材料強度学

Strength and Fracture of Materials

9975210

75BASTM322

髙橋　昭如

Akiyuki Takahashi

2024年度後期

2023 Second Semester

火曜2限

Tuesday 2nd, Period

創域理工学部　機械航空宇宙工学科

Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Faculty of Science and Technology

2.0単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

機械設計や構造物の寿命評価を行うためには，材料の強度に関する理解が必要であり，材料の強度を決定する現象に関する知識が必要である．この講義では，材料力学のパラメータである応力やひずみでは評価することが困難な問題を取り扱う材料強度学について学び，特に破壊力学と破壊現象，塑性変形と転位について講義する．

To evaluate the life time of structures, it is necessary to have a knowledge on the phenomena determining the material strength. In this lecture, the material strength, particularly the phenomena of fracture and dislocations, is explained.

機械設計や材料強度の評価の基礎となる材料強度学に関する基礎的事項を理解する．材料強度学の中でも特に破壊力学と破壊現象および塑性変形と転位について理解する．本科目は，本学科のディプロマポリシーの中の「２．機械航空宇宙工学分野で必要な基礎学力と、その上に立つ専門知識。」に関係する科目である．

Understand the fundamental topics on the material strength, which can be a basis of the mechanical design and the evaluation of the strength of materials. Particularly understand the fracture mechanics and the dislocation mechanics.
This course corresponds to the diploma policy 1. (2) in the Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Graduate School of Science and Technology.

１．　材料強度学の概要を説明することができる．
2. 転位の基礎的特性と材料の変形との関係を説明することができる．
3．　破壊力学と破壊現象について説明することができる．

1. Can explain the introduction of the material strength
2. Can explain the fundamental properties of dislocations and the relationship between the dislocation behavior and the macroscopic deformation of materials
3. Can explain the fracture mechanics and fracture phenomena

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

「材料力学ⅠA」と「材料力学ⅠB」の内容を理解していること．

The topics in Strength of Materials IA and IB should be well understood.

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毎回の授業に先立ち，教科書を読んで予習を行うこと．また，復習も欠かさず行うこと．

The preparation should be done with the text book. The review should also be done.

中間試験50％，到達度評価50％によって総合評価を行う．

Evaluated by the intermediate (50%) and the end-of-term (50%) tests

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

Y

材料強度学・加藤雅治，熊井真次，尾中晋・朝倉書店・1999年・978-4-254-23693-4

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​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

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入門転位論，　裳華房
Introduction to dislocation theory, Shokabo

１．材料強度学概要
　材料強度学の概要について理解する．

2．転位と材料強度　(1): 転位に働く力
線張力とピーチケーラー力について理解する．

3．転位と材料強度　(2): 転位同士に働く力
２つの平行な転位を例として，転位同士に働く力について理解する．

4. 転位と材料強度　(3): 転位の増殖，切り合いと堆積
フランク・リード源，転位の切り合いによるジョグとキンクの形成，転位の上昇運動について理解する．

5．転位と材料強度　(4): 転位の移動に関する経験則
ベイリー・ハーシュの関係とホール・ペッチの関係について理解する．

6．　転位と材料強度　(5): 強化機構
強化機構理論に共通した考え方および分散強化機構について理解する．

7．　中間試験と解説
　これまでの内容の理解度を評価する試験を行い，試験の内容について解説する．

8．破壊力学と破壊現象（１）　延性破壊と脆性破壊，金属材料の破壊様式
　延性破壊と脆性破壊を理解し，それぞれの特徴を理解する．破壊様式を分類し，各破壊様式について理解する．

9．破壊力学と破壊現象（２）　脆性破壊の条件
　グリフィスの脆性破壊の条件を理解する

10．破壊力学と破壊現象（３）　応力拡大係数とき裂様式
　応力拡大係数と，独立な３つの破壊様式（モード）について理解する．

11．破壊力学と破壊現象（４）　き裂先端の塑性域と開口変位
　き裂先端の塑性域と開口変位について理解する．

12．破壊力学と破壊現象（５）　安定破壊とR曲線
　安定破壊とR曲線について理解する．KIC試験法について理解する．　

13．破壊力学と破壊現象（６）　弾塑性破壊力学の概要
　弾塑性破壊力学の概要について理解する．

14．破壊力学と破壊現象（７）　疲労き裂成長
　疲労き裂に関連する事項を理解する．

１５．　到達度評価と解説
　講義の内容の理解度を評価し，内容について解説する．

１．Introduction to material strength
Understand the introduction of material strength

2．Dislocations and material strength (1): Force acting on dislocations
Understand the line-tension force and Peach-Koheler force

3．Dislocations and material strength (2): Interaction force between dislcoations
Understand the interaction force between dislocations

4. Dislocations and material strength (3): Multiplication, cutting and accumulation of dislocations
Understand the Frank-Read source, jog and kink formation as the result of dislocation cutting and the climb motion of dislocations

5．Dislocations and material strength (4): Empirical laws on dislocation motion
Understand the Baily-Hirsch relationship for forest dislocations and Hall-Petch relationship for polycrystals

6．　Dislocations and material strength (5): Strengthening
Understand the fundamenals on the material strengthening theory and the dispersion strengthening

7．　Intermediate test and commentary
Intermediate test to evaluate the understanding of the topics. After the test, the meaning of questions and correct answers are briefly explained.

8．Fracture mechanics and fracture phenomena (1): Ductile and brittle fracture and the fracture modes of metals
Understand the specific properties of the ductile and brittle fracture. Classify the fracture mode, and understand each fracture mode.

9．Fracture mechanics and fracture phenomena (2): Brittle fracture criteria
Understand the Griffith criteria for the brittle fracture.

10．Fracture mechanics and fracture phenomena （３）: Stress intensity factor and cracks
Understand the stress intensity factor and three independent fracture modes.

11．Fracture mechanics and fracture phenomena （４）: Plastic zone at crack tip and openning displacement
Understand the plastic zone at crack tip and crack opening displacement.

12．Fracture mechanics and fracture phenomena （５）: Stable fracture and R curve
Understand the stable fracture and the R curve. Understand the KIC testing method

13．Fracture mechanics and fracture phenomena （６）: Introduction of elastic-plastic fracture mechanics
Understand the introduction of the elastic-plastic fracture mechanics

14．Fracture mechanics and fracture phenomena （７）: Fatigue crack growth
Understand the things related to the fatigue crack growth.

15．　Evaluation of understanding and commentary
Evaluate the understanding of the topics. After the test, the meaning of questions and correct answers are briefly explained.

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