上述脆弱部测量就足够，但是即使 是相同形状、由相同材料构成的树脂成形品，上述壁厚最薄的部分的位置也有可能会多少 偏离。因此，在包括上述脆弱部在内的规定的部分测量应变量。例如，如图4的(a)所示，将宽度Xl定为“规定的部分”。在此，对上述规定的部分 标注以图中的斜线表示那样的记号。并且，如图4的(a)所示，沿空白箭头的方向施加载荷 F，使树脂成形品如图4的(b)所示那样地应变。应变的结果如图4的(b)所示，带有花纹 的上述规定的部分成为宽度X2，宽度延长了 2X Δ X的量。例如通过用2Χ Δ X除以Xl后乘 以100，能算出应变量(%) 作为其他的上述应变量的测量方法，能列举出对树脂成形品内的包括上述脆弱部 的规定的部分赋予斑点花纹的方法。图5表示在赋予斑点花纹的情况下的应变量的经时变 化的测量方法。图5是所有树脂成形品的主视图，图5的(a)、(b)、(c)的状态分别与后述 的图8的(a)、(b)、(c)的状态相对应。此外，在图5的(a)中表示有2个斑点。斑点α、 β设于脆弱部，斑点β被设于距斑点α的距离为Χ3的部位。因此，斑点α、β是“包括 脆弱部在内的规定的部分”。对树脂成形品沿空白箭头的方向施加载荷F，拉伸树脂成形品。 在拉伸树脂成形品时，如图5的(b)所示，斑点α、斑点β都向X方向移动。斑点α沿施
8加载荷F的方向移动了 a，斑点β沿施加载荷F的方向移动了 b。因此，应变(％)能够以 (b_a)/X3X100算出。其结果，不仅破坏部位而且破坏部位的周边部分产生的应力也能算 出，所以能更加准确地预测树脂成形品的物性。优选采用从斑点花纹或斑点的图案间的相对位置变化求出树脂成形品的变形量 的方法。只要详细观察就能准确地测量变形量。但是，由于撮像装置的像素数、放大率、撮 像视场等的极限、斑点花纹的大小、鲜明度等的极限、图像解析装置的解析能力的极限等， 测量产生极限。通过基于斑点花纹或斑点的图案设置多个基准点，对该基准点的相对位置 变化进行解析，能高效率地进行解析。当然，通过增加观察范围内的该基准点的数量，缩短 基准点之间的距离，能够进行更加精密的解析。该基准点之间的距离只要根据测量对象、撮 像装置、图像解析装置等设定最佳的值即可，最好是小到不影响实际应用的程度。从容易取得更加准确的数据的观点出发，更优选用以下的方法进行应变量的测 量。首先，如图6的(a)所示，对包括树脂成形品的脆弱部在内的部分赋予大量的细小的斑 点，将赋予有斑点的部位的至少一部分如图6的(b)所示那样分成多个区域。图7的(a) 表示扩大了上述多个区域的一部分。此外，有时将该区域在以下称为“子集”。接着，以子集的任意位置作为基准点。在图7的(a)中，以子集的中心为基准点。 此外，相邻的子集的间隔为W。然后，使树脂成形品沿空白箭头的方向拉伸变形。于是，如图 7的(b)所示那样变形。最后，进行应变量的计算。具体而言，通过子集变形前的相邻的子集间的基准间距 离W、一个子集的变形量Wl和另一个子集的变形量W2计算应变量。应变量是(W2-W1)/W。在如上所述那样使用子集时，由于将几个斑点作为花纹来进行识别，所以不易找 不到基准。此外，对于斑点来说，与进行应变量的算出的情况相比，应变量的计算也不变得 繁琐，能容易得到应变量。另外，适当的斑点的大小取决于子集的大小。只要将子集设定成能够识别花纹的 图案就能进行解析。因此，即使花纹大，只要相应地将子集设定得较大就没有问题。因此， 最佳的花纹的大小根据子集的大小而改变。即，根据花纹的大小设定子集。此外，通过以缩 短子集间的距离的方式设置子集，能够以更高的精度测量。在使用CCD摄像机等摄像部件 进行测量的情况下，通过变更为扩大拍摄区域来进行拍摄的、像素高的摄像机等，能缩短子 集间的距离，能够进行高精度的测量。上述那样的、使用CCD摄像机测量赋予斑点花纹的应变量例如能用 Digital3D-Correlation SystemVIC-3D(CorreIatedSoIutions 土)进对于。算出工序所谓算出工序是基于树脂成形品所包括的树脂材料的应力_应变曲线而将应变 量换算为应力的工序。如上所述，本发明能准确地求出包括局部在内的规定的部分的应变 量，所以能够更加准确地算出局部产生的应力。求出树脂材料的应力_应变曲线的方法没有特别限定，能使用以往公知的方法。 利用后述的方法通过求出应力-应变曲线，能够得到更加准确的应力-应变曲线。通过采 用上述方法求出的更加准确的应变量，使用准确的应力_应变曲线算出应力，由此，更加准 确地算出局部产生的应力。应力-应变曲线的导出方法
技术领域：
本发明的导出树脂材料的应力-应变曲线的方法的特征在于，包括以下工序在 沿将由上述树脂材料构成的树脂试验片拉伸的方向施加载荷时，测量壁厚最薄的部分的截 面积的经时变化的截面积测量工序；在施加载荷时，以与树脂试验片非接触的方式测量树 脂试验片内的包括上述壁厚最薄的部分在内的规定的部分的应变量的经时变化的应变量 测量工序；测量载荷的经时变化，采用在截面积测量工序中所得到的截面积的经时变化导 出作用于上述壁厚最薄的部分的应力的经时变化的应力测量工序。以下，说明本发明的应 力-应变曲线的导出方法的一个例子。树脂材料为了制作在本发明的应力-应变曲线的导出方法中使用的树脂试验片而所需的 树脂材料能采用与上述局部应变测量方法中所采用的树脂材料相同的树脂材料。优选与上 述树脂成形品的情况相同地在树脂材料中包括结晶性热塑性树脂。树脂材料的成形决定了使用的树脂材料之后，对树脂材料进行成形，制作树脂试验片。成形方法没 有特别限定，能够以与上述局部应变测量方法中所用的树脂成形品相同的方法进行成形。对树脂材料进行成形而得到的树脂试验片优选不具有应力集中部的树脂试验片。 如图3的(b)所示，在对具有应力集中部的树脂试验片施加规定的载荷的情况下，在应力集 中部产生比其他部分大的应力。另一方面，若是不具有应力集中部的树脂试验片，如图2所 示，在壁厚最薄的部分产生的应力大致均勻。因此，容易估算产生的应力。此外，对树脂材料进行成形而得到的树脂试验片优选在树脂试验片内不存在机械 强度比树脂试验片内的其他部分低的部分的树脂试验片。具体能列举出在树脂试验片内存 在空隙的情况、存在熔接部的情况等。这是因为若存在上述那样容易变形的部分，则难以估 算产生的应力。树脂试验片的形状没有特别限定，但是优选长方体或正方体。这是因为如后所述， 在沿着拉伸树脂试验片的方向施加载荷时，容易测量截面积的经时变化。应力-应变曲线对于树脂材料来说是固有的物性。因此，通过采用不具有应力集 中部、比成形品内的其他部分容易变形的部分的树脂试验片导出应力-应变曲线，容易得 到准确的应力-应变曲线。截面积测量工序截面积测量工序是对试验片施加载荷时在树脂试验片内测量上述脆弱部的截面 积的经时变化的工序。关于“脆弱部”，与在上述局部应力测量方法中说明的脆弱部相同。图8表示对树脂试验片施加载荷、树脂试验片变化的样子和截面积变化的样子。 测量截面积的经时变化的方法没有特别限定，但是例如优选用以下所示那样的方法进行测量。如图8所示，沿拉伸树脂试验片的方向(空白箭头的方向)施加力时，壁厚最薄的 部分的截面积从Sl向S2、S3变化(Si > S2 > S3)。通过测量上述脆弱部的宽度、纵深，能 够容易地测量大致的截面积。作为具体的测量方法，例如，能列举出使用CCD摄像机等摄像部件，测量上述宽 度、纵深的经时变化的方法。此时，如图8的(a)所示，通过以使由摄像部件进行拍摄的方 向与包括上述宽度、纵深的面垂直交叉的方式使用多个摄像部件进行测量，能够更加准确
10地测量截面积。因此，树脂试验片的形状若是长方体、正方体，也容易算出截面积，也容易进 行拍摄，因此，如上所述，优选树脂试验片的形状是正方体、长方体。应变量测量工序所谓应变量测量工序是指，在施加载荷时，以与树脂试验片非接触的方式测量树 脂试验片内的包括上述脆弱部在内的规定的部分的应变量的经时变化的工序。本工序中的 应变量的测量能够采用与上述局部应力测量方法的应变量测量工序相同的方法进行。另 外，通过使用CCD摄像机等摄像部件，测量树脂试验片的应变量的经时变化、截面积的经时 变化，能同时测量这两者。因此，使用CCD摄像机等摄像部件，能够容易且准确地求出应 力-应变曲线，所以是最佳的。应力测量工序所谓应力测量工序是指，测量对树脂试验片施加的载荷的经时变化，采用由截面 积测量工序得到的截面积的经时变化，导出通过用每次变化时的载荷除以截面积而算出的 脆弱部所产生的应力的经时变化的工序。在应力测量工序中，首先，测量对树脂试验片施加的载荷的经时变化。测量方法等 没有特别限定，然而，例如，在使用一般的负荷传感器的方法中，能够容易求出施加于树脂 试验片内的载荷。如图2，图3所示那样，在使用不具有应力集中部的树脂试验片时，在试 验片上均勻地产生应力。因此，能够用以往公知的拉伸试验机容易地测量施加于试验片的 载荷的经时变化。因此，通过使用不具有应力集中部的树脂试验片，能够更加容易且准确地 求出应力-应变曲线。图9表示载荷的经时变化。图9所示的曲线图，右侧的纵轴表示截面积、左侧的纵 轴表示载荷、横轴表示树脂试验片的伸长。应力通过用载荷除以施加有该载荷的截面积而 求出。另外，图9中的点M1、M2、M3分别与图8的(a)、(b)、(c)的状态相对应。Ml是树脂试验片的伸长为0的状态。M2是树脂试验片的伸长为dl的状态。M3是 树脂试验片的伸长为d2的状态。图9 一并表示树脂试验片的伸长量和截面积的经时变化 之间的关系。如上所述，作用于壁厚最薄的部分的应力的变化是M1/S1、M2/S2、M3/S3。图10表 示纵轴为应力、横轴为树脂试验片的伸长量的曲线图。应力-应变曲线导出工序如上所述，图8的(a)、(b)、(c)的状态分别与图5的(a)、(b)、(c)的状态相对 应。在图5的(a)的状态下树脂试验片的应变量是0。在图5的(b)的状态下树脂试验片 的应变量是(b_a)/X3X100(% )，在图5的(c)的状态下树脂试验片的应变量是(b’_a’)/ X3X100(% )0如上所述，如图11所示，得到应力-应变曲线。树脂成形品的寿侖预测方法首先，求出对在形状上不具有应力集中部的规定温度的树脂试验片施加恒定载荷 时直到上述树脂试验片破坏为止的破坏时间和通过施加恒定载荷而在破坏部位产生的应 力之间的相关关系。基准相关关系的导出实际上是通过实测对上述树脂试验片施加恒定 载荷的破坏时间和作用于破坏部位的应力而导出的。此外，在实测的情况下，能通过在至少 二个部位以上求出破坏时间和应力之间的关系而导出相关关系。为了求出更加准确的相关 关系，优选在七个部位以上求出破坏时间和应力之间的关系的方法。
接着，采用本发明的局部应力测量方法进行通过对具有脆弱部的树脂成形品施加 载荷而在该脆弱部产生的局部应力的导出。能通过该局部应力和上述相关关系进行树脂成 形品的寿命预测。根据本发明的局部应力测量方法，能够与以往相比更准确地导出在破坏部位(脆 弱部)产生的应力，所以提高了树脂成形品的寿命预测的精度。此外，通过采用以本发明的 方法导出的应力-应变曲线，寿命预测的精度进一步提高。实施例以下，利用实施例更进一步详细地说明本发明，本发明不限定于这些实施例。树脂材料聚缩醛树脂DURAC0NM90-44 (宝理塑料株式会社制)树脂材料的成形使用上述聚缩醛树脂，通过注塑成型法成形出如图12的(a)所示那样的、具有曲 率半径为1.0mm的应力集中部(缺口部底部)的树脂试验片。此外，通过注塑成型法成形 出图12的(b)所示那样的、不具有应力集中部的树脂试验片。此外，以与图12的(b)相同 的形状成形出具有熔接部的树脂试验片。测量条件的诜定进行测量应变量时的测量条件的选定。如图12的(a)所示，对包括用于观察变形的应力集中部在内的区域喷射颜料墨而 赋予斑点。使用拉伸试验机，将夹具间距离设为100mm，用夹具固定，施加载荷直到上述树 脂试验片1沿延伸的方向破坏。作为树脂试验片整体的伸长量，测量了夹具的移动量。用 Digital 3D-Correlation SystemVIC_3D(Correlated Solutions社制)在以下的条件下测 量了应力集中部的应变量。基准点间距离的选定通过变更摄像视场、基准点间像素距离而进行应力集中部的应变的测量，求出了 试验片整体的伸长量和应力集中部的应变之间的关系。其结果示于图13的(a)、(b)、(c)。 结果可知，所测量的应变的值不取决于摄像视场、基准点间像素距离(单位是像素)，仅由 基准点间距离(单位是mm)决定。图13的(a)是如图中所示那样以大的范围作为摄像视场 的情况的结果。图13的(b)是如图中所示那样与(a)的情况相比缩小摄像视场(放大拍 摄)的情况的结果。图13的(c)是如图中所示那样与(b)的情况相比，缩小摄像视场(放 大拍摄)的情况的结果。此外，图14表示基准点间距离和应变的关系。如上所述，确认到通过在测量中斑点花纹能鲜明地追踪或/以及能充分精细地解 析的范围内选择和调整撮像装置的像素数、倍率、视场角度、焦点距离等，越缩小基准点间 的距离精度越高。载荷施加工序和应变量测量工序关于图12的(b)所示的树脂试验片，以与图12的(a)所示的具有应力集中部的 树脂试验片相同的方法，对图12的(b)所示的范围赋予斑点。之后，在以下的条件下，对树 脂试验片测量沿试验片延伸的方向施加拉伸载荷时的树脂试验片的应变量。与上述测量 条件的选定相同地施加载荷，导出了作为树脂试验片整体的伸长量(夹具移动量)和破坏 部(脆弱部)的应变量之间的关系。导出结果示于图15的(a)。
(Correlation System 的测量条件)CCD摄像机的像素数5MPixel基准点间距离0. 07mm此外，关于与图12的(b)所示的树脂试验片相同的形状的具有熔接部的树脂试验 片，以与图12的(a)所示的具有应力集中部的树脂试验片相同的方法，对与图12的(b)所 示的范围相同的范围赋予斑点。之后，对树脂试验片测量沿试验片延伸的方向施加拉伸载 荷时的树脂试验片的应变量。测量时的条件在通过上述测量条件的选定所得到的条件下进 行。与上述测量条件的选定相同地施加载荷，导出了作为树脂试验片整体的伸长量(夹具 移动量)和破坏部(熔接部)的应变量之间的关系(在图中以圆圈表示)以及作为树脂试 验片整体的伸长量(夹具移动量)和树脂试验片整体的应变量之间的关系(在图中以四边 形表示)。导出结果示于图15的(b)。应力-应变曲线的导出截面积测量工序在截面积测量工序中，测量破坏部(脆弱部)的截面积的经时变化。截面积的测 量是使用图12的(b)所示的树脂试验片进行的。在图12的(b)所示的树脂试验片的情况 下，在沿拉伸方向(树脂试验片延伸的方向)施加载荷时，脆弱部的变形变大，脆弱部相当 于壁厚最薄的部分。与图12的(a)的试验片同样地对包括脆弱部在内的范围赋予斑点。因此，上述Correlation System的2台CCD摄像机的摄像方向分别设置为与树脂 试验片中央部的宽度正交的方向以及与树脂试验片中央部的纵深方向正交的方向。将树 脂试验片的两端固定在拉伸试验机上，沿树脂试验片延伸的方向施加载荷。连同树脂试验 片整体的伸长量一起测量脆弱部的宽度和纵深的长度，算出截面积，测量出施加于树脂试 验片的载荷。通过上述宽度的长度乘以纵深的长度的方法算出面积，使用负荷传感器测量 了载荷。将树脂试验片的伸长量为横轴、载荷(粗线的圆圈)为左侧的纵轴、截面积(细线 的圆圈)为右侧的纵轴，将测量结果示于图16。用载荷除以截面积算出破坏部(脆弱部) 产生的应力，树脂试验片的整体的伸长量连同应变量(粗线的圆圈)和破坏部(脆弱部) 产生的应力(细线的圆圈)之间的关系示于图17。最后，如图18所示，以应变量为横轴、应 力为纵轴采用图17得到了应力-应变曲线。根据如上所述的本发明，考虑到截面积的经时变化，更加准确地求出破坏部位产 生的应力的经时变化，由此能够求出非常准确的树脂材料的应力-应变曲线。局部应力算出方法制作了如图12的(a)所示那样的应力集中树脂试验片。测量对该树脂试验片沿 拉伸方向施加载荷的情况的、缺口部(应力集中部)产生的应变量，通过将该应变量代入到 上述应力-应变曲线中，算出在缺口部产生的应力。作为一个例子，将缺口部底部的角的曲 率半径为1. Omm的情况的测量结果示于图19。图19的曲线图的横轴表示承载的载荷、纵轴 (左侧)表示在缺口部底部产生的应力(在应力集中部产生的应力)、纵轴(右侧)表示应 力集中系数。另外，所谓应力集中系数是指，将承载的载荷除以图12的(a)所示的树脂试 验片的缺口部的截面积而得到的应力(1次应力)和在应力集中部产生的应力(最大主应 力)之比(最大主应力/1次应力)。寿命预测工序
能够以由上述算出的在缺口部底部产生的应力和使用不具有应力集中部的树脂 试验片测量的蠕变破坏曲线(图20)为基础预测树脂成形品的寿命。能够从图19推断出， 在缺口部底部的曲率半径是1. Omm的树脂试验片承载有461N的载荷时缺口部底部产生的 应力是47. 5MPa，从图20推断出，47. 5MPa的应力产生时的破坏时间是大约1000(h)。相对 于推断的破坏时间是大约1000 (h)，实际的破坏时间是1300 (h)，确认到本发明的局部应力 测量方法的测量精度较高。此外，在蠕变变形大的载荷区域，由于缺口部底部的形状变化， 产生应力也变化，因此，以考虑到蠕变变形的产生应力为基础来推断是重要的。对实际成形品的应用1采用上述聚缩醛树脂制作了如图21所示那样的内压容器。在对容器内施加 了内压之后，在外周肋的根部确认到应变的集中(图21中的斜线部)。以升压速度为 0. IMPa/lOsec施加内压。图21的(a)表示10秒后的状态，应变量是0. 15%。(b)是表示 20秒后的状态，应变量是0.31%。(c)是表示30秒后的状态，应变量是0.47%。(d)是表示 47秒后的状态，应变量是0.73%。另外，应变量的测量使用了上述Correlation System。从上述局部(脆弱部(图21中的斜线部))的应变量和上述应力_应变曲线导出 局部产生的应力。此外，能够从在此导出的应力和上述蠕变破坏曲线预测树脂成形品的寿 命。对实际成形品的应用2采用上述聚缩醛树脂制作了如图22所示那样的具有悬臂梁的成形品。沿图22的 箭头表示的方向施加载荷进行弯曲试验。确认到悬臂梁的根部的应变的集中(图22中的斜 线部)。以试验速度为5mm/min进行了试验。图22的(a)表示向Y方向的位移为2. 5mm 的状态，应变量是0. 57 %。(b)是表示向Y方向的位移5. Omm的状态，应变量是1.17%。 (c)是表示向Y方向的位移7. 5mm的状态，应变量是1. 83 %。(d)是表示向Y方向的位移 11. 25mm的状态，应变量是2. 98%。另外，应变量的测量使用了上述Correlation System。从上述局部(脆弱部(图22中的斜线部))的应变量和上述应力_应变曲线导出 局部产生的应力。此外，能从在此导出的应力和上述蠕变破坏曲线预测树脂成形品的寿命。
权利要求
一种局部应力测量方法，其是通过对具有脆弱部的树脂成形品施加载荷来测量在该脆弱部产生的局部应力的方法，其中，包括以下工序应变量测量工序，在施加上述载荷时，以与上述树脂成形品非接触的方式测量包括上述脆弱部在内的规定的部分的应变量的经时变化；算出工序，以上述树脂成形品所包括的树脂材料的应力 应变曲线为基础，将上述应变量换算为应力。
2.—种导出应力-应变曲线的方法，其是导出树脂材料的应力-应变曲线的方法，其 中，包括以下工序截面积测量工序，在沿将由上述树脂材料构成的板状的树脂试验片拉伸的方向施加载 荷时，测量壁厚最薄的部分的截面积的经时变化；应变量测量工序，在施加上述载荷时，以与上述树脂试验片非接触的方式测量上述树 脂试验片内的包括上述壁厚最薄的部分在内的规定的部分的应变量的经时变化；应力测量工序，测量上述载荷的经时变化，通过用每次经时变化的载荷除以由上述截 面积测量工序所得到的每次经时变化的截面积的值，从而导出作用于上述壁厚最薄的部分 的应力的经时变化。
3.根据权利要求2所述的导出应力-应变曲线的方法，上述树脂试验片是实质上不具 有应力集中部的树脂试验片。
4.根据权利要求2或3所述的导出应力_应变曲线的方法，上述应变量测量工序是在 施加上述载荷之前对上述规定的部分的表面赋予花纹、从上述花纹的变化来测量应变量的 经时变化的工序。
5.根据权利要求2 4中任一项所述的导出应力-应变曲线的方法，该导出应力-应 变曲线的方法还具有沿拉伸上述树脂试验片的方向施加载荷而产生破坏、决定上述壁厚为 最小的部分的测量部分决定工序。
6.根据权利要求2 5中任一项所述的导出应力-应变曲线的方法，上述截面积测量 工序是从由多个摄像部件拍摄的上述规定的部分的图像测量上述截面积的经时变化的工 序。
7.根据权利要求1所述的局部应力测量方法，上述树脂材料的应力-应变曲线是以权 利要求2 6中任一项所述的方法求出的应力-应变曲线。
8.根据权利要求1或7所述的局部应力测量方法，上述脆弱部是凹部、角部等形状上的 缺陷部、由从外观上难以判别的空隙、异物、纤维取向、分子取向的各向异性等造成的材料 的缺陷部。
9.根据权利要求1、7或8所述的局部应力测量方法，上述应变量测量工序是从由摄像 部件拍摄的上述脆弱部的图像测量上述脆弱部的应变量的经时变化的工序。
10.根据权利要求9所述的局部应力测量方法，上述摄像部件随着脆弱部的位移而进 行拍摄。
11.根据权利要求9或10所述的局部应力测量方法，其特征在于，上述脆弱部的图像中 的、上述脆弱部的解析范围至少大于等于图像解析单位。
12.一种树脂成形品的寿命预测方法，其特征在于，以由权利要求1或7 11中任一项 所述的方法求出的局部应力为基础预测树脂成形品的寿命。
全文摘要
本发明提供一种局部应力测量方法、导出树脂材料的应力-应变曲线的方法以及树脂成形品的寿命预测方法。提供更加准确地测量在对树脂成形品施加载荷时树脂成形品的局部所产生的局部应力的方法和更加准确的树脂材料的应力-应变曲线以及树脂成形品的寿命预测方法。局部应力测量方法是通过对具有脆弱部的树脂成形品施加载荷来测量在该脆弱部产生的局部应力的方法，包括应变量测量工序，在施加载荷时，以与树脂成形品非接触的方式测量包括脆弱部在内的规定的部分的应变量的经时变化；算出工序，以树脂成形品所包括的树脂材料的应力-应变曲线为基础，将应变量换算为应力。还包括以由该用法得到的局部应力为基础，进行树脂成形品的寿命预测的工序。
文档编号G01L1/04GK101929897SQ20101020084
公开日2010年12月29日 申请日期2010年6月11日 优先权日2009年6月18日
发明者藤田容史 申请人:宝理塑料株式会社