材料強度学特論

Advanced Material Strength

994F17A

45ASSMM522

荒井　正行

Masayuki Arai

2026年度前期

2026年度

①First semester

月曜3限

3rd period, Monday.

工学研究科　機械工学専攻

Department of Mechanical Engineering, Graduate School of Engineering

2.00単位

講義

Lecture

-

① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

我々はこれまでに材料力学，弾性力学，塑性力学を学んできた．これらの学問の主な目的は，機械部品に生じる応力と変位を求めることにある．一方，これによって求められた応力や変位に基づいて，部品が降伏するか，破損するかを判断するために必要となる学問が材料強度学である．そこで本特論では，材料強度学の基礎から応用までの広範囲にわたる内容を講義する．この講義を習得することで，材料の力学に関する完全な知識を取得することが可能となる．

We have so far studied strength of materials, elasticity, and plasticity. The primary objective of these disciplines is to determine the stresses and displacements that arise in mechanical components. On the other hand, in order to judge whether a component will yield or fracture based on the stresses and displacements thus obtained, the field of materials strength is required. Accordingly, this special lecture covers a wide range of topics in materials strength, from fundamental principles to advanced applications. By mastering the content of this course, it becomes possible to acquire a comprehensive understanding of mechanics of materials.

本講義では，破壊力学，引張強度，疲労強度，クリープ強度などの広範囲の内容を理解することを目的とする．本授業を受講することで，最新の機械設計，設備管理に必要な知識を身に着けることができる．

The objective of this course is to develop an understanding of a broad range of topics, including fracture mechanics, tensile strength, fatigue strength, and creep strength. By taking this course, students will acquire the knowledge required for state-of-the-art mechanical design and for the maintenance and management of engineering facilities.

本講義の到達目標は，エンジニアとして社会で活躍することために必要となる材料力学に関する完全な知識を取得することである．

The goal of this course is to acquire comprehensive knowledge of mechanics of materials that is essential for engineers to succeed in professional practice.

ー

課題に対する作文　Essay

-

課題にしっかり取り組むこと．

Students are expected to work diligently on the assignments.

出席（20%）+レポート(80%)により評価する．

Assessment will be based on attendance (20%) and reports (80%).

・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

本講義では以下の教科書を用いる．授業前に必ず購入すること．

荒井正行，”初歩からの材料強度学”，数理工学社，ISBN978-4-86481-101-9.

教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

第1回　授業の導入
　　　1・1　機械の事故とその原因
　　　1・2　事故事例
　　　　　1・2・1　ボーイング777-300型
　　　　　1・2・2　東海道新幹線
　　　　　1・2・3　浜岡原発5号機
　　　　　1・2・4　ループスクリューコースター
　　　1・3　事故事例からの教訓
　　　1・4　授業ガイダンス

第2回　応力集中（教科書: pp.138-160）
　　　2・1　弾性応力集中
　　　　　2・1・1　引張りを受ける無限平板中の円孔問題
　　　　　2・1・2　引張りを受ける帯板中の円孔問題
　　　　　2・1・3　円孔以外の形状の問題
　　　　　2・1・4　切欠きの問題
　　　　　2・1・5　フィレットの問題
　　　2・2　三次元問題の応力集中
　　　2・3　弾塑性応力集中
　　　2・4　応力集中の緩和方法

第3回 線形破壊力学（教科書: pp.52-71）
　　　3・1　き裂先端近傍の変位場と応力場
　　　3・2  応力拡大係数
　　　　　3・2・1　応力拡大係数
　　　　　3・2・2　様々な問題の応力拡大係数
　　　3・3　き裂先端での塑性域と小規模降伏条件
　　　3・4　エネルギー解放率
　　　　　3・4・1　エネルギー解放率
　　　　　3・4・2　コンプライアンス法
　　　　　3・4・3　エネルギー解放率と応力拡大係数の関係

第4回 非線形破壊力学（教科書: pp.52-71）
　　　4・1　J積分
　　　4・2　J積分の簡易評価式
　　　4・3　き裂先端のHRR変位場・応力特異場
　　　4・4　J積分表示の一般化

第5回　引張強度-1（教科書: pp.92-99）
　　　5・1　応力−ひずみ曲線
　　　5・2　転位と引張強度
　　　5・3　引張強度のばらつき
　　　5・4　許容応力と安全率
　　　5・5　破断ひずみ

第6回　引張強度-2（教科書: pp.100-109）
　　　6・1　破壊靭性値とR曲線
　　　6・2　破壊靭性値の評価法
　　　6・3　K_IC試験法
　　　6・4　弾塑性破壊靭性
　　　6・5　J_IC試験法
　　　6・6　構造物への弾塑性破壊力学の適用
　　　　　6・6・1　不安定破壊の条件
　　　　　6・6・2　EPRI　J推定法

第7回 疲労強度（教科書: pp.110-120）
　　　7・1　疲労破壊のメカニズム
　　　7・2　S-N曲線
　　　7・3　疲労限度に及ぼす影響因子
　　　7・4　低サイクル疲労
　　　7・5　疲労寿命評価法
　　　7・6　疲労応力集中
　　　7・7　実働応力下での疲労

第8回 疲労き裂の破壊力学（教科書: pp.121-123）
　　　8・1　疲労き裂進展メカニズム
　　　8・2　フラクトグラフィー
　　　8・3　パリス則
　　　8・4　微小き裂問題
　　　8・5　高温疲労き裂
　　　8・6　損傷許容設計
　　　8・7　破壊力学に基づいた補修方法

第9回 クリープ強度（教科書: pp.124-137）
　　　9・1　クリープ変形と破壊メカニズム
　　　9・2　クリープ破断
　　　　　9・2・1　ラーソンミラーパラメータ
　　　　　9・2・2　モンクマングラント則
　　　9・3　クリープ破断寿命評価法
　　　9・4　クリープと疲労の相互作用とクリープ疲労寿命評価法

第10回　ボルト締結問題（教科書: pp.161-169）
　　　10・1　ボルトとは
　　　10・2　ボルト締結の力学
　　　10・3　ボルト締結の疲労強度
　　　10・4　ボルト締結のゆるみとその防止策

第11回　異種接合問題（教科書: pp.170-183）
　　　11・1　継手の代表的な様式
　　　11・2　接着接合
　　　11・3　溶接接合
　　　11・4　表面改質技術

第12回　界面破壊力学（教科書: pp.184-190）
　　　12・1　界面の力学モデルと境界条件
　　　12・2　ダンダースパラメータと応力特異性
　　　12・3　界面き裂の応力拡大係数
　　　12・4　界面き裂のエネルギー解放率
　　　12・5　界面き裂の破壊試験法
　　　12・6　界面疲労き裂の破壊力学

第13回　授業のまとめ

-

-

-

N

N