2006 Fiscal Year Annual Research Report
ツインレーザビームおよび熱応力解析による機能性材料の精密割断
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16360050
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
武藤 睦治 長岡技術科学大学, 技術経営研究科, 教授 (00107137)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮下 幸雄 長岡工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (00303181)
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| Keywords | レーザー割断 / ツインビーム / 機能性材料 / 熱応力解析 |
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| Research Abstract |
(1)有限要素法による熱応力解析を行い、ツインビームによる割断の最適条件について検討した。ツインレーザビームを適切な強度比およびビーム間隔で適用することにより、き裂進展方向が制御できることが分かった。試験片端部やき裂先端近傍において、き裂が発生・進展する可能性の高い方向を限定する、すなわち、き裂発生・進展に必要な臨界応力を超えている角度範囲を限定することが有効であることが分かった。ツインレーザビームヘッドの角度制御部分を改良し、解析結果に基づき割断実験を行った。その結果、ツインレーザビームによりき裂進展方向の制御性が向上する傾向は認められたが、光学系の更なる精度向上およびき裂先端位置とレーザ照射位置の関係のコントロールについて改善が必要であることがわかった。
(2)異方性を有する機能性材料について割断実験を行った。その結果、割断品質は材料の異方性に大きく依存するが、材料の有する異方性とき裂進展方向を考慮し、適切なレーザ照射条件を適用することで、良好に割断を行うことができた。
(3)スターターノッチなしでの割断を実現するため、初期のレーザー照射条件を変化させた熱応力解析、および横方向からの拘束力を加えた場合の熱応力解析などを行い、安定な初期き裂の導入条件について検討した。その結果、横からの拘束力はレーザー照射初期の大きなき裂発生を抑える効果があること、また、レーザー照射を試験片端部にわずかにかかる位置でごく短時間行うことで、良好な初期き裂の導入が可能なことなどが明らかになった。
(4)上述の解析結果に基づき、端部での短時間照射試験を行ったところ、実験的にも、良好な初期き裂の導入ができることが確認できた。
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