JP7472783B2 - 破断判定装置、接合体の破断判定方法、プログラム、破断負荷算出装置、接合体の破断負荷算出方法及び記録媒体 - Google Patents

破断判定装置、接合体の破断判定方法、プログラム、破断負荷算出装置、接合体の破断負荷算出方法及び記録媒体 Download PDF

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Description

本開示は、破断判定装置、接合体の破断判定方法、プログラム、破断負荷算出装置、接合体の破断負荷算出方法及び記録媒体に関するものである。
二つの物体を接合して形成される接合体の接合界面の特性評価が行われている。例えば、国際標準化機構（ＩＳＯ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ）による国際規格であるＩＳＯ１９０９５シリーズでは、樹脂と金属とを接合させた樹脂－金属接合体について、接合強度の試験方法が定められている。当該国際規格では、樹脂と金属とを突き合わされた状態で接合させた突合せ試験片に対して、試験片の両端部を両側から引っ張り、破断強度を測定することにより、引張強度の評価を行う試験方法が定められている。また、樹脂と金属とを重ね合わされた状態で接合させた重ね合わせ試験片に対して、試験片を所定の補助治具に収めた状態で、試験片の一方の部材の接合部側の端部を固定しながら、試験片の他方の部材の接合部とは反対側を引っ張り、破断強度を測定することにより、せん断強度の評価を行う試験方法が定められている。
上述した引張強度の評価及びせん断強度の評価とは別の手法で接合体の界面強度を測定する手法も知られている。例えば、突合せの態様で接合されている試験片に含まれる一方の部材を固定治具に挟んだ状態で、他方の部材に対して、接合面と平行な向きにせん断治具を移動させることで、破断応力を測定し、その値を界面強度として採用する方法が知られている（特許文献１参照）。また、コンピュータ・シミュレーションによって接合部の破断を判定する手法が知られている（特許文献２参照）。具体的には、２つの金属板がナゲットで結合された構造をもつスポット溶接部の破断をコンピュータ・シミュレーションにより判定する手法が知られている。当該コンピュータ・シミュレーションでは、金属板を所定の厚さのシェル要素、ナゲットを所定の半径のビーム要素としてモデル化して、ナゲットと金属板の境界部からの破断を判定するにあたって、有限要素法によりナゲット中央に作用する荷重（軸力、曲げモーメント、及び剪断力）を算出している。また、軸力及び曲げモーメント力に基づいてナゲットと金属板との境界部に作用する最大剪断応力を算出するとともに、剪断力に基づいて上記境界部に作用する最大引張応力を算出している。そして、算出された最大剪断応力及び最大引張応力を、予め同定されたせん断と破断の限界応力それぞれによって除算して、各項を二乗したものを加算することで得られる値が１以上となることを示す破断判定式を用いて、スポット溶接部が破断したと判定している。
特開２００４－１８８４５２号公報 特開２００７－２４７８８号公報
ところで、二つの部材が突き合わされた状態で接合させた接合体において、二つの部材のうち一方の物体の側面部に対して接合面と平行な向きに負荷が加わることで、接合部に曲げ応力とせん断応力との複合応力が発生する場合がある。このような負荷が加わる場合を再現するような条件下で特許文献１に基づいた試験を行うことは不可能とは言い切れないが、負荷の大きさと、試験体の具体的な形態と、のうち少なくとも一方が異なる複数の条件下で個別に試験を行う場合、実際に対応する試験体を準備したうえで実際に負荷をかける試験を行う必要があるため煩雑である。
上述した複合応力が発生する場合には、接合部に引張応力とせん断応力の両方が発生する。そこで、一般的に強度試験に用いられる、引張強度とせん断強度とを用いて、接合面と平行な向きに負荷が加わる場合の破断評価を行う試みが行われている。しかしながら、このような試みで適切な評価を行うことは困難であった。例えば、曲げ最大引張応力とせん断応力からの合成応力と引張強度との対比による評価方法や、曲げ最大引張応力と引張強度との対比による評価方法では、破断強度の評価が過剰になる。破断強度の評価が過剰になるということは、実際に破断が生じる負荷（破断荷重）よりも明らかに小さい負荷であっても破断が生じると判定される。また、せん断応力とせん断強度との対比による評価方法では、破断強度の評価が過小となる。破断強度の評価が過小となるということは、実際に破断が生じる負荷（破断荷重）であっても破断が生じないと判定されることがある。しかも、せん断応力とせん断強度との対比による評価方法で破断が生じると判定される負荷（破断荷重）と、実際に破断が生じる負荷との間には看過しがたい程の乖離がある。
その他、特許文献２に記載の方法では、複合荷重を受ける場合の破断の判定が行われているが、２つの金属板がナゲットで結合された構造を持つスポット溶接部に対して、ナゲット中央に作用する軸力、曲げモーメント、及び剪断力から破断を判定している。このため、特許文献２に記載の方法は、上述した接合面と平行な向きに負荷が加わる場合の破断の判定に適用可能なものではなかった。また、特許文献２に記載の方法では、引張応力を最大値となる最大引張応力で評価しており、破断判定式では、最大剪断応力及び最大引張応力をそれぞれ限界応力で除算した値を二乗してから加算している。このため、特許文献２に記載の方法では、破断強度の評価が過剰になるという問題があった。
本開示はかかる問題にかんがみてなされたものであり、接合体に対する負荷によって接合部に引張応力とせん断応力の両方が発生する条件下で、負荷の大きさと破断の発生との関係がより現実に近い高精度な破断判定装置、接合体の破断判定方法、プログラム、破断負荷算出装置、接合体の破断負荷算出方法及び記録媒体を提供することを目的とする。
本開示に係る破断判定装置は、第一部材と、前記第一部材と突き合わされた第二部材と、が接合面で接合された接合体の前記第一部材に対して前記接合面と平行な一方向に負荷が与えられた場合に前記接合面が破断するかを判定する破断判定装置であって、前記負荷によって前記接合体に生じる曲げモーメントに基づいて前記接合面から前記第一部材を引き離す方向の引張応力として働く見かけ引張応力を算出し、前記負荷に基づいて、前記接合面で接合された前記第一部材と前記第二部材との位置関係を前記一方向にずらす方向のせん断応力を算出し、予め定められた前記接合面の引張強度で前記見かけ引張応力を除算した第一評価値を算出し、予め定められた前記接合面のせん断強度で前記せん断応力を除算した第二評価値を算出し、前記第一評価値と前記第二評価値とを足し合わせた総合評価値を算出し、前記総合評価値に基づいて前記接合面が破断するかを判定する演算部を備える、ことを特徴とする。
本開示の一態様として、前記演算部は、前記総合評価値が１以上の場合に前記接合面が破断すると判定する、ことが好ましい。
本開示の一態様として、前記見かけ引張応力は、前記接合面において中立面から前記第一部材に前記負荷が加えられる側の範囲で生じる、ことが好ましい。
本開示の一態様として、前記第一部材は、互いに直交する３方向の長さと厚さと奥行とで定義される直方体とみなされ、前記接合面は、前記厚さと前記奥行とで定義される長方形であり、前記長さは、前記接合面に対して直交する方向の長さであり、前記厚さは、前記一方向に沿い、前記奥行は、前記一方向に対して直交し、かつ、前記接合面に対して平行な向きであり、前記演算部は、前記第一部材の前記接合面からの前記長さの方向の距離の位置に前記負荷が加わった際に、前記負荷と、前記距離とに基づいて、前記曲げモーメントを算出し、前記曲げモーメントと、前記負荷によって前記接合面で生じる曲げ断面二次モーメントと、に基づいて、前記接合面で生じる曲げ応力を算出し、前記曲げ応力と、前記奥行と、に基づいて、前記接合面において中立面から前記第一部材に前記負荷が加えられる側の範囲で生じる引張合力を算出し、前記引張合力を、前記範囲の面積で除算して、前記見かけ引張応力を算出し、前記負荷を、前記接合面の断面積で除算して、前記せん断応力を算出する、ことが好ましい。
本開示の一態様として、前記演算部は、ＦＥＭ解析によって、前記見かけ引張応力を算出する、ことが好ましい。
本開示の一態様として、前記第一部材と前記第二部材との接合は、第一種接合、第二種接合又は第三種接合であり、前記第一種接合は、樹脂間の機械的接合及び／又は化学的接合であり、前記第二種接合は、樹脂と金属と間の機械的接合及び／又は化学的接合であり、前記第三種接合は、同種金属間もしくは異種金属間の化学的接合及び／又は冶金的接合である、ことを特徴とする、ことが好ましい。
本開示に係る接合体の破断判定方法は、第一部材と、前記第一部材と突き合わされた第二部材と、が接合面で接合された接合体の前記第一部材に対して前記接合面と平行な一方向に負荷が与えられた場合に前記接合面が破断するかを情報処理装置が判定する接合体の破断判定方法であって、前記情報処理装置が、前記負荷によって前記接合体に生じる曲げモーメントに基づいて前記接合面から前記第一部材を引き離す方向の引張応力として働く見かけ引張応力を算出し、前記情報処理装置が、前記負荷に基づいて、前記接合面で接合された前記第一部材と前記第二部材との位置関係を前記一方向にずらす方向のせん断応力を算出し、前記情報処理装置が、予め定められた前記接合面の引張強度で前記見かけ引張応力を除算した第一評価値を算出し、前記情報処理装置が、予め定められた前記接合面のせん断強度で前記せん断応力を除算した第二評価値を算出し、前記情報処理装置が、前記第一評価値と前記第二評価値とを足し合わせた総合評価値を算出し、前記情報処理装置が、前記総合評価値に基づいて前記接合面が破断するかを判定する、ことを特徴とする。
本開示に係るプログラムは、第一部材と、前記第一部材と突き合わされた第二部材と、が接合面で接合された接合体の前記第一部材に対して前記接合面と平行な一方向に負荷が与えられた場合に前記接合面が破断するかをコンピュータに判定させるためのプログラムであって、前記コンピュータを、前記負荷によって前記接合体に生じる曲げモーメントに基づいて前記接合面から前記第一部材を引き離す方向の引張応力として働く見かけ引張応力を算出する手段、前記負荷に基づいて、前記接合面で接合された前記第一部材と前記第二部材との位置関係を前記一方向にずらす方向のせん断応力を算出する手段、予め定められた前記接合面の引張強度で前記見かけ引張応力を除算した第一評価値を算出する手段、予め定められた前記接合面のせん断強度で前記せん断応力を除算した第二評価値を算出する手段、前記第一評価値と前記第二評価値とを足し合わせた総合評価値を算出し、前記総合評価値に基づいて前記接合面が破断するかを判定する手段、として機能させる。
本開示に係る破断負荷算出装置は、互いに直交する３方向の長さと厚さと奥行とで定義される直方体とみなされた第一部材と、前記第一部材と突き合わされた第二部材と、が接合面で接合された接合体の前記第一部材に対して前記接合面と平行な一方向に負荷が与えられた場合に前記接合面を破断させる前記負荷の大きさを算出する破断負荷算出装置であって、予め定められた前記接合面の引張強度と、予め定められた前記接合面のせん断強度と、前記一方向に沿う前記第一部材の厚さと、前記一方向に対して直交し、かつ、前記接合面に対して平行な向きである前記奥行と、前記第一部材に対して前記負荷が加わる位置と前記接合面との前記接合面に対して直交する長さ方向の距離と、に基づいて、前記接合面を破断させる前記負荷の大きさを算出する演算部を備える、ことを特徴とする。
本開示に係る接合体の破断負荷算出装置は、互いに直交する３方向の長さと厚さと奥行とで定義される直方体とみなされた第一部材と、前記第一部材と突き合わされた第二部材と、が接合面で接合された接合体の前記第一部材に対して前記接合面と平行な一方向に負荷が与えられた場合に前記接合面を破断させる前記負荷の大きさを算出する破断負荷算出装置であって、前記負荷によって前記接合体に生じる曲げモーメントに基づいて前記接合面から前記第一部材を引き離す方向の引張応力として働く見かけ引張応力を算出し、前記負荷に基づいて、前記接合面で接合された前記第一部材と前記第二部材との位置関係を前記一方向にずらす方向のせん断応力を算出し、予め定められた前記接合面の引張強度で前記見かけ引張応力を除算した第一評価値を算出し、予め定められた前記接合面のせん断強度で前記せん断応力を除算した第二評価値を算出し、前記第一評価値と前記第二評価値とを足し合わせた総合評価値を算出し、前記総合評価値が１以上となる場合の前記負荷の大きさを算出する、ことを特徴とする。
本開示の一態様として、前記第一部材と前記第二部材との接合は、第一種接合、第二種接合又は第三種接合であり、前記第一種接合は、樹脂間の機械的接合及び／又は化学的接合であり、前記第二種接合は、樹脂と金属と間の機械的接合及び／又は化学的接合であり、前記第三種接合は、同種金属間もしくは異種金属間の化学的接合及び／又は冶金的接合である、ことを特徴とする、ことが好ましい。
本開示に係る接合体の破断負荷算出方法は、互いに直交する３方向の長さと厚さと奥行とで定義される直方体とみなされた第一部材と、前記第一部材と突き合わされた第二部材と、が接合面で接合された接合体の前記第一部材に対して前記接合面と平行な一方向に負荷が与えられた場合に前記接合面を破断させる前記負荷の大きさを情報処理装置が算出する接合体の破断負荷算出方法であって、予め定められた前記接合面の引張強度と、予め定められた前記接合面のせん断強度と、前記一方向に沿う前記第一部材の厚さと、前記一方向に対して直交し、かつ、前記接合面に対して平行な向きである前記奥行と、前記第一部材に対して前記負荷が加わる位置と前記接合面との前記接合面に対して直交する長さ方向の距離と、に基づいて、情報処理装置が、前記接合面を破断させる前記負荷の大きさを算出する、ことを特徴とする。
本開示に係るプログラムは、互いに直交する３方向の長さと厚さと奥行とで定義される直方体とみなされた第一部材と、前記第一部材と突き合わされた第二部材と、が接合面で接合された接合体の前記第一部材に対して前記接合面と平行な一方向に負荷が与えられた場合に前記接合面を破断させる前記負荷の大きさをコンピュータに算出させるためのプログラムであって、前記コンピュータを、予め定められた前記接合面の引張強度と、予め定められた前記接合面のせん断強度と、前記一方向に沿う前記第一部材の厚さと、前記一方向に対して直交し、かつ、前記接合面に対して平行な向きである前記奥行と、前記第一部材に対して前記負荷が加わる位置と前記接合面との前記接合面に対して直交する長さ方向の距離と、に基づいて、前記接合面を破断させる前記負荷の大きさを算出する手段、として機能させる。
本開示に係る記録媒体は、上述したプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
本開示によれば、接合体に対する負荷によって接合部に引張応力とせん断応力の両方が発生する条件下で、負荷の大きさと破断の発生との関係をより現実に近い高精度なものとすることができる。
図１は、本開示の破断評価方法を適用可能な試験体の構造を示す図である。 図２は、試験体の破断試験の態様を示す図である。 図３は、図２を参照して説明した試験体の破断試験における接合部付近の各構成及び負荷に応じて生じる各種の力の算出に関する要素の一部を示す模式図である。 図４は、接合部に作用する曲げ応力と引張合力との対応関係を示す図である。 図５は、図３で第一部材が受ける負荷と同様の負荷をＦＥＭ解析において第一部材が受けることをシミュレートするモデルを示す模式図である。 図６は、本開示のように曲げ応力を式（５）で求め、せん断応力を式（９）で求めた場合と、ＦＥＭ解析で曲げ応力とせん断応力を求めた場合と、を比較したグラフである。 図７は、本開示の破断評価方法に基づいた試験体の形状決定の流れを示すフローチャートである。 図８は、試験体の構造を示す図である。 図９は、図８に示すＫ－Ｋ断面の模式図である。 図１０は、図８に示す各部分における試験条件と、試験結果と、実験結果と、の対応関係の一例を示す表である。 図１１は、情報処理装置の構成例を示す図である。
以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、以下で説明する実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。本明細書において、「Ａ及び／又はＢ」とは、ＡとＢのうちいずれか一方の場合と、ＡとＢとの両方の場合とを含むことを意味する。
図１は、本開示の破断評価方法を適用可能な試験体１の構造を示す図である。試験体１は、第１部材１０と第２部材２０とが接合部３０で接合されている接合体である。具体的には、図１の「側面図」で図示するように、試験体１は、板状の直方体である第一部材１０と板状の直方体である第二部材２０とが互いの端部同士を突き合わせた状態で当該端部同士が接合部３０によって接合された接合体である。
第一部材１０は、互いに直交する３方向の長さＤａ（Ｘ方向）と厚さ（板厚）ｔ１（Ｙ方向）と奥行Ｂ１（Ｚ方向）とで定義される直方体とみなされる。第二部材２０は、互いに直交する３方向の長さＣａ（Ｘ方向）と厚さ（板厚）ｔ２（Ｙ方向）と奥行Ｂ２（Ｚ方向）とで定義される直方体とみなされる。本例では、第一部材１０と第二部材とは、第一部材１０の長さＤａの長辺の端部１１と、第二部材２０の長さＣａの長辺の端部２１とを突き合わせている。本例では、第一部材１０の厚さｔ１と第二部材の厚さｔ２とが略等しい場合を例示して説明する。そこで、本明細書では、第一部材１０の厚さｔ１と第二部材の厚さｔ２を、同じ符号ｔを付して称することがある。また、本例では、第一部材１０の奥行Ｂ１と第二部材の奥行Ｂ２とが略等しい場合を例示して説明する。そこで、本明細書では、第一部材１０の奥行Ｂ１と第二部材の奥行Ｂ２を、同じ符号Ｂを付して称することがある。
第一部材１０は、例えば熱可塑性樹脂からなる板状の部材である。第一部材１０に採用される熱可塑性樹脂として、繰返し単位中及び／又は末端に非共有電子対を持つ元素を有する熱可塑性樹脂が挙げられる。ここで、熱可塑性樹脂が有する非共有電子対を持つ元素としては、好ましくは、硫黄、酸素、及び窒素から選ばれたいずれか１種又は２種以上であるのがよい。なお、熱可塑性樹脂の繰返し単位中に含まれるこれら非共有電子対を持つ元素については、それが繰返し単位の主鎖に含まれていても、また、側鎖に含まれていてもよい。
第一部材１０に採用される繰返し単位中及び／又は末端に非共有電子対を持つ元素を有する熱可塑性樹脂としては、具体的には、例えばポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ：ＰｏｌｙＰｈｅｎｙｌｅｎｅＳｕｌｆｉｄｅ）やサルフォン系樹脂等の硫黄元素を含有する樹脂、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ：ＰｏｌｙＢｕｔｙｌｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等のポリエステル系樹脂や、液晶ポリマー、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂等の酸素原子を含有する樹脂、例えばポリアミド（ＰＡ：ＰｏｌｙＡｍｉｄｅ）、ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ・Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ・Ｓｔｙｒｅｎｅ）、ポリイミド、ポリエーテルイミド等の窒素原子を含有する熱可塑性樹脂が挙げられる。
第二部材２０は、例えばアルミニウムのような金属若しくはアルミニウムを主要な材料とする合金又は金属化合物からなる板状の部材である。
接合部３０は、第一部材１０と第二部材２０とを接合する。具体的には、接合部３０は、第一部材１０の一端と、第二部材２０の一端と、を接合する接合面になる。第一部材１０の他端側が接合部３０の反対側に延出する方向と、第二部材２０の他端側が接合部３０の反対側に延出する方向と、は逆である。
接合部３０を形成するために採用される接合方法としては、樹脂と金属と間の機械的接合及び／又は化学的接合を利用することができる。機械的接合としては、例えば、リベット接合、ボルトナット接合、かしめ、アンカー効果による接合、等が挙げられる、化学的接合としては、例えば、ファンデルワールス力、水素結合、共有結合、イオン結合、等が挙げられる。本発明は、第一部材と第二部材との接合が、樹脂と金属との間の化学的接合からなる場合に好適に用いることができる。または、本発明は、第一部材と第二部材との接合が、樹脂と金属との間の化学的結合とアンカー効果からなる場合に好適に用いることができる。より具体的には、第一部材１０と第二部材２０とが重なり合う部分に接着剤を塗布して張り合わせて加圧下で接合する方法、アルミ基材を第二部材２０に対応した形状でインサートし、このインサートされたアルミ基材の表面に向けて溶融した熱可塑性樹脂を第一部材１０に対応させる形状で射出成形することで第一部材１０と第二部材２０とを形成及び接合する方法、後述するその他の方法等が挙げられる。
その他の方法の一例として、第二部材２０に対応する形状のアルミ基材の表面に酸素を含有する酸素含有皮膜を形成し、この酸素含有皮膜の上に熱可塑性樹脂で形成された第一部材１０を接合するに際し、アルミ基材の表面にはレーザー処理によって酸素含有皮膜を形成し、また、熱可塑性樹脂として、繰返し単位中及び／又は末端に非共有電子対を持つ元素を有する熱可塑性樹脂を用いることにより、アルミ基材と樹脂成形体との間の射出成形又は熱圧着による接合を行う方法が挙げられる。当該方法の詳細は、特許第６００４０４６号に記載されている。
その他の方法の他の一例として、第二部材２０である金属基材の表面に、意図的に酸素含有量を増やす処理を施すことにより酸素を含有する酸素含有皮膜を形成し、この酸素含有皮膜の上に熱可塑性樹脂組成物を第一部材１０に対応する形状で形成して当該金属基材に樹脂成形体を接合するに際し、この熱可塑性樹脂組成物中に酸素含有皮膜と反応する特定の官能基を有する添加剤化合物を添加する方法が挙げられる。当該方法の詳細は、特許第６０１７６７５号に記載されている。
その他の方法の他の一例として、第二部材２０であるアルミ基材の表面に酸素を含有する酸素含有皮膜を形成し、この酸素含有皮膜の上に熱可塑性樹脂及び添加剤を含有する熱可塑性樹脂組成物を第一部材１０に対応する形状で形成して当該アルミ基材に樹脂成形体を接合するに際し、この熱可塑性樹脂組成物の添加剤として炭素-酸素結合を有するカルボニル化合物を用い、また、当該酸素含有皮膜についてＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）で測定される深さ方向３μｍまでの酸素量を所定の範囲内にすると共にその最表面にＯＨ基を存在させ、これによって当該樹脂成形体に当該添加剤由来のカルボニル基（Ｃ＝Ｏ）を存在させる方法が挙げられる。当該方法の詳細は、特許第６３８７３０１号に記載されている。
以下の説明では、接合部３０で接合された状態で第一部材１０と第二部材２０とが対向する方向をＸ方向とする。Ｘ方向は、第一部材１０と第二部材２０との接合面に対して直交する方向である。また、Ｘ方向に直交するとともに、後述する負荷Ｆが与えられる方向をＹ方向とする。Ｙ方向は、第一部材１０の板面の厚さ方向及び第二部材２０の板面の厚さ方向である。また、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向とする。Ｚ方向は、負荷Ｆが与えられる方向に対して直交するとともに、接合面に対して平行な方向である。
図１では、上述の「側面図」に加えて、「平面図」を示している。「平面図」は、Ｙ方向に直交する平面（Ｘ－Ｚ平面）を正面視する視点で第一部材１０側から試験体１を見た図である。接合部３０は、第一部材１０のＸ方向の一端側の端部１１と、第二部材２０のＸ方向の他端側の端部２１と、の間に位置する。Ｙ方向の一端側とは、第一部材１０から見た第二部材２０側をさす。Ｙ方向の他端側とは、第二部材２０から見た第一部材１０側をさす。
図１では、第一部材１０のＸ方向の長さＤａ、第一部材１０のＺ方向の奥行Ｂ、第一部材１０のＹ方向の厚さ（板厚）ｔ１、第二部材２０のＸ方向の長さＣａ、第二部材２０のＺ方向の奥行Ｂ２、第二部材２０のＹ方向の厚さ（板厚）ｔ２、にそれぞれ符号を付している。
一例として、Ｄａ＝１．８ｍｍ、Ｂ＝５ｍｍ、ｔ１＝１．０５ｍｍ、Ｃａ＝３．８ｍｍ、Ｂ２＝５ｍｍ、ｔ２＝１．０５ｍｍ、である。また、接合部３０のＺ方向の奥行は、第一部材１０のＺ方向の奥行Ｂに対応する。また、接合部３０のＹ方向の厚さは、１．０５ｍｍである。接合部３０のＸ方向の長さ（厚さ）は０．１５ｍｍである。これら例示した寸法の数値はあくまで一例であってこれに限られるものでなく、一部又は全部について適宜変更可能である。
図２は、試験体１の破断試験の態様を示す図である。試験体１の破断試験は、図２に示すように、試験体１の第二部材２０を固定治具４０に固定した状態で第一部材１０の長辺側の主面１２に対して押し治具５０を押し付けることで行われる。
試験体１の破断試験は、図２に示すように、第二部材２０が両側の主面から固定治具４０によって挟持されて、第一部材１０が固定治具４０によって挟持されずに突出するように試験体１が固定治具４０にセットされる。この状態で、第一部材１０の主面１２に対して押し治具５０が押し当てられる。押し治具５０は、第一部材１０のＸ方向の長さ及びＺ方向の奥行Ｂをカバーするのに十分なＸ方向の長さ及びＺ方向の奥行を有する直方体状の可動部材である。押し治具５０は、板面が第二部材２０と非当接の状態でＹ方向の一端が主面１２に対して対向する。押し治具５０は、Ｙ方向に所定速度で移動し、当該一端を主面１２にＹ方向に近接、当接させ、さらに負荷Ｆを加える。所定速度は、例えば１０ｍｍ／分であるが、これに限られるものでなく、適宜変更可能である。負荷Ｆは、後述する曲げ応力σとせん断応力τとを発生させて接合部３０による第一部材１０と第二部材２０との接合を破断させる破断させる荷重として試験体１に作用する。
本開示の破断評価方法によれば、図２に示す試験体１の破断試験において押し治具５０から試験体１に与えられる負荷Ｆが接合部３０による第一部材１０と第二部材２０との接合を破断させるかを判定できる。
具体的には、本開示の破断評価方法では、以下の式（１）が満たされる場合、接合部３０による第一部材１０と第二部材２０との接合が破断すると判定される。
Figure 0007472783000001
言い換えると、本開示の破断評価方法以下の式（２）のように表される総合評価値Ａを算出し、Ａが１以上である場合に接合部３０による第一部材１０と第二部材２０との接合が破断すると判定される。式（２）のＡは、式（１）の左辺（σｎ／σＬ＋τ／τＬ）と等価である。
Figure 0007472783000002
式（１）及び式（２）におけるσＬは、接合部３０の引張強度σＬである。式（１）及び式（２）におけるτＬは、接合部３０のせん断強度τＬである。引張強度σＬ及びせん断強度τＬは、接合部３０の形成のために採用される第一部材１０と第二部材２０との接合方法の具体的な内容と、奥行Ｂと、厚さ（板厚）ｔとによって決定される。より具体的には、引張強度σＬ及びせん断強度τＬは、実際に作製された試験体１を利用した実験によって予め求められる。樹脂と金属と間の接合による接合部３０の引張強度σＬ及びせん断強度τＬは、国際規格ＩＳＯ１９０９５に定められる接合特性評価試験方法に準じて測定することができる。樹脂間の接合による接合部３０の引張強度σＬ及びせん断強度τＬ、または、同種金属間もしくは異種金属間の接合による接合部３０の引張強度σＬ及びせん断強度τＬについても、樹脂と金属と間の接合による接合部３０の引張強度σＬ及びせん断強度τＬと同様に測定することができる。このようにして予め求められ、定められた引張強度σＬ及びせん断強度τＬが式（１）、式（２）に代入される。なお、引張強度σＬ及びせん断強度τＬの単位はメガパスカル（ＭＰａ）である。
式（１）及び式（２）におけるσｎは、後述する見かけ引張応力σｎである。式（１）及び式（２）におけるτは、後述するせん断応力τである。以下、これらに関する説明を行う。
図３は、図２を参照して説明した試験体１の破断試験における接合部３０付近の各構成及び負荷Ｆに応じて生じる各種の力の算出に関する要素の一部を示す模式図である。なお、図３において第二部材２０を挟んで対向するように配置された複数の固定子６０は、試験体１の破断試験において第二部材２０が固定されていることを模式的に示している。図３に示す第一部材１０は、互いに直交する３方向の長さＤａと厚さｔと奥行Ｂとで定義される直方体とみなされる。
接合部３０による第一部材１０と第二部材２０との接合強度は、引張強度σＬとせん断強度τＬとで表せる。図３では、第一部材１０を第二部材２０から引き離す方向の引張力として作用する力（曲げ応力σ）を、Ｘ方向に沿う矢印で模式的に表している。また、図３では、第一部材１０を第二部材２０から引き離す方向の力（せん断応力τ）を、Ｙ方向に沿う矢印で模式的に表している。
図３に示すように、押し治具５０によって、第一部材１０の距離ｌの位置に集中的に負荷Ｆが加わる。負荷Ｆは、集中荷重として働く。押し治具５０によって第一部材１０に与えられる負荷Ｆは、曲げ応力σ及びせん断応力τとして試験体１に作用する。まず、曲げ応力σに関する事項について説明する。
押し治具５０が第１部材１０に与える負荷Ｆによって生じる曲げモーメントＭは、負荷Ｆの大きさと、距離ｌとによって決定される。具体的には、曲げモーメントＭは、以下の式（３）のように表せる。なお、式（３）を含む各式におけるＦの単位は、ニュートン（Ｎ）である。
Figure 0007472783000003
式（３）におけるｌに対応する距離ｌは、図３に示すように、試験体１のうち固定された第２部材部分と第１部材との接合面の中間位置からの、接合面に対して直交する長さＸ方向の距離である。距離ｌは、第一部材１０の長さＤａの２分の１に相当する。なお、式（３）におけるｌの単位は、ミリメートル（ｍｍ）である。
接合部３０を第二部材２０と第一部材１０との接合部の断面としてとらえた場合の曲げ断面二次モーメントＩは、以下の式（４）のように表せる。なお、式（４）等の数式に含まれるＢは、図１を参照して説明した第一部材１０のＺ方向の奥行Ｂの大きさ（単位：ｍｍ）である。また、式（４）等の式に含まれるｔは、図１を参照して説明した第一部材１０のＹ方向の厚さｔの大きさ（単位：ｍｍ）である。
Figure 0007472783000004
負荷Ｆによって生じる曲げ応力σは、曲げモーメントＭと曲げ断面二次モーメントＩとによって以下の式（５）のように表せる。
Figure 0007472783000005
ここで、式（５）におけるｙについて、図４を参照して説明する。
図４は、接合部３０に作用する曲げ応力σと引張合力Ｆｘとの対応関係を示す図である。負荷Ｆによって第二部材２０から第一部材１０を引き離すように接合部３０に作用する曲げ応力σは、接合面において中立面ＣＬから第一部材１０に負荷Ｆが加えられる側の範囲で生じる。なお、本例では、第一部材１０が直方体であるため、中立面ＣＬは、負荷Ｆが加わるＹ方向と直交するとともに、接合面と垂直に交わる面であり、接合面のＹ方向で中央の位置を通過して、接合面を二等分する面に相当する。また、曲げ応力σは、中立面ＣＬに対するＹ方向の距離ｙが大きいほど大きくなる。式（５）のｙは、図４に示すように、中立面ＣＬに対するＹ方向の大きさ（単位：ｍｍ）である。
なお、中立面ＣＬを挟んで負荷Ｆが加わる側との反対側では、負荷Ｆは、第一部材１０を第二部材２０側に押し付ける圧縮応力として働く。当該圧縮応力の大きさは、中立面ＣＬを挟んで対向する位置の曲げ応力σと等しくなる。
曲げ応力σのような「応力」は、演算における単位面積あたりの力であり、断面積を掛けると、力となる。この力をＹ方向に沿って合成したら、実際の部材には「合力」として作用する。従って、負荷Ｆによって第二部材２０から第一部材１０を引き離すように作用する力は、Ｙ方向に応じた各位置での曲げ応力σからの引張合力Ｆｘになる。引張合力Ｆｘは、以下の式（６）のように表せる。なお、式（６）のｄｙにおけるｄは、ｙの微分の記号を表す。また、接合面において、中立面ＣＬを挟んで負荷Ｆが加わる側との反対側で作用する圧縮合力の大きさは、中立面ＣＬを挟んで対向する位置の引張合力Ｆｘと等しくなる。上述の通り、引張応力として作用する曲げ応力σは、中立面ＣＬから負荷Ｆが加えられる側の範囲（図中上側半分）で生じるため、式（６）では０から厚さｔの半分となるｔ／２の範囲の積分となる。
Figure 0007472783000006
上述の式（５）で表されるσの右辺を式（６）のσに代入することで、以下の式（７）が導出される。なお、引張合力Ｆｘの単位はメガパスカル（ＭＰａ）である。
Figure 0007472783000007
式（７）のように表される引張合力Ｆｘを、接合部３０の断面積のうち中立面ＣＬから負荷Ｆが加わる側の部分の面積で除算した値を見かけ引張応力σｎと定義する。接合部３０の断面積のうち中立面ＣＬから負荷Ｆが加えられる側の上端部までの部分の面積は、図３の接合部３０のＹ－Ｚ平面の面積（Ｂ×ｔ＝Ｂｔ）の半分（１／２＝０．５）である。従って、見かけ引張応力σｎは、以下の式（８）のように表せる。なお、見かけ引張応力σｎの単位はメガパスカル（ＭＰａ）である。
Figure 0007472783000008
次に、せん断応力τに関する事項について説明する。せん断応力τのようなせん断応力は、接合部３０で接合された第一部材１０と第二部材２０とをせん断させるせん断方向の負荷として試験体１に働く負荷Ｆを、接合部３０の断面積で除すことで算出できる。従って、せん断応力τは、以下の式（９）で表せる。なお、せん断応力τの単位はメガパスカル（ＭＰａ）である。
Figure 0007472783000009
上述の式（１）に、式（８）の右辺と式（９）の右辺とを代入することで、以下の式（１０）が導出される。従って、式（１）と式（２）と式（１０）との関係から、Ａ＝（３Ｆｌ／Ｂｔ２σＬ＋Ｆ／ＢｔτＬ）と表せる。
Figure 0007472783000010
上述の式（１０）から、下記の式（１１）が導出される。すなわち、式（１１）の右辺以上の負荷Ｆが与えられた場合、接合部３０で接合された第一部材１０と第二部材２０とは負荷Ｆによって破断するという判定結果になる。
Figure 0007472783000011
ここで式（１）、式（１０）、式（１１）との関係について説明する。式（１）、式（１０）では、左辺の第一項が、接合面の引張強度σＬで見かけ引張応力σｎを除算した第一評価値（σｎ／σＬ）を表している。また、式（１）、式（１０）では、左辺の第二項が、接合面のせん断強度τＬでせん断応力τを除算した第二評価値（τ／τＬ）を表している。そして、左辺の第一評価値と第二評価値とを加算することで、総合評価値Ａ（式（２））が得られる。式（１）、式（１０）から、総合評価値Ａが１以上である場合に、負荷Ｆが、接合部３０に破断を生じさせうる破断荷重であると判定することができる。一方、総合評価値Ａが１以上となる場合の式（１）、式（１０）を変形することで、式（１１）が得られる。式（１１）から、総合評価値Ａが１以上となる場合の負荷Ｆ、すなわち、接合部３０に破断を生じさせうる破断荷重となる負荷Ｆを算出することができる。
なお、式（１１）を満たす負荷Ｆを算出することは、負荷Ｆによって接合体に生じる曲げモーメントＭに基づいて試験体１における第一部材１０と第二部材２０との接合面から第一部材１０を引き離す方向（Ｘ方向）の引張応力として働く見かけ引張応力σｎを算出し、負荷Ｆに基づいて、当該接合面で接合された第一部材１０と第二部材２０との位置関係をＹ方向にずらす方向のせん断応力τを算出し、予め定められた当該接合面の引張強度σＬで当該見かけ引張応力σｎを除算した第一評価値（σｎ／σＬ）を算出し、予め定められた当該接合面のせん断強度τＬで当該せん断応力τを除算した第二評価値（τ／τＬ）を算出し、当該第一評価値と当該第二評価値とを足し合わせた総合評価値Ａを算出し、当該総合評価値Ａが１以上となる場合の当該負荷Ｆの大きさを算出することと同義である。従って、式（１１）による演算に代えて、総合評価値Ａが１以上となる場合の当該負荷Ｆの大きさを算出するようにしてもよい。
このとき、式（１）～式（１０）を参照して接合面が破断するかについての判定を説明した場合と同様に、第一部材１０を互いに直交する３方向の長さＤａと厚さｔと奥行Ｂとで定義される直方体とみなして、距離ｌの位置に負荷Ｆが加わる際の見かけ引張応力σｎとせん断応力τを算出して、破断荷重となる負荷Ｆを算出することができる。まず、第一部材１０の接合面からの長さＤａの方向の距離ｌの位置に負荷Ｆが加わった際に、負荷Ｆを変数とした曲げモーメントＭを算出し、曲げモーメントＭと、負荷Ｆによって接合面で生じる曲げ断面二次モーメントＩと、に基づいて、接合面で生じる曲げ応力σを算出する。続いて、曲げ応力σと、奥行Ｂと、に基づいて、接合面において中立面から第一部材１０に負荷Ｆが加えられる側の範囲で生じる引張合力Ｆｘを算出する。さらに、引張合力Ｆｘを、接合面において中立面から第一部材１０に負荷Ｆが加えられる側の範囲の面積で除算して、見かけ引張応力σｎを算出する。また、負荷Ｆを変数として、当該接合面の断面積で除算して、せん断応力τを算出する。このようにして求められ、変数としての負荷Ｆを含む見かけ引張応力σｎとせん断応力τから、第一評価値（σｎ／σＬ）と第二評価値（τ／τＬ）とを足し合わせた総合評価値Ａを算出する。そして、総合評価値Ａが１以上となる場合の負荷Ｆの値を求めることで、破断荷重となる負荷Ｆを算出することができる。
又は、有限要素法（ＦＥＭ：Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）解析によって、負荷Ｆが加えられる部材の接合面において、接合面全体の断面積をＳ１（単位：ｍｍ２）、中立面から当該部材に負荷Ｆが加えられる側の端部までの部分の断面積を面積Ｓ２（単位：ｍｍ２）として、接合面から距離ｌの位置に負荷Ｆが加わった際に、変数としての負荷Ｆを含む見かけ引張応力σｎ及びせん断応力τを算出して、破断荷重となる負荷Ｆを算出することができる。例としては、まず、ＦＥＭ解析によって、接合面において中立面から当該部材の負荷Ｆが加えられる側の範囲で生じる引張合力Ｆｘを算出する。この場合、ＦＥＭ解析によって求められる引張合力Ｆｘは、以下の式（１２）のように表せる。なお、式（１２）における係数Ｋは、引張合力と負荷による曲げモーメントの関係係数（単位：ｍｍ－１）を表す。
Ｆｘ＝ＫＦｌ・・・（１２）
さらに、式（１２）のように表される引張合力Ｆｘを、負荷Ｆが加えられる部材の接合面において、中立面から当該部材に負荷Ｆが加えられる側の端部までの部分の断面積を表す面積Ｓ２で除算して、ＦＥＭ解析による見かけ引張応力σｎを算出する。この場合の見かけ引張応力σｎは、以下の式（１３）のように表せる。
σｎ＝（ＫＦｌ）／Ｓ２・・・（１３）
また、負荷Ｆを変数として、当該接合面の全体の面積Ｓ１で除算して、せん断応力τを算出することができる。この場合の見かけせん断応力τは、以下の式（１４）のように表せる。
τ＝Ｆ／Ｓ１・・・（１４）
以上説明したように、ＦＥＭ解析によって算出され、変数としての負荷Ｆを含む見かけ引張応力σｎと、理論計算によって算出され、変数としての負荷Ｆを含むせん断応力τとから、第一評価値（σｎ／σＬ）と第二評価値（τ／τＬ）とを足し合わせた総合評価値Ａを算出することができる。そして、総合評価値Ａが１以上となる場合の負荷Ｆの値を求めることで、破断荷重となる負荷Ｆを算出することができる。なお、上述した例では、ＦＥＭ解析によって見かけ引張応力σｎを算出して、式（１４）を参照して説明したように、理論計算によってせん断応力τを算出する場合を例に挙げて説明したが、ＦＥＭ解析によってせん断応力τを算出してもよい。すなわち、ＦＥＭ解析によって見かけ引張応力σｎとせん断応力τとの両方を算出してもよい。
次に、本開示のように、式（５）、式（６）、式（７）、式（８）で、曲げ応力σ、引張合力Ｆｘ、及び見かけ引張応力σｎを求めるとともに、式（９）でせん断応力τ求めた場合と、他の方法に基づいて曲げ応力σ、引張合力Ｆｘ、及び見かけ引張応力σｎとせん断応力τを求めた場合と、の比較について、図５及び図６を参照して説明する。ここでは、他の方法として、ＦＥＭ解析による方法を挙げる。ＦＥＭ解析によって、曲げ応力σ、引張合力Ｆｘ、及び見かけ引張応力σｎ、並びにせん断応力τを求めることができる。なお、ＦＥＭ解析によって曲げ応力σを算出することができ、ＦＥＭ解析によって算出された曲げ応力σを用いて、引張合力Ｆｘを算出することができ、さらに見かけ引張応力σｎを算出することができる。このように、引張合力Ｆｘ及び見かけ引張応力σｎを、ＦＥＭ解析によって直接に算出せずに、ＦＥＭ解析によって算出された曲げ応力σを用いて算出する場合についても、ＦＥＭ解析によって引張合力Ｆｘ又は見かけ引張応力σｎを算出する場合に含めるものとする。
今回の検討は、第２部材が第１部材と突合せ接着接合し、第２部材が固定された状態で、第１部材が板厚方向の負荷を受けた場合の破断検討である。ＦＥＭ解析では図５に示すように第１部材の端部が固定された状態で、Ｙ方向の荷重を与えて、第１部材の端部に発生する曲げ応力とせん断応力を求める。このような状態で、第１部材の端部に発生した曲げ応力とせん断応力は、第２部材と第１部材の接合部３０に発生する曲げ応力とせん断応力に相当する。
図５は、図３で第一部材１０が受ける負荷と同様の負荷をＦＥＭ解析において第一部材１２０が受けることをシミュレートするモデルを示す模式図である。図５に示す第一部材１２０は、上述の第一部材１０と同様、Ｘ方向の長さＤａとＹ方向の厚さｔとを有する。また、図５では図示しないが、第一部材１２０のＺ方向の奥行は、第一部材１０と同様、奥行Ｂである。
ＦＥＭ解析では、接合部３０によって第二部材２０と接合されている第一部材１０の接合面に対応する第一部材１２０の面部１２２が固定されているものとしてシミュレートされる。図５では、面部１２２が固定されていることを示すことを目的として、複数の固定子６０を示している。第一部材１２０は、主面１２１に対して、面部１２２から距離ｌの位置でＹ方向に集中的に負荷Ｆが加わるものとしてシミュレートされる。後述する図６が得られる場合の負荷Ｆ、幅ｔ、奥行Ｂならびに長さＤａ及び距離ｌは、Ｆ＝９０Ｎ、ｔ＝１．０５ｍｍ、Ｂ＝５ｍｍ、Ｄｃ＝１．８ｍｍ、ｌ＝０，９ｍｍである。
図６は、本開示のように曲げ応力σを式（５）で求め、せん断応力τを式（９）で求めた場合と、ＦＥＭ解析で曲げ応力σとせん断応力τを求めた場合と、を比較したグラフである。グラフＧａは、ＦＥＭ解析で求められた曲げ応力σを示す。グラフＧｂは、ＦＥＭ解析で求められたせん断応力τを示す。グラフＧｃは、式（５）で求められた曲げ応力σを示す。グラフＧｄは、式（９）で求められたせん断応力τを示す。ここでは、負荷Ｆ＝９０Ｎ、厚さｔ＝１．０５ｍｍ、第一部材の長さ＝１．８ｍｍ、距離ｌ＝０．９ｍｍ、奥行Ｂ＝５ｍｍを用いて、曲げ応力σとせん断応力τを算出した。
なお、式（５）の説明で上述したように、曲げ応力σの算出ではＹ方向が参照される。図６に示すＦＥＭ解析との比較では、Ｙ方向の大きさについて、中立面ＣＬから負荷Ｆが加わる側を正（＋）の値とし、中立面ＣＬから負荷Ｆが加わる反対側を負（－）の値として式（５）に代入して各位置での曲げ応力σを算出している。また、ＦＥＭ解析では、図５に示す中立面ＣＬから負荷Ｆが加わる側を正（＋）の値とし、当該中立面ＣＬから負荷Ｆが加わる反対側を負（－）の値として各位置での曲げ応力σを算出している。
図６に示すように、ＦＥＭ解析で求められた曲げ応力σと、式（５）で求められた曲げ応力σと、は概ね一致している。また、ＦＥＭ解析で求められたせん断応力τと、式（５）で求められたせん断応力τと、は概ね一致している。ゆえに、ＦＥＭ解析で求められた引張合力Ｆｘ及び見かけ引張応力σｎと、式（６）、式（７）、式（８）で求められた引張合力Ｆｘ及び見かけ引張応力σｎも概ね一致する。このように、本開示によれば、ＦＥＭ解析と概ね一致する曲げ応力σ及びせん断応力τを導出できる。従って、このような曲げ応力σ及びせん断応力τに基づいた演算結果は、ＦＥＭ解析に近い高精度を実現できる。
なお、ＦＥＭ解析は、物理演算のシミュレーションとして極めて高い精度を実現できる可能性を有するが、多大な負荷を生じる。すなわち、ＦＥＭ解析で高精度を実現するためには、現実の状況を再現できるだけの多大なパラメータの設定と、このような多大なパラメータを正確に処理するためのソフトウェア・プログラムにおける実装とが必要になる。これに対し、上述の式（１）から式（１１）に基づいて破断の判定と破断負荷の算出を行うことで、より低負荷ながらＦＥＭ解析に近い高精度を実現できる。一方、負荷が加えられる部材の形状が長方形よりも複雑な形状で、上述の式（１）から式（１１）に基づいて破断の判定を行うのが困難となるような場合であっても、ＦＥＭ解析を用いることで、破断の判定と破断負荷の算出を行うことができる。なお、負荷が加えられる部材の形状が長方形よりも複雑な形状であっても、せん断応力τは、式（１４）を参照して説明した理論計算によって算出することができる。このため、ＦＥＭ解析を利用する場合には、ＦＥＭ解析によって見かけ引張応力σｎ及びせん断応力τを算出するようにしてもよく、または、ＦＥＭ解析によって見かけ引張応力σｎを算出するとともに、式（１４）を参照して説明した理論計算によってせん断応力τ算出するようにしてもよい。すなわち、ＦＥＭ解析によって、少なくとも見かけ引張応力σｎを算出すればよい。
図７は、本開示の破断評価方法に基づいた試験体１の形状決定の流れを示すフローチャートである。まず、試験体１の形状と材質が決定される（ステップＳ１）。具体例を挙げると、図１を参照して説明した試験体１の長さＣａ、奥行Ｂ２、厚さｔ２、長さＤａ、奥行Ｂ、厚さｔ１が決定される。また、ステップＳ１の処理は、後述する図８で例示する試験体７０の諸元を決定する処理であってもよい。また、ステップＳ１の処理によって、接合部３０の具体的諸元が決定される。すなわち、ステップＳ１の処理によって、第一部材１０と第二部材２０のそれぞれの材質に応じて引張強度σＬ及びせん断強度τＬが決定される。引張強度σＬ及びせん断強度τＬは、破断評価の対象となる第一部材１０及び第二部材２０に応じて、ステップ３に先んじて都度測定を行うことで取得してもよく、予め測定されて後述する記録部１１０に保存された数値を、記録部１１０から読み出すことで取得してもよい。
次に、負荷荷重の決定が行われる（ステップＳ２）。ステップＳ２の処理では、上述の負荷Ｆの大きさが決定される。なお、距離ｌは可変としてもよく、ステップＳ２の処理でさらに距離ｌを決定するようにしてもよい。負荷Ｆ及び距離ｌの少なくとも一方は固定値であってもよい。
次に、式（２）の総合評価値Ａの算出が行われる（ステップＳ３）。具体的には、後述する情報処理装置１００による情報処理のための演算が行われ、総合評価値Ａが算出される。
ステップＳ３の処理で算出された総合評価値Ａが１以上である場合（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、ステップＳ１で形状が決定された試験体１は、ステップＳ２で決定された負荷荷重で破断すると判定されていることになる。そこで、より破断しにくい試験体１を得るための試験体１の形状の変更が行われる（ステップＳ５）。ステップＳ５の処理はヒトの作業による。ステップＳ５の処理後、ステップＳ１の処理に戻る。
ステップＳ３の処理で算出された総合評価値Ａが１未満である場合（ステップＳ４；Ｎｏ）、ステップＳ１で形状が決定された試験体１は、ステップＳ２で決定された負荷荷重で破断しないと判定されていることになる。従って、当該試験体１は、当該負荷荷重に耐えるものとして採用され得るものであるとみなされ、処理が終了する。
以下、図１を参照して説明した試験体１とは異なる全体構造を有する試験体７０について、図８を参照して説明する。
図８は、試験体７０の構造を示す図である。図９は、図８に示すＫ－Ｋ断面の模式図である。試験体７０は、第一部材１５と、第二部材２５と、を備える。第二部材２５は、有底の四角筒状の部材である。第二部材２５は、略長方形状の底壁と、底壁の四方から上方に向けて垂直に立ち上がる側壁とを有している。四方の側壁それぞれにおいて、開放端側の中央位置を挟んだ二箇所に高さ方向の切れ込みＳＬが入っており、開放端側の中央位置に櫛歯状の突出部が形成されている。第一部材１５は、板状の部材であり、第二部材２５の側壁の開放端側の一周を覆うように設けられている。ただし、第一部材１５は、第二部材２５の側壁において切れ込みＳＬの入った部分には設けられておらず、第二部材２５の側壁の開放端側の側端面の形状に沿った不連続な長方形の枠形状となっている。第一部材１５の端部と、第二部材２５の側壁の開放端側の端部とが突き合わされて、接着接合部を介して接合している。第二部材２５は、アルミニウム合金（Ａ５０５２）からなる。第一部材１５は、例えば熱可塑性樹脂（芳香族ナイロン）からなる板状の部材である。第一部材と第二部材との接合は、第二部材２５の表面にレーザー処理によって酸素含有皮膜を形成し、この酸素含有皮膜の上に射出成形によって第一部材１５を形成することで接合させている。
より具体的には、図８に示す第二部材２５は、空洞部を有する有底筒状の部材である。第二部材２５の筒の延出方向に直交する平面での第二部材２５を切断した場合の断面形状は、矩形の四頂点が丸みを帯びた形状である。第一部材１５は、第二部材２５の筒の延出方向の一端に接合されている。第一部材１５の形状は、第二部材２５の断面形状に対応しており、矩形の四頂点が丸みを帯びた形状である。また、第一部材１５及び第一部材１５が接合されている第二部材２５の一端側には、当該矩形の四辺の各々にそれぞれ２つの切れ込みＳＬが設けられている。切れ込みＳＬは、第二部材２５の筒の延出方向に沿って、第一部材１５から第二部材２５へ連続するように直線状に刻まれている。切れ込みＳＬによって、第二部材２５の筒の内外の空間は連続する。当該矩形の各辺が有する２つの切れ込みＳＬは平行であり、当該２つの切れ込みＳＬの間で切り出されるように一端側に延出する第二部材２５の一部分と、その先端の第一部材１５の一部分と、当該第二部材２５の一部分と当該第一部材１５の一部分とを接合する接合部とをＫ－Ｋ断面で見た場合、図９に示すように、図１を参照して説明した第一部材１０と第二部材２０と接合部３０とを含む構造と実質的に同様のものとみなすことができる。すなわち、当該第一部材１５が第一部材１０に対応し、当該第二部材２５の一部分が第二部材２０に対応し、当該第二部材２５の一部分と当該第一部材１５の一部分とを接合する接合部が接合部３０に対応する。
上述したようにして、第一部材１５の端部と、第二部材２５の櫛歯状の突出部の端部とが突き合わされて接合することで、試験体７０は、２つの切れ込みＳＬ間の部分Ｐｅ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄに、それぞれ図９を参照して説明した構造を含む。従って、部分Ｐｅ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ内では、図３を参照して説明した本開示による破断評価方法を適用できる。具体的には、図９に示すように、第一部材１０に相当する第一部材１５の一部分の一面側（板面１１）から負荷Ｆを与えることで、本開示による破断評価方法を適用できる。部分Ｐｅ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ内において、第二部材２５の櫛歯状の突出部の端部と接合したそれぞれの第一部材１５に対して、試験体７０の外側面からそれぞれ負荷を加えることで破断評価試験を行った。
図１０は、図８に示す部分Ｐｅ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄの各々における試験条件と、試験結果と、実験結果と、の対応関係の一例を示す表である。ここでいう試験結果とは、本開示の破断評価方法による試験体７０の破断の判定結果及び当該判定結果を得るために算出されたσｎ／σＬ、τ／τＬ及び総合評価値Ａを含む。より具体的には、試験結果は、上述の式（１）から式（１１）に基づいて見かけ引張応力σｎ及びせん断応力τを算出し、算出された見かけ引張応力σｎ及びせん断応力τと予め設定された引張強度σＬ及びせん断強度τＬとからσｎ／σＬ及びτ／τＬを算出し、算出されたσｎ／σＬ及びτ／τＬを式（２）に代入して総合評価値Ａを算出し、Ａ≧１であるかに基づいて破断の有無を判定した結果である。また、実験結果とは、実物の試験体７０に対して実際に図２に示す条件で負荷Ｆに対応する負荷を与えた結果、実際に破断したかを確認した結果である。
図１０の実施例１，２は部分Ｐｅにおける試験条件と、試験結果と、実験結果と、の対応関係を示すレコードである。図１０の実施例３，４は部分Ｐｂにおける試験条件と、試験結果と、実験結果と、の対応関係を示すレコードである。図１０の実施例５，６は部分Ｐｃにおける試験条件と、試験結果と、実験結果と、の対応関係を示すレコードである。図１０の実施例７，８は部分Ｐｄにおける試験条件と、試験結果と、実験結果と、の対応関係を示すレコードである。実施例１から実施例８までの全ての実施例において、ｔ＝１．０５ｍｍ、ｌ＝０．９ｍｍである。また、実施例１，２，５～８において、Ｂ＝５．０ｍｍであり、実施例３，４において、Ｂ＝５．５ｍｍである。また、全ての実施例において、σＬ＝５９ＭＰａ、τＬ＝５０ＭＰａである。実施例１及び実施例５では、Ｆ＝８０Ｎである。実施例２、実施例３及び実施例６では、Ｆ＝９０Ｎである。実施例４では、Ｆ＝１００Ｎである。実施例７では、Ｆ＝７５Ｎである。実施例８では、Ｆ＝８５Ｎである。これらの数値で定められる条件下で、上述の式（１）から式（１１）を利用して試験結果が導出されている。また、同様の条件下で実物を作製したうえで実験結果が取得されている。
試験結果では、特に、式（８）に基づいてσｎが算出できるので、このようにして算出されたσｎを予め定められたσＬで除算することでσｎ／σＬを得た。σｎ／σＬは、第一評価値に対応する。
また、試験結果では、特に、式（９）に基づいてτが算出できるので、このようにして算出されたτを予め定められたτＬで除算することでτ／τＬを得た。τ／τＬは、第二評価値に対応する。
そして、試験結果では、上述の第一評価値（σｎ／σＬ）と第二評価値（τ／τＬ）とを足し合わせることで、式（２）に示すように、総合評価値Ａを得た。
図１０に示すように、総合評価値Ａが１以上の場合、破断判定に「破断」と記載されている。また、総合評価値Ａが１未満の場合、破断判定に「未破断」と記載されている。「破断」は、第一部材１０と第二部材２０との接合が破断すると判定されたことを示す。「未破断」は、第一部材１０と第二部材２０との接合が破断しないと判定されたことを示す。図１０に示す各実施例において、試験結果の「破断」又は「未破断」と、実験結果の「破断」又は「未破断」とが一致した。このように、本開示の破断評価方法によれば、負荷の大きさと破断の発生との関係がより現実に近い高精度な判定を行える。
次に、上述の破断評価方法に基づいた試験体１の接合部３０の破断判定及び接合部３０を破断させる負荷Ｆの算出を行える装置について、図１１を参照して説明する。
図１１は、情報処理装置１００の構成例を示す図である。情報処理装置１００は、いわゆる情報処理装置（コンピュータ）である。情報処理装置１００は、記憶部１１０、入力部１３０、出力部１４０、演算部１５０等を備える。
記憶部１１０は、主記憶装置及び補助記憶装置を有し、演算部１５０により読み出されるソフトウェア・プログラム及びソフトウェア・プログラムの実行処理で参照されるデータを記憶する。以下、プログラムと記載した場合、記憶部１１０が記憶するソフトウェア・プログラム及びソフトウェア・プログラムの実行処理で参照されるデータをさす。主記憶装置の具体的構成例として、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）として機能する半導体メモリが挙げられる。補助記憶装置の具体的構成例として、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、フラッシュメモリ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等が挙げられるが、これらに限られるものでなく、他の記憶装置であってもよい。
記憶部１１０は、上述のプログラムとして、例えば、破断判定プログラム１１１、負荷算出プログラム１１２、ＦＥＭ解析プログラム１１３を記憶する。また、記憶部１１０は、予め測定された引張強度σＬ及びせん断強度τＬを記憶しておいてもよい。そして、破断判定プログラム１１１及び負荷算出プログラム１１２は、記憶部１１０に記憶されている引張強度σＬ及びせん断強度τＬを読み出すことで、入力を受け付けるようにしてもよい。
破断判定プログラム１１１は、少なくとも上述の奥行Ｂ（Ｂ１，Ｂ２）、厚さｔ（ｔ１，ｔ２）、距離ｌ、引張強度σＬ、せん断強度τＬ、負荷Ｆを含む第１入力事項を入力として受け付け、上述の式（１）から式（１１）に基づき、当該第１入力事項を満たす条件下で試験体１に負荷Ｆを与える試験（図２、図３参照）を行った場合における接合部３０の破断の有無を示す判定結果を示す情報を出力する機能を実現するためのプログラムである。
負荷算出プログラム１１２は、少なくとも上述の奥行Ｂ（Ｂ１，Ｂ２）、厚さｔ（ｔ１，ｔ２）、距離ｌ、引張強度σＬ、せん断強度τＬを含む第２入力事項を入力として受け付け、上述の式（１）から式（１１）、特に、式（１１）に基づき、当該第２入力事項を満たす条件下の試験（図２、図３参照）で試験体１を破断させる負荷Ｆを算出して当該負荷Ｆを示す情報を出力する機能を実現するためのプログラムである。
なお、第１入力事項と第２入力事項のうち少なくとも一方は、上述の長さＣａ、奥行Ｂ２、厚さｔ２、長さＤａ、厚さｔ１もさらに含んでいてもよい。特に、長さＤａは、距離ｌが長さＤａ未満であることを確認するために入力必須としてもよい。また、距離ｌの入力を以て、長さＤａが距離ｌを超えるものとみなすようにしてもよい。
ＦＥＭ解析プログラム１１３は、ＦＥＭ解析に必要な各種のパラメータを入力として受け付け、ＦＥＭ解析によって曲げ応力σ、引張合力Ｆｘ、見かけ引張応力σｎ、せん断応力τ等を算出するためのプログラムである。当該各種のパラメータは、少なくとも、上述の奥行Ｂ、厚さｔ、距離ｌ、引張強度σＬ、せん断強度τＬ、負荷Ｆを含む。
また、破断判定プログラム１１１は、引張強度σＬ及びせん断強度τＬと、ＦＥＭ解析プログラム１１３によって算出された見かけ引張応力σｎ及びせん断応力τとを入力として受け付け、式（２）に基づき、総合評価値Ａの値を算出してもよい。そして、破断判定プログラム１１１は、算出された総合評価値Ａの値に基づいて、式（１）に基づき、入力された各種のパラメータを満たす条件下で試験体１に負荷Ｆを与える試験（図２、図３参照）を行った場合における接合部３０の破断の有無を示す判定結果を示す情報を出力する機能を実現してもよい。
また、負荷算出プログラム１１２は、さらに、当該各種のパラメータのうち負荷Ｆを除いたパラメータに基づいて、総合評価値Ａが１以上になる場合の負荷Ｆを算出して当該負荷Ｆを示す情報を出力する機能を実現するものであってもよい。
破断判定プログラム１１１、負荷算出プログラム１１２、ＦＥＭ解析プログラム１１３の各々によって実現される各機能のうち二つ以上は、統合された一つのアプリケーションプログラムに含まれる一機能であってもよい。
なお、記憶部１１０は、破断判定プログラム１１１、負荷算出プログラム１１２、ＦＥＭ解析プログラム１１３のうち少なくとも一つ以上又は上述のアプリケーションプログラムが記録された記憶媒体を読み込む読込装置を含んでいてもよい。その場合、当該記録媒体に記録されたプログラムが演算部１５０によって読み出されることに対応して当該記録媒体を読込可能な読込装置が動作する。当該記録媒体の一例として、光ディスク、光磁気ディスク、外付けＨＤＤ、情報処理装置１００に対して着脱可能なフラッシュメモリその他の情報処理装置１００から独立した可搬の媒体が挙げられるが、当該記録媒体の具体的な形態はこれに限られるものでない。当該記録媒体の形態は、現在及び将来においてコンピュータが具備可能な読取装置で読み取ることができるあらゆる記録媒体のいずれかの形態であってよい。
入力部１３０は、キーボード、マウス、マイクその他の入力装置を１つ以上含み、情報処理装置１００を操作するユーザからの入力を受け付ける。出力部１４０は、液晶ディスプレイ等の表示装置、スピーカ等の音声出力装置のうち少なくとも１つを含み、情報処理装置１００の処理内容に応じた出力を行う。
演算部１５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算装置を有し、記憶部１１０から処理内容に応じたソフトウェア・プログラム及びデータを読み出して実行処理することで、情報処理装置１００が実現する各種の機能に対応する演算処理を行う。具体例を挙げると、演算部１５０は、破断判定プログラム１１１を読み出して実行処理する。また、演算部１５０は、負荷算出プログラム１１２を読み出して実行処理する。また、演算部１５０は、ＦＥＭ解析プログラム１１３を読み出して実行処理する。
次に、演算部１５０が破断判定プログラム１１１を読み出して実行処理する場合の動作例について説明する。当該動作例では、試験体１の破断の有無が判定される。演算部１５０は、情報処理装置１００のユーザが入力部１３０を介して上述の第１入力事項を入力するまで待機する。演算部１５０は、当該入力を促すメッセージ等を出力部１４０に表示させるようにしてもよい。この場合、当該メッセージ等を表示させる機能が破断判定プログラム１１１に盛り込まれる。
上述の第１入力事項が入力されると、演算部１５０は、例えば、上述の式（３）に基づき、曲げモーメントＭを算出する。次に、演算部１５０は、上述の式（４）に従い、曲げ断面二次モーメントＩを算出する。次に、演算部１５０は、上述の式（５）に従い、曲げ応力σを算出する。次に、演算部１５０は、上述の式（６）、式（７）に従い、引張合力Ｆｘを算出する。次に、演算部１５０は、上述の式（８）に従い、見かけ引張応力σｎを算出する。また、演算部１５０は、上述の式（９）に従い、せん断応力τを算出する。なお、演算部１５０は、見かけ引張応力σｎの算出ならびに見かけ引張応力σｎの算出のための曲げモーメントＭ、曲げ断面二次モーメントＩ、曲げ応力σ及び引張合力Ｆｘの算出と、せん断応力τの算出と、を並行して行ってもよいし、せん断応力τの算出を見かけ引張応力σｎの算出の後又は見かけ引張応力σｎの算出の前に行ってもよい。見かけ引張応力σｎ及びせん断応力τの算出後、演算部１５０は、式（２）に基づき総合評価値Ａを算出し、式（１）を満たすか、すなわち、Ａが１以上であるかに基づいて、第１入力事項を満たす条件下で特定された試験体１の接合部３０が破断するか判定する。Ａが１以上である場合、演算部１５０は、試験体１の接合部３０が破断すると判定する。Ａが１未満である場合、演算部１５０は、試験体１の接合部３０が破断しないと判定する。演算部１５０は、試験体１の接合部３０が破断するかの判定結果を示す情報を出力部１４０に出力させる。
なお、破断判定プログラム１１１は、総合評価値Ａを算出せず、上述の第１入力事項を式（１０）にあてはめて試験体１の接合部３０が破断するか判定するようにしてもよい。この場合、式（１０）が満たされる場合、演算部１５０は、試験体１の接合部３０が破断すると判定する。式（１０）が満たされない場合、演算部１５０は、試験体１の接合部３０が破断しないと判定する。
次に、演算部１５０が負荷算出プログラム１１２を読み出して実行処理する場合の他の動作例について説明する。当該動作例では、試験体１の接合部３０を破断させる負荷Ｆが算出される。演算部１５０は、情報処理装置１００のユーザが入力部１３０を介して上述の第２入力事項を入力するまで待機する。演算部１５０は、当該入力を促すメッセージ等を出力部１４０に表示させるようにしてもよい。この場合、当該メッセージ等を表示させる機能が負荷算出プログラム１１２に盛り込まれる。上述の第２入力事項が入力されると、演算部１５０は、式（１１）の右辺を算出し、算出された右辺以上の値を負荷Ｆであるとして導出する。演算部１５０は、試験体１の接合部３０を破断させる負荷Ｆの最低値を示す情報として、算出された式（１１）の右辺の同値を出力部１４０に出力させる。
なお、負荷算出プログラム１１２は、第一部材１０を互いに直交する３方向の長さＤａと厚さｔと奥行Ｂとで定義される直方体とみなして、距離ｌの位置に負荷Ｆが加わる際の見かけ引張応力σｎとせん断応力τを算出して、破断荷重となる負荷Ｆを算出するための機能を含むプログラムであってもよい。この場合、当該機能を実現するように動作する演算部１５０は、まず、第一部材１０の接合面からの長さＤａの方向の距離ｌの位置に負荷Ｆが加わった際に、負荷Ｆを変数とした曲げモーメントＭを算出し、曲げモーメントＭと、負荷Ｆによって接合面で生じる曲げ断面二次モーメントＩと、に基づいて、接合面で生じる曲げ応力σを算出する。演算部１５０は、続いて、曲げ応力σと、奥行Ｂと、に基づいて、接合面において中立面から第一部材１０に負荷Ｆが加えられる側の範囲で生じる引張合力Ｆｘを算出する。演算部１５０は、さらに、引張合力Ｆｘを、接合面において中立面から第一部材１０に負荷Ｆが加えられる側の範囲の面積で除算して、見かけ引張応力σｎを算出する。また、演算部１５０は、負荷Ｆを変数として、当該接合面の断面積で除算して、せん断応力τを算出する。このようにして求められ、変数としての負荷Ｆを含む見かけ引張応力σｎとせん断応力τから、演算部１５０は、第一評価値（σｎ／σＬ）と第二評価値（τ／τＬ）とを足し合わせた総合評価値Ａを算出する。そして、演算部１５０は、総合評価値Ａが１以上となる場合の負荷Ｆの値を求めることで、破断荷重となる負荷Ｆを算出する。
次に、演算部１５０がＦＥＭ解析プログラム１１３を読み出して実行処理する場合の動作例について説明する。演算部１５０は、情報処理装置１００のユーザが入力部１３０を介して上述の各種のパラメータを入力するまで待機する。演算部１５０は、当該入力を促すメッセージ等を出力部１４０に表示させるようにしてもよい。この場合、当該メッセージ等を表示させる機能がＦＥＭ解析プログラム１１３に盛り込まれる。
上述の各種のパラメータが入力されると、演算部１５０は、ＦＥＭ解析によって曲げ応力σ及びせん断応力τを算出する。また、演算部１５０は、ＦＥＭ解析で算出された曲げ応力σを上述の式（６）にあてはめて引張合力Ｆｘを算出する。また、演算部１５０は、上述の式（８）の右辺を除く事項（σｎ＝Ｆｘ／０．５Ｂｔ）に基づいて見かけ引張応力σｎを算出する。演算部１５０は、このようにして算出され見かけ引張応力σｎと、せん断応力τと、上述の各種のパラメータに含まれる引張強度σＬ及びせん断強度τＬが式（１）を満たすかに基づいて、上述の各種のパラメータを満たす条件下で特定される試験体１の接合部３０が破断するか判定する。式（１）が満たされる場合、演算部１５０は、試験体１の接合部３０が破断すると判定する。式（１）が満たされない場合、演算部１５０は、試験体１の接合部３０が破断しないと判定する。演算部１５０は、上述の各種のパラメータを満たす条件下で試験体１の接合部３０が破断するかの判定結果を示す情報を出力部１４０に出力させる。
以上、説明したように、演算部１５０が破断判定プログラム１１１又はＦＥＭ解析プログラム１１３を実行処理した場合の情報処理装置１００は、破断判定装置として機能する。また、演算部１５０が負荷算出プログラム１１２を実行処理した場合の情報処理装置１００は、破断負荷算出装置として機能する。
なお、図１１を参照して説明した例では、いわゆる情報処理装置がプログラムを利用して破断判定装置又は破断負荷算出装置として機能しているが、破断判定装置、破断負荷算出装置の具体的形態はこれに限られるものでない。例えば、特定の機能を組み込み可能な集積回路に、破断判定プログラム１１１、負荷算出プログラム１１２、ＦＥＭ解析プログラム１１３のうち少なくとも一つ以上の機能を組み込んだものを採用した情報処理装置が採用されてもよい。その場合、当該集積回路が演算部１５０と同様に機能する。当該集積回路の一例として、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等が挙げられる。
上述したように、破断判定装置（例えば、情報処理装置１００）は、第一部材（例えば、第一部材１０）と、当該第一部材と突き合わされた第二部材（例えば、第二部材２０）と、が接合面（例えば、接合部３０）で接合された接合体（例えば、試験体１）の当該第一部材に対して当該接合面と平行な一方向（Ｙ方向）に負荷Ｆが与えられた場合に当該接合面が破断するかを判定する破断判定装置である。当該破断判定装置は、負荷Ｆによって接合体に生じる曲げモーメントＭに基づいて当該接合面から当該第一部材を引き離す方向の引張応力として働く見かけ引張応力σｎを算出し、負荷Ｆに基づいて、当該接合面で接合された当該第一部材と当該第二部材との位置関係を当該一方向にずらす方向のせん断応力τを算出し、予め定められた当該接合面の引張強度σＬで見かけ引張応力σｎを除算した第一評価値を算出し、予め定められた接合面のせん断強度τＬでせん断応力τを除算した第二評価値を算出し、当該第一評価値と当該第二評価値とを足し合わせた総合評価値を算出し、当該総合評価値に基づいて接合面が破断するかを判定する演算部（例えば、演算部１５０）を備える。これによって、負荷Ｆの大きさと破断の発生との関係がより現実に近い高精度な判定を行える。
また、情報処理装置（例えば、情報処理装置１００）が、総合評価値（総合評価値Ａ）が１以上の場合に接合面が破断すると判定する。これによって、総合評価値Ａの値に基づいて破断の判定結果を明確に導出できる。
また、見かけ引張応力σｎは、接合面（例えば、接合部３０）において中立面（中立面ＣＬ）から第一部材（例えば、第一部材１０）に負荷Ｆが加えられる側の範囲で生じる。
また、第一部材（例えば、第一部材１０）は、互いに直交する３方向の長さＤａと厚さｔと奥行Ｂとで定義される直方体とみなされる（図３参照）。接合面（例えば、接合部３０）は、厚さｔと奥行Ｂとで定義される長方形である。長さＤａは、当該接合面に対して直交する方向（Ｘ方向）の長さである。厚さｔは、一方向（Ｙ方向）に沿う。奥行Ｂは、当該一方向に対して直交し、かつ、当該接合面に対して平行な向き（Ｚ方向）である。情報処理装置（例えば、情報処理装置１００）は、当該第一部材の当該接合面から距離ｌの位置に負荷Ｆが加わった際に、負荷Ｆと、長さＤａ方向（Ｘ方向）の距離ｌとに基づいて、曲げモーメントＭを算出する。当該情報処理装置は、曲げモーメントＭと、負荷Ｆによって接合面で生じる曲げ断面二次モーメントＩと、に基づいて、接合面で生じる曲げ応力σを算出する。当該情報処理装置は、曲げ応力σと、奥行Ｂと、に基づいて、当該接合面において中立面（中立面ＣＬ）から当該第一部材に負荷Ｆが加えられる側の範囲で生じる引張合力Ｆｘを算出する。当該情報処理装置は、引張合力Ｆｘを、当該範囲の面積で除算して、見かけ引張応力σｎを算出する。そして、当該情報処理装置が、負荷Ｆを、当該接合面の断面積で除算して、せん断応力τを算出する。
また、情報処理装置が、ＦＥＭ解析によって、見かけ引張応力σｎを算出することで、負荷Ｆの大きさと破断の発生との関係をさらに高精度にできる。
また、上述の例では、第一部材（例えば、第一部材１０）と第二部材（例えば、第二部材２０）との接合は、樹脂と金属と間の機械的結合及び／又は化学的結合である。
また、接合体の破断判定方法は、第一部材（例えば、第一部材１０）と、当該第一部材と突き合わされた第二部材（例えば、第二部材２０）と、が接合面（例えば、接合部３０）で接合された接合体（例えば、試験体１）の当該第一部材に対して当該接合面と平行な一方向（Ｙ方向）に負荷Ｆが与えられた場合に当該接合面が破断するかを情報処理装置（例えば、情報処理装置１００）が判定する当該接合体の破断判定方法である。当該情報処理装置は、負荷Ｆによって当該接合体に生じる曲げモーメントＭに基づいて当該接合面から当該第一部材を引き離す方向の引張応力として働く見かけ引張応力σｎを算出する。当該情報処理装置は、負荷Ｆに基づいて、当該接合面で接合された当該第一部材と当該第二部材との位置関係を当該一方向にずらす方向のせん断応力τを算出する。当該情報処理装置は、予め定められた当該接合面の引張強度σＬで見かけ引張応力σｎを除算した第一評価値（σｎ／σＬ）を算出する。当該情報処理装置は、予め定められた当該接合面のせん断強度τＬでせん断応力τを除算した第二評価値（τ／τＬ）を算出する。当該情報処理装置は、当該第一評価値と当該第二評価値とを足し合わせた総合評価値（総合評価値Ａ）を算出する。そして、当該情報処理装置は、当該総合評価値に基づいて当該接合面が破断するかを判定する。これによって、負荷Ｆの大きさと破断の発生との関係がより現実に近い高精度な判定を行える。
また、破断判定プログラム１１１は、第一部材（例えば、第一部材１０）と、当該第一部材と突き合わされた第二部材（例えば、第二部材２０）と、が接合面（例えば、接合部３０）で接合された接合体（例えば、試験体１）の当該第一部材に対して当該接合面と平行な一方向（Ｙ方向）に負荷Ｆが与えられた場合に当該接合面が破断するかをコンピュータに判定させるためのプログラムである。破断判定プログラム１１１は、情報処理装置１００を、負荷Ｆによって当該接合体に生じる曲げモーメントＭに基づいて当該接合面から当該第一部材を引き離す方向の引張応力として働く見かけ引張応力σｎを算出する手段、負荷Ｆに基づいて、当該接合面で接合された当該第一部材と当該第二部材との位置関係を当該一方向にずらす方向のせん断応力τを算出する手段、予め定められた接合面の引張強度σＬで見かけ引張応力σｎを除算した第一評価値を算出する手段、予め定められた接合面のせん断強度τＬでせん断応力τを除算した第二評価値を算出する手段、当該第一評価値と当該第二評価値とを足し合わせた総合評価値を算出し、当該総合評価値に基づいて当該接合面が破断するかを判定する手段、として機能させる。これによって、情報処理装置１００による情報処理で、負荷Ｆの大きさと破断の発生との関係がより現実に近い高精度な判定を行える。
また、破断判定プログラム１１１は、上述のように、記録媒体に記録されていてもよい。
また、接合体の破断負荷算出方法は、互いに直交する３方向の長さＤａと厚さｔと奥行Ｂとで定義される直方体とみなされた第一部材（例えば、第一部材１０：図３参照）と、当該第一部材と突き合わされた第二部材（例えば、第二部材２０）と、が接合面（例えば、接合部３０）で接合された接合体（例えば、試験体１）の当該第一部材に対して当該接合面と平行な一方向（Ｙ方向）に負荷Ｆが与えられた場合に当該接合面を破断させる負荷Ｆの大きさを情報処理装置（例えば、情報処理装置１００）が算出する接合体の破断負荷算出方法である。当該情報処理装置は、予め定められた当該接合面の引張強度σＬと、予め定められた当該接合面のせん断強度τＬと、一方向（Ｙ方向）に沿う当該第一部材の厚さｔと、一方向に対して直交し、かつ、接合面に対して平行な向きである当該第一部材の奥行きＢと、当該第一部材に対して負荷Ｆが加わる位置と当該接合面との距離ｌと、に基づいて、接合面を破断させる当該負荷Ｆの大きさを算出する。又は、当該情報処理装置は、負荷Ｆによって接合体に生じる曲げモーメントＭに基づいて当該接合面から当該第一部材を引き離す方向の引張応力として働く見かけ引張応力σｎを算出し、負荷Ｆに基づいて、当該接合面で接合された当該第一部材と当該第二部材との位置関係を当該一方向にずらす方向のせん断応力τを算出し、予め定められた当該接合面の引張強度σＬで当該見かけ引張応力σｎを除算した第一評価値を算出し、予め定められた当該接合面のせん断強度τＬで当該せん断応力τを除算した第二評価値を算出し、当該第一評価値と当該第二評価値とを足し合わせた総合評価値を算出し、当該総合評価値が１以上となる場合の当該負荷Ｆの大きさを算出する。これによって、算出される負荷Ｆの大きさと破断の発生との関係をより現実に近い高精度なものとすることができる。
本発明では、接合体に加わる力として、接合面に対して平行な方向に加わる負荷Ｆのみを考慮して、接合面が破断するかを判定することができる。さらに、本発明では、負荷Ｆに基づいて接合面に生じる曲げ応力σから、接合面から第一部材を引き離す方向の引張応力として働く見かけ引張応力σｎを算出して、これを接合部が破断するかどうかの判定、または接合面を破断させる負荷の大きさの算出に用いる。より具体的には、接合面において中立面から第一部材に負荷Ｆが加えられる側の範囲で生じる引張合力Ｆｘから算出される、見かけ引張応力σｎを用いる。また、本発明では、第一評価値（σｎ／σＬ）と第二評価値（τ／τＬ）を算出して、これらの評価値に累乗等の操作を行うことなくそのまま加算している。このようにして、本発明によれば、接合部が破断するかどうかの判定、または接合面を破断させる負荷の大きさの算出を、過剰または過小となることないように適切に行うことができる。
また、本発明では、第一部材が互いに直交する３方向の長さＤａと厚さｔと奥行Ｂとで定義される直方体であり、負荷Ｆが第一部材の接合面から距離ｌの位置に加わるとみなすことで、負荷が加えられる直方体状の部材の厚さｔ、奥行Ｂ、及び距離ｌ、並びに負荷Ｆの大きさに基づいて、接合部が破断するかどうかの判定を行うことができる。また、負荷が加えられる直方体状の部材の厚さｔ、奥行Ｂ、及び距離ｌに基づいて、接合面を破断させる負荷Ｆの大きさの算出を行うことができる。
また、本発明では、ＦＥＭ解析によって、見かけ引張応力σｎ及びせん断応力τを算出することで、負荷が加えられる部材の形状が、互いに直交する３方向の長さＤａと厚さｔと奥行Ｂとで定義される長方形よりも複雑な形状であっても、接合部が破断するかどうかの判定や、接合面を破断させる負荷Ｆの大きさの算出を行うことができる。
上記説明では、第一部材１０が熱可塑性樹脂からなる場合を例示して説明した。また、第二部材２０がアルミニウムのような金属若しくはアルミニウムを主要な材料とする合金又は金属化合物からなる場合を例示して説明した。第一部材１０と第二部材２０との接合に用いられる材料はこれらに限定されず、樹脂と、一以上の金属元素を主材料とする金属、合金又は化合物と、を接合するものであれば適宜変更することができる。本発明の試験体に用いられる樹脂としては、例えば、天然樹脂；熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エラストマー等の合成樹脂；等が挙げられる。また、本発明の試験体に用いられる金属元素としては、例えば、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄、銅、ニッケル等が挙げられる。
また、上述の試験体１における第一部材１０と第二部材２０との接合は、一以上の金属元素を主材料とする金属、合金又は化合物と、樹脂と、の接合に該当するが、本開示の破断評価方法を適用可能な接合体は、試験体１に限られるものでない。例えば、第二部材２０を第一部材１０と同様の樹脂に置換してもよい。すなわち、樹脂同士の接合による接合体に本開示の破断評価方法を適用してもよい。ここで、接合体として接合される二つの樹脂部材は、同種の樹脂であってもよいし、異なる種類の樹脂であってもよい。また、第一部材１０を第二部材２０と同様、一以上の金属元素を主材料とする金属、合金又は化合物に置換してもよい。すなわち、一以上の金属元素を主材料とする金属、合金又は化合物同士の接合による接合体に本開示の破断評価方法を適用してもよい。ここで、接合体として接合される二つの部材は、同種の金属、合金又は化合物であってもよいし、樹脂であってもよいし、異なる種類の金属、合金又は化合物であってもよい。
接合部３０を形成するために採用される接合方法としては、樹脂間の機械的接合及び／又は化学的接合を利用することができる。また、接合部３０を形成するために採用される接合方法としては、同種金属間もしくは異種金属間の機械的接合、化学的接合、冶金的接合から選ばれる１種以上の接合を利用することができる。特には、同種金属間もしくは異種金属間の化学的接合及び／又は冶金的接合を利用することができる。冶金的接合としては、例えば、溶融接合、液相接合、固相接合、等が挙げられる。本発明は、第一部材１０と第二部材２０との接合が、樹脂間の化学的接合からなる場合に好適に用いることができる。また、本発明は、第一部材１０と第二部材２０との接合が、樹脂間の化学的結合とアンカー効果からなる場合に好適に用いることができる。または、本発明は、第一部材１０と第二部材２０との接合が、金属間の化学的接合の場合に好適に用いることができる。また、本発明は、第一部材１０と第二部材２０との接合が、金属間の冶金的接合の場合に好適に用いることができる。本発明は、第一部材１０と第二部材２０との接合が、金属間の化学的結合と冶金的接合からなる場合に好適に用いることができる。
上記説明では、距離ｌの位置に集中荷重が加わる場合を例示して説明したが、第一部材１０の負荷が加わる面の全体に分布荷重が加わったものとして、曲げモーメントを算出するようにしてもよい。この場合も同様にして、破断の判定と破断負荷の算出を行うことができる。
上記説明では、試験体１が、板状の直方体である第一部材１０と板状の直方体である第二部材２０とが互いの端部同士を突き合わせた状態で当該端部同士が接合部３０によって接合された接合体であり、接合面が長方形となる場合を例示して説明した。第一部材、第二部材、及び試験体、並びに接合面の形状はこれに限定されず、形状に応じて適宜変更して破断の判定と破断負荷の算出を行うことができる。例えば、接合面の形状に応じて、式（４）で表される曲げ断面二次モーメントを変更すればよい。
以上、本開示の種々の有用な実施例を示し、かつ、説明を施した。本開示は、上述した種々の実施例や変形例に限定されること無く、この開示の要旨や添付する特許請求の範囲に記載された内容を逸脱しない範囲で種々変形可能であることは言うまでも無い。
１，７０ 試験体
１０，１５，１２０ 第一部材
１１，２１ 端部
１２，１２１ 主面
２０，２５ 第二部材
３０ 接合部
４０ 固定治具
５０ 押し治具
１００ 情報処理装置
１１０ 記憶部
１１１ 破断判定プログラム
１１２ 負荷算出プログラム
１１３ ＦＥＭ解析プログラム
１３０ 入力部
１４０ 出力部
１５０ 演算部
１２２ 面部
Ａ 総合評価値
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２ 奥行
Ｃａ，Ｄａ 長さ
ＣＬ 中立面
Ｆ 負荷
Ｆｘ 引張合力
ｌ 距離
Ｍ 曲げモーメント
Ｉ 曲げ断面二次モーメント
ｔ，ｔ１，ｔ２ 厚さ（板厚）
σ 曲げ応力
σＬ 引張強度
σｎ 見かけ引張応力
τ せん断応力
τＬ せん断強度

Claims (14)

  1. 第一部材と、前記第一部材と突き合わされた第二部材と、が接合面で接合された接合体の前記第一部材に対して前記接合面と平行な一方向に負荷が与えられた場合に前記接合面が破断するかを判定する破断判定装置であって、
    前記負荷によって前記接合体に生じる曲げモーメントに基づいて前記接合面から前記第一部材を引き離す方向の引張応力として働く見かけ引張応力を算出し、
    前記負荷に基づいて、前記接合面で接合された前記第一部材と前記第二部材との位置関係を前記一方向にずらす方向のせん断応力を算出し、
    予め定められた前記接合面の引張強度で前記見かけ引張応力を除算した第一評価値を算出し、
    予め定められた前記接合面のせん断強度で前記せん断応力を除算した第二評価値を算出し、
    前記第一評価値と前記第二評価値とを足し合わせた総合評価値を算出し、前記総合評価値に基づいて前記接合面が破断するかを判定する演算部を備える、ことを特徴とする、
    破断判定装置。
  2. 前記演算部は、前記総合評価値が１以上の場合に前記接合面が破断すると判定する、ことを特徴とする、
    請求項１に記載の破断判定装置。
  3. 前記見かけ引張応力は、前記接合面において中立面から前記第一部材に前記負荷が加えられる側の範囲で生じる、ことを特徴とする、
    請求項１又は２に記載の破断判定装置。
  4. 前記第一部材は、互いに直交する３方向の長さと厚さと奥行とで定義される直方体とみなされ、
    前記接合面は、前記厚さと前記奥行とで定義される長方形であり、
    前記長さは、前記接合面に対して直交する方向の長さであり、
    前記厚さは、前記一方向に沿い、
    前記奥行は、前記一方向に対して直交し、かつ、前記接合面に対して平行な向きであり、
    前記演算部は、前記第一部材の前記接合面からの前記長さの方向の距離の位置に前記負荷が加わった際に、前記負荷と、前記距離とに基づいて、前記曲げモーメントを算出し、
    前記曲げモーメントと、前記負荷によって前記接合面で生じる曲げ断面二次モーメントと、に基づいて、前記接合面で生じる曲げ応力を算出し、
    前記曲げ応力と、前記奥行と、に基づいて、前記接合面において中立面から前記第一部材に前記負荷が加えられる側の範囲で生じる引張合力を算出し、
    前記引張合力を、前記範囲の面積で除算して、前記見かけ引張応力を算出し、
    前記負荷を、前記接合面の断面積で除算して、前記せん断応力を算出する、ことを特徴とする、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の破断判定装置。
  5. 前記演算部は、ＦＥＭ解析によって、前記見かけ引張応力を算出する、ことを特徴とする、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の破断判定装置。
  6. 前記第一部材と前記第二部材との接合は、第一種接合、第二種接合又は第三種接合であり、
    前記第一種接合は、樹脂間の機械的接合及び／又は化学的接合であり、
    前記第二種接合は、樹脂と金属と間の機械的接合及び／又は化学的接合であり、
    前記第三種接合は、同種金属間もしくは異種金属間の化学的接合及び／又は冶金的接合である、ことを特徴とする、
    請求項１から５のいずれか一項に記載の破断判定装置。
  7. 第一部材と、前記第一部材と突き合わされた第二部材と、が接合面で接合された接合体の前記第一部材に対して前記接合面と平行な一方向に負荷が与えられた場合に前記接合面が破断するかを情報処理装置が判定する接合体の破断判定方法であって、
    前記情報処理装置が、前記負荷によって前記接合体に生じる曲げモーメントに基づいて前記接合面から前記第一部材を引き離す方向の引張応力として働く見かけ引張応力を算出し、
    前記情報処理装置が、前記負荷に基づいて、前記接合面で接合された前記第一部材と前記第二部材との位置関係を前記一方向にずらす方向のせん断応力を算出し、
    前記情報処理装置が、予め定められた前記接合面の引張強度で前記見かけ引張応力を除算した第一評価値を算出し、
    前記情報処理装置が、予め定められた前記接合面のせん断強度で前記せん断応力を除算した第二評価値を算出し、
    前記情報処理装置が、前記第一評価値と前記第二評価値とを足し合わせた総合評価値を算出し、
    前記情報処理装置が、前記総合評価値に基づいて前記接合面が破断するかを判定する、ことを特徴とする、
    接合体の破断判定方法。
  8. 第一部材と、前記第一部材と突き合わされた第二部材と、が接合面で接合された接合体の前記第一部材に対して前記接合面と平行な一方向に負荷が与えられた場合に前記接合面が破断するかをコンピュータに判定させるためのプログラムであって、
    前記コンピュータを、
    前記負荷によって前記接合体に生じる曲げモーメントに基づいて前記接合面から前記第一部材を引き離す方向の引張応力として働く見かけ引張応力を算出する手段、
    前記負荷に基づいて、前記接合面で接合された前記第一部材と前記第二部材との位置関係を前記一方向にずらす方向のせん断応力を算出する手段、
    予め定められた前記接合面の引張強度で前記見かけ引張応力を除算した第一評価値を算出する手段、
    予め定められた前記接合面のせん断強度で前記せん断応力を除算した第二評価値を算出する手段、
    前記第一評価値と前記第二評価値とを足し合わせた総合評価値を算出し、前記総合評価値に基づいて前記接合面が破断するかを判定する手段、
    として機能させるプログラム。
  9. 互いに直交する３方向の長さと厚さと奥行とで定義される直方体とみなされた第一部材と、前記第一部材と突き合わされた第二部材と、が接合面で接合された接合体の前記第一部材に対して前記接合面と平行な一方向に負荷が与えられた場合に前記接合面を破断させる前記負荷の大きさを算出する破断負荷算出装置であって、
    予め定められた前記接合面の引張強度と、
    予め定められた前記接合面のせん断強度と、
    前記一方向に沿う前記第一部材の厚さと、
    前記一方向に対して直交し、かつ、前記接合面に対して平行な向きである前記奥行と、
    前記第一部材に対して前記負荷が加わる位置と前記接合面との前記接合面に対して直交する長さ方向の距離と、
    に基づいて、前記接合面を破断させる前記負荷の大きさを算出する演算部を備える、ことを特徴とする、
    破断負荷算出装置。
  10. 互いに直交する３方向の長さと厚さと奥行とで定義される直方体とみなされた第一部材と、前記第一部材と突き合わされた第二部材と、が接合面で接合された接合体の前記第一部材に対して前記接合面と平行な一方向に負荷が与えられた場合に前記接合面を破断させる前記負荷の大きさを算出する破断負荷算出装置であって、
    前記負荷によって前記接合体に生じる曲げモーメントに基づいて前記接合面から前記第一部材を引き離す方向の引張応力として働く見かけ引張応力を算出し、
    前記負荷に基づいて、前記接合面で接合された前記第一部材と前記第二部材との位置関係を前記一方向にずらす方向のせん断応力を算出し、
    予め定められた前記接合面の引張強度で前記見かけ引張応力を除算した第一評価値を算出し、
    予め定められた前記接合面のせん断強度で前記せん断応力を除算した第二評価値を算出し、
    前記第一評価値と前記第二評価値とを足し合わせた総合評価値を算出し、
    前記総合評価値が１以上となる場合の前記負荷の大きさを算出する、ことを特徴とする
    破断負荷算出装置。
  11. 前記第一部材と前記第二部材との接合は、第一種接合、第二種接合又は第三種接合であり、
    前記第一種接合は、樹脂間の機械的接合及び／又は化学的接合であり、
    前記第二種接合は、樹脂と金属と間の機械的接合及び／又は化学的接合であり、
    前記第三種接合は、同種金属間もしくは異種金属間の化学的接合及び／又は冶金的接合である、ことを特徴とする、
    請求項９又は１０に記載の破断負荷算出装置。
  12. 互いに直交する３方向の長さと厚さと奥行とで定義される直方体とみなされた第一部材と、前記第一部材と突き合わされた第二部材と、が接合面で接合された接合体の前記第一部材に対して前記接合面と平行な一方向に負荷が与えられた場合に前記接合面を破断させる前記負荷の大きさを情報処理装置が算出する接合体の破断負荷算出方法であって、
    予め定められた前記接合面の引張強度と、
    予め定められた前記接合面のせん断強度と、
    前記一方向に沿う前記第一部材の厚さと、
    前記一方向に対して直交し、かつ、前記接合面に対して平行な向きである前記奥行と、
    前記第一部材に対して前記負荷が加わる位置と前記接合面との前記接合面に対して直交する長さ方向の距離と、
    に基づいて、情報処理装置が、前記接合面を破断させる前記負荷の大きさを算出する、ことを特徴とする、
    接合体の破断負荷算出方法。
  13. 互いに直交する３方向の長さと厚さと奥行とで定義される直方体とみなされた第一部材と、前記第一部材と突き合わされた第二部材と、が接合面で接合された接合体の前記第一部材に対して前記接合面と平行な一方向に負荷が与えられた場合に前記接合面を破断させる前記負荷の大きさをコンピュータに算出させるためのプログラムであって、
    前記コンピュータを、
    予め定められた前記接合面の引張強度と、
    予め定められた前記接合面のせん断強度と、
    前記一方向に沿う前記第一部材の厚さと、
    前記一方向に対して直交し、かつ、前記接合面に対して平行な向きである前記奥行と、
    前記第一部材に対して前記負荷が加わる位置と前記接合面との前記接合面に対して直交する長さ方向の距離と、に基づいて、前記接合面を破断させる前記負荷の大きさを算出する手段、
    として機能させるプログラム。
  14. 請求項８又は請求項１３に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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