エネルギー解放率【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「エネルギー解放率」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。

エネルギー解放率とは

き裂が材料内を進展するとき、き裂の先端では新しい表面が生み出されます。この新しい表面の形成に必要な単位面積当たりのエネルギーをエネルギー解放率Gといいます。

静的な問題では、外力がした仕事P、ひずみエネルギーW、き裂面積Aを用いてGを定義できます。エネルギー解法率は弾性変形（小規模降伏）を前提とするため、ひずみエネルギーは弾性ひずみを扱います。

エネルギー解放率と応力拡大係数の関係

き裂の破壊には3つのモード（モードI：開口型、モードII：面内せん断型、モードIII：面外せん断型）があり、応力拡大係数はそれぞれ異なる値（KI、KII、KIII）をとります。複数のモードが混在するとき、各モードの応力拡大係数を個別に扱うのは複雑になります。

エネルギー解放率は3つのモードの応力拡大係数を用いて表すことができます。単一モードの場合は、エネルギー解放率と応力拡大係数は1対1の関係になります。

まとめ

• き裂が進展すると新しい表面ができる。この表面の形成に必要な単位面積当たりのエネルギーが「エネルギー解放率G」。
• 静的問題では、外部の仕事・ひずみエネルギー・き裂面積の変化率としてGが定義される。
• エネルギー解放率は3つのモードの応力拡大係数で表すことができ、単一モードでは応力拡大係数と1対1の関係になる。

YouTube動画でより詳細に説明しています。ぜひご覧ください。

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