| 研究課題/領域番号 |
19K05080
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| 研究機関 | 九州工業大学 |
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研究代表者 |
北村 貴典 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (70274553)
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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 | 抵抗スポット溶接 / 継手強度 / 複合荷重 / 高張力鋼板 / 荷重角度依存性 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は抵抗スポット溶接重ね継手に斜め方向に荷重が負荷した場合の静的強度に及ぼす荷重角度依存性を解明し，強度評価技術を確立することである．2019年度では異なる母材引張強さの高張力鋼板を用いて複合荷重下における引張試験を実施し，継手強度に及ぼす荷重角度依存性を実験的に検討した．さらに，母材強さが継手強度の荷重角度依存性に及ぼす影響をマクロ的な観点から理論的に検討した．
供試材料として板厚1.6 mmの高張力鋼HT980，HT590，および熱間圧延軟鋼SPHCを用いた．作製した抵抗スポット溶接重ね継手を複合荷重試験用のジグに取り付けて荷重角度0°～90°の間で変化させて複合荷重試験を行い，継手強度を求めた．また，破断直前の試験片外観より開き角度を求めた．また，実験値を基に最大荷重負荷時のトラス構造としたマクロな材料力学モデルから継手強度の推定値を算出し，実験値と比較を行った．
結果として，HT980，HT590およびSPHCを用いた抵抗スポット溶接継手の複合荷重引張試験において，荷重角度が増加していく際に継手強度は一旦低下し，最下点を示した後増加する傾向があることを明らかにした．また，同じ板厚で異なる母材引張強さの場合，590 MPa級までは継手強度は増加し，980 MPa級では継手強度は変わらない，もしくは低下することを明らかにした．さらに，継手強度の実験値とマクロな材料力学モデルから推定した継手強度がおおむね一致し，複合荷重下での継手強度の荷重角度依存性はマクロな材料力学モデルで説明できることを示した．
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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
2019年度は高張力鋼板を用いた抵抗スポット溶接重ね継手の複合荷重試験を実施し，実験的に継手強度の荷重角度依存性を確認することと，マクロな材料力学モデルを構築し，引張強さが異なる鋼板で継手強度の荷重角度依存性が説明できるか否か検討することを目的として研究を実施した．研究計画に対し，現在までの進捗は順調であると考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
2019年度に構築した複合荷重下での継手強度評価のためのマクロな力学モデルと実験結果を用いて，継手強度に及ぼす荷重角度，開き角度，母材の引張強さ，板厚の影響を明らかにし，継手強度の荷重角度依存性を決定する因子を抽出する．
また，複合荷重試験で生じるナゲット端部近傍の応力集中部における応力値やひずみ値を得るには精度良い数値解析が有効なツールとなる．そこで，複合荷重試験で得られた荷重―チャック間変位曲線を説明できる弾塑性有限要素解析手法を確立する．入力データとして，使用鋼材の真応力―真ひずみ線図，溶接部の詳細な硬さ分布が必要であり，これらの基礎実験を実施した後に数値解析を行う．
さらに，破断面のミクロ観察を実施し，ミクロな観点から破断要因の特定を行う．
継手強度は応力集中部において発生する相当塑性ひずみの最大値がある限界値を超えると破断すると仮定した場合，荷重角度の違いによって，荷重－相当塑性ひずみ線図が異なることが考えられる．そこで，荷重角度と開き角度および最大相当塑性ひずみの関係を明らかにする．また，2枚の重ね板間の開き角度は継手強度を決定する重要な因子の有力候補と考えているが，マクロな力学モデルによる理論計算は破断直前の試験片形状を想定しており，そこに至るまでの過渡的な変形である開き角度を推定することはできない．これを推定できれば継手強度予測を実現できるものと考える．そこで有限要素法による弾塑性解析により開き角度を精度よく推定する手法を確立する．以上により，強度評価手法を確立する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
高張力鋼板を用いた抵抗スポット溶接重ね継手の複合荷重下での継手強度測定実験を行うにあたり，既存の引張試験機を使用したが，荷重角度や用いる鋼材の板厚増加によって既存引張試験機の容量が足りないことが2019年度終盤に判明した．そこで，物品費や旅費等を節約し，容量の大きな引張試験機導入の可能性を探るため次年度使用額が生じた．2020年度早々に実験計画に合わせた容量の引張試験機導入または引張試験の外注を図り，実施できなかった高荷重下での継手強度試験実施を計画している．
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