Tsai-Wu破壊基準 — 実践ガイドとベストプラクティス

航空宇宙と自動車の複合材設計で初期破壊の判定に広く使われている。

1. CLTまたはFEMで各層の応力を計算（材料座標系）

2. 各層のTsai-Wu $FI$ を計算

3. 最大の $FI$ を持つ層と荷重ケースを特定

4. $FI_{max} < 1/SF$（安全率）を確認

5. $FI > 1$ の層があれば、積層設計を見直し

用途による：

材料試験から取得。ASTM D3039（引張）、D6641（圧縮）、D3518（せん断）等の標準試験法で一方向強化材（UD材）の強度を測定する。

注意点：

• B-basis値（統計的に95%の信頼度で99%が達成する値）を使う（航空宇宙の場合）
• 環境条件（温度、湿度）で強度が変わる。最悪条件（Hot/Wet）で評価
• $F_{12}$ は通常推定値 — $-0.5\sqrt{F_{11}F_{22}}$ が標準

複合材の強度はばらつきが大きい（変動係数10〜15%）ため、B-basis値は平均値の80〜90%程度になる。これに安全率1.5をかけるから、設計許容応力は平均強度の50〜60%程度。保守的だが、航空機の安全性を確保するには必要だ。

• [ ] 応力は材料座標系（1, 2方向）で出力しているか
• [ ] 全層のTsai-Wu $FI$ を確認したか（最悪の層を特定）
• [ ] 強度値はB-basis（航空宇宙）か、試験平均値かを明確にしたか
• [ ] 環境条件（温度・湿度）の影響を考慮したか
• [ ] $FI_{max}$ が安全率以下か
• [ ] $F_{12}$ の値は $-0.5\sqrt{F_{11}F_{22}}$ か、試験値か明示したか

そう。金属は強度のばらつきが小さいから平均値でも良い場合があるが、複合材はばらつきが大きいため統計処理が不可欠。材料の品質管理がそのまま設計の信頼性に直結する。