ひずみゲージ ロゼット解析シミュレーター

機械部品の実機ひずみ計測：圧力容器、配管、回転軸、フレーム、ブラケットなど、実際に使われている部品の表面にロゼットを貼り、運転中のひずみを記録します。穴・段付き・溶接部のように応力集中が起きる場所では主方向が直感で読めないため、3枚で向きごと割り出せるロゼットが欠かせません。得られた主応力を材料の許容応力や疲労限度と比較し、安全性を評価します。

FEM解析の検証（実験との突き合わせ）：有限元解析（FEM）が出した応力が本当に正しいかは、最終的には実測で確認します。供試体の代表点にロゼットを貼って試験し、計測した主ひずみ・主応力をFEMの同じ位置の結果と比較します。両者が一致すれば境界条件やメッシュが妥当だと裏付けられ、桁違いなら荷重・拘束の設定ミスを疑えます。本ツールのような手計算レベルの換算は、その突き合わせの基礎になります。

残留応力の測定（穴あけ法）：溶接や機械加工で部品内部に残った残留応力は、ロゼットの中心に小さな穴をあけ、穴あけ前後のひずみ変化を3方向で読むことで推定します（ASTM E837 などの規格）。3ゲージの読みの差から解放された残留ひずみを逆算する手法で、ロゼット解析の応用例の代表格です。

構造ヘルスモニタリング：橋梁・クレーン・風力タービン・航空機構造などに常設のロゼットを貼り、長期間にわたって主ひずみの履歴を記録します。これにより想定外の荷重や疲労損傷の進行を早期に検知でき、点検計画や寿命評価に活用されます。多軸状態を扱える点が、1軸ゲージにはない強みです。

まず最大の誤解が、「ゲージの読み εb がそのまま 45°方向の垂直ひずみだから、主ひずみもゲージのどれかに一致するはず」という思い込みです。εa・εb・εc はあくまで「各ゲージ方向の垂直ひずみ」であり、主ひずみ ε₁・ε₂ とは別物です。主ひずみはふつう、どのゲージ方向とも一致しません。本ツールで確認できるとおり、デフォルト値では εa=600 に対し ε₁≈612、ε₂≈−212 となり、ゲージの読みそのものとはズレます。「測った値＝主ひずみ」と混同すると、危険な過小評価につながります。

次に、「直角ロゼットの γxy=2εb−εa−εc を、デルタロゼットにもそのまま使ってしまう」ミスです。面内ひずみを読みから復元する式は、ゲージの配置角度に完全に依存します。0°/45°/90° と 0°/60°/120° では式の係数がまったく違い、デルタロゼットでは εy=(2εb+2εc−εa)/3、γxy=2(εb−εc)/√3 を使わなければなりません。種類を取り違えると、同じ読みでも主ひずみ・主応力が大きくずれます。実験ではまず「貼ったロゼットがどの配置か」を必ず確認してください。

最後に、「ひずみゲージは応力を測っている」という言い回しの危うさです。ゲージが物理的に検知しているのはひずみ（伸び縮み）だけで、応力は E と ν を使った換算結果にすぎません。温度変化による見かけのひずみ（熱出力）、ゲージの貼り付け不良、横感度、材料の非線形・塑性域では、この換算が成り立たなくなります。特に降伏後はフックの法則自体が破れるため、本ツールの平面応力・線形弾性の前提（小ひずみ・降伏前）を外れる領域では、出てくる応力値を鵜呑みにしてはいけません。