ジェットコースターの金属疲労

質問

昨日、大阪のエキスポで大惨事が起きました。犠牲になられた方には大変胸が痛む思いです。亡くなられた方のご冥福をお祈り致します。

まだ、原因がハッキリしない現状での推察は良くないのですが、
今日の報道等によるとコースターの車軸の「金属疲労」が直接的な原因にはほぼ間違い無いと思われます。
私は建築分野の人間で、学生時代に構造の先生から「金属疲労」は土木・機械分野の人間に聞けとまで教わりました。
なので鋼材の疲労破壊の詳しい事は解らないのですが、機械等の分野では、ある運動に対しての継続時間（今回の事故等では運行日数など）毎に磨耗の激しいパーツの交換を促すような統計データなどがあるのでしょうか？飛行機では何時間の飛行でどこのパーツを交換など・・・です。また、統計データ以上に学術的に「金属疲労」は研究されていますか？
どなたか詳しい方、ご教授お願いします。
（今朝の新聞等では、「建築基準法」による定期検査云々・・と出ていました。我々の扱う建築物の準用を受ける「工作物」として法的に扱われています。結構、オマケ程度の法律です。法改正も必要と思いますが。）

回答No.4

kiyoty · ベストアンサー

その後の調査内容は分からないのですが
ご質問の金属疲労について。
>又は現場レベルでの設計・保守・整備までは「思想」が浸透して
>いないんでしょうか？
設計者は各種文献等を利用し、金属疲労を起こさない様に部品設計
するのがの勤め。
ではありますが、会社の体質や個人の力量、計算・判断・評価方法は
かなりまちまちな所があるのは一般的な機械設計では見受けられます。
結局この一因として考えられるのは、この資料と手順によって設計されていれば破壊しない！と言う
確固たるものが無いのが実情だからだと思います。
さらに言えば応力と破壊との関係を計算では解明出来ていないのです。
確かに静荷重やある条件化での動的荷重は実験値や解析ソフト等により導き出すことはできますが、それがリアルな値と一致しているかはやって見なければ分からないです。
繰り返し実験し、実験式を導き出しそれを用いて計算しているのを
想像してもらえばこの辺りのことは理解できますでしょうか。
もちろん、実験条件と状況が違えば答えも変わるはずなのですが
実設計条件と完全に一致した実験式等通常殆どないため、
安全率と言う設計的余裕を持たせることを行うのです。
これ以上のことは設計現場ではなかなか出来ないところが正直な
ところだと思います。
ジェットコースターみたいに一瞬々において、荷重の掛かる
大きさや方向も速度も変わるものは計算でなんとかなるものではないし、やっても机上の計算で終わってる可能性が大です。
現実と合いません多分。
設計に出来るのは過去の実績と照らし併せながら寸法や材質・熱処理
等を決定していくのが限界。
また、統計データは統計データと同様の構造や条件化に於いて有効性は
高いと思いますが、少し違う部分がある場合、その違いよる問題を
見抜けなかったことによる事故は往々にしてあると思いますので
画一的に設計出来ないのが非常に難しい所なのだと。

回答No.3

faad

現在までに金属疲労についての研究はかなり進んでおり、鉄鋼材やアルミ合金等、機械製品によく用いられる材料については、どの位の応力をどの位の回数負荷すると、どの程度の確率で破断するかという実験・研究は頻繁に行われています。機械設計における疲労強度設計はこれらの研究で知られた金属の疲労強度特性を基にしています。
部品の交換についても、これらの研究結果を基に設計者が規定します(基本は交換しなくても疲労破壊しないように設計することです)。部品交換が必要な場合、どの位の頻度で交換すれば破壊しないか、ということを厳密に計算します。逆に言えば、設計者が規定した部品交換が行われなければ、破壊する可能性があるということです。
今回の事故は設計の問題なのか、メンテナンスの問題なのか、あるいは両方なのか、早期の解明を期待します。

お礼

回答ありがとうございます。
実験・研究は頻繁に行われているんですね。。
我々建築分野の人間は、扱う金属がほぼ「軟鋼」に限定される為、
鋼材特性としては「加工温度」と「加工方法」（プレス・ロール）に
集約されます。繰り返し負荷を受ける工作部品であれば「金属疲労」は
避けては通れない「設計条件」とは思うのですが、今回のＥＸＰＯの会見ではあくまで「想定外」の扱いです。機械に詳しく無くても「金属疲労」は想定出来る事象の一ファクターではあると思うのですが・・。
それらを補間する意味での多数の「実験・研究」ではないのでしょうか？
又は現場レベルでの設計・保守・整備までは「思想」が浸透していないんでしょうか？
なんだか、理不尽でならない「事故」です。

回答No.2

Kon1701

金属疲労、経験的な部分が大きい、と聞いています。
強度に余裕があればほとんど無視できます。かかる力が小さいか、部品が十分強いような場合です。車の部品で、足回りやプロペラシャフトなどがこれに相当します。車、足回りの部品は定期的に交換、ということはないですよね。エンジン、変速機の歯車、ホイールなどもそうですね。
ニュースでは、車軸は定期的に交換する部品ではない、と言っていたように思います。であれば、製造元は十分強度がある、と考えていたのではないでしょうか？　飛行機の場合、重さが重要ですから、必ずしも強度に余裕を持たせることはできません。このため、定期点検などを行って亀裂などが致命的な状態になる前に交換等を行います。

お礼

回答ありがとうございます。
私の身内にトラック（大型車）の運転手がいて、聞くところによると、意外とトラックでも部分的な金属疲労はたまにあるそうです。
致命的な部位はめったにないそうですが。。
定期点検の「目視」程度ではナカナカ見つかりにくいですよね。
疲労破壊の前兆は。
ありがとうございました。

回答No.1

u-ryukyu

今回、起きたコースターについては交換時期などがあるかどうかわかりませんが、質問にあった航空機に関してはあります。詳細はわかりませんが運行時間によって整備方法が変わってくるようです。
航空機（旅客機）ではジェットエンジンについているタービンブレードという羽は毎回高温・高圧にさらされるため内部の亀裂などの点検を一枚一枚します。タービンブレードについてではありませんが、金属疲労による航空機事故の例で、「アロハ航空243便事故」を検索してみてください。
統計データ以上かどうかわかりませんが、金属疲労の研究についてはあります。

お礼

回答ありがとうございます。
早速検索してみます。
運行時間－整備方法は何かの因果関係を持っているのでしょうか？
その辺も調べてみます。
ありがとうございました。