応力特異場【材料力学用語辞典】

材料力学用語辞典では、材料力学で出てくる専門用語を分かりやすく紹介しています。今回の用語は「応力特異場」です。

この記事はYoutube動画で紹介した内容の概要です。詳細は動画をご覧ください。

応力特異場とは

応力集中係数は楕円穴の形状により α = 1 + 2b/a で表されます（縦径 a・横径 b）。横径 b が大きくなるほど α は増加し、b/a → ∞（横長のき裂の形状）になると α → ∞ となって応力が無限大に発散します。この様に応力が∞になる場所を応力特異場と呼びます。

応力特異場は楕円穴の極端なケースだけでなく、き裂先端や材料の界面など、形状や材料が不連続になる位置で広く生じます。

応力特異場の意味と破壊評価

応力特異場で応力が∞になるといっても、∞になるのは1点だけです。応力が材料強度を上回る領域はその1点周囲のごく微小な範囲に限られるため、応力特異場が存在しても必ずしも破壊が起きるわけではありません。

応力特異場近傍での破壊を評価するには、通常の応力ではなく応力拡大係数やJ 積分といった破壊力学的なパラメータが用いられます。これらは特異場近傍の力学状態を表せます。また、これらのパラメータではなく、簡易的な評価方法が用いられることも多いです。

まとめ

• 応力特異場とは応力が∞になる場で、き裂の先端や材料の界面など形状や材料が不連続な位置で生じる。
• 応力特異場では材料の強度より応力が大きい。ただし、応力が大きいのは微小な領域だけなので、必ずしも破壊するわけではない。
• 応力特異場での破壊は応力拡大係数や J 積分などで評価できる。簡易的な評価方法が用いられることも多い。

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