日下 正広

自動車には交通事故による死傷者を減らすために安全技術が求められており，事故時の安全を確保するために衝撃吸収部材が搭載されている．この衝撃吸収部材が潰れ切るまでの変形量を大きくすることによって従来よりも衝突エネルギー吸収量を増加させるため，折り紙の一種であるミウラ折りを格子状に配したラティス構造体について，支柱の角度や直径を変更して衝撃圧潰解析により比較し，エネルギー吸収性能を検討した．

.空孔セルを有するクラッシュボックス側面にテーパを付けることで，荷重の変動を抑えることができたが，中間 部が緻密化していた．衝突エネルギー吸収量を増加させるため，クラッシュボックス上部から圧潰を進行させ変 位量を増やすことを狙いとし，①クラッシュボックスの高さを変更する②テーパの曲率を変更するという2点につ いて検討を行った．空孔セルを有するクラッシュボックス側面にテーパを付けることで，荷重の変動を抑えることができたが，中間 部が緻密化していた．衝突エネルギー吸収量を増加させるため，クラッシュボックス上部から圧潰を進行させ変 位量を増やすことを狙いとし，①クラッシュボックスの高さを変更する②テーパの曲率を変更するという2点につ いて検討を行った．.

ステントを半径方向に拡張した際に長軸方向に縮小してしまう問題に対して，半径方向に拡張したときに長軸方向にも展開できるステントを目的とし，折紙の折り方の1種であるなまこ折り形状を模擬したステントモデルを作成し，FEMを用いた円周の内側から外側に力を負荷させる解析し，血管内に留置されるステントの拡張の挙動について検討を行った．

スペースデブリの宇宙構造物への衝突に関して，宇宙構造物を防御するために設置される防御バンパーに注目し，防御バンパーをどのようにすればより耐衝撃性能が向上するのかを，三次元SPH解析を用いて検討を行った．

BCC，FCC，オクテットトラス，切頂八面体，菱形十二面体の5種類のラティス構造体について衝撃圧潰解析を行い，衝撃吸収部材として適した構造を検討した．さらに，単位格子の大きさや支柱の太さを変化させた際の衝撃吸収特性に与える影響を調べることで，圧潰中の荷重変動が少なく，大きなエネルギー吸収量を持つ構造を検討した．

脆弱な金属間化合物の生成により，難燃性Mg合金であるAZX611と，Al合金の代表格であるA5083を溶融溶接法で直接接合することは極めて困難であるため，摩擦圧接法で接合した．継手の引張強さを向上させるために，AZX611側に設ける接合端部の形状を変化させ，その一部に段差をつけた形状として摩擦圧接を行った．その結果，AZX611母材の約52%の引張強さを有した継手を作製することができた．

摩擦圧接法を用いてアルミナセラミックスとAC8Aを接合し，継手の強度評価を行った．摩擦速度27.5s-1，摩擦圧力25MPa，アプセット圧力75MPaの一定とし，摩擦時間を種々変化させて実験を行った．その結果，継手はすべてアルミナ側から破断したが，最大でも摩擦時間10.0sの時でAC8A母材の約1.5%という引張強度であり，高い継手強度を得ることができなかった．

A7075と軟鋼の直接摩擦圧接ではA7075側のバリ割れが生じ，これにより継手強度が低下する問題があった．そこで，A7075と軟鋼の両者に対して接合性が良い純Tiを挿入材として摩擦圧接を行った．その結果，本組み合わせでも接合が可能であったが，A7075側にバリ割れが発生する継手もいくつかあった．そこで，このバリ割れを防止するために挿入材のA7075側に張出部を設けて挿入材の形状を種々変化させ，その改善を試みた．

A7075側のバリ割れが生じることから，A7075と軟鋼の直接摩擦圧接では良好な継手を得ることが困難であるため，純Tiを挿入材として摩擦時間と挿入材の形状を種々変化させ接合を行った．その結果，純Tiの挿入材を用いても接合が可能であり，摩擦時間0.5～0.8sの時に最も高い引張強さを得ることができた．しかし，摩擦時間0.8s以降ではA7075のバリ割れが生じる継手もあり，挿入材形状を変更する必要があることが分かった．

アルミナセラミックスと鋳造Al合金(AC8A)との直接接合に摩擦圧接法を適用した．摩擦速度27.5s-1，摩擦圧力25MPa，摩擦時間10.0sの一定条件とし，アプセット圧力を25MPa，50MPa，75MPaと種々変化させて実験を行った．その結果，両者を一体化させることができた．また，アプセット圧力を増加させてもアルミナセラミックス側で粉砕を生じさせることなく継手を作製することができた．

積層造形では，造形した合金の表面が非常に粗いものになることがあるため，積層造形で造形を行ったものと機械加工を施したものでは表面性状に大きな差異を生じることが懸念される．そこで，AlSi12合金を使用して引張試験片形状そのものを造形したものと角材を造形した後に旋盤加工を施したもので強度を比較した．その結果，造形したままの形状よりも旋盤加工を施したもの引張強度が高くなることが分かった．

FCD400（鋳鉄）とA5052（Al合金）の摩擦圧接にて，摩擦圧力を変化させて接合した．90MPaという高い摩擦圧力では鋳鉄側圧接面中心部にAl合金があまり移着していないため，Al合金母材の約53% の引張強さしか得ることができなかった．30MPaという低い摩擦圧力では鋳鉄側圧接面全面にAl合金が移着し，約75%の引張強さが得られた．つまり，低い摩擦圧力の方が継手の引張強度が高いことが分かった．

A6063 とSUS304 の摩擦圧接において，アプセット圧力を変更して接合し，それぞれの継手に種々の条件で熱処理を施した．母材破断した最適圧接条件の継手に熱処理を施しても破断形態は変わらなかったが，圧接面で破断する条件の継手に熱処理を施すとA6063 側から破断することがわかった．また，どちらも熱効果指数がある一定の値を超えると，圧接面に中間層が生成されることで継手強度が著しく低下することもわかった．

積層型三次元造形装置で作製したAlSi12合金に完全焼鈍処理を施した合金（O材）と造形後そのままの合金（F材）で機械的特性の比較を行った．その結果，O材の引張強さ，降伏強さはF材に比べて著しく低下した．また，伸びや絞りは2倍近くに増加した．これより，複雑な形状も容易に作製できる積層造形は熱影響下では機械的特性が大きく変わるため，その取扱に注意を払う必要があることを指摘した．

A5083とSS400との継手作製に摩擦スタッド接合を適用し，圧接条件を種々変更して接合実験を行った．そして，接合現象を観察するとともに，継手強度に及ぼす圧接条件の影響について調べた．その結果，摩擦圧力60MPaにおいて引張強度が高い継手を得られやすいことが分かった．しかし，引張試験後の継手圧接面を観察したところ，A5083のSS400側への移着量は中心部で少ない傾向にあることも分かった．

純Al/軟鋼摩擦圧接継手において純Al側が破断しているにも関わらずアプセット圧力を増加させることによって継手強度が低下する現象がみられる場合があった．強度の低下を少なくするため，純Alの直径を変えることによる引張試験時に破断する位置にかかる圧力の変化させる方法と，純Alの調質状態を継手強度の低下を示したF材からH112材へと変更した方法で実験を行った結果，継手効率の低下を抑制することができた．

溶融溶接が難しいFCD400とA5052の異材継手作製に摩擦圧接法を適用し，圧接条件を種々変更して接合実験を行い，接合現象を観察するとともに，継手強度に及ぼす圧接条件の影響について調べた．その結果，摩擦圧力が低く，アプセット圧力が高い条件の方が引張強度が高い継手を得られやすいことが分かった．また，引張試験後の継手破断面を観察したところ，FCD400に含まれる黒鉛が残留していることも分かった．

板材と棒材の組み合わせであるスタッド継手は様々な分野で広く用いられている．軟鋼の摩擦スタッド継手については母材破断する良好な継手が得られる圧接条件が見出されているが，負荷する推力が施工現場で容易に出力可能ではなく，圧力を維持したまま推力だけを減少させることが求められている． 本研究ではスタッド側の形状を中実棒から円筒とし，低推力状態で，良好な継手が得られる最適なスタッド形状を検討した．

A6063/SUS304摩擦圧接継手を対象とし，この継手に対して種々の条件の後熱処理を施した．その結果，ある温度や時間を超えると継手はすべて圧接面から破断することがわかった．また，熱処理を施した継手の継手強度は熱効果という1つのパラメータで整理することが望ましく，熱効果がある一定の値を超えると，圧接面に中間層が生成されることで継手強度が著しく低下することもわかった．

A5052とSUS304の円管同士の摩擦圧接を行った．その結果，外径16mm，内径12mmの組み合わせでは，適切な摩擦圧力とアプセット圧力のときにA5052側から破断する継手を得ることはできたが，破断様相にバラつきがあった．一方，内径13mmとした場合では，アプセット圧力を75MPa以上に設定すると，破断様相にバラつきがなく，A5052側から確実に破断する良好な継手を得ることができた．