接合解析ソフトウェアの開発

• 研究課題/領域番号: 07555033
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 展開研究
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 東海大学
• 研究代表者: 三好 俊郎 東海大学, 工学部・航空宇宙学科, 教授 (70011195)
• 研究分担者: 白鳥 正樹 横浜国立大学, 工学部・生産工学科, 教授 (60017986)
• 研究期間 (年度): 1995 – 1997
• 研究課題ステータス: 完了 (1997年度)
• 配分額: 7,000千円 (直接経費: 7,000千円); 1997年度: 400千円 (直接経費: 400千円); 1996年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 1995年度: 5,600千円 (直接経費: 5,600千円)
• キーワード: 接合 / 接着 / はんだ / 溶接 / 有限要素法 / 応力特異性 / FEM / 複合材料 / はんだ接合

研究概要

(1)電子部品及び電子部品の基盤実装(2)エンジンなどの機械部品(3)発電所などの配管設備などには金属、樹脂、セラミックスなどを互いに接合した異種材料接合材が幅広く利用されている。また、現在広く利用されているFRPなどの複合材料も異種材料接合材である。これらの異種材料接合材の「応力特異性」および「接合構造強度」の評価には深い専門知識を要し、利用的な設計が難しい。この分野でも、構造設計において標準的なツールである有限要素法ソフトウェアのようなシステムが必要である。
本研究では、有限要素法を扱える程度の知識があれば、簡単に接合構造の強度評価を行えるソフトウェアを開発した。ソフトウェアは2段構造である。第1段目では有限要素法により、応力解析ならびに熱伝導解析を行う。有限要素法は一般の変位法を用い、2次元解析のみとした。第2段目では1段目の結果を用い、「応力特異性」「接合構造強度」の評価を行う。応力特異性の特性方程式にはBogyの解を用いた。このソフトウェアの計算結果と種々の実験と比較したところ、良好な結果を得ることを確認した。
さらに、このソフトウェアに以下の改良を加え「接合解析システム」を完成させた。(1),第1段目と第2段目を統合し、シームレスに扱えるように改良した。(2),強度評価を簡潔に行えるように、グラフィカル・ユーザー・インターフェースを使い、対話形式で応力特異性の次数や応力拡大係数などを求めることができるよう改良した。(3),開発はUNIX機で行ったが、より対話的処理能力の高いOSである、Window 95/NT(Microsoft社)で動作するよう、移植・改良した。本研究で開発したシステムは、材料工学のエキスパートでなくとも簡単に「接合構造」の強度評価を可能にし、工業生産品の安全性への深い寄与が期待できる。