Measurement and analysis of deformation behavior of polyethylene pipe subjected to biaxial repeated loading-unloading

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高密度PE管の代替として採用されることが多い耐衝撃性ポリ塩化ビニル(HI-PVC)を供試材として使用し，以下の研究成果を得た．(1) 円管試験片の製作 　供試材の肉厚が不均一であると，肉厚の最も薄い部位に変形が集中して，試験片に負荷できる最大ひずみ（破断限界ひずみ）が著しく低下する．従って肉厚のばらつきが±5％未満のものを厳選した．(2) 繰返し負荷－除荷試験の実施 　軸圧と内圧をフィードバック制御可能な二軸バルジ試験機を用いて，9通りの線形応力経路（σφ：σθ＝1:0, 4:1, 2:1, 4:3, 1:1, 3:4, 1:2, 1:4, 0:1）を負荷し，管軸方向および円周方向の真応力ー塑性ひずみ曲線の測定に成功した．各々の経路の試験は2回ずつ行い，より大ひずみ域まで測定できたものを真値として扱った．本材料の物性は，ひずみ速度及び温度依存性が大きい．最大主応力方向のひずみ速度は，負荷－除荷時ともに1×10- 3 s-1となるように，軸力と内圧の負荷速度をフィードバック制御した．温度は試験片の雰囲気を22度±2度で調整した．(3)材料モデリングおよび破断限界の測定と定式化　 等塑性仕事面の形状変化（異方硬化）をモデル化するために，異方性降伏関数のパラメータを単位体積当たりの塑性仕事の関数として表現し，その形状と塑性ひずみ速度の方向の両方を，精度よく再現可能な現象論材料モデルを決定した．さらに破断時の真応力と全ひずみの測定値から，破断限界ひずみおよび破断限界応力を測定し，PE管の安全性評価のためのデータベースを構築することができた．