異種接合材の設計のための破壊力学

【書籍の特徴】異種材料接合材の強度や応力集中に関して,従来から多くの研究がなされているものの,穴や切欠きなどの欠陥に比べて利用できる書物は少ない.前著『異種接合材の材料力学と応力集中』(コロナ社,2017年)では,介在物による応力集中や,介在物が周期的に配列する場合の平均的な弾性係数を材料力学的観点から説明した.き裂状の欠陥では応力は無限大となるので,応力拡大係数SIFを用いる破壊力学で,はじめて定量的な強度評価が可能となる.一方で,均質材料中のき裂のSIFと,異種接合材中の界面き裂のSIFとは,類似点も多いが種々の違いがある.本書では,まず,無限板や半無限板の基本的問題に関して,均質材料中のき裂と,異種接合材の界面き裂の違いを詳しく説明している.例えば,異種接合材では,弾性係数の違いから,き裂が無い場合でも界面端部に特異応力場が生じる.よって,このようなき裂の無い場合の接合端部の特異応力場強さISSFも,同時に考える必要がある.縁界面き裂のSIFは,き裂の無い場合のISSFの影響を強く受けるので,通常のSIFの表示では無限大となり使用できない.本書ではこのような,縁界面き裂の2重特異性を考慮した,新しい表現を与えている.これは,き裂先端で無限大となる特異応力σ_y→∞の代わりに,有限値であるSIFで,き裂の特異応力場を表すこととよく似ている。この解の応用例として,仮想き裂法による強度評価事例を紹介し,熱応力のような実務的問題へと展開した. 【各章について】第1章では異種接合材の概略を説明し,第2,3章では,2種類の材料から成るAB型異種接合材の2次元き裂問題(板状問題)を解説した.第4章では,均質材(A型)の立体と板材を考えて,3次元き裂問題と2次元き裂問題を比較して議論し,第5章で,3次元異種接合材(AB型)の界面および界面近傍に存在するき裂の問題を解説した.第6章では,ABA型およびABC型接合材のISSFによる強度評価法を解説した.第7章では仮想き裂法による強度評価法と熱応力問題の考え方を解説した. 【読者へのメッセージ】種々の異種接合材の組み合わせがあるが,本書では多くの問題に対して必要な表現が得られるように,図表を作成した.き裂の無い場合のISSFによって,JISで規定される試験片の接着強度がISSF=一定で表現できることを示した.基本的な突合せ継手から,単純重ね合わせ継手,二重重ね合わせ継手へと順次展開し,その有用性を説明した.また,接着材と被着材の組合せ構造の表記としてAB型やABA型などと表記を工夫して読者の理解の便を図るように努めた.可能な限り最新の研究成果を盛り込むことで,異種材料接合技術を課題とする企業での開発者・研究者にとっても指針となるように配慮した。本書を手にした読者がそれぞれの業務課題である軽量化技術などについて有益なヒントを得られることを著者一同願うものである。 異種接合材の材料組合せをパターン化して表すことで理解の便を図った,実務的な専門書。