六自由度ランダム振動と熱衝撃を受けるマイクロ接合構造の強度信頼性

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K04068
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 澁谷 忠弘 横浜国立大学, 先端科学高等研究院, 教授 (10332644)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 接合強度 / 熱サイクル疲労 / 振動疲労 / 損傷モデル

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、温度制御槽（-100℃～200℃）を具備する六軸ランダム振動（～75Grms, Grmsは、加速度スペクトルの二乗平均平方根）試験装置を用いて、マイクロ接合構造の多軸ランダム振動に対する破壊挙動を予測するための手法を確立することを目的としている。実環境での破壊事故事例の多くは、振動と温度変化に起因したものであり、両者の複合負荷状態での損傷挙動は重要な課題の一つである。ランダム振動と温度変化に起因した熱変形の相互作用については、近年複合環境試験装置などで一部検討されている。しかし、多くが単純な損傷の重ね合わせで議論される場合が多く、破壊機構を詳細に考慮したものは少ない。
最終年度は、前年度ランダム振動試験で生じた課題を解決するため、ランダム振動試験で破壊が生じやすくするための構造について検討を実施した。加えて，樹脂がフィラーが充填された複合構造であることに着目し、樹脂の損傷も考慮した界面破壊モデルについて検討した。樹脂内部では，フィラーと樹脂の界面はく離がトリガーとなるため、フィラーの界面はく離の損傷を微小空洞の発生とみなし、従来の延性損傷モデルを活用することで高精度な解析が可能となる見通しを得ることができた。
最終年度としてこれまでの成果を統合し、マイクロ接合構造の多軸ランダム振動に対する破壊挙動を予測するための手法について検討した。樹脂の不均一性と界面はく離挙動を考慮することで、より精密な接合強度信頼性モデルを構築した。また、ランダム振動試験における試験方法についてモード解析や過渡応答解析により検証した。界面強度が高い試験体については、試験体の構造を見直すことで界面評価を可能とするための見通しを得た。