圧縮試験の説明:定義、目的、用途、方法論

圧縮試験は、圧縮荷重を受けたときの材料の挙動についての貴重な洞察を提供する、広く使用されている機械試験です。このテストは、航空宇宙、自動車、建設などの業界のさまざまな用途に適した材料を選択するために不可欠です。この記事では、圧縮テストの定義、目的、用途、動作方法、および圧縮テストの実行手順について詳しく説明します。

圧縮テストとは何ですか?

圧縮試験は、圧縮荷重を受けたときの材料の挙動を測定するために使用される機械的試験です。圧縮試験から収集されたデータは、さまざまな材料の機械的特性について有益な洞察を提供します。これは、特に建設業界やエンジニアリング業界において、さまざまな用途に適した材料を選択する際に非常に貴重です。

圧縮テストはどのように行われますか?

圧縮試験では、材料のサンプルが試験機の 2 つのプレートまたはジョーの間に置かれます。これは、加えられた力を測定するロードセルを備えた万能試験機の形式にすることができます。サンプルが特定の変形に達するか、破断するまで、サンプルに圧縮力が加えられます。たわみ計や伸び計などの追加のデバイスを使用して、サンプルのたわみや圧縮ひずみを測定できます。

圧縮永久歪みテストの図。

圧縮テストの目的は何ですか?

圧縮試験の目的は、ひずみ、応力、変形などの重要なパラメータを測定することで、圧縮荷重に対する材料の挙動や応答を確認することです。圧縮試験により、材料の圧縮強度、最大耐荷重能力、降伏強度、弾性率、弾性限界などの特性を決定できます。 

これらのさまざまな要因と特定の材料に関連する値を理解すると、その材料が特定の用途に適しているかどうか、または特定の応力下で破損するかどうかを評価することができます。

圧縮テストはいつ使用されますか?

圧縮試験は、材料が圧縮にどのように反応するかを実証するために使用されます。これらは、材料の塑性流動挙動と延性破壊限界を評価するために使用できます。また、材料が破砕荷重にどのように反応するかも決定します。圧縮試験は、脆性材料または延性が低い材料の弾性および圧縮破壊特性を評価するために非常に重要です。

弾性率、圧縮降伏点、比例限界、圧縮強度、および最大圧縮強度はすべて、圧縮実験によって決定できます。これらの特性は、材料が特定の用途に適しているか、または特定の一連の応力下で破損するかどうかを判断する上で重要な役割を果たします。

圧縮テストはどこに適用されますか?

圧縮試験が使用されている業界はいくつかあります。主要な産業の一部を以下に示します。

1.航空宇宙および自動車産業

圧縮試験は航空宇宙産業および自動車産業にとって不可欠な部分です。エンジン部品、構造部品、その他の重要な部品に使用される材料の圧縮強度を測定するために使用されます。たとえば、航空宇宙産業では、航空機の翼、胴体、エンジン部品の製造に使用される材料の強度をテストするために圧縮試験が使用されます。自動車業界では、エンジン ブロック、クランクシャフト、スプリング、その他のコンポーネントの製造に使用される材料の強度をテストするために圧縮試験が使用されます。

2.建設業

建設業界では、コンクリート、セメント、その他の建築材料の圧縮強度を測定するために圧縮試験が使用されます。これらのテストは、建築材料が必要な強度基準を満たし、構造の重量と圧力に耐えられることを確認するために重要です。圧縮試験は、建築用の屋根パネル、断熱ボード、シート材料の圧縮性能の測定や、石膏ボード、パイプライン、吹き付けコンクリートの押し込み試験にも使用されます。

3.化粧品業界

圧縮テストは化粧品業界の重要な部分であり、次の方法で使用されます。

• スプレーとディスペンス ポンプはアクチュエーターの力についてテストされています。
• 口紅、リップ クリーム、アイライナーの破断強度テスト
• アイシャドウとパウダーを圧縮したときの強度
• クリームやローションをボトルや小袋から分配するのに必要な力を測定する

4.電気電子産業

電気および電子産業では、圧縮試験は、絶縁体、コネクタ、LCD スクリーン、キーパッド、その他のコンポーネントの圧縮強度をテストするために使用されます。これらのテストは、コンポーネントが時間の経過とともに破損したり劣化したりすることなく、他のコンポーネントやデバイスの圧力や重量に耐えられることを確認するために重要です。

5.医療機器産業

医療業界も圧縮試験が多く使用される業界です。そのうちのいくつかは次のとおりです。

• 針の 3 点曲げテスト。
• 定量吸入器とペン型注射器のアクチュエーター力テスト
• メスと針の鋭さ、挿入力、貫入力のテスト
• シリンジ プランジャーの作動と「移動」力の評価

6.包装業界

包装業界では、段ボール、板紙、その他の包装材料の圧縮強度をテストするために圧縮試験が使用されます。これらのテストは、パッケージが破損したり裂けたりすることなく、中の製品の重量と圧力に耐えられることを確認するために重要です。

7.紙・板紙産業

圧縮試験は、紙・板紙業界で段ボールの圧縮強度をテストするために実施されます。

8.プラスチック、ゴム、エラストマー業界

ゴム、プラスチック、エラストマー業界における圧縮試験には、主に荷重下でのポリマーの圧縮特性の特定が含まれます。

9.安全、健康、フィットネス、レジャー業界

安全、健康、フィットネス、レジャー業界における圧縮試験の用途には次のようなものがあります。

• テニス、ゴルフ、クリケットのボールの有効性をテストする
• カーシートのセーフティ ハーネスの圧縮テスト

圧縮テストを実行するにはどうすればよいですか?

圧縮試験は、材料が指定された変形または破壊に達するまで圧縮力を加えることで行われます。このプロセスには通常、次の手順が含まれます。

• サンプルの準備:試験される材料のサンプルが選択され、試験基準に従って準備されます。サンプルは、テストの要件に応じて、円筒形または立方体の形状になります。
• サンプルの取り付け:サンプルは、試験機の 2 つのプレートまたはジョーの間に取り付けられます。機械は、油圧、空気圧、または機械的な力を使用してサンプルに負荷を加える場合があります。
• 力の適用:指定された変形または破壊に達するまで、サンプルに一定の速度で圧縮力を加えます。テスト中に、加えられた力とその結果生じる変形が測定され、記録されます。
• 結果の分析:テスト中に収集されたデータは、圧縮強度、弾性率、変形特性などの材料のさまざまな特性を計算するために使用されます。

圧縮応力テストの図。

圧縮試験装置とは何ですか?

圧縮試験には汎用互換性のある試験装置が使用されます。力容量が 0.02 N ～ 2,000 kN の範囲にあるこれらのデバイスは、通常、幅広いサイズで提供されています。万能試験機には、伸び計、アプリケーション固有のプラテン、および試験ソフトウェアが装備されている必要があります。試験する材料の種類に応じて、治具を変更するだけで、1 台の機械を調整して、力の範囲内であらゆる材料を試験できます。

圧縮試験では、材料のサンプルが 2 つの圧縮試験機のプレートまたはジョーの間に挟まれ、所定の変形になるまで、または亀裂が入るまで圧縮されます。

一般的な圧縮テストの結果は何ですか

圧縮テストの結果は材料ごとに異なり、またユーザーがテストする目的の特性によっても異なります。

圧縮試験にはどのような種類がありますか?

さまざまなタイプの圧縮テストを以下にリストし、説明します。

1.一軸圧縮試験

一軸圧縮試験は、最も一般的かつ基本的なタイプの圧縮試験です。これには、万能試験機の 2 つの平板の間で、単軸の試験片に圧縮荷重を加えることが含まれます。この試験は、さまざまな材料の圧縮強度、弾性率、降伏点、変形挙動を評価するために使用されます。

一軸試験は、金属、プラスチック、セラミック、コンクリート、複合材料などの材料に特に適しています。通常、試験片の形状は円筒形または立方体で、破壊または指定されたひずみに達するまで、制御された変形速度で試験が実施されます。

2.春のテスト

ばね試験は、圧縮ばねを試験してその性能特性を測定する方法です。スプリングを圧縮試験機に置き、すべてのコイルが接触するまで圧縮すると、機械は次の特性を判定します。

• ソリッド高さ:完全に圧縮されたときのスプリングの高さ。
• 最大荷重:スプリングを完全に圧縮するのに必要な力の量。
• 自由長:無負荷時のスプリングの長さ。
• バネレート:バネを一定距離圧縮するのに必要な力の量。

3.トップロード/クラッシュ

トップロード試験は、試験片に下向きの力を加えて、試験片がどれだけ潰れにくいかを測定します。これはあらゆる種類の試験片に対して実行できますが、包装業界ではペットボトル、カートン、瓶などの容器の耐圧壊性をテストするために一般的に使用されています。

圧縮試験規格とは何ですか?

圧縮テストには、次のような多くの業界標準があり、さまざまな組織によって維持されています。

金属

ASTM E9-89a – 室温での金属材料の圧縮試験の標準試験方法

室温での金属材料の軸方向荷重圧縮試験の装置、試験片、手順について説明します。 

プラスチック

ISO 844:2021 – 硬質気泡プラスチック – 圧縮特性の測定

硬質気泡プラスチックの圧縮強度、10% 相対変形時の応力、および圧縮弾性率を決定する方法を指定します。 

ISO 15527:2007 – プラスチック – ポリエチレンの圧縮成形シート (PE-UHMW、PE-HD) – 要件と試験方法

充填剤や補強材を含まないポリエチレンの固体の平らな圧縮成形シートの要件と試験方法を指定します。 

ASTM D6713-01 – ポリ（フッ化ビニリデン）（PVDF）製の押出成形および圧縮成形形状の標準仕様

PVDF から作られた押出成形および圧縮成形形状の要件と試験方法をカバーします。 

ゴムとエラストマー

ISO 7743:2008 – ゴム、加硫または熱可塑性プラスチック – 圧縮応力-ひずみ特性の測定

標準試験片を使用して加硫ゴムまたは熱可塑性ゴムの圧縮応力-ひずみ特性を測定する方法を指定します。 

ASTM D575 – 圧縮時のゴム特性の標準試験方法

ゴムコンパウンドの圧縮たわみ特性を決定します。 

admet.com

ASTM C864-05 – 高密度エラストマー圧縮シール ガスケット、セッティング ブロック、およびスペーサーの標準仕様

シーリングおよびグレージング用途に使用する、あらかじめ形成された高密度エラストマー圧縮ガスケットおよび付属品をカバーします。 

紙と板

ISO 9895:1989 – 紙および板紙 – 圧縮強度 – ショートスパン試験

ショートスパン圧縮試験機を使用して、紙および板紙の機械方向および幅方向の圧縮強度を測定する方法を規定します。 

建築資材

BS EN 12365-2:2003 – 建築ハードウェア – ドア、窓、シャッターおよびカーテンウォール用のガスケットおよびウェザーストリップ – パート 2:線形圧縮力試験方法

建築ハードウェアに使用されるガスケットとウェザーストリップの線圧縮力を決定するための試験方法を指定します。

圧縮テストの利点は何ですか?

圧縮テストには、次のような数多くの利点があります。

• 他の種類のテストと比較すると、一般に費用対効果が高くなります。
• さまざまな素材で実行できます。
• これは確立された手法であり、正しく実行すれば信頼できる結果が得られます。

圧縮テストの制限とは何ですか?

圧縮テストには次のようないくつかの制限があります。

• 材料の圧縮強度と、弾性率や降伏点などの関連特性に関する情報のみを提供します。
• 時間がかかる場合があります。
• 試験片は非常に特殊な方法で準備する必要があるため、コストがかかり、結果の精度に影響を与える可能性があります。
• 結果の精度は、温度などの環境要因や、試験片の間違った取り付けなどのオペレーターのエラーによって影響を受ける可能性があります。

圧縮テストは正確ですか?

はい、高品質の機械と試験手順を使用している限り、圧縮試験は非常に正確です。ただし、一貫性のないテスト設定、低品質のマシン、不適切に校正されたマシンなど、テストの精度を低下させる可能性のあるさまざまな要因があります。これらの要因を軽減することで、圧縮テストで非常に高い精度を達成することが可能になります。

引張試験と圧縮試験の違いは何ですか?

引張試験と圧縮試験の違いは、引張試験では引張応力、つまり引張力が適用されることです。一方、圧縮試験では、圧縮応力、つまり押す力が適用されます。

概要

この記事では、圧縮テストを紹介し、その内容を説明し、その目的と種類について説明しました。圧縮テストの詳細については、Xometry の担当者にお問い合わせください。

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ディーン・マクレメンツ

Dean McClements は機械工学の学士優等学位を取得しており、製造業界で 20 年以上の経験があります。彼の職業上の経歴には、Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace、Hyster-Yale などの大手企業で重要な役割を果たし、そこでエンジニアリング プロセスとイノベーションに対する深い理解を深めました。

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