　踏み台、椅子、テーブル、自転車、家電と、5回にわたって身近な製品の破損を追ってきたが、振り返ると、毎回同じことが起きていた。「現場の勘」が挙げた容疑者と、CAEの視点から浮かび上がった破損メカニズムが食い違っていたのである。しかし、勘が間違っていたわけではない。勘は正しい場所を指していながら、「条件」を読み違えていたということだ。

　最終回となる今回は、5つの事例を横断して、勘がどこで外れ、CAEのどの物差しがそれを補ったのかを1枚のマップに整理する。そして、そこから「トラブル診断の思考法」に共通する型を取り出してみたい。

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本連載について：

本連載は、NITE（製品評価技術基盤機構）や経済産業省、国民生活センターなどが公表する事故／リコール情報を題材に、CAE（Computer Aided Engineering）の考え方と活用法を解説するものです。特定の製品や企業、業界を批判する意図はなく、本文中のCAE解析に関する記述や解析結果のイメージは、一般的な製品構造を想定した筆者の考察であり、実際の事故製品やリコール対象製品を解析した結果ではありません。

【振り返り】5つの事例、5つの「勘」

　まず、5つの事例を「勘」「（本連載で検討した）破損メカニズム」「効いた物差し」の3点から振り返る。破損メカニズムについては、各回で述べた通り、公表された事故情報を出発点に、一般的な構造を想定してCAEの視点から考察したものだ。5つの事例の全体像は図1のマップにまとめた。

第1回：踏み台

　ここでの勘は「継ぎ目が怪しい」というものだ。実際に壊れていたのは動くヒンジではなく、天板の分割線や横梁の付け根――機構を成立させるための形状の不連続部だった。ここで効いたのは、応力集中と動荷重係数という2つの物差しである。

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第2回：椅子

　ここでの勘は「板厚があれば大丈夫」というものだ。だが問題は、1回の荷重に対する余裕ではなく、板厚で決まる応力が何回繰り返し作用するかということだった。静的安全率と、想定する荷重履歴に対する疲労の余裕は別物である。ここで効いた物差しは、S-N曲線とマイナー則、そして切り欠きや溶接ビードによる寿命低下を考える視点だ。

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第3回：テーブル脚

　ここでの勘は「強度は足りているはず」というものだ。ところが細長い脚は、折れる前に曲がる。座屈は強度ではなく安定性の問題であり、線形静解析の応力コンターには映らない。ここで効いたのは、細長比と座屈固有値解析という2つの物差しだった。

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第4回：自転車フレーム

　ここでの勘は「転倒の衝撃が原因だろう」というものだ。公表された調査では、溶接欠陥を起点とする疲労き裂が通常走行の繰り返し荷重で進展していた。この事例では、転倒はトリガーであって根本原因ではなかった。ここで効いたのは、溶接止端という弱点を、ホットスポット応力と溶接継手用のS-N線図という物差しで評価する考え方である。

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第5回：家電筐体

　ここでの勘は「コストダウンで材料を変えたからだ」というものだ。想定した事例では、材料試験に異常はなく、疑うべきはモデルチェンジによる形状変更だった。リブの付け根や終端部、ボスの根元が衝撃時の応力集中源になっていた。ここで効いた物差しは、落下衝撃解析、エネルギー吸収、ひずみ速度依存の材料モデルだった。

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図1　「現場の勘」×「CAEの物差し」対応マップ――5つの事例を横断する（※筆者作成）［クリックで拡大］

現場の勘：勘はどこで外れるのか

　こうして並べると、5つの勘はどれもいいかげんなものではない。継ぎ目は確かに応力集中源であり、板厚は確かに強度を左右し、材料グレードは確かに耐衝撃性を左右する。経験を積んだエンジニアほど早くたどり着く、合理的な仮説ばかりだ。

　第1回で筆者は、「現場の勘は『どこが壊れるか』を当てるのは得意だが、『どのような条件で壊れるか』という定量的な線引きは苦手だ」と述べた。5つの事例を横断して考えると、この「条件の読み違え」には3つの型があると筆者は考えている。

第1の型：場所は当たるが、条件を外す

　踏み台の勘は継ぎ目を指し、実際の破損はそのすぐ近くの形状不連続部だった。椅子の勘は板厚を指し、板厚が決める応力の大きさに加えて、その繰り返し数を見る必要があった。場所の直感はほぼ正しい。外していたのは、「どんな荷重が、何回加わるか」という条件の方である。

第2の型：静的な物差し1本で測る

　テーブル脚の「強度OK」は「座屈OK」を意味しなかった。椅子の静的安全率は疲労安全率を意味するものではない。家電筐体の「静的な剛性は上がった」は「衝撃に強くなった」を意味しなかった。カタログスペックや線形静解析で得られる応力／静的安全率という1本の物差しでは、繰り返し、安定性、衝撃を評価できない。