プラスチックおよびプラスチック系複合材料の力学的特性評価と強度設計

プラスチック材料およびプラスチック系複合材料は軽量であることから、多くの機器に使用されている。機器に使用するためには、機能特性だけでなく適切な力学的特性を測定する必要がある。さらに単に特性を測定するだけでなく、機器設計するため必要となる材料力学にそれぞれの特性が関連付けられるかの知識が必要となる。最近では材料を製造するだけでなく、機器の製造まで求められることが多くなり、材料工学だけでなく機器設計も必要となっている。 　本講座では、プラスチック材料およびプラスチック系複合材料の力学的特性の評価方法、それらの特性と機器設計へのつながり、すなわち特性の工学的・工業的意味を説明する。さらに、剛性、強度など機器設計に必要となる応力・ひずみ解析 (材料力学) について説明を行う。現在、応力・ひずみ解析はCADソフトウェアで容易に行うことができるため、いたずらに数式を使って計算手順を示すのではなく、解析するためのモデル化の方法、得られた結果の理解のために必要となる概念を、基礎から実務につながる形で説明する。このため、プラスチック材料を開発し評価を行っている技術者必ずしもプラスチック材料を取り扱わない技術者にとっても材料力学の実務への適用について有用になるような内容としている。

1. はじめに
   1. 背景
   2. 全体の構成
2. プラスチックの力学的特性と評価方法
   1. 応力・ひずみ
   2. 静的強度試験
      1. 引張試験
      2. 曲げ試験
      3. ねじり試験
      4. 応力 – ひずみ関係
      5. 得られる力学的特性
         1. 弾性係数
         2. 引張強度
   3. 粘弾性試験
      1. 試験方法
      2. 得られる力学的特性
         1. 動的弾性係数
         2. 温度 – 時間換算則
         3. 応力緩和係数
         4. クリープコンプライアンス
   4. 衝撃試験
      1. 衝撃引張・圧縮試験
      2. シャルピー衝撃試験
   5. 硬さ試験
      1. ブルネル硬さ試験等
      2. デュロメータによる硬さ試験
   6. 破壊靭性試験
      1. 試験方法
      2. 応力拡大係数
      3. エネルギ解放率・J積分
      4. 破壊靭性
   7. 疲労亀裂進展試験
      1. 試験方法
      2. 疲労亀裂進展速度
   8. 代表的な力学的特性の指標
   9. まとめ
3. 複合材料の力学的特性
   1. 複合則の考え方
   2. 長繊維強化複合材料
      1. ガラス状母材
      2. ゴム状母材
   3. 単繊維強化複合材料
      1. ガラス状母材
      2. ゴム状母材
   4. 粒子強化複合材料
      1. ガラス状母材
      2. ゴム状母材
   5. まとめ
4. 材料力学の基礎と機器設計
   1. 機器のモデル化と応力解析
   2. 有限要素解析と材料力学的解析の関係
   3. 機器の基本的変形
   4. 力とモーメント
   5. 応力・ひずみ
   6. 機器の基本変形
      1. 引張・圧縮変形
      2. 曲げ変形
      3. ねじり変形
      4. 座屈変形
   7. 複雑な応力状態
      1. 主応力
      2. ミーゼス応力
   8. 応力集中
   9. 表面の応力状態
   10. 力学的特性と強度評価
       1. 降伏条件
       2. 破壊条件
   11. まとめ
       1. まとめ
       2. 製造後の非破壊検査と寿命予測
5. 全体のまとめ
6. 質疑応答