接着構造物中のき裂の破壊靭性値におよぼす被着材の拘束効果の研究

• Project/Area Number: 08750115
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Materials/Mechanics of materials
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 池田 徹 九州大学, 工学部, 助教授 (40243894)
• Project Period (FY): 1996
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1996)
• Budget Amount: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 1996: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 接着 / 破壊 / 接合 / き裂 / 界面 / 応力拡大係数 / 損傷

Research Abstract

延性接着剤を使用した接着継ぎ手中のき裂では、接着剤層の厚みによって破壊靭性値が変化することが知られている。本研究では、数値計算と実験の両面から、被着材の拘束がき裂先端近傍の損傷の進行にどのような影響を与えているかを定量的に調査して、破壊靭性値の接着剤層厚み依存性のメカニズムを探ることを目的とした。
1.解析による研究 き裂が接着剤層と被着材の界面にある場合について、有限要素法を用いた弾塑性大変形解析を行い、被着材の拘束がき裂先端付近の応力場にどのような影響を与えているかを調べた。その結果、同じエネルギー解放率における界面き裂先端付近の静水圧応力・垂直応力は、接着剤層が薄くなるにつれて上昇することが認められた。これらの応力の増大がき裂先端付近の損傷を加速することが、破壊靭性値の低下の一因と予測される。また、このような界面き裂の場合には、き裂先端の応力のモードが、単一モードではなく、接着剤層の厚さによってモード比が変化するI・II混合モード状態となる。応力拡大係数を求めてき裂の進展方向を予測すると、接着剤層が厚い場合には、き裂は接着剤層側へ屈曲し、接着剤層が薄くなると界面に沿って進展することが予測された。このことは、接着剤層中のき裂が、接着剤層が薄くなるにつれて、凝集破壊から界面破壊に破壊モードが変化すると言われている。過去の多くの研究者の実験事実を定性的に説明していると考えられる。
また、情報収集の結果、樹脂の損傷解析には静水圧の影響を解析に取りこめるGurson's Modelが適していることが解ったため、今後このモデルを使用した損傷解析を行う予定である。
2.実験による研究 実際に接着剤層の厚さを変えた接着継ぎ手を作成して、接着剤層厚さによる破壊靭性値の変化を調べた。また、樹脂の損傷が静水圧に大きな領域で進行していることが、顕微鏡観察で確かめられた。