付加切欠き構造による界面端部微小き裂の二重特異応力場低減と接着強度の制御
| Project/Area Number |
21K03818
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 18030:Design engineering-related
|
|---|
| Research Institution | Oita University |
|---|
Principal Investigator |
小田 和広 大分大学, 理工学部, 教授 (50280459)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
| Budget Amount *help |
¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
|
|---|
| Keywords | 接着強度 / 特異応力場 / 切欠き / 二重特異性 / 特異応力 / 干渉効果 / 接着接合 / 界面き裂 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
軽量化や省エネルギーのため，異種材料の接着接合構造はキーテクノロジーのひとつとして幅広い分野で普及しており，その高強度化が急務となっている．接着接合構造の強度上の最弱部は界面端部に生じる応力集中であり，界面端部の特異応力場が界面破壊を支配している．本研究では，界面端部に発生した直後の微小き裂の挙動を定量的に解明するとともに，接合界面近傍に設けた付加切欠きによる接着構造の高強度化を検討する．付加切欠きの位置・形状によって界面特異応力分布が変化するため，破壊強度を制御できる可能性がある．
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，突合せ接着継手の界面近傍に円周切欠きを付与し，切欠き干渉効果によって界面端部特異場の強さの低減および接着強度の向上を目指している．２年目である本年は，JIS規格にあわせて試験片直径をφ15mmからφ12.5mmへ変更し，寸法効果について検討した．また，被着材をS45CからS35Cとし，接着面の粗さを制御した試験片を作製した．切欠き深さおよび接着層厚さを変更した接着試験片を作成し，引張試験により切欠き試験片の接着強度を測定した．その結果，接着層厚さが小さい範囲で，接着強度が切欠きなし試験片より向上する結果が得られた．また，接着層厚さによって接着強度が変化する傾向も，切欠き付与によって抑えることができることも示した．
有限要素解析では，切欠きが深く，接着層厚さが薄い場合に大きく界面端部の特異応力が低下する傾向が得られ，切欠き付与によって接着端部の応力集中を大きく改善できることを示した．界面端部の特異応力場の比較のため，異なる形状の接着界面端部（重ね合せ継手）に微小なき裂を想定し，その応力拡大係数の解析を試みた．この結果，き裂長さが接着層厚さに対して相対的に小さい場合，その応力拡大係数は，き裂のない界面端部の特異応力場の強さによって決まることを示した（２重特異性）．このことは，切欠き付与とあわせて，界面端部形状まで工夫すれば，より接着強度の向上に資することができることを示唆している．
また，接着剤の硬化の際の熱応力についても界面き裂の２重特異性について検討し，その結果は国際学術誌へ投稿し掲載された．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
２年目である本年は，突合せ接着試験片の界面近傍に円周切欠きを付与することによる，接着強度への影響について，その寸法効果を検討した．JIS規格に沿った接着試験片の引張強度試験を実施し，解析と実験の両面から，切欠きによって特異応力場の強さが低減できること，また，接着層が小さい範囲で接着強度が向上することが確認できた．また，異なる形状の接着界面端部（重ね合せ継手）の微小なき裂の応力拡大係数の解析を行い，その応力拡大係数は，き裂のない界面端部の特異応力場の強さによって決まることを示した（２重特異性）．さらに，熱応力場に対しても本研究の概念を適用し，研究結果を国際学術誌へ投稿，掲載された．以上のことから，概ね順調に進展していると判断した．
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまでの実験により，寸法の異なる突合せ接着継手試験片を用いても，切欠きの付与によって接着強度が向上することが確認できた．実験結果と解析結果の比較から，切欠き深さによって破壊挙動に対する影響は異なり，試験片表面の接着端部から破壊する場合と，試験片内部の界面から破壊する場合があることが示唆された．次年度は，より詳細に破壊挙動および切欠き寸法と界面応力状態の解析を行い，高い接着強度を得ることができる構造・形状を検討する．界面端部の特異場の強さと試験片内部のピーク応力から，接着強度を推定することができるかどうかの検討を行う．
実験ならび解析においても，これまでの研究は順調に進んでいるため，研究計画の大幅な変更はない．
|
Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
