２００５年度研究調査事業報告書

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ふさこわかはら
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1 Appendix 5-6 公益社団法人自動車技術会運営企画会議議長殿 2017 年 8 月 4 日研究調査事業実績報告書 (2016 年度事業分 ) 研究調査事業による助成金を受領した研究が終了しましたので下記の通り報告します委員会名構造強度部門委員会委員長名大宮正毅委員長所属機関部署名報告者名岩本光宏報告者所属機関部署名 SUBARU 第一技術本部 CAE 部研究調査テーマ名 :CAE による接着剤破断予測手法開発本会 HPでの公開可能年月日 2018 年 10 月 31 日 (2018 年度自技会秋季大会終了後 ) 記入にあたっての注意事項 1 この報告書は原則として 2017 年 5 月末日までにに添付して提出してください ( 提出先 :tech@jsae.or.jp ) 2 研究助成対象者が報告してください 3 [ 研究調査事業の内容 ] は 3~4 頁程度にまとめてくださいなお [ 研究調査の成果 ] はこの研究の学会発表等より前に報告者の了解なしに本会が公表することはありません 4 本助成金による研究の発表論文 ( 発表予定論文を含む ) があればに添付し [ 本研究調査事業の成果 ] に代えても結構です 5 本報告書は本会 HPでの公開ならびに運営企画会議に報告しますなお HPでの公開は上記の [ 本会 HPでの公開可能年月 ] に示された年月日以降の公開とします

2016 年度研究調査事業実績報告書 1.[ 研究調査テーマ名 ] CAE による接着剤破断予測手法開発 2.

接着剤範囲は拡大し続け衝突性能に影響のある部位まで広がっており衝突性能予測のためには接着剤の破断予測技術が必要になる現在の主流の CAE を用いた開発において

企業横断で活動し詳細現象分析から汎用的な支配則を求め最終的には日本メーカー特有の GA 材を主流とした車両での CAE 評価が可能な手法構築を目指す 3.

WG の位置づけ詳細現象分析から汎用的な支配則を求め車両での CAE 評価に使用可能な手法構築を目指す本 WG の中で汎用支配則を構築し破断再現性の高い CAE

接着剤の破断モードと LS-DYNA 接着剤モデル化接着剤の破断モードは凝集破壊界面破壊基材破壊の 3 種類を想定した ( 図 2) 本 WG では

2 2016 年度研究調査事業実績報告書 1.[ 研究調査テーマ名 ] CAE による接着剤破断予測手法開発 2.[ 目的 ] 自動車車体は軽量化のために高強度薄板化が進む中欧州車を中心に剛性強度向上アイテムとして接着剤を活用している接着剤範囲は拡大し続け衝突性能に影響のある部位まで広がっており衝突性能予測のためには接着剤の破断予測技術が必要になる現在の主流の CAE を用いた開発においてその強度を車両レベルの大規模モデルで十分な精度をもって再現できる手法は少ない先ずは先行している欧州メーカーの技術レベルに速やかに追いつくため企業横断で活動し詳細現象分析から汎用的な支配則を求め最終的には日本メーカー特有の GA 材を主流とした車両での CAE 評価が可能な手法構築を目指す 3.[ 本研究調査事業の内容 ] 3-1.WG の位置づけ詳細現象分析から汎用的な支配則を求め車両での CAE 評価に使用可能な手法構築を目指す本 WG の中で汎用支配則を構築し破断再現性の高い CAE 評価手法を構築する図 1 接着剤モデル開発イメージ 3-2. 接着剤の破断モードと LS-DYNA 接着剤モデル化接着剤の破断モードは凝集破壊界面破壊基材破壊の 3 種類を想定した ( 図 2) 本 WG では接着剤モデルのパラメータ同定が主目的であるため凝集破壊に絞って検討した凝集破壊を LS-DYNA で表現できる手法は大きく分けて 3 種類存在し ( 図 3) その中から詳細な塑性ダメージを再現できる CZM モデル (COHESIVE ZONE MODEL) か連続体要素を用いた検証を実施することとした中でも LS-DYNA に現存するモデルとして機能的に優位であり連続体図 2 接着剤の破断モードを用いた詳細分析が可能で車両の様な大規模モデルでも実用的な CZM にも適用が可能な MAT _252 を検証することとした MAT_252 の物性値導出には図 4 に示す 4 種の試験結果が必要であるが今期は純引張試験と純せん断試験を用いた検証を実施した

3 図 3 凝集破壊を衝突 CAE で表現させるために手法表 1 LS-DYNA における接着剤材料タイプ図 4 MAT_252 の物性値取得に必要な試験

3-3.CAE による検証試験片形状試験再現性検証用の試験片形状を示す ( 図 5) 今回は論文*1 から対象とする 2

05mm とし材料パラメータは論文 *2 から参照した図 5 試験片形状と CAE 条件 *1: Experimental and

parameters on the crash behaviour of adhesive bonds: G.

Matzenmiller, University of Kassel *2: F.

Werkstoffverbunde Berichte des Instituts für Mechanik (2015),Table 22

4 3-3.CAE による検証試験片形状試験再現性検証用の試験片形状を示す ( 図 5) 今回は論文*1 から対象とする 2 形態の試験結果を参考に CAE 検証を実施した接着剤を複数層で再現できるよう Solid メッシュの要素長を 0.05mm とし材料パラメータは論文 *2 から参照した図 5 試験片形状と CAE 条件 *1: Experimental and numerical investigation of influences of manufacturing and process parameters on the crash behaviour of adhesive bonds: G. Schwarzkopf et al., University of Paderborn; A. Matzenmiller, University of Kassel *2: F.Burbulla,Kontinuumsmechanische und bruchmechanische Modelle für Werkstoffverbunde Berichte des Instituts für Mechanik (2015),Table 22 検証結果 2 種類の試験片 ( 図 5) の CAE 結果と論文実験結果の S-S カーブのグラフを図 6 に示す論文結果と比較し接着剤厚さによる差は同様の傾向にあった今回の試験結果の応力が高いがパラメータをチューニングすることで再現できることから MAT_252 を用いることで試験再現性は高いことが分かった図 6 Shear 試験の検証結果

5 図 7 Tension 試験の検証結果 3-4. 試験内容結果 MAT252 用の物性値を取得するため Shear 試験と Tension 試験の 2 試験を実施した対象とした接着剤は Dow chemical BETAMATE 1496V ( 論文同等剤 ) を用い焼入れ条件を mins とした試験片形状詳細は以下の表 2 の通り表 2 LS-DYNA における接着剤材料タイプ Shear 試験結果考察接着剤の破断面を図 8 に示す破断現象は実施した凝集破壊と界面破壊との混合モードにより破断していた試験結果の S-S カーブは n=2 で安定しており論文 *1 に掲載されていた S-S カーブとも同様な試験結果となったため試験再現性は高いと判断した ( 図 9) 試験結果が安定した理由としては接着剤面積を一定にできたことと考える図 8 接着剤の破断面と接合面積厚さ図 9 試験結果と論文の S-S カーブ

Tension 試験結果考察接着剤の破断面を図 10 試験結果論文の S-S カーブを合わせたグラフを図 11 に示す破断歪は同等であるが応力レベルが再現できていない理由として接着剤が均一に塗布できていないことが要因と推察される接着塗布面を安定させるため試験片作成方法を見直し再試験が必要である 50 stress σ [MPa] 40 30 20 BJS-1-04_t0.

6 Tension 試験結果考察接着剤の破断面を図 10 試験結果論文の S-S カーブを合わせたグラフを図 11 に示す破断歪は同等であるが応力レベルが再現できていない理由として接着剤が均一に塗布できていないことが要因と推察される接着塗布面を安定させるため試験片作成方法を見直し再試験が必要である 50 stress σ [MPa] BJS-1-04_t0.73 BJS-1-05_t0.44 論文 _exp dk=0.15 論文 _exp_dk=0.3 論文 _exp_dk=0.6 論文 _exp_dk= strain ε [-] 図 10 接着剤の破断面と接合面積厚さ図 11 試験結果と論文の S-S カーブ 4.[ 本研究調査事業の成果 ] 成果について具体的にご記入ください (1) 接着剤の凝集破壊を再現できる LS-DYNA の材料タイプを調査し機能的に優位な MAT252 を用いて実機検証を実施した実機試験で発生している応力や接着厚さによる差分を再現できることから本手法が接着剤の凝集破壊を再現できるモデルに適していることが分かった (2) MAT252 の物性値の取得に必要な 4 種の試験に先行して 2 種を実施した Shear 試験は論文の試験結果と同等となったため物性値取得試験方法として確立できた Tension 試験で接着面積がばらつく課題が発生試験片作成手法を見直し再試験が必要である 2017 年度には Tension 試験片の改善点を織り込んだ試験を含め物性値取得に必要な試験を実施し CAE 評価が可能な手法構築を目指す

7 5. 委員会活動への影響今回の研究調査において委員会活動へ影響した点についてご記入ください自動車業界では接着剤を用いた衝突性能予測が出来る手法が求められているが現在の主流の CAE を用いた開発においてその強度を車両レベルの大規模モデルで十分な精度をもって再現できる手法は少ない今回の研究調査から凝集破壊を予測できる CAE 評価手法の選定および物性値取得に必要な試験結果の一部を得ることができた今後 WG 活動を継続し CAE 評価手法を確立することで CAE を用いた接着剤の強度が評価され自動車の軽量化に貢献するものと推測される 6. 今回の研究調査結果について発表方法を下記より選択してください ( 複数回答可 ) 会誌への記事掲載 ( 年月号を予定 ) 春季大会オーガナイズドセッションでの発表 ( 年春季大会を予定 ) 春季大会フォーラムでの発表 ( 年春季大会を予定 ) シンポジウムでの発表 ( 年月を予定 ) 出版物の発行 ( 印刷物 CD-ROM)(2019 年 5 月頃の発行を予定 ) その他 ( 具体的にご記入ください ) 2017 年度の研究成果を含め 2018 年度秋季大会で発表予定 7. 受給額と執行額受給総額執行総額 300,000 円 299,584 円費目使用例実際の使用内容予算額 ( 円 ) 執行額 ( 円 ) 印刷製本費資料印刷費複写費編集外注費 CD 製作費など諸謝金原稿料通信運搬費運送用レンタカー代宅配料委託費外部への委託費開発費システム開発費資料購入費参考資料書籍等購入費物品購入費実験に必要な部品類など試験片計測部品購入 300, ,584 消耗品費燃料代実験に必要な消耗品類臨時雇用費アルバイト代その他合計 ( 円 ) 300, ,584 以上

２００５年度研究調査事業報告書

２００５年度研究調査事業報告書 2015 年度研究調査事業実績報告書 1.[ 研究調査テーマ名 ] 2050 年を見通した 2030 年以降の社会交通システムの将来動向調査 2.[ 目的 ] 2050 年を見通して 2030 年から予想される自動車社会交通システムの変化の予想と対応技術の方向性を調査し多岐に渡る技術課題を検討し戦略提言をまとめる ( 社会的必要性背景位置付け ) 今後, 自動車を取り巻く情勢は進展国の人口増加とモータリゼーションの拡大,