塑性

非弾性解析法とは、構造物に力が加わった際の挙動をより精密に予測するために用いられる解析手法です。ものづくりにおいて、構造物がどのくらい変形し、どの程度の力に耐えられるのかを事前に把握することは非常に重要です。従来よく用いられてきた弾性解析法では、力が加わると構造物は変形するものの、力を取り除けば元の形に戻るという前提で計算を行います。これはバネをイメージすると分かりやすいでしょう。バネは引っ張ると伸びますが、手を離せば元の長さに戻ります。しかし、現実の物質は必ずしもバネのように単純な挙動を示すとは限りません。特に高温で稼働する機器や、長期間にわたって大きな力がかかる構造物では、力を取り除いても変形が残ってしまうことがあります。このような現象は、塑性変形と呼ばれます。粘土をイメージしてみてください。粘土を押し deform すると、力を抜いても変形したままです。また、一定の力がかかり続けると、時間とともに変形が進行する現象も存在します。これはクリープ変形と呼ばれ、高温で長時間稼働する機器において特に問題となります。例えば、タービンブレードは高温高圧の蒸気に長時間さらされるため、クリープ変形によって徐々に伸びてしまうことがあります。非弾性解析法は、このような塑性変形やクリープ変形といった複雑な物質の挙動を考慮に入れた解析手法です。従来の弾性解析法よりも計算は複雑になりますが、より現実に近い構造物の応答を予測できるため、原子力発電所の配管や航空機のエンジン部品など、高い安全性が求められる構造物の設計には欠かせない技術となっています。近年の計算機技術の進歩により、非弾性解析法の適用範囲はますます広がっています。