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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・接合の実用化が強く求められているが、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し、また微小な欠陥を含む可能性が強い。そこでこの様な接合部の接着・接合部の強度評価には破壊力学的検討を欠かすことができない。本研究では界面の接着・接合強度評価を行うための破壊力学パラメータとしてJ積分値を取り上げ、J積分値に及ぼす各種因子の影響を解明し、J積分値で界面の接着・接合強度を定量的に評価できることを明らかにすることを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積分値におよぼす熱応力および外力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。そして温度変化および外力が与えられたときに、J積分値を算定できる理論式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。そして外荷重が作用する三層接合部のJ積分値を算定する理論式を導出した。
3.銅-軟鋼を高温はんだで接合した接合部の曲げ強度試験を行い、異材界面の接着・接合強度強度が本研究で求めたJ積分値で評価できることを明らかにした。
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