粘塑性 — CAE用語解説

そうだ。時間や温度に依存して塑性変形する材料挙動を粘塑性という。典型例は高温で使われる金属だ。ガスタービンブレードやボイラー配管は数百℃以上の高温環境で長時間使われると、弾塑性では捉えられないクリープ変形と速度依存の塑性が複合した挙動を示す。

クリープは一定荷重下で時間とともにゆっくり変形が進む現象で、粘塑性モデルの一部として扱える。粘塑性はより広い概念で、ひずみ速度が変わると降伏応力が変化するひずみ速度依存性も含む。例えばアルミの衝撃試験では、高速変形時に降伏応力が大きくなる速度硬化が起きるが、これも粘塑性の一種だ。

ChabocheモデルやPerzynaモデルなどが有名だ。Chabocheモデルは等方硬化と移動硬化を組み合わせてサイクル塑性とクリープを同時に扱えるので、熱疲労解析で広く使われる。NASAやガスタービンメーカーが材料定数を公開していることもある。

エンジンの起動・停止サイクルで部品が繰り返し加熱冷却されると、熱膨張差によってひずみが積み重なり疲労き裂が発生する。これを予測するにはクリープと塑性の相互作用を正確にモデル化する粘塑性が必要で、はんだ接合の寿命予測でも同じ考え方が使われている。

そうだ。プリント基板のはんだボールは熱サイクルで繰り返し変形して最終的に剥離する。AnsysやAbaqusのAnand粘塑性モデルをはんだに適用した解析は電子パッケージの寿命予測標準として業界に根付いている。