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第１７巻 |
広島大学大学院教授 沢 俊行
●組み合わせ応力も，単独応力をベースに考える
●延性材料の破壊に合うのは「最大せん断応力説」
●脆性材料の破壊に適合するのは「最大主応力説」
この連載の最初で，ある化成品工場でクレーンアームを塗装するための作業台が落下し，その台の上で仕事をしていた作業員2人が全身を強く打って亡くなるという事故を取り上げました。原因は，作業台をつっていたチェーンの破断。ねじっていた所に引っ張りが加わっていたのです。
こうしたことは，実際の機械では珍しくありません。静的荷重でも引っ張り，圧縮，曲げ，ねじりが組み合わさって作用することは間々あります。それでも設計者は，機械が壊れないように設計しなければなりません。そこで今回より「組み合わせ応力」を扱いますが，体系立った考え方を身に付けてもらうためにまずは復習から。連載第2回の内容と多少かぶりますが，単独荷重が作用したケースを考えます。
延性材料と脆性材料の違い
最初は丸棒の引っ張り。丸棒と一口にいっても，軟鋼（SS400），焼き入れした高炭素鋼（S50C），アルミニウム合金と，材料はさまざまあります。例えば軟鋼の場合，ひずみεと応力σの関係を表した「応力―ひずみ線図」は図（a）のようになります。初めは引っ張り応力σに比例して（弾性的に）伸びていきますが，やがて荷重の作用方向に対して45°（135°）の方向に「リューダース線」と呼ぶしま模様が観察されます〔図（a）〕。今でこそ，リューダース線は結晶面のずれに起因した「滑り」の表れ，破壊の初期現象と理解されていますが，これを初めて見つけた人はどのように思ったことでしょうか〔図（b）〕。
図●延性材料の応力―ひずみ線図
（a）最初は弾性的に伸び，次に滑りが生じる。その後，加工硬化，くびれが順次発生し，破断に至る。（b）滑りは結晶面のずれに起因する。
