Interfacial Strength Evaluation of Adhesive Joints under Ultra-high Loading Rate and Elucidation of Fracture Mechanism

超高加载速率下粘接接头的界面强度评估及断裂机制的阐明

基本信息

批准号：
21H01217
负责人：
米津明生
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Chuo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

各種輸送機の軽量化と高速化を支える異種材料接合技術（マルチマテリアル化）の発展により高速衝撃下における材料接合性（強靭な接着性），すなわち衝撃負荷における界面強度やその繰返し負荷下の界面疲労強度の重要性が高まりつつある．本課題では，高出力パルスレーザー照射によって局所的に高い衝撃応力を付与することで，接着樹脂と金属界面の衝撃強度（接着強度）を定量評価する方法を構築することを目的としている．この方法をLaser Shock Adhesion Test（LaSAT）と呼ばれており，本年度は申請者がこれまでに開発してきたLaSATを用いてエポキシ系樹脂接着剤の接着強度評価およびスプリットホプキンソン棒（SHB）法による接着強度評価を行った．厚さ100umの接着剤とアルミニウム合金の接合体に対する接着強度評価に成功し，これらの成果は国内学会，国際会議，学術論文（査読付き）にて公表できた．なお，LaSATのひずみ速度は別途行った衝撃波解析から約10^6[1/s]であることが明らかとなり，従来研究には無い超高速破壊の領域に相当する．そこで他のひずみ速度域のSHB試験の結果と比較した．このひずみ速度は，10^3-10^4[1/s]であり，LaSATよりかは低い領域であることから，総合的に広範囲はひずみ速度に対する接着強度評価を実施できた．その結果，超高速領域では５倍以上の接着強度を発現することが明らかとなった．また分子動力学法を用いてその強度発現メカニズムについて考察した．さらに，界面の劣化（水分による強度低下）に関する検討も進めた．

随着支撑各种运输车辆的轻量化和更快速度的异种材料粘接技术（多重物化）的发展，高速冲击下的材料粘接性能（强粘性能），即冲击载荷下的界面强度和冲击载荷下的界面强度重复载荷，疲劳强度的提高变得越来越重要。该项目的目的是开发一种通过使用高功率脉冲激光照射局部施加高冲击应力来定量评估粘合树脂和金属界面的冲击强度（粘合强度）的方法。这种方法称为激光冲击粘合力测试（LaSAT），今年我们将使用申请人迄今为止开发的LaSAT，利用分裂霍普金森杆（SHB）法来评估环氧树脂粘合剂的粘合强度和附着力。我们进行了强度评估。我们成功评估了100um厚的粘合剂与铝合金粘合体的粘合强度，该结果发表在国内学术会议、国际会议和学术论文（同行评审）上。值得注意的是，根据单独进行的冲击波分析，LaSAT的应变率约为10^6[1/s]，这对应于先前研究中未发现的超高速断裂区域。因此，我们将结果与其他应变率范围内的SHB测试结果进行了比较。该应变率为 10^3-10^4 [1/s]，低于 LaSAT 的范围，因此我们能够在较宽的应变率范围内综合评估粘合强度。结果表明，在超高速范围内粘合强度提高了五倍以上。我们还使用分子动力学方法考虑了力量发展的机制。此外，我们还研究了界面劣化（由于水分导致的强度降低）。