破壊 材料 書籍

No.1698

 

Strength Design Handbook for Failure Prevention of Products

破壊力学大系

―壊れない製品設計へ向けて―

● 破壊・損傷事例と解析→強度・寿命設計技術→材料力学・破壊力学の基礎→材料学の構成。

● 各事例の冒頭で、強度・寿命設計技術や破壊力学、材料力学、材料の特性などが関連づけられており、事例から設計技術、学問的な基礎項目まで一連となって参照しやすい。

● 多岐な分野から収録した解析事例は、類を見ないボリュームで資料としても活用可能!

● 開発設計、生産技術、品質保証・保全ほか現場技術者必見の一冊。


発刊 2012年2月
体裁 B5判 536頁(上製本)
定価 56,000円(税抜)
発行 (株)エヌ・ティー・エス
販売 (株)技術情報協会

■著者紹介

【編集代表】

服部 敏雄 岐阜大学 工学部機械システム工学科 教授
   
【編集委員】(50 音順)
川田 宏之 早稲田大学 理工学術院 機械科学・航空学科 教授
田川 哲哉 大阪大学 大学院工学研究科 マテリアル生産科学専攻 准教授
東郷敬一郎 静岡大学 工学部長・機械工学科 教授
中井 善一 神戸大学 大学院工学研究科 機械工学専攻 教授
三浦 英生 東北大学 大学院工学研究科 教授/東北大学附属エネルギー安全科学国際研究センター センター長
 
【執筆者 計57名(執筆順)】
服部 敏雄 岐阜大学 工学部機械システム工学科 教授
田中 正清 元 厚生労働省 産業安全研究所 機械システム安全研究部
宮川  進 株式会社デンソー 材料技術部 担当次長
野口  徹 室蘭工業大学 理事・副学長
小熊 規泰 富山大学 大学院理工学研究部 教授
中西 保正 株式会社IHI フェロー・技術開発本部 技監
宇佐美三郎 株式会社日立製作所 日立研究所 材料研究センタ エネルギー材料研究部 PM2 ユニット
宮下 幸雄 長岡技術科学大学 機械系 准教授
中込 忠男 信州大学 工学部建築学科 教授
伊藤 寛之 信州大学 大学院工学系研究科
大塚 尚武 株式会社ミュー 代表取締役/龍谷大学 名誉教授
伊藤 義康 株式会社東芝 電力システム社 電力・社会システム技術開発センター 首席技監
足立 幸志 東北大学 大学院工学研究科 ナノメカニクス専攻 ナノ界面制御工学研究室 教授
/ 東北大学機械系 トライボベーストデザイン研究センター センター長
祖山  均 東北大学 大学院工学研究科 ナノメカニクス専攻 教授
山辺純一郎 九州大学 水素エネルギー国際研究センター 水素安全学研究部門 准教授
小林 幹和 三菱ふそうトラック・バス株式会社 開発本部 スペシャリスト
石塚 弘道 公益財団法人鉄道総合技術研究所 車両構造技術研究部 主管研究員
織田 安朝 株式会社テス 技術本部 試作部 部長
中島 睦夫 航空技術コンサルタント・航安塾メンバー
青山  博 株式会社日立製作所 日立研究所 機械研究センタ 第三部 主任研究員
/ 金沢工業大学 大学院工学研究科 高信頼ものづくり専攻 客員教授
三浦 英生 東北大学 大学院工学研究科 教授/ 東北大学附属エネルギー安全科学国際研究センター センター長
西村 朝雄 株式会社実装パートナーズ
北野  誠 株式会社日立製作所 日立研究所 主管研究長
指熊 裕史 川崎重工業株式会社 航空宇宙カンパニー 技術本部 研究部 基幹職
北村 隆行 京都大学 大学院工学研究科 機械理工学専攻 教授
佐藤 一雄 名古屋大学 大学院工学研究科 マイクロ・ナノシステム工学専攻 教授
土屋 智由 京都大学 大学院工学研究科 マイクロエンジニアリング専攻 准教授
福岡 俊道 神戸大学 大学院海事科学研究科 教授
成瀬 友博 株式会社日立製作所 日立研究所 機械研究センタ 第三部 ユニットリーダ主任研究員
平野  聡 株式会社日立製作所 日立研究所 材料研究センタ エネルギー材料研究部 PM5 ユニット主任研究員
牧野 泰三 住友金属工業株式会社 総合技術研究所 先進デザイン研究開発部 グループ長主任研究員
谷江 尚史 株式会社日立製作所 日立研究所 機械研究センタ 第三部 主任研究員
寺崎  健 株式会社日立製作所 日立研究所 機械研究センタ 高度設計シミュレーション研究部主任研究員
廣畑 賢治 株式会社東芝 研究開発センター 機械・システムラボラトリー 主任研究員
久森 紀之 上智大学 理工学部 機能創造理工学科 准教授
大森 健一 東京工業大学 大学院理工学研究科 材料工学専攻 田中研究室 特別顧問
西川  出 大阪工業大学 工学部 機械工学科 教授
坂本 英俊 熊本大学 大学院自然科学研究科 産業創造工学専攻 機械システム部門 教授
冨田 佳宏 福井工業大学 工学部 機械工学科 教授/神戸大学 名誉教授
東郷敬一郎 静岡大学 工学部長・機械工学科 教授
菊池 正紀 東京理科大学 理工学部 機械工学科 教授
井岡 誠司 大阪電気通信大学 工学部 機械工学科 准教授
久保 司郎 大阪大学 大学院工学研究科 機械工学専攻 教授
田川 哲哉 大阪大学 大学院工学研究科 マテリアル生産科学専攻 准教授
中井 善一 神戸大学 大学院工学研究科 機械工学専攻 教授
菅田   淳 広島大学 大学院工学研究科 機械物理工学専攻 教授
藤本 慎司 大阪大学 大学院工学研究科 マテリアル生産科学専攻 教授
江原隆一郎 福岡大学 産学官連携研究機関 材料技術研究所 客員教授
木村 一弘 独立行政法人物質・材料研究機構 環境・エネルギー材料部門 材料信頼性評価ユニット長
藤山 一成 名城大学 理工学部 機械システム工学科 教授
丸山 典夫 独立行政法人物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 ナノバイオ分野生体
機能材料ユニット バイオメタルグループ MANA 研究者
向井 敏司 神戸大学 大学院工学研究科 機械工学専攻 教授
石川  優 山形大学 名誉教授
上野  明 立命館大学 工学部 マイクロ機械システム工学科 教授
川田 宏之 早稲田大学 理工学術院 機械科学・航空学科 教授
細井 厚志 名古屋大学 大学院工学研究科 機械理工学専攻 巨陽研究室 助教
高島 和希 熊本大学 大学院自然科学研究科 副研究科長・産業創造工学専攻 教授
■ 目 次
第1章 はしがき<服部 敏雄>
  1 経済活動とものづくり企業
  2 技術支配ものづくり産業の復活


    3 統合型技術者の必要性
  4 事故例からの勉強

第1編 破壊事例と解析
 
第1章 事故解析<服部 敏雄>
  1 事故解析の重要性


    2 事故解析の手順
  3 破面解析(フラクトグラフィ)
第2章 機械要素
  1節  クレーン用のIWRC ワイヤロープの破損事例−内部断線損傷の問題を中心に−<田中 正清>
    1 IWRC ワイヤロープの破断による事故例   
    2 事故例から推定されるIWRC ワイヤロープの損傷特性と問題点   
    3 曲げ疲労条件での確認試験
    4 IWRC ワイヤロープの破断事故防止対策
    5 おわりに

  2 節 鋳造欠陥を起点とした疲労<宮川  進>
    1 破壊状況
    2 破壊検討
    3 対策技術


    3 節 シャフト(回転軸),物揚げ機<野口  徹>
    1 トラックハンドルコラムシャフトの破壊
    2 舶用発電機ロータシャフトの破壊   
    3 水圧鉄管溶接治具シャフトの破壊
    4 メカニカルブレーキシャフトブッシュの破壊   
    5 50tf ジブクレーンの倒壊
    6 パイルハンマ用クレーンブームの倒壊
    7 モータブロックチェーンリンクの破壊

  4 節 転がり軸受 <小熊 規泰>
    1 機能と特性
    2 転がり寿命
    3 潤滑寿命
    4 早期故障
第3章 溶接構造
  1 節 溶接構造全般の損傷事例および損傷防止と破壊力学<中西 保正>
    1 船舶
    2 貯槽
    3 土木構造物
    4 その他の鋼構造物
    5 おわりに

  2 節 機械・構造物溶接部の疲労破壊解析<宇佐美三郎>
    1 余盛止端部からの破壊
    2 不溶着ルート部からの破壊
    3 溶接欠陥からの破壊

  3 節 異材溶接 <宮下 幸雄>
    1 概要


      2 異種金属接合の例− SPCC/A5052 接合−
    3 プラスチック/金属異材接合の例− PET/A5052, C1222, SUS304 接合−
    4 溶接部形状と強度
    5 まとめ

  4 節 鋼構造建築物の柱梁溶接接合部における破壊<中込 忠男/伊藤 寛之>
    1 はじめに
    2 スカラップに起因する破壊
    3 現場溶接接合形式と工場溶接接合形式における破壊の比較
    4 スチールタブと固形エンドタブに起因する破壊
    5 鋼材の力学的性質と塑性変形能力
    6 まとめ
第4章 圧力容器
  1 節 プラント関連<大塚 尚武>
    1 反応塔の脆性破壊事故の解析例


      2 ベローの疲労破壊
    3 脱硫リアクターのノズル取付け溶接部の融合不良

第5章 表面損傷
  1 節 耐熱コーティング<伊藤 義康>
    1 高温耐食コーティングを施したNi 基超合金の組織
    2 高温耐食コーティング部材のクリープ寿命
    3 高温耐食コーティング部材の高温疲労寿命
    4 高温耐食コーティング部材の疲労き裂発生・進展機構と改善策について

  2 節  トライボロジー:精密位置決めステージ用摩擦駆動システムにおけるセラミックスの脆性破壊型摩耗<足立 幸志>

      1 不具合状況
    2 原因究明
    3 対策技術:セラミックスの脆性破壊型摩耗抑制のための設計指針

  3 節 キャビテーション損傷<祖山  均>
    1 キャビテーション損傷例
    2 原因究明
    3 キャビテーション損傷の予測
    4 対策
第6章 自動車
  1 節 トラック・バス部品の疲労強度評価<山辺純一郎/小林 幹和>
    1 鋳肌を有する球状黒鉛鋳鉄の疲労強度
    2 ショックアブソーバブラケットの疲労強度


    2 節 トレーラハブ,ゆりかもめハブの疲労<服部 敏雄>
    1 事故状況
    2 原因究明

第7章 鉄道
  1 節 台車枠および車輪の損傷事例(国鉄時代)<石塚 弘道/織田 安朝>
    1 台車枠の損傷事例
    2 車輪の損傷事例
    3 おわりに

  2 節 高周波焼入れ車軸のき裂進展性評価<石塚 弘道>
    1 実物大車軸による疲労試験
    2 試験結果
    3 き裂の進展性評価
    4 まとめ

  3 節 ジェットコースタ車軸ボルト疲労(1) <服部 敏雄>

      1 事故状況
    2 原因究明
    3 ねじ疲労破断対策設計技術

  4 節 ジェットコースタ車軸ボルト疲労(2)<服部 敏雄>
    1 事故状況
    2 原因究明
    3 対策技術

  5 節 超電導リニア用地上コイルの締結(開発上) <服部 敏雄>
    1 開発状況
    2 設計の壁と対応技術
    3 設計事例(限界すべり量の計算例)

第8章 航空・宇宙
  1 節 JAL 機事故事例とその教訓 <中島 睦夫>
    1 事故の状況
    2 事故の原因
    3 事故後の対策
    4 事故から得られた教訓と今後の課題

    2 節 H UロケットLE7 エンジン水素ターボポンプ <服部 敏雄>
    1 事故状況
    2 原因究明(基礎技術,流体振動)
    3 対策技術(基礎技術,流体振動)
第9章 重電・産業機械
  1 節 タービン発電機ロータのフレッティング疲労 <服部 敏雄>
    1 事故状況
    2 原因究明
    3 対策技術
 
  2 節 複合材料のヘルスモニタリング <青山  博>
    1 引張試験片および試験方法
    2 アコースティックエミッション(AE)法
    3 光ファイバ・ブラッグ・グレーティング(FBG)センサ


      4 FRP 透過光を利用した損傷検出法
    5 アルミナFRP の損傷と曲げ剛性の関係
    6 FRP の損傷と剛性変化
    7 透過光波長測定システムの開発
    8 透過光強度と剛性の関係
    9 まとめ  

  3 節 蒸気タービン長翼取付のフレッティング疲労<服部 敏雄>
    1 事故状況
    2 原因究明

第10章 電子部品・光学部品
  1 節 封止樹脂の疲労破壊事例<三浦 英生/西村 朝雄>
    1 はじめに
    2 封止樹脂の疲労き裂進展挙動と解析モデル
    3 電子パッケージ内のき裂進展評価事例
    4 おわりに

    2 節 はんだ <北野  誠>
    1 はじめに
    2 はんだ接合部の破壊要因
    3 熱疲労破壊
    4 機械的疲労破壊
    5 衝撃破壊
    6 おわりに
第11章 複合材料
  1 節 航空機 <指熊 裕史>


      1 複合材構造の継ぎ手
    2 A300 の垂直尾翼継ぎ手部の破壊

第12章 マイクロマテリアル・MEMS
  1 節 マイクロ部品の破壊 <北村 隆行>
    1 自動車鋼板スポット溶接部の疲労破壊
    2 多層デバイスの接合
    3 ナノ部材の破壊
 
  2 節 薄膜デバイスの信頼性設計 <三浦 英生>
    1 はじめに
    2 薄膜デバイス内部の残留応力解析手法
    3 デバイス信頼性設計への適用事例
    4 おわりに

    3 節 シリコンの破壊と疲労 <佐藤 一雄/土屋 智由>
    1 シリコンの破壊と疲労
    2 破壊の寸法効果
    3 破壊モードの温度依存性
    4 シリコンの疲労破壊現象
    5 湿度環境下での疲労破壊のメカニズム
    6 高信頼なシリコン構造実現のために

第2編 強度・寿命設計技術
 
第1章 CAE を用いた強度・寿命設計技術<服部 敏雄>
  1 はじめに


    2 IT 偏重に流されないものづくり技術者の育成
  3 強度・寿命設計と材料力学・FEM 解析
第2章 機械要素
  1 節 ねじ <福岡 俊道>
    1 ねじの静的強度
    2 ねじの疲労強度
    3 ねじのゆるみとへたり現象
    2 節 ねじ締結構造 <成瀬 友博>
    1 ねじと被締結体の剛性
    2 ねじと被締結体剛性を用いた締結体の簡易モデル化手法
    3 ねじ締結体簡易モデルに対する強度評価法
    4 ねじ締結体簡易モデルの適用例

第3章 運輸機器      
  1 節 FSW <平野  聡>
    1 はじめに
    2 摩擦撹拌接合の特徴
    3 FSW 施工の特徴と課題
    4 接合可能な材料と接合部特性
    5 適用例
    6 おわりに
 
  2 節 鉄道台車 <牧野 泰三>
    1 はじめに
    2 鉄道台車枠の強度設計の現状


      3 溶接ルート部の強度設計への破壊力学の適用

  3 節 航空機構造 <指熊 裕史>
    1 はじめに
    2 航空機の開発作業の流れと航空機の設計運用寿命
    3 航空機の構造と荷重
    4 強度
    5 荷重,強度実証試験
    6 運用フェイズの整備,管理
    7 まとめ
第4章 電子部品関連  
  1 節 はんだ接合部の寿命設計 <谷江 尚史/寺崎  健>
    1 はじめに
    2 はんだ接合部の疲労寿命予測  

    2 節 電子部品における構造信頼性の設計最適化 <廣畑 賢治>
    1 電子部品の構造設計と設計最適化
    2 構造信頼性に基づく設計最適化手法
    3 適用例
    4 まとめ

第5章 先端材料−今後の強度設計  
  1 節 生体材料 <久森 紀之>  

  2 節 整形外科インプラント材料 <大森 健一>
    1 医療機器の市場
    2 人工股関節の適用材料と破損状況
    3 大腿骨ステムの疲労強度評価
    4 セラミックヘッドの衝撃強度評価

      5 超高分子量ポリエチレン臼蓋ライナーの破損
    6 不具合情報の有効活用
 
  3 節 歯科材料 <西川  出>
    1 はじめに
    2 金銀パラジウム合金における疲労き裂進展挙動
    3 コンポジットレジンの疲労強度

第3編 材料力学と破壊力学
第1章 材料力学の基礎
  1 節 応力とひずみ <坂本 英俊>
    1 はじめに
    2 応力とひずみ
 
  2 節 引張および圧縮 <坂本 英俊>  

  3 節 ねじり <坂本 英俊>
    1 丸棒のねじり
 
  4 節 はりの曲げ <坂本 英俊>
    1 はりの定義と種類
    2 せん断力と曲げモーメント
    3 はりの応力
    4 はりのたわみ
    5 節 組合せ応力 <坂本 英俊>
    1 はじめに
    2 平面応力
    3 曲げとねじりが作用する組合せ応力  

  6 節 ひずみエネルギー <坂本 英俊>
    1 はじめに
    2 棒の単軸引張
    3 はりの曲げ
    4 棒のねじり
 
  7 節 長柱の座屈 <坂本 英俊>
    1 オイラーの座屈荷重
    2 各種端末条件における長柱の座屈  

  8 節 円筒 <坂本 英俊>
    1 薄肉円筒
    2 厚肉円筒

第2章 有限要素法の基礎 <冨田 佳宏>
  1 はじめに
  2 線形弾性問題の有限要素法


    3 各種材料の構成モデル
  4 弾塑性有限要素法
  5 おわりに
第3章 破壊力学の基礎  
  1 節 線形破壊力学 <東郷敬一郎>
    1 はじめに
    2 グリフィスき裂
    3 変形モードと応力拡大係数
    4 エネルギー解放率
    5 小規模降伏条件
    2 節 弾塑性破壊力学 <菊池 正紀>
    1 はじめに
    2 J 積分の定義
    3 J 積分の経路独立性の条件
    4 HRR 場とJ 積分
    5 き裂先端開口変位とJ 積分
    6 J 積分の実験的評価法について
    7 拘束効果とJ 積分

第4章 破壊力学の展開
  1 節 異種接合界面端特異応力場
  1 異種接合界面端特異応力場 <井岡 誠司/久保 司郎>
    1 はじめに
    2 界面端の特異応力場

  2 熱応力負荷下の界面端特異応力場 <井岡 誠司/久保 司郎>
    1 はじめに
    2 熱応力に関する定数項
    3 接合界面上の応力分布解析

  3 直交異方性異種接合界面端特異応力場 <井岡 誠司/久保 司郎>
    1 はじめに

      2 接合界面端の特異応力場
    3 熱応力負荷下の特異応力場

  4 中間層を有する異種接合界面端特異応力場 <井岡 誠司/久保 司郎>
    1 はじめに
    2 中間層挿入による界面端特異応力場の消失
    3 接合界面上の応力分布解析
 
  2 節 応力特異場パラメータの強度設計への適用 <服部 敏雄>
    1 はじめに
    2 接着界面
    3 接触界面
    4 まとめ

第4編 各種材料と破壊特性

第1章 金属材料  
  1 節 静的
  1 引張強度特性と破壊形態 <田川 哲哉>
    1 引張試験
    2 切欠試験片の降伏挙動
    3 切欠試験片の破壊挙動
    4 引張強度特性の温度,ひずみ速度依存性

  2 破壊靱性 <田川 哲哉>
    1 シャルピー衝撃試験
    2 破壊力学に基づく破壊靱性
    3 各種破壊靱性試験方法
 
  2 節 疲労
  1 疲労の基礎 <中井 善一>
    1 疲労強度の定義と特徴
    2 平滑材の疲労強度
    3 切欠材の疲労強度
    4 疲労破壊のメカニズム
    5 疲労き裂の伝播の破壊力学

  2 変動振幅下の疲労寿命予測 <田  淳>
    1 変動応力波形ならびに波形計数法
    2 疲労寿命評価法

  3 フレッティング疲労 <服部 敏雄>
    1 はじめに
    2 フレッティング疲労の力学条件
    3 フレッティング疲労のメカニズム
    4 応力特異場パラメータを用いたき裂発生評価
    5 摩耗を考慮したき裂進展評価(高サイクル疲労)
    6 特定位置応力を用いた疲労強度・寿命評価(低サイクル疲労)
    7 まとめ−力学的視点からの耐フレッティング設計法−

  3 節 環境
  1 応力腐食割れ <藤本 慎司>
    1 はじめに


      2 応力腐食割れの分類
    3 応力腐食割れの機構
    4 代表的な金属材料の応力腐食割れ
 
  2 腐食疲労 <江原隆一郎>
    1 腐食疲労現象
    2 腐食疲労の機構と特徴
    3 腐食疲労強度,腐食疲労き裂進展速度に及ぼす影響因子
    4 腐食疲労防止対策
 
  4 節 高温
  1 クリープ <木村 一弘>
    1 はじめに
    2 高温機器の設計基準
    3 クリープ変形と破壊
    4 クリープ寿命予測
    5 まとめ

  2 高温疲労 <藤山 一成>
    1 高温疲労の定義と分類
    2 一定温度下での高温高サイクル疲労
    3 高温低サイクル疲労と熱疲労
    4 クリープ疲労
    5 高温疲労き裂進展特性
 
  5 節 先端金属材料<丸山 典夫/向井 敏司>
    1 はじめに
    2 マグネシウム合金の変形機構と破壊靱性
    3 マグネシウム合金の疲労特性
    4 マグネシウム合金の疲労強度に及ぼす湿度の影響
    5 金属ガラス(アモルファス合金)のフレッティング疲労特性
    6 金属ガラスのフレッティング疲労強度に及ぼす力学的因子の影響
    7 各種先端金属材料の疲労特性に及ぼす環境の影響

第2章 非金属材料と破壊      
  1 節 高分子材料の脆性破壊とタフニング <石川  優>
    1 はじめに
    2 プラスチックの破壊
    3 プラスチックのタフニング  
  2 節 セラミックス <上野  明>
    1 はじめに
    2 セラミックスの強度評価方法と破壊特性
    3 強度特性値のばらつき
    4 強度・靱性向上メカニズム  

    3 節 複合材料 <川田 宏之/細井 厚志>
    1 層間破壊靱性の理論と実際
    2 トランスバースクラックの破壊力学的検討  
  4 節 マイクロ材料 <高島 和希>
    1 はじめに
    2 機械的性質に及ぼす寸法の効果
    3 マイクロ材料の疲労
    4 マイクロ材料の破壊
    5 材料の階層的微視組織から切り出したマイクロ材料の破壊
    6 マイクロ材料の破壊・疲労評価に関する規格化動向
    7 おわりに





索引

   
 

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