【工学】「破壊力学について思いついたこと１」
思いついたこと・・・。その昔、カウンセラーになる前、僕はエンジニアだったんです。専門は破壊力学。
エンジニアを辞めてから30年近く経っているのですが、ちょっと思いつくことがありました。
「破壊限界は、き裂の深さによらず、荷重を測らなくても、変位だけで決まる？」
そうであれば、
「弾性域、塑性域にかかわらず、破壊力学パラメーターのJ積分を一つの式で簡易に評価できる」
ということになると考えられます。
破壊力学が得意な方、僕の仮説に変なところがあったら教えて下さい。全然トンチンカンかもしれません。
下図−１の3点まげ試験片を使用する。切り欠き深さaを変化させ実験する。
図−１
実験においては、図−１の切り欠き深さaの異なる試験片に、図−２のように荷重をかける。
図−２
このように荷重をかけた時、試験片が破壊するたわみwd/h（あるいは、弾性限界のたわみ）は、切り欠き深さによらず一定であると考える。・・・（仮説１）
図−３のような、荷重変位曲線を考える。
図−３
もし、仮説１が正しければ、荷重変位曲線の弾性限界のたわみwe/hも一定であり、線形ひずみ硬化弾塑性体を仮定すると、荷重ー塑性曲線を延長した場合、あらゆる切り欠き深さで荷重ゼロにおいては、同じ1点に収束するはず・・・（仮説２）
仮説１、仮説２が正しければ、き裂の入った3点まげ試験片の破壊限度は、K値やJ積分などの面倒な計算をせずに、き裂の深さによらずたわみ量だけで予測することができるはず。・・・（仮説３）
この仮説３を、誰か確認してくれないかなぁ・・などと思っています。
というのも、ずっと昔、僕の工学の方の大学院の修士論文で、僕の提案した「J積分簡易評価式」が浅い切り欠きから深い切り欠きまで、誤差10％以内ぐらいで予測できたんです。
でも、なんで、その式がうまくいったのか当時わからなかったのですが、最近上記の仮説３を思いついたんです。この仮説が成り立てば、僕の提案した式がうまくいったのも納得できるんです。
・・・で、ChatGPTさんに聞いてみました。
Q：破壊力学の3点曲げ試験において、き裂の深さによらず、同じ変位量、あるいは歪みで弾性限界に達する、あるいは破壊するという理論はありますか？
A：破壊力学における3点曲げ試験で、き裂の深さによらず同じ変位量または歪みで弾性限界に達する、または破壊するという理論は、通常の材料力学の理解に反しています。き裂の深さは、材料の応力分布や応力集中係数に直接影響を与えるため、き裂の深さが異なると、同じ変位量や歪みでの挙動は異なると考えられます。
・・・ん〜、 ChatGPTさんによれば、通常の材料力学の理解に反しているのだそうだけど、ホントかな？？？
というのも、破壊力学には、COD（Crack Opening Displacement）というパラメータがあるんです。ChatGPTさんによれば、以下の通りとなり、「変位」が破壊のパラメータになっているんです。・・・ということは仮説３は成り立つ可能性があると思うのですが・・・。
以下は、ChatGPTさんのCODについての解説です。
COD（Crack Opening Displacement）とは、破壊力学におけるパラメータの一つで、亀裂が発生している材料の亀裂口開き量を示します。これは、亀裂先端の変形を定量化するために使用され、材料の延性破壊や脆性破壊を評価する際に重要な指標です。
主なポイント
評価方法:
CODは通常、亀裂先端の変位測定器や画像解析技術を用いて測定されます。
応用:
材料の破壊靭性を評価するために使用され、特に原子力発電所や航空機の構造部材など、重要なインフラや機械部品の設計において役立ちます。
理論的背景:
CODの概念は、材料が亀裂を通じてどの程度伸びるかを示すもので、J積分や応力強度係数とともに、破壊メカニズムの解析において重要な役割を果たします。
CODの重要性
CODは、材料がどの程度の変形を経て破壊に至るかを示すため、材料の選定や設計の段階で重要な判断基準となります。これにより、安全性や信頼性を確保するための設計が可能になります。
CODは破壊力学における基本的なパラメータであり、実験および解析において広く使用されています。
参考
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