異材界面の接着・接合強度評価に関する破壊力学的研究

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06650808
• Research Institution: Himeji Institute of Technology
• Principal Investigator: 瀬尾 健二 姫路工業大学, 工学部, 教授 (70047603)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野方 文雄 姫路工業大学, 工学部, 助教授 (70047629)
• Keywords: 異材接合 / 破壊力学 / 界面の力学 / J積分値 / 界面強度 / ろう付け / 接着 / 有限要素法

Research Abstract

セラミックと金属の接合部に代表されるように異材の接着・接合の実用化が広く求められている。この際異材界面の接着・接合強度評価が非常に重要となる。特に異材接合界面には両材料の線膨張係数の違いから熱応力が生じている。本年度はこの熱応力が界面の破壊力学的パラメータであるJ積分値に°のように影響しているかを解明することを主たる目的として研究を進め、以下の成果を得た。
1.まず最も簡単な異材の接着・接合モデルとして、ヤング率、ポアッソン比、線膨張係数の異なる二つの材料が直接に接合された界面を取り上げ、この界面にき裂が存在する場合のJ積分値におよぼす温度変化の影響を有限要素法を用いた数値計算により明らかにした。そしてこの影響を定量的に算定できる無次元パラメータを導くことができた。
2.次に実際の異材接合部を想定し、二つの異なる材料をさらに性質の異なる第三の材料を中間層(接着・接合材)として接合した、いわゆる三層接合部の界面にき裂が存在する場合を対象として、そのJ積分値におよぼす中間層材の材料特性および中間層の厚さの影響を検討した。そして外荷重および熱応力に対して、J積分値におよぼす各種要因のパラメータ整理を行うことができ、J積分値の観点から中間層の最適材料特性の選択基準を作製できた。定性的に明らかにした。
3.銅-軟鋼のろう付け試験片を用いて接合部の曲げ強度試験を行い破断荷重におよぼす熱応力の影響を実験的に検討している。今後このデータをJ積分値で整理する予定である。

Research Products

• [Publications] 瀬尾健二ほか: "き裂を含む異種材接合部の強度評価" 溶接学会論文集. 12. 445-450 (1994)
• [Publications] 足立和浩ほか: "中間層を有する異種材接合部のJ積分値の熱負荷特性" 日本機械学会関西支部第69期定時総会講演会講演論文集. 944-1. 274-276 (1994)
• [Publications] 足立和浩ほか: "熱応力に起因する異種材接合部のJ積分値" 日本機械学会第72期全国大会講演概要集. 940-30. 145-147 (1995)