金属破面解析 (フラクトグラフィ) の基礎と破損原因・破壊機構の推定

通常、機械構造物は安全係数をかけた壊れにくい設計がされている。しかしながら,長期間使用による材料の変質や疲労破壊などにより不具合が生じる。従って、それらを維持するための保守・保全を行うためには、主要部材である金属材料の破壊現象を知ることが重要である。 　金属部品の破壊原因を推定する最も有効な手法は、フラクトグラフィ (破面解析) である。フラクトグラフィとは、破面の目視等によるマクロ観察や電子顕微鏡によるミクロ観察によって、疲労破壊や応力腐食割れといった破壊機構を推定する技術である。一方、金属の破壊機構は多数あり、破面様相から破壊機構を推定するには、ある程度の経験・技術・知識が必要となる。 　近年注目されている機械学習は破面写真を学習させることにより、自動認識が可能なレベルまできている。経験の浅い技術者のサポートツールとして期待される。 　本講座では、材料強度学と疲労強度学の基礎について述べ、破壊と材料強度の関係について説明する。次に、フラクトグラフィを用いて破損解析を実施するために守るべき破面の取り扱い方、各種の破壊モードについて解説し、疲労強度設計の基礎と初歩的なフラクトグラフィ技術の習得を目的とする。最後にマイクロソフトから無料で提供されている機械学習ツールlobeを用いた画像認識について紹介する。

1. 材料力学の基礎
   1. 力と応力
   2. 変形量とひずみ
   3. 応力とひずみの関係
   4. 曲げ応力
2. 疲労強度学
   1. 疲労の基礎
   2. S-N曲線と疲労限度
   3. 切り欠きの影響
   4. 平均応力の影響
   5. その他の影響因子
   6. 疲労設計の基礎
3. 各種破壊現象について
   1. 静的破壊
      1. 延性破壊と脆性破壊
      2. 延性-脆性遷移
   2. 疲労破壊
4. フラクトグラフィ技術
   1. フラクトグラフィの手順
   2. マクロフラクトグラフィ
      1. 延性破壊
      2. 脆性破壊
      3. 疲労破壊
   3. ミクロフラクトグラフィ
      1. ミクロフラクトグラフィ観察機器の遍歴
      2. ミクロフラクトグラフィを活用した疲労損傷解析
      3. ストライエーションから応力範囲と繰り返し数を推定する
5. 破面解析による事故解析事例
   1. JAL123便墜落事故
   2. 高速増殖炉「もんじゅ」ナトリウム漏洩事故
   3. HIIロケット8号機打ち上げ失敗
6. 機械学習モデルlobeを用いた破面解析手法の紹介
• 質疑応答