【新時代の設計】安全率頼みの設計を卒業しよう ― 破壊力学が拓く「攻め」の設計とメンテナンス

「安全率は十分なはずなのに、なぜ割れたんだ？」
「この小さな傷、見つけちゃったけど……本当に今すぐ直さなきゃダメか？」

現場で設計や保全に携わる技術者なら、一度はこの問いに頭を抱えたことがあるはずです。これまでの日本のモノづくりを支えてきたのは、「とりあえず安全率を高く取る」という、いわば「守りの設計」でした。

しかし、時代は変わりました。カーボンニュートラル社会の実現、そして深刻な労働力不足。これからの技術者には、「壊れないように厚く作る」から「傷があっても安全であることを論理的に証明する」設計への転換が求められています。

1. 「とりあえず安全率」が通用しなくなる3つの理由

なぜ、従来の安全率設計だけでは不十分なのでしょうか？

安全率を高く取る＝「重くて厚い構造物」です。これは材料製造時のCO2排出を増やし、輸送効率を下げます。「安全でありながら極限まで薄く作る」ためには、材料力学を超えた「破壊力学」による裏付けが不可欠です。

引張強度の高い材料ほど、実は破壊靭性（傷に対する粘り強さ）が低下する傾向にあります。「強度の高い材料で安全率を確保した」つもりでも、小さな傷一つでポッキリ折れるリスクは、むしろ高まっているかもしれません。

「見つけた傷はすべて修理する」という完璧主義は、人手不足の現場ではもはや維持不可能です。 「まだ許せる傷」と「今すぐ直すべき傷」を科学的に切り分けることが、現場の負担を減らす唯一の道です。

破壊力学の最大の特徴は、「材料には最初から微細な傷（欠陥）がある」ことを前提にすることです。

従来の設計（材料力学）が、発生する応力 σ（シグマ）が「材料固有の強度」を超えないか、という一点のみで評価するのに対し、破壊力学は以下の3つの要素を「天秤」にかけることで、より現実に即した安全性を評価します。

1. 応力の大きさ（負荷 σ）

2. き裂の大きさ（欠陥寸法 a）

3. 破壊靭性（粘り強さ K_c）

これらを統合した指標である応力拡大係数 Kを用いることで、「あと何年持たせられるか？」「タンクが破裂する前に漏洩（LBB）で検知できるか？」といった、現場の技術者が本当に知りたい答えを導き出せるようになります。

日本の破壊力学の原典といえば、小林英男先生が書かれた『破壊力学』です。非常に難解な本として知られていますが、そこには「原子の結合」から「構造物の寿命予測」まで、破壊の本質がすべて詰まっています。

私はこれまで圧力容器の設計に携わる中で、数多くの現場トラブルを見てきました。そのたびに、小林先生の理論に立ち返ることで、「なぜ壊れたのか」という本質的な理解に救われてきました。

参考書籍：

破壊力学（共立出版）小林英男著Amazonで詳細を見る

このブログは、幅広い機械工学の知識と高度な数学への理解が要求されるな「名著」を、現場で戦う企業技術者の視点で「読み解き、翻訳する」ためのガイドブック。

そんなつもりで書いてみます(もちろん、私自身の学び直しの意味もありますが・・・)。

破壊力学をマスターすることは、単に数式を解くことではありません。

「とりあえず安全率」の安心感から一歩踏み出し、破壊力学という強力な「目」を手に入れませんか？

ひかるエンジニア養成所管理人

TEKTO @ 匠人