界面計算力学の接合加工および強度評価への展開

本研究では、物体の表面間あるいは界面における各種の物理現象、すなわちき裂面の生成、接合による界面の生成、溶接による表面の消滅、摩擦などの現象を記述できる力学的モデルを提案し、それぞれが適応可能な工学的問題と適用限界を明らかにすることを目的にしている。平成17年度においては、以下の研究を実施した。1.様々な物体の破壊は、その破壊様式よりモードI型(引張破壊)、II型(せん断破壊)、III型(捩れ破壊)に大別される。平成17年度においては、平成16年度において解析法の有効性を明らかにしたモードI・II型複合界面モデルを用いて、セラミック系繊維強化型複合材料接合体を対象に、三種類の試験法(突合せ接合体の非対称四点曲げ試験、重ね継手の引張試験、ダブルノッチ試験体の圧縮試験)について接合体のせん断強度評価法の解析を行った。その結果、実験結果から推定される界面強度を有する接合体では、重ね継手およびダブルノッチ試験体における破壊は、接合界面の界面エネルギーが支配的であるのに対して、非対称四点曲げ試験では、界面の接合強度も強く影響し、両者の破壊形態が異なることを明らかにした。さらに本研究で開発した界面モデルを用いることで、破壊におよぼす界面エネルギーと界面強度の関係を分離できることを明らかにした。2.狭開先溶接法は、I型の狭い開先を用いて厚板の突合せ溶接を行う溶接法であるが、溶接条件により、梨形ビード割れが発生することが報告されている。平成15・16年度では、二次元平面ひずみ解析により、梨形ビード割れに対する定量的評価を行ってきたが、平成17年度においては、新たに三次元の高温割れ解析モデルを開発し、本解析モデルを用いた解析により、狭開先溶接時の梨形ビード割れ現象について、三次元的な割れの発生・進展・停留過程を、再現することが可能になった。

本研究では、物体の表面間あるいは界面における各種の物理現象、すなわちき裂面の生成、接合による界面の生成、溶接による表面の消滅、摩擦などの現象を記述できる力学的モデルを提案し、それぞれが適応可能な工学的問題と適用限界を明らかにすることを目的にしている。平成17年度においては、以下の研究を実施した。1.様々な物体の破壊は、その破壊様式よりモードI型(引張破壊)、II型(せん断破壊)、III型(捩れ破壊)に大別される。平成17年度においては、平成16年度において解析法の有効性を明らかにしたモードI・II型複合界面モデルを用いて、セラミック系繊維強化型複合材料接合体を対象に、三種類の試験法(突合せ接合体の非対称四点曲げ試験、重ね継手の引張試験、ダブルノッチ試験体の圧縮試験)について接合体のせん断強度評価法の解析を行った。その結果、実験結果から推定される界面強度を有する接合体では、重ね継手およびダブルノッチ試験体における破壊は、接合界面の界面エネルギーが支配的であるのに対して、非対称四点曲げ試験では、界面の接合強度も強く影響し、両者の破壊形態が異なることを明らかにした。さらに本研究で開発した界面モデルを用いることで、破壊におよぼす界面エネルギーと界面強度の関係を分離できることを明らかにした。2.狭開先溶接法は、I型の狭い開先を用いて厚板の突合せ溶接を行う溶接法であるが、溶接条件により、梨形ビード割れが発生することが報告されている。平成15・16年度では、二次元平面ひずみ解析により、梨形ビード割れに対する定量的評価を行ってきたが、平成17年度においては、新たに三次元の高温割れ解析モデルを開発し、本解析モデルを用いた解析により、狭開先溶接時の梨形ビード割れ現象について、三次元的な割れの発生・進展・停留過程を、再現することが可能になった。