SIF — CAE用語解説

Stress Intensity Factor、日本語では応力拡大係数だよ。亀裂の先端にどれだけ応力が集中しているかを表すパラメータで、破壊力学の最も基本的な量だ。

亀裂を開く方向の違いだよ。KIは亀裂を引き開くモード（開口型）、KIIは亀裂面内でずらすモード（面内せん断型）、KIIIは亀裂面に平行にずらすモード（面外せん断型）。実務で一番多いのはKIで、$K_I = \sigma \sqrt{\pi a} \cdot F$ という式で計算する。aが亀裂長さ、Fは形状補正係数だ。

そう、材料固有の破壊靭性値 $K_{IC}$ を超えると不安定破壊が起きる。$K_I \geq K_{IC}$ が破壊条件だ。例えば高強度鋼だと $K_{IC}$ が50〜100 MPa$\sqrt{m}$ くらい。この値が低い材料ほど小さい亀裂で壊れやすい。

亀裂先端の応力は理論上無限大だから、直接読んでもダメなんだ。FEMでは亀裂先端に特殊な要素（クォーターポイント要素）を配置して応力の特異性を再現するか、J積分を計算してからKに変換する方法が一般的だよ。

航空機の機体構造は損傷許容設計が規格で求められるから、亀裂がある状態でのSIFを計算して残存強度を評価する。圧力容器や配管の溶接部も非破壊検査で見つかった欠陥のSIFを評価して、供用可否を判断するケースが多いね。亀裂が成長するかどうかの判断にSIFは欠かせない。