単位数: 2. 担当教員: 小川 和洋, 佐藤 一永. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TMA-MEE352J.
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Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。
学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
１．目的
航空機や圧力容器等の構造物の設計・維持管理及び複合材料等の材料開発には, 破壊力学が重要な役割を演ずる。き裂の力学である破壊力学の基礎と応用について学ぶ。
２．概要
まず、き裂の力学的挙動を特徴づけるための主要な破壊力学パラメータに関してその意義と評価法を学ぶ。その後, 機器・構造物のフェールセーフ設計や粒子・繊維強化複合材料の開発などに, 破壊力学が如何に応用されるかを習得する。５回程度のレポート問題を解くことにより理解を深める。
３．達成目標等
・破壊力学パラメータと破壊靭性値の適用限界を理解した上で, 機器・構造物の簡易モデルを対象としたき裂の力学解析ができる。破壊力学に基づく材料選択ができる。
・疲労き裂進展等を対象にしたフェールセーフ設計と寿命評価の基礎的解析ができる。
・複合材料等の高靭化機構を理解し, 破壊力学的モデルに基づく靭性評価ができる。
本講義は，Google Classroomを利用する場合がある．その場合のクラスコードは「6dg4ixn」である．
The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)
１．Course objective
Fracture mechanics presents engineering methodologies for evaluating and predicting the initiation and propagation of cracks. This course is intended as an introduction of Fracture Mechanics offered to engineering students, and descibes the fracture mechanics parameters together with the underling theoreis and their application to the design and safety-assessment of structural components and to the material development.
２．Course outline
In the lecture, based on a fundamental crack model, descriptions of the fracture mechanics parameters such as stress intensity factor (K) , energy release rate (G) and J-integral (J) will be given first. We will then discuss how to apply those parameters and their concept to important engineering problems related to fast fracture and fatigue crack growth, and fiber-reinforced composites. Report problems will be given as homework (approximately five times).
３．Goal
At the end of the course, students should be able to carry out crack analyses for simple sturucture/component models using the fracture mechanics parameters, and to evaluate remaining fatigue life-time and toughneing in fiber-reinforced composites.
In this lecture, Google Classroom may be used.
The class code is "6dg4ixn".
「材料力学 I, II」及び「材料科学I, II」 を履修していることが望ましい。本科目の理解を深めるために、「弾性力学」を履修することを望む。
It is assumed that the students studying in this course will have knowledge in Mechanics of Materials I and II, and Material Science I and II . Fundamental understanding of elasticity is desirable.
１．構造物破壊の特徴と破壊力学の必要性
２．き裂先端の応力場と応力拡大係数K
３．応力拡大係数に関する基礎事項 (I)
４．応力拡大係数に関する基礎事項 (II)
５．エネルギー開放率G
６．J積分
７．破壊靭性評価法
８．疲労き裂進展と破壊力学(I)
９．疲労き裂進展と破壊力学(II)
10．割れの形態（フラクトグラフィー）
11．破壊防止と寿命評価 (I)
12．破壊防止と寿命評価 (II)
13．フェールセーフ設計と材料選択
14．破壊力学の複合材料開発への応用 (1)
15．破壊力学の複合材料開発への応用 (1I)
1. Introduction: Feature of fracture in structures and components and necessity of Fracture Mechanics
2. Singular stress field ahead of the crack tip and stress intensity factor, K
3. Fundamentals of stress intensity factor (I)
4. Fundamentals of stress intensity factor (II)
5. Energy release rate , G
6. J-integral, J
7. Experimental method for determining fracture toughness
8. Fatigure crack growth and Fracture Mechanics (I)
9. Fatigure crack growth and Fracture Mechanics (II)
10. Fractography
11. Fracture prevention and remaining life-time evaluation (I)
12. Fracture prevention and remaining life-time evaluation (II)
13. Fail safe design and material selection
14. Application to composite material development (I)
15. Application to composite material development (II)
授業時に課される宿題を提出するだけでなく、配布されるプリントにより授業内容を復習し、理解できていない点があれば質問を用意し、次回授業時に質問すること。
Students are required not only to submit class assignments but also to review each class using handouts. If there remain any parts they cannot understand, they should ask questions in the next class.
定期試験（70%）、演習問題のレポート（30%）を総合して評価する。
1. Homework: 30%
2. Examination (Closed book and no notes): 70%
オフィスアワーは、毎週水9:00～12:00とする。
事前にE-mail等で連絡すること。
教員の連絡先は授業中に伝える。
Office hours are from 9:00 to 12:00 on Wednesdays.
Make an appointment in advance via e-mail or other means.
The contact information for the lecturer will be given in class.