工業の軽量化の傾向の下で、短繊維強化熱可塑性プラスチックはその加工しやすく、コストが低い利点のため、ますます広く応用されている。多構造設計の応用においては、短繊維強化熱可塑性プラスチックを他の材料と接着する必要があり、その接着継手の強度をどのように正確かつ効果的に予測するかによって、構造の安全を確保することが早急に解決すべき問題となっている。この問題に対して、日本慶応大学のMasaki Omiyaは直接法を用いて2種類（Based on J，Based on G）のJ積分値を計算して内部凝集力モデル（CZM）パラメータを得ることを提案し、この方法に基づいて短繊維強化熱可塑性プラスチックを被着体として使用する接着継手の強度を予測する方法を開発し、関連製品の設計と性能評価により正確なツールを提供した。

図1端部切り欠き曲げ（ENF）試験概略図及び分析パラメータ説明

本文は端部切欠き曲げ（ENF）試験を通じて、剪断力による継手のII型故障過程を模擬する。被着体は短繊維強化熱可塑性プラスチックであり、接着剤はエポキシ樹脂であり、試験を行う前にレーザーアブレーション処理を用いて被着体表面を処理し、金属薄膜とテフロンゲルを用いて接着層の厚さを制御し、初期クラックを予備形成した。試験中に変位制御を用いて3点曲げ荷重を行った。最後に分析したCZMパラメータを組み合わせて有限要素分析を行い（図2）、本文で用いた方法の正確性を検証する。

図2 ENF試験有限要素解析の境界条件とメッシュパターン

研究者はENF試験データを用いてII型破断J積分の2つの異なる形式を考慮した：1つは被着体の塑性変形に消費されるエネルギー（Based on J）を考慮し、もう1つは被着体が純弾性（Based on G）であると仮定した。彼らはそれぞれこの2種類のJ積分に基づいて2組の異なるCZMモデルパラメータを導出し（図3）、この2組のパラメータを有限要素解析に代入し、ENF試験有限要素解析の荷重−変位曲線を得た。ENF試験の実験データを有限要素結果と比較した結果、純弾性仮定に基づくJ積分から導出されたCZMパラメータは接着継手の実際の強度をより正確に予測できることが分かった。

【図3】2つの異なる形態のJ積分に基づいて得られたCZMパラメータ

図4 ENF試験荷重−変位曲線の実験データと有限要素結果の比較

以上より、短繊維強化熱可塑性プラスチックの被着体としての接着継手強度を予測する方法を開発した。直接法によりENF試験の実験データを分析して2種類の仮定下のCZMパラメータを得て、それから得られた2組のCZMパラメータに基づいてそれぞれ有限要素分析を行い、そしてシミュレーションした荷重−変位曲線と実験結果の相対比を行い、低剛性の強化熱可塑性材料（例えば短繊維強化複合材料）を用いた接着継手の中で、純弾性仮定下の直接法に基づいて予測した接着継手強度パラメータは実際の状況とより一致することを発見した。本文の仕事は接着システムにおいてCZMパラメータを獲得してCZMモデルを構築するために新しい構想を提供した。

関連研究論文は「Validation of mode II cohesive law obtained using the direct method with short-fiber-reinforced thermoplastic adhesively bonded end-notched flexure joints」と題して「Engineering Fracture Mechanics」に発表された。