き裂進展【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「き裂進展」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。

き裂進展とは

き裂進展とは、繰り返し荷重を受ける部材においてき裂が少しずつ伸びていく現象です。き裂先端の応力拡大係数範囲（ΔK）の大きさによって、き裂の挙動は3段階に分かれます。

ΔKが下限界応力拡大係数範囲未満のとき、き裂は進展しません。ΔKが下限界応力拡大係数範囲〜破壊靱性値の範囲のとき、き裂はパリス則にしたがって1サイクル毎に進展します。ΔKが破壊靱性値を超えると、1回の負荷で一気にき裂が進展して破壊に至ります。

パリス則の領域では、き裂長さが増えるにつれてΔKが変化するため、き裂進展速度ｄA/dNが変わります。荷重条件や構造の形状によって加速・減速・停留などさまざまな挙動が生じます。

各製品のき裂の扱い

製品によって、き裂に対する設計や維持管理の考え方が異なります。多くの製品はき裂の存在を許さない設計をとり、定期点検を行いません。鉄道やプラントなどは、一定長さまでのき裂が存在しても機能を維持できることを前提に設計し、定期点検でき裂長さを管理することが多いです。電子機器の様に、破断するまで機能を維持することを前提とした製品もあります。

まとめ

• き裂先端の応力拡大係数ΔKが破壊靱性値以上のとき、1回の負荷で一気にき裂が進展して破壊する。下限界応力拡大係数範囲以下のときは進展しない。
• ΔKが下限界応力拡大係数範囲〜破壊靱性値のとき、き裂はパリス則にしたがって進展する。き裂長さが変わるとΔKが変化して進展速度が変わり、加速・減速・停留などが生じる。
• 設計や点検条件などにより、き裂を許容しない製品、一定長さを許容する製品、破断まで使う製品がある。

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