機械的性質と破壊
応力ひずみ曲線、ヤング率、0.2%耐力、真応力、硬さ試験、破壊靭性、疲労、クリープ、延性脆性遷移を3択問題で確認。強度設計の計算も解説つきで練習できます。
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機械的性質と破壊の要点
引張試験の応力ひずみ曲線からは、ヤング率、降伏応力(または0.2%耐力)、引張強さ、伸びがわかります。ヤング率は原子間の結合で決まり熱処理でほとんど変わりませんが、降伏応力は組織で大きく変わります。公称応力と真応力の違いや、ビッカース・ブリネル・ロックウェルの硬さ試験の原理も押さえておきましょう。
実際の破壊では、き裂の大きさと破壊靭性 K_IC から K = Yσ√(πa) で限界の応力やき裂長さを見積もります。繰り返し荷重による疲労、高温で時間とともに変形が進むクリープ、BCC金属が低温でもろくなる延性脆性遷移も、部品の寿命を左右する重要な現象です。
機械的性質と破壊の問題一覧（12問）
- 鋼のヤング率についての説明として正しいものはどれか。
- 直径10 mmの丸棒に10 kNの引張荷重がかかっている。公称応力はどれに最も近いか。
- ヤング率200 GPaの鋼の棒(長さ2.0 m)に、弾性範囲内で100 MPaの引張応力をかけた。棒の伸びはどれに最も近いか。
- アルミニウム合金のように明確な降伏点が現れない材料で用いる0.2%耐力の求め方として正しいものはどれか。
- 引張試験で、くびれが始まる前の公称ひずみ0.20の時点で、公称応力が400 MPaだった。塑性変形で体積が一定であると仮定すると、このときの真応力はどれに最も近いか。
- ビッカース硬さ試験についての説明として正しいものはどれか。
- 破壊靭性 K_IC = 50 MPa·√m の鋼板に200 MPaの引張応力がかかっている。形状係数 Y = 1.0 として K = Yσ√(πa) を使うと、破壊が起こる限界のき裂長さaはどれに最も近いか。
- 同じ材料で厚さの異なる板の破壊靭性を測ったとき、板厚を増すと、見かけの破壊靭性 K_c はどうなるか。
- 疲労のS-N曲線についての説明として正しいものはどれか。
- 最大応力 +300 MPa、最小応力 −100 MPa の繰返し応力の応力振幅はどれか。
- クリープが無視できなくなる温度の目安を、融点(絶対温度)の約0.4倍とする。アルミニウム(融点660℃)では、この目安はどれに最も近いか。
- 低温で延性から脆性への遷移(延性脆性遷移)がはっきり現れる材料はどれか。