| 研究課題/領域番号 |
19H02028
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
菅田 淳 広島大学, 工学研究科, 教授 (60162913)
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| 研究分担者 |
曙 紘之 広島大学, 工学研究科, 准教授 (50447215)
小山 敦弘 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (40324800)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 疲労損傷機構 / 異材接合材 / 微視的観察 / き裂発生 / 疲労寿命評価 / 疲労き裂進展 / 微視的内部観察 |
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| 研究実績の概要 |
マルチマテリアル接合技術として本年度は摩擦攪拌ならびに接着を取り上げ，疲労試験を実施するとともにその損傷機構解明を行った．接着接合に関しては，キュア条件の最適化とともに表面状態が接合強度に顕著な影響を及ぼすことが知られているため，被着材表面に対するレーザパターニング前処理に注目した．得られた結論は以下のようなものである．(1)接着剤塗布領域にレーザパターニング前処理を施工し接着接合した継手は，通常の接着接合継手と比較し，静的強度ならびに疲労強度が大きく向上する．(2)レーザパターニング前処理により被着材表面に形成される溝形状に起因したアンカー効果，およびレーザ照射による弱境界層の除去効果により，母材‐接着剤間の界面強度が増大したことが優れた疲労特性を発現する要因である．
Al合金とCFRPの異種材料間において摩擦撹拌点接合を熱源とする熱溶着継手を対象とし，治具による被接合材の拘束状態に着目し，拘束状態が疲労強度に与える影響について検討を行った．また，これまで作製した接合条件の異なる継手の疲労寿命を統一的に評価可能とする手法の確立を目指した．以下に得られた結論を示す．(1)本研究で対象とした接合継手において，拘束の少ない治具で作製した継手の疲労強度が，拘束の多い治具のそれと比べ高くなることが明らかになった．(2)拘束の少ない治具は，疲労破面にてCFRPの母材破壊を示す面積が増加することで凝着率が増加し，また溶融樹脂層が形成されないため，そこからの疲労き裂の発生が生じず早期のき裂合体が起きないことがわかった．(3)異材界面の特異応力場の強さKσを用いることで，接合条件の異なるAl合金/CFRP異材継手の疲労寿命を精度良く評価できることが明らかになった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究実績の概要に記入したように，当初の計画どおり測定システムが構築でき，摩擦攪拌ならびに接着接合材の疲労損傷機構の観察が実施できた．
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| 今後の研究の推進方策 |
接着接合材に関しては，水分等による劣化が重要な問題である．水劣化により強度低下が生じることは認識されているものの，それが接着剤樹脂自身の劣化によるものか，金属面の錆や界面強度の低下が原因なのか不明な点が多い．そこで，本年度は錆等の界面強度低下要因を取り除くため，ステンレス鋼を用いて接着剤樹脂自身の強度劣化を系統的に調べ，その損傷機構を明らかにする．
Al合金/CFRP異材接合体は局所的な融合部や塑性流動部を有しており，局所的な機械的性質測定が不可欠である．ツールピンの回転数，押し込み速度，保持時間，保持治具による熱伝導特性等の摩擦撹拌条件を種々変えてそれぞれの損傷発達過程の相違を明らかにする．
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