Tsai-Wu破壊基準 — CAE用語解説

そう考えてもらって大丈夫だ。Tsai-Hillは引張と圧縮の強度が同じと仮定しているけど、Tsai-Wuは引張強度と圧縮強度を別々に扱える。複合材料は実際に圧縮強度が引張強度より低いことが多いから、その非対称性をきちんと評価できるのがTsai-Wuの大きな利点だよ。

F_i * σ_i + F_ij * σ_i * σ_j で表される。1次の項 F_i が引張/圧縮の非対称性を表し、2次の項 F_ij が応力の相互作用を表す。この値が1以上になると破壊と判定するんだ。応力空間では楕円体の破壊面を形成するよ。

FEMで風力タービンのGFRP（ガラス繊維強化プラスチック）ブレードを設計するとき、各プライのTsai-Wu指数を計算して最も危険な層と荷重ケースを特定する。特に台風時の極端荷重条件では圧縮側の破壊が支配的になるから、Tsai-Hillでは過小評価してしまう危険がある。

正確にはバイアキシャル試験（二軸引張/圧縮試験）が必要なんだけど、これは実験的にとても難しい。実務では F_12 = -0.5 * sqrt(F_11 * F_22) という経験的な近似式を使うことが多いね。ただ、この近似が適切かどうかは材料によるから、重要な設計判断では実験データとの照合が欠かせない。

実務では破壊基準を1つに決め打ちするよりも、Tsai-Wu、Tsai-Hill、Hashinの結果を比較して総合的に判断するのが安全だよ。