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尼崎事業所

物性測定関係

熱物性測定
ヤング率・剛性率測定

【測定法】

  1. 静的測定法・・試験片に引張あるいは圧縮、曲げ、ねじりなどの静的荷重を加え、応力とひずみを測定し弾性率を求める方法。
  2. 共振法・・・試料に自由振動あるいは強制振動を起こさせてその固有振動を測定し弾性率を求める方法。

【共振法の特徴】

  1. 脆性材料や小型の試験片でも測定可能
  2. 試験片に生じる歪みが極めて小さい
  3. 試験温度の制御が容易であるため弾性率の温度依存性を調べるのに有効
  4. 高精度の測定が可能

【ヤング率測定法(自由共振法)】

上部にある電極より、試験片へ上下の振動を与え、共振周波数を測定(図1)。

常温ヤング率測定装置図
<日本テクノプラス㈱製 JE-RT型>
図1 常温ヤング率測定装置図


<ヤング率算出の式>

 

ER
:ヤング率 (N/m2)
M
:試験片の質量 (Kg)
f
:共振周波数 (Hz)
w
:試験片の幅 (m)
L
:試験片の長さ (m)
T
:試験片の厚さ (m)

【剛性率測定法(自由共振法)】

電極より試験片へねじりの振動を与え、共振周波数を測定(図2)。

常温合成率測定装置
<日本テクノプラス㈱製 EG-JG型>
図2 常温剛性率測定装置図

<剛性率算出の式>

G=3.9330 剛性率算出の式

ただし、

s=t/w

G
:剛性率 (N/m2)
M
:試験片の質量 (Kg)
f
:共振周波数 (Hz)
w
:試験片の幅 (m)
L
:試験片の長さ (m)
T
:試験片の厚さ (m)

【高温ヤング率・剛性率測定法(振り子共振法)】

図3のように、試料を装置上部の固定部にセットし、測定温度まで加熱する。
ヤング率を測定する際には前後(A方向)に、剛性率を測定する際にはねじるよう(B方向)に、振動を試料に与える。この時の、共振する周波数よりヤング率と剛性率を求める。

高温ヤング率測定装置


測定温度範囲
:室温~1000℃
測定雰囲気
:大気、不活性ガス
特徴
:ヤング率、剛性率が一台の装置で測定可能

<日本テクノプラス㈱製 EG-HT型>
図3 高温ヤング率・剛性率測定装置


<ヤング率・剛性率・ポアソン比算出の式>

ヤング率【A振動】: A振動

剛性率【B振動】: B振動


ポアソン比:ν=E/(2×G)-1


ただし、等方性材料を仮定


  • ω: 振動数(Hz)
  • ρ: 密度(kg/m3)
  • A: 断面積(m2

  • I: 慣性モーメント(kg・m2)
  • K: 装置定数

  • λ: 試料と駆動部の重さに起因する無次元変数

  • L: 長さ(m)
  • α: 定数
  • T: 厚み(m)
  • W: 幅(m)


    

<高温ヤング率・剛性率測定例>

温度依存性
図4 ヤング率・剛性率・ポアソン比の温度依存性(SUS304)


【装置および装置の仕様】

測定方法
:共振法
標準試験片形状
:10mmW×60mmL×2mmT
    ・常温ヤング率測定装置
:日本テクノプラス(株)製 JE-RT型
        測定周波数
:600~20,000Hz
     ・常温剛性率測定装置
:日本テクノプラス(株)製 EG-JG型
        測定周波数
:400~20,000Hz
    ・高温ヤング率・剛性率測定装置
:日本テクノプラス(株)製 EG-HT型
        測定温度範囲
:室温~1000℃
        測定周波数
:ヤング率 1~100Hz
:剛性率 2~200Hz
        測定雰囲気
:Ar気流中
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物性評価

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