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破壊力学

fracture mechanics

 機械構造物にき裂状欠陥が存在する場合に,その機械構造物の破壊強度を定量的に取扱うためのき裂の力学をいう.特に線形弾性論による特異応力場の理論に基づくき裂の力学を線形破壊力学という.線形弾性体では,き裂先端近傍に,き裂先端に近づくとともに無限に大きくなる特異応力場が形成されるが,この特異応力場は場の強さである応力拡大係数で一義的に記述される.この理論によれば,き裂状欠陥からの破壊は,破壊に対する駆動力と材料の破壊に対する抵抗値をそれぞれ応力拡大係数とその限界値で表現し,それらの大小関係で論じることができる.すなわち,応力拡大係数が負荷荷重とともに増大し,材料の破壊に対する抵抗値である破壊靭性値に到達すると破壊が生じる.破壊力学では,き裂の進展開始,進展速度などの現象を記述する力学パラメータを総称して破壊力学パラメータという.特に応力拡大係数およびこれと一対一に対応するエネルギー解放率のことを線形破壊力学パラメータと呼ぶ.き裂先端に塑性変形領域が生じても,この寸法がき裂寸法に比べて十分小さく,き裂先端のごく近傍を除いて弾性状態にあれば(この状態を小規模降伏という),き裂先端近傍の力学状態はやはり応力拡大係数で記述される.応力-ひずみ関係が線形でない実在の弾塑性材料においても,弾性体と同様の取扱いが可能である.破壊力学を用いると,き裂状欠陥が存在する場合,あるいはき裂の発生が予測される場合に,機械や構造物の破壊を防止する設計ならびに保守管理を定量的かつ合理的に行うことができる.【弾塑性破壊力学