高分子材料の破壊メカニズムと耐久性評価の考え方

設計と耐久性評価

我々は、金属、プラスチック等の多様な材料からなる道具を使用しています。道具は使える状態が当たり前であり、その構成材料の劣化により、機能低下、あるいは、使用不能となると困ってしまいます。とはいえ、道具も経済的要素の一つであるため、適正な価格で妥当な使用寿命を設計する必要があります。そのため、材料および道具の機能低下 (劣化) の過程を理解して耐久性を評価し、適切な材料を採用した道具の設計が必要となるわけです。【破壊現象の理解の困難さ?】多々ある機能の中で道具を構成した状態を維持するための力学特性が基本であり、その劣化の理解には材料力学、構造力学、破壊工学等の広範な知識が必要となります。さらに、少ないサンプリング数で偶発的に生じる破壊を評価するためには、統計的な処理も必須となります。
しかし、個々の要素技術の基本をイメージとして捉えて全体像をザックリと捕まえることができれば、理解は一気に容易になるのです。

本講座の目指すもの

本講座では、力学的な特性の劣化について、材料の破壊という観点から、材料力学及び破壊工学的な考え方をベースにして、理解することから始めます。統計的な考え方についても、基本的な概念の確認を行い、本質的な理解を深めます。上記の基礎的事項の知識を用いて材料の力学的耐久性の具体的な評価方法を確認し、材料の耐久性設計のポイントについての理解を目指します。具体例として、接着剤の長期耐久性を題材として説明します。

本講座の進め方

これらの説明においては、全体を俯瞰できるように概念的な説明を行い、全体像を捉えられるように配慮して説明を行います。さらに、できるだけ多様な切り口からの説明を行い、直感的なイメージとして理解できることを目指します。

1. はじめに
   1. 各種の設計と耐久性評価
   2. 破壊現象の理解の困難さ
   3. 本講座の目指すもの
2. マルチスケールでの破壊の理解
   1. 材料力学での応力集中
      1. 一様な弾性材料
      2. 変形と応力の関係
      3. 局所的な応力の集中
   2. 破壊工学のエッセンス
      1. システムの中の欠損を前提
      2. 亀裂とエネルギー
      3. 亀裂の進展
   3. マルチスケールで考えた破壊
      1. マクロな破壊
      2. ミクロな破壊
      3. 材料中の不均一
3. 統計的な考え方
   1. 評価の指標
      1. 区別するために
      2. 尤もらしさを最大化
      3. 色々な分布関数
   2. 破壊現象はレアイベント
      1. 確率的な考え方
      2. 極値統計
   3. ワイブル分布をベースに
      1. 最弱リンクモデル
      2. 信頼性評価への転用
      3. パラメタの決め方
4. 耐久性評価
   1. 接着と破壊
      1. エネルギーベースで議論
      2. モデルの段階的複雑化
      3. 異種材料の界面
   2. 一般的な耐久性評価
      1. 加速試験
      2. 加速試験の妥当性?
   3. 確からしさの向上
      1. 的確なモデルの設定
      2. 適正な条件での測定
5. 質疑応答