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。