Question 1

応力拡大係数K_Iと破壊靭性K_ICの関係は何ですか？

Accepted Answer

K_I はき裂先端近傍の応力場の強さを表すパラメータで、K_I = σ·√(π·a)·F(a/W) で計算されます（F はき裂形状補正係数）。K_IC は材料固有の破壊靭性値で、K_I ≥ K_IC となると不安定破壊が発生します。安全率は n = K_IC / K_I で評価され、n ≥ 2 が目安です。K_I / K_IC が 0.8 を超えたら設計見直しを検討します。

Question 2

J積分はどのような場合に使いますか？

Accepted Answer

J積分は弾性変形域ではJ = K_I²/E'（E' は平面応力でE、平面ひずみでE/(1−ν²)）と等価です。J積分が有用なのは、き裂先端近傍に塑性域が生じる弾塑性破壊力学（EPFM）領域です。J_IC 試験（ASTM E1820）で材料のJ積分破壊靭性を測定し、降伏応力に近い応力や厚板での破壊評価に使います。本ツールは LEFM 仮定に基づいた弾性J積分を計算します。

Question 3

表面き裂（半楕円）のK_I計算に使われる楕円積分Φとは何ですか？

Accepted Answer

半楕円表面き裂の応力拡大係数は K_I = (σ/Φ)·√(π·a) と表されます。Φ は第2種楕円積分で、き裂の深さaと半表面長さcの比a/cに依存します。a/c ≤ 1の場合 Φ ≈ √(1 + 1.464·(a/c)^1.65) で近似されます（Raju-Newman式）。a/c = 1（半円）のときΦ ≈ 1.571 となり、中央貫通き裂より応力拡大係数は小さくなります。

Question 4

平面応力と平面ひずみで破壊靭性はどう変わりますか？

Accepted Answer

平面ひずみ条件（厚板・高拘束）では破壊靭性は最小値 K_IC となり、材料試験で計測される代表値です。平面応力条件（薄板・低拘束）ではき裂先端の塑性域が拡大し、見かけの破壊靭性 K_c は K_IC より大きくなります。JIS Z 2284 / ASTM E399 で平面ひずみ破壊靭性試験条件が規定されており、t ≥ 2.5·(K_IC/σ_y)² が平面ひずみを確保する板厚の目安です。

J積分・応力拡大係数（K_I）推定ツール

き裂タイプ

荷重条件

き裂寸法

材料特性

数式

計算例

計算例：炉の圧力容器（SUS316L）のJ積分評価

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