機械的性質と破壊

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。

  1. A板が厚いほど塑性域が広がるので、増加し続ける
  2. B材料に固有の定数なので、板厚によらず一定である
  3. C拘束が強まって減少し、平面ひずみの値 K_IC に近づく
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正解:C. 拘束が強まって減少し、平面ひずみの値 K_IC に近づく

薄い板では板厚方向の拘束が弱く(平面応力に近く)、き裂先端の塑性域が大きく広がってエネルギーを多く吸収するため、見かけの破壊靭性 K_c は高くなります。板が厚くなると板厚方向の変形が拘束されて平面ひずみの状態になり、塑性域が小さくなって K_c は減少し、ある板厚以上でほぼ一定の最小値 K_IC に落ち着きます。そのため K_IC は材料の定数として扱え、設計では安全側の値として使われます。試験の規格では、平面ひずみが成り立つように (K_IC/降伏応力)² に比例する十分な板厚が求められます。

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