金属-CFRP接着継手疲労き裂進展における接着剤粘弾性特性の影響に関する研究

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一般的に、構造用接着剤にはエポキシ系のものが多く、このエポキシ系高分子材料の特徴とされる粘弾性特性が、金属-CFRP接着継手の疲労寿命に対して大きな影響を及ぼすものと考えられる。疲労き裂進展予備試験の結果から、疲労き裂進展速度に対して繰返し周波数や平均応力の影響が大きいことを明らかにした。そこで、本研究では、金属-CFRP接着継手の界面き裂の応力拡大係数の解析および疲労き裂進展試験を行い、接着継手の接着層におけるき裂進展のメカニズムを検討し、き裂進展速度に対する接着財の粘弾性特性と定量的に調べ、接着剤の粘弾性効果を考慮したき裂進展の評価則を確立することを目的とする。これまでに本研究室で行われたCFRP-アルミニウム接着継手の疲労き裂進展試験及び、界面き裂の応力拡大係数解析の結果を基に、接着剤の粘弾性特性である周波数と平均応力-応力振幅比がき裂進展速度に及ぼす影響を調べた。その結果を踏まえ、修正パリス則を用いて周波数と平均応力-応力振幅比を影響因子として考慮したき裂進展則を提案した。しかし、この方法で疲労き裂進展評価を行う場合、特に、低い周波数における試験では、試験時間が長くなるという欠点がある。ところが、接着剤には粘弾性特性である時間・速度依存性があり、ひずみ速度の変化によりその挙動も変化する。このため、非常に低い周波数における挙動を、比較的高い周波数における挙動を変換することにより表現できる。そこで、接着剤を粘弾性材料と定義した接着継手の解析を行い、き裂先端のひずみ場を調べ、周波数と平均応力-応力振幅比の影響を検討した。その結果、周波数の影響を内包するひずみを用いたき裂進展則を提案した。さらに、き裂先端近傍の変位を調べ、周波数と平均応力-応力振幅比を内包する応力拡大係数によるき裂進展則を提案した。