氏名　Prukvilailert Monchai
学位の種類　博士（工学）
学位記番号　博甲第384号
学位授与の日付　平成18年8月31日
学位論文題目　Stress singularity analysis at the stress singularity line in three-dimensional　bonded joints under thermal loading
論文審査委員
　主査　教授　古口　日出男
　副査　システム安全系　教授　武藤　睦治
　副査　教授　福沢　康
　副査　助教授　永澤　茂
　副査　助教授　井原　郁夫

• 論文目次
• 論文要旨
• 論文審査の結果の要旨

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Contents

Abstract　p.ii
Acknowledgments　p.iii
Contents　p.iv
List of Publications　p.vi

Chapter1: Introduction　p.1

　1.1 General considerations　p.2
　1.2 Dissimilar materials joint structure　p.3
　1.3 Stress singularity　p.5
　1.4 Conclusion　p.11
　1.5 Scope of the present work　p.12
　1.6 References　p.14

Chapter2: The order of stress singularity　p.18

　2.1 Introduction　p.19
　2.2 Method and Model for analysis　p.21
　2.3 Contour map of the order of stress singularity　p.24
　2.4 Conclusion　p.30
　2.5 References　p.31

Chapter3:Mechanical loading effects on the stress singularity fields　p.34

　3.1 Introduction　p.35
　3.2 Method and Model for analysis　p.36
　3.3 Stress analysis of the singular point on the stress singularity line　p.41
　3.4 Conclusion　p.59
　3.5 References　p.60

Chapter4: Thermal laoding effects on the stress singularity fields　p.63

　4.1 Introduction　p.64
　4.2 BEM for Thermoelasticity　p.65
　4.3 Results and discussion　p.67
　4.4 Conclusions　p.80
　4.5 References　p.81

Chapter5: Effects of loading condition and variation of geometry on the stress singularity fields　p.84

　5.1 Introduction　p.85
　5.2 Various loading conditions　p.86
　5.3 Variation of geometry　p.95
　5.4 Conclusions　p.102
　5.5 References　p.103

Chapter6: General conclusions and future prospects　p.105

　6.1 General conclusions　p.106
　6.2 Future prospects　p.108

The dissimilar materials bonded joints have been widely used in many engineering applications. For three-dimensional bonded joints, the stress singularity may develop at the vertex of the joint and at the point on the stress singularity line. However, the stress fields around the point on the stress singularity line have not been made clear yet. In this present study, the distributions and the characteristic of the stress fields around a point on the stress singularity lines in three-dimensional dissimilar materials bonded joints have been investigated. A three-dimensional BEM program for thermoelasticity with Rongved's fundamental solutions was developed to investigate the stress distributions under mechanical loading and thermal loading. The eigenvalues including order of stress singularity in a form of power-law singularity were examined using the FEM eigen analysis. The order of stress singularity around the point on the stress singularity line was almost identical with that at the apex in two-dimensional bonded joints. From the results, the characteristic of the stress fields at the points on the stress singularity line in three-dimensional bonded joints can be written as the expression composed of the term and the 4th order logarithmic singularity terms. The stress distributions near a point on the stress singularity line of dissimilar materials in three-dimensional joints under mechanical loading were investigated. Stress distributions for the material combinations in the singularity region, in the no singularity region, and in the boundary between them on Dundurs' composite plane were examined. The stress fields at the points on the stress singularity line in three-dimensional joints under mechanical loading were composed very well of the term and the logarithmic singularity terms. The investigation on stress distributions under thermal loading was performed. The distributions of stress singularity fields around the singular point on the stress singularity line under thermal loading were shown and compared with the results in the previous research studies. For a uniform temperature variation, the stress intensity factors were proportional to the temperature variation, and depended on the difference in the thermal expansion coefficients. The logarithmic singularity significantly influenced the characteristics of the stress distributions. The influences of loading conditions and dimensions in three-dimensional joints composed of two blocks on the stress distributions were examined. For various loading conditions, it was found that the characteristic of the stress distributions and the corresponding stress intensity factors significantly depended on the magnitude of the applied tensile stress, a uniform temperature variation and the difference in the thermal expansion coefficients. In case of varying the geometry of the model, as the three-dimensional model transform to the plate structure with very small thickness, the level of the stress distributions around the singular points on the stress singularity lines under thermal loading increased rapidly. It can be concluded that a three-dimensional BEM program for thermoelasticity based on Rongved's fundamental solutions were created to investigate the stress distributions and the stress intensity factors around the point on the stress singularity line in three-dimensional bonded joints. The stress fields composed of the power-law singularity term and the logarithmic singularity terms were different from those at the apex in two-dimensional bonded joints.

本論文は、「Stress singularity analysis at the stress singularity line in three-dimensional bonded joints under thermal loading（（三次元接合体の応力特異線 における熱荷重に対する応力特異性解析）」と題し、6章より構成されている。　第一章では、様々な実際の接合構造体の例を用いて、接合体の界面端に発生する特異応 力場について説明している。そして、これまでの異材接合体の研究について概説し、本論 文で扱う問題について説明している。　第二章では、接合界面の応力特異線上の応力特異場における特異性のオーダーを求める ための固有方程式について説明している。さらに、固有方程式で得られた固有値が重根で ある場合に対する応力場に対数型特異性が現れることを説明している。さらに、応力特異 線上の特異性のオーダーをDundursパラメータa-b平面のプロットし、二次元異材接合体の 接合端部の特異応力場における特異性のオーダーと比較し、違いを明らかにしている。　第三章では、Rongvedの基本解を用いた境界要素法により、外力が作用する三次元異材 接合体の特異応力線上の点における特異応力場について解析している。解析した材料の組 み合わせは、平面ひずみ条件のDundurs平面上で応力場の特異性のオーダーが0である場 合、消失する場合、発生する場合である。応力特異線上の応力場は、指数型の特異性の項 定数項、対数型特異性の項の線形結合で表すことが出来ることを示している。　第四章では、Rongvedの基本解を用いた境界要素法プログラムを熱荷重が作用する場合 の解析が可能なように改良している。このプログラムを用いて、三次元接合体の温度が一 様に変化する場合の接合体の応力特異線上の熱応力の特異応力場を調べている。解析した 材料の組み合わせは、平面ひずみ条件のDundurs平面上で応力場の特異性のオーダーが0 である場合、消失する場合、発生する場合である。そして、特異応力場の強さは材料の熱 膨張係数の差に比例すること、対数型特異性の応力場への影響が大きいことを示している。　第五章では、外力および熱荷重が与えられた場合の三次元異材接合体の特異応力線上の 特異応力場の解析を行っている。さらに、熱荷重に対する板状の接合体における特異応力 線上の応力場についても解析を行っている。そして、板の厚さと応力特異線上の応力分布 の関係を明らかにしている。　第六章では、本論文の結果をまとめ、三次元異材接合体に関する将来の研究課題につい て述べている。　以上のように本論文はこれまで明らかにされていなかった接合体における応力特異線上 の応力場を明らかにしている。　よって、本論文は工学上及び工業上貢献するところが大きく、博士（工学）の学位論文 として十分な価値を有するものと認める。