技術資料

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構造解析用語
残留応力 (residual stress)

身の周りでよく見かけるプラスチック製品はその形状に合わせて特別に制作された金型に溶融状態のプラスチックを注入し、射出成形して制作されます。射出成形過程で高温の溶融状態のプラスチックは室温へ冷却されながら固体状態に変化されます。

このような過程で、冷却条件が合わないとプラスティック製品は求めていた形状とは違って、ゆがみが生じやすいです。そして、このようなゆがみは高温状態から室温に冷却される熱収縮課程でプラスティック成形品の内部に残留応力が存在するからです。従って、プラスティック成形品の内部に残留応力が生じないように金型と成形工程を適切に設計しなければなりません。

残留応力は熱変形する全ての製品で生じうる現象として、溶接のような構造物の接合過程では特に注意が必要であります。船舶は数多くの溶接作業で鋼板を接合して造られた組立体として、過度な残留応力は、航海時に海洋波の衝撃荷重のため、鋼板は簡単に破られる構造的破損につながる可能性があります。

熱力学的な観点から残留応力は構造物内の熱収縮が均一していない場合、内部に引張と圧縮荷重が誘発されるようになり、これにより内部に応力が生じるからである。残留応力を最小化させる一つの方法は熱収縮課程を有限要素解析(finite element analysis)でシミュレーションし、冷却による温度変化と熱収縮の挙動を分析することです。そして、このような分析を活用すると、物体内部の熱収縮を均一にする最適の冷却条件、溶融体の流動、また金型の設計因子を見つけることができます。

 
 
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