接合界面の中間層効果による界面端特異場の消失・低減を用いた異材設計手法の開発

本研究では,中間層を介して接合された異種接合材料について,自由縁特異応力場に中間層の存在が及ぼす影響および中間層挿入による自由縁応力特異性の低減・消失の効果について検討を行う.今年度は解析対象として,直交異方性材料を接着剤で接合したモデルを想定し,中間層は界面端特異応力場へ与える影響,特に特異性の消失に着目して検討を行った.(1)直接接合すると自由縁応力特異性が生じる直交異方性材料の組合せに対して,中間層としてはさむ材料を選択することにより,両方の接合界面端に生じる自由縁応力特異性を消失させることが可能であることが明らかとなった.特異性の指数の理論値による検討を行い,特異性を消失させる中間層の材料定数を探索し,境界要素法を用いた界面上の応力分布の数値解析によって特異性が消失することを確認した.また,境界要素解析結果から得られた特異性の指数は理論値によく一致した.(2)中間層厚さが小さい場合,界面端から中間層厚さ程度離れると,界面上の応力分布は中間層をはさまない場合の応力分布とほぼ等しくなる.すなわち,中間層が応力分布に与える影響は界面端から中間層厚さ程度の範囲内に限られることがわかった.また,界面端近傍の応力分布は適当な基準化を施すことにより中間層厚さにかかわらず一つの曲線で表すことが可能であることが明らかとなった.以上の結果から,直交異方性材料を用いた異種接合材料に対しても,中間層として適当な材料を選択し,接合界面にはさむことによって接合界面端に生じる自由縁応力特異性を消失させることが可能であることを明らかにした.この結果を用いることにより,中間層をはさむことで界面端特異応力場を消失・低減させ,接合強度を向上させることが可能であると考えられる.

本研究では,中間層を介して接合された異種接合材料について,自由縁特異応力場に中間層の存在が及ぼす影響および中間層挿入による自由縁応力特異性の低減・消失の効果について検討を行う.今年度は解析対象として,直交異方性材料を接着剤で接合したモデルを想定し,中間層は界面端特異応力場へ与える影響,特に特異性の消失に着目して検討を行った.(1)直接接合すると自由縁応力特異性が生じる直交異方性材料の組合せに対して,中間層としてはさむ材料を選択することにより,両方の接合界面端に生じる自由縁応力特異性を消失させることが可能であることが明らかとなった.特異性の指数の理論値による検討を行い,特異性を消失させる中間層の材料定数を探索し,境界要素法を用いた界面上の応力分布の数値解析によって特異性が消失することを確認した.また,境界要素解析結果から得られた特異性の指数は理論値によく一致した.(2)中間層厚さが小さい場合,界面端から中間層厚さ程度離れると,界面上の応力分布は中間層をはさまない場合の応力分布とほぼ等しくなる.すなわち,中間層が応力分布に与える影響は界面端から中間層厚さ程度の範囲内に限られることがわかった.また,界面端近傍の応力分布は適当な基準化を施すことにより中間層厚さにかかわらず一つの曲線で表すことが可能であることが明らかとなった.以上の結果から,直交異方性材料を用いた異種接合材料に対しても,中間層として適当な材料を選択し,接合界面にはさむことによって接合界面端に生じる自由縁応力特異性を消失させることが可能であることを明らかにした.この結果を用いることにより,中間層をはさむことで界面端特異応力場を消失・低減させ,接合強度を向上させることが可能であると考えられる.