2021 Fiscal Year Annual Research Report
凹凸形状クラックアレスターを有する接着接合継手の接着はがれ進展挙動予測
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19K15215
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
安岡 哲夫 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主任研究開発員 (80746735)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | クラックアレスター / VCCT / き裂進展解析 / DCB試験 / 接着接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
航空機構造に適用される接着接合継手はクラックアレスターが必須である。現在はファスナがクラックアレスターとして適用されているが、これは軽量性や構造特性に優れるといった接着接合の利点を十分に生かしきれない点に課題がある。これを解決するため、本研究ではクラックアレスターとして被着材表面に矩形の凸形状または凹形状を形成することを提案し、その有効性を評価した。
まず、2次元有限要素解析により提案形状のクラックアレスト性を評価した。接着された二重片持ちはり（DCB）試験を模擬し、被着材（チタン合金）に高さ80マイクロメートルの単一の凹／凸形状を形成、仮想き裂閉口法（VCCT）によりき裂進展解析を行い、見かけの破壊靭性を評価した。その結果、凹／凸形状周辺で見かけの破壊靭性が向上した。すなわち、凹／凸形状がクラックアレスターとして機能することを明らかにした。特に、凸形状がき裂進展経路を遮らない場合でもクラックアレスト性が確認できたことは特筆される。クラックアレスト性が最も高かったのは、凸形状を正対して配置した場合であり、次に凸形状を片面のみ配置した場合、次に凹形状を片面のみ配置した場合であった。クラックアレスト性が得られた原因として、凹／凸形状が被着材へのひずみエネルギーの蓄積をもたらすとともに、接着剤内部でもき裂先端近傍への応力集中を緩和させる効果があるためと同定した。
最終年度では、より実機構造に近い形態であるシングルラップ接着接合継手の試験を模擬し、当該形態においてもクラックアレスト性を有することを解析的に確認した。加えて、DCB試験による実験的評価も行った。凸形状を正対配置した場合、凸形状を片面のみ配置した場合について、クラックアレスト性を有すると示唆される実験結果が得られた。ただし、実験結果が解析通りにならなかった点もあり、適切な評価のため今後も更なる研究が必要である。
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