疲労破壊について

質問

クリップや下敷きなどを何回も折り曲げていると、曲げている部分の温度が上昇しますが、壊れたときの温度は、破壊と何か関係があるのでしょうか？教えてください。

回答No.4

martensite807 · ベストアンサー

まずクリップ（金属）と下敷き（ポリマー）は分けて考える必要があります。私は金属専門なので、ここではクリップに限って話を進めさせてください。

クリップを繰り返し曲げて、最終的に破壊に至る現象は疲労破壊ではありません。Ｎｏ１さんのお答えにもあるように、疲労破壊は弾性限度以下の応力で繰り返し応力を与えたときに破壊にいたる現象にあてはまります。

クリップを繰り返し曲げて破壊する現象は金属の加工硬化と直接関係があります。
簡単に説明しますと、金属は塑性変形させると強くなります。つまり強度（硬さ）が上昇します。（加工硬化の直接の原因は転位密度の上昇ですが、ここでは深入りはしません。）

一般に金属の場合、塑性変形させるために必要な応力（転位を動かすために必要な応力）は破壊応力（原子間結合を切るために必要な応力）より圧倒的に低いです。したがって金属に応力を加えた場合、まず塑性変形が起こります。（もちろん変形初期は弾性変形のみ）変形が進むにつれて加工硬化のために、塑性変形のに必要な応力は上昇します。ある変形量に達し、塑性変形に必要な応力が、破壊応力を上回ると破壊が生じます。

変形に費やされたエネルギーの９０％は熱エネルギーに変換されます。材料の温度上昇はそのためですが、破壊に対する影響は小さいように思われます。（あくまでクリップを手で繰り返し曲げている状態を考えた場合です。）
高速度変形などではまた状況は変わってきます。

回答No.5

girugaru

日常の工作の話なんですが。
アクリル板を加工するのに、ヒーターをつかいます。
曲げ加工、切断もできます。
アクリルカッター（普通のカッターの刃が変わった形みたいなもの）で切断もします。
アクリルの場合、種類にもよりますが、だいたい熱に弱いので、曲げているうちにばきっと折れるとき、
またはカッターを使うとき、かならず熱が発生しています。
どうもアクリルの場合、破壊（加工）に力だけでなく
、熱エネルギー（わざとかけるにしろ、力の一部が変換したもの、ロスか？にしろ）も関係してるようにおもいます。
温度が上がるとたいてい分子の活動って活発になるように思うのですが、
証明はできないです、すいません。
ホームセンターにアクリル加工、詳しくありますが、
どうでしょう。
参考になれば幸いです。

お礼

よくわかりました。回答して頂いた皆様本当にありがとうございました。　　　　　　　　　　ttakk

回答No.3

大明神（@bathbadya）

別の見方をすれば、破壊したときの温度がより高いほうが急激にストレスがかかった。ってことかな？
温度が上がらなかった場合はストレスが徐々にかかったか、もしくは構造等の欠陥が破壊の引き金になった。

回答No.2

seyber

NO,1さんと同じで温度は※直接は関係無いと考えます。

折れる寸前で水に入れて冷却。その後再開して切断された時の温度はほとんど変化は無いはずです。

連続して折り曲げた時、
最初強度が高くようやく折り曲げる。（温度上昇）
何度も繰り返す（温度急上昇）
最後の頃（楽に曲がる）（温度上昇）

こんな感じです。
これは鉄も同じ状態になるようです。
分子結合を強引に崩し、何度も同じ事を繰り返すと、
最後に分子間結合が完全に崩れ、楽に曲がるようになり、最後に切断される。

熱はその結合を無理に崩したり分子が移動したりする為に発生するのではないでしょうか？
（分子の摩擦？）
こう考えると、破壊と何か関係あるかもしれませんね。＾＾

興味があるなら、分子科学などを履修してみてはどうでしょうか？
大学院生などはこういう事を徹底研究しているようですよ。＾＾

回答No.1

kobe-kun

上昇する「温度と破壊」には、直接の関係はないと思われます。但し、
折り曲げ時の、塑性変形による温度上昇は、材質をより柔らかくするように、
働くと思われますので、より曲げ易くなることは、確かなことでしょう。

また、温度上昇するような現象は、正に塑性変形を起こしている状態と言え、
これは、「単なる塑性破壊」で有ると認識できます。

疲労破壊の説明には、針金を曲げたりする例が良く使われているようですが、
「本当の疲労破壊」とは、弾性限界以下の応力で、「１０の７乗回」程度と、
大変回数の多い、繰り返し応力を加えた場合を言います。

ですので今回の質問は、これに当てはまらない破壊と言うことになりますね。