号数 ばね論文集 58 号( 2013 年)
ページ数 pp.27-34
種類 論文
論文名 座屈後変形を利用した積層薄板/細線の簡易ヤング率測定法(回転固定軸圧縮法)
Title An Innovative Method for Measuring Young’s Modulus of Thin Plates and Wires Using Postbuckling Behavior(Compression Column Method)
著者 大槻敦巳 1),林 克典 1) 
Author Atsumi OHTSUKI 1) and Katsunori HAYASHI 1) 
抄録 近年,高性能な可撓性材料が広範囲の工業分野で使用されており,材料の示す大たわみ変形挙動の解析がかなり注目を浴びている.したがって,設計上そうした可撓性材料の機械的特性,特に,ヤング率を知ることは極めて重要である.そこで,本論文では,可撓性積層薄肉材料(薄肉の板,棒材,ワイヤなど)を構成する個々の薄層のヤング率を求めるための新しい簡便な方法(軸圧縮コラム法)を開発した.原理は,幾何学的非線形を前提とした非線形理論に基づいており,解析においては積層材料の座屈後大たわみ変形を考慮し,楕円積分を用いた解析解を得た.回転固定はりの軸圧縮によって座屈した後のコラムの固定端における水平変位もしくは中央部の垂直変位を計測することにより,種々の長尺積層薄肉材料について,構成する各薄肉層のヤング率を容易に求めることができる.測定例として,ここでは高分子材料の薄板(PVC)とステンレス薄板(SUS)から成る可撓性2層薄板材料について構成各層のヤング率測定を行った.その結果,新しく提案したヤング率測定法は積層薄肉材料のヤング率測定に適していることが明らかになった.なお,本論文で提案した新しい軸圧縮コラム法は,PVDやCVD,電着,コーティング,ペイント,クラッディング,ラミネーションなど各種の方法によって創製された各薄層のヤング率測定にも広く応用できるなど拡張性の高い方法である. 
Abstract In recent years, flexible materials with very high performance are widely used and large deformation analyses of these materials have attracted considerable attention. Therefore, it is very important to evaluate mechanical properties, especially, Young’s modulus, of these flexible materials. In this study, a new and convenient mechanical testing method (Compression Column Method) is developed for measuring Young’s modulus of each layer in a thin flexible multi-layered material (thin plate, rod, or wire). The method is based on a nonlinear theory under the assumptions of the geometrical nonlinearity that takes into account large deformation behavior of multi-layered materials. Exact analytical solutions for large deformation are obtained in terms of elliptic integrals. By means of measuring the horizontal displacement at the fixed end or the vertical displacement at the middle point of the buckled column, Young’s modulus of each layer can be easily obtained for various thin and long multi-layered materials. Measurements were carried out on a two-layered material consisting of PVC (a high-polymer material) and SUS (a stainless steel material). As a result, it is made clear that the new method is suitable for thin flexible multi-layered materials. In the meantime, the new method proposed in this paper can be applied widely to measure Young’s modulus of every thin layers formed by PVD, CVD, Electrodeposition, Coating, Paint, Cladding, Lamination, and others. 
著者の所属 1) 名城大学 
Belonging 1) Meijo University 
Key Words Material testing, Multi-layered material, Young’s modulus,Postbuckling deformation, Column, Large deflection