破損事故から学ぶ強度設計法：破損事故から学ぶ材料力学

摘要

材料内の応力分布は材料力学によって知ることができる。材料の破壊様式は応力のみならず材料の性質にも依存し，応力と材料の性質をよく理解することが破損事故を防止する第一歩である。 材料に生じる応力は材料内部の場所と基準にする面によって変化し，この面に垂直に働く垂直応力σと，面に平行に働くせん断応力τに分類され，前者は材料の伸び縮み，後者は材料の形状変化に関係する量であることは材料力学の基礎知識である。 垂直応力とせん断応力がもっとも大きくなる面はモールの円から求められる。材料の破壊は材料の性質によって異なり，もろい材料では主応力面に直角方向に破断し，軟鋼の塑性変形はせん断応力の大きい面に沿って生じるすべりであることはよく知られている。ガラスなど非常にもろい材料からできた丸棒にトルクを加えると，図1(a)に示すように軸に45°方向に垂直応力σが大きくなり，図1(b)のように破壊する。一方，軟鋼の引張りでは図1(c)に示すように軸から45°方向にせん断応力が大きくなり，まずくびれが生じたあと，この方向にすべりが生じ，図1(d)に示すようにカップとコーンの形状で破断することはよく知られている。