異材接合端近傍の非自己相似応力・変位場のマクロ・ミクロ解析と最適接合形状の逆設計

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本研究の目的は,接合端で現れる2種類の非自己相似応力・変位場のミクロ解析を行い、これをマクロ解析と比較することにより,非自己相似応力・変位場の物理的意味を明らかにし,それが強度評価上において果たす役割と強度上有利に働く条件を明らかにするとともに、このミクロ・マクロ解析の結果に基づき,異材接合材の総合強度を高めるように,接合材の最適な幾何学的形状を求める逆設計を行うことである.主な研究成果は,以下の通りである.1.直交異方性連続体の接合について、接合端のマクロ応力特異性を特性方程式により求める理論解析を行い,応力特異性の指数に及ぼす幾何学的形状の影響を調べ,特異性が消失するような幾何学的条件を求めた.2.境界要素法によるマクロ解析を用いて,界面端近傍の応力を調べ,熱応力負荷の場合を含め,接合角の変更により指数型および対数型の特異性が消失することを明らかにした.3.接合端近傍のミクロな応力・変位場の解析を行った.マクロ解析と,分子動力学の解析結果の統計的平均値として与えられるミクロ応力の挙動との対応を調べ,非自己相似な応力場の存在によりき裂先端からの距離に応じて異なる,混合型の変形および応力のモードが現れることを明らかにした.4.接合端の力学的状況が強度上有利となる条件,および特異性が消失するような接合端の幾何学的条件のもとで接合界面の最大垂直応力あるいは最大せん断応力が最小になるような最適接合形状の計算を行った.5.接合形状の影響が強度に及ぼす影響を実験的に評価した.強固な界面が形成された場合については,理論的に予測されたような傾向も認められた.