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エンジニアリング災害は、設計プロセスにおける近道やエラーから発生することが多い。エンジニアリングとは、社会のニーズと要求を満たすために用いられる科学技術である。[ 1 ]これらの要求には、建物、航空機、船舶、コンピュータソフトウェアなどが含まれる。社会の要求を満たすためには、新しい技術やインフラを効率的かつ費用対効果の高い方法で構築する必要がある。これを実現するには、管理者とエンジニアが、目の前の特定の要求に対して相互に協力して取り組む必要がある。これにより、建設や製造のコストを削減するために、エンジニアリング設計において近道が行われることがある。時折、これらの近道が予期せぬ設計上の失敗につながることがある。エンジニアリング災害は、計算ミスやコミュニケーションミスなどのエラーによっても発生する。
構造物や装置が設計限界を超えて使用され、適切な機能が阻害されると、故障が発生します。[ 2 ]構造物が特定の量の応力、ひずみ、または荷重のみを支えるように設計されているにもかかわらず、使用者がそれ以上の量を加えると、構造物は変形し始め、最終的に故障します。故障には、設計の欠陥、不適切な使用、経済的損失、コミュニケーション不足など、いくつかの要因が関係しています。
工学分野では、安全性の重要性が強調されています。過去の工学的失敗やチャレンジャー号爆発事故のような悪名高い災害から学ぶことで、適切な安全対策が講じられなかった場合に何が起こりうるかという現実を認識できます。引張試験、有限要素解析（FEA）、破壊理論などの安全試験は、設計エンジニアが設計の特定の領域に適用できる最大力と応力に関する情報を提供するのに役立ちます。これらの予防措置は、過負荷や変形による故障を防ぐのに役立ちます。[ 3 ]
静的荷重とは、物体や構造物にゆっくりと力を加えることです。引張試験、曲げ試験、ねじり試験などの静的荷重試験は、設計が永久変形や破損を起こさずに耐えられる最大荷重を決定するのに役立ちます。引張試験は、特定の試験片の降伏強度と極限強度を決定できる応力-ひずみ曲線を計算する際によく用いられます。
試験片は、荷重とゲージ長に沿った距離が継続的に監視される間、破断するまでゆっくりと引張られます。引張試験を受けたサンプルは、通常、破断することなく降伏応力よりも高い応力に耐えることができます。しかし、ある時点でサンプルは2つに破断します。これは、降伏によって生じた微細な亀裂が大きなスケールに広がるためです。完全に破断する点の応力は、材料の極限引張強度と呼ばれます。[ 4 ]その結果、静的荷重下での材料の挙動の応力-ひずみ曲線が得られます。この引張試験を通じて、材料が加えられた応力に対してより容易に降伏し始め、変形速度が増加する点で降伏強度が見つかります。[ 5 ]
材料が急激な温度変化や一定の荷重にさらされて永久変形を起こすと、材料の機能が損なわれることがあります。[ 6 ] [ 7 ]この時間依存的な材料の塑性変形はクリープとして知られています。応力と温度はどちらもクリープ速度の主要な要因です。設計が安全であるとみなされるためには、クリープによる変形が破壊が発生するひずみよりもはるかに小さくなければなりません。静的荷重によって試験片がこの点を超えると、試験片は永久変形、つまり塑性変形を開始します。[ 7 ]
機械設計では、ほとんどの故障は、システムに加わる時間変動または動的な負荷が原因です。この現象は疲労破壊として知られています。疲労とは、材料に繰り返し加わる応力の変化によって生じる材料の弱さのことです。[ 8 ]例えば、ゴムバンドを破断せずに一定の長さまで伸ばした場合（つまり、ゴムバンドの降伏応力を超えない場合）、ゴムバンドは放すと元の形に戻ります。しかし、同じ力でゴムバンドを何千回も繰り返し伸ばすと、バンドに微細な亀裂が生じ、ゴムバンドが切れてしまいます。同じ原理は、金属などの機械材料にも適用されます。[ 5 ]
疲労破壊は常に、時間の経過とともに、あるいは製造工程によって生じる可能性のある亀裂から始まります。疲労破壊の3つの段階は以下のとおりです。
疲労とは、破壊後に材料の強度が低下することを意味するものではないことに注意してください。この概念は元々、材料が繰り返し荷重を受けた後に「疲れる」ことを指していました。[ 5 ]
工学は精密な学問分野であり、プロジェクト開発者間のコミュニケーションが不可欠です。コミュニケーションの不備は、設計の欠陥につながる可能性があります。土木、電気、機械、工業、化学、生物、環境工学など、さまざまな工学分野が相互にコミュニケーションを取る必要があります。たとえば、現代の自動車設計では、電気技師、機械技師、環境技師が協力して、燃費が良く耐久性のある製品を消費者に提供する必要があります。エンジニア同士が適切にコミュニケーションを取らないと、設計に欠陥が生じ、消費者が購入するのに安全でない可能性があります。このようなコミュニケーションの不備が原因で、工学災害が発生することがあります。例えば、 2005年のハリケーン・カトリーナによるルイジアナ州ニューオーリンズ大都市圏の堤防決壊、スペースシャトル・コロンビア号の事故、ハイアットリージェンシーの歩道橋崩落などが挙げられます。[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]
その顕著な例が火星気候探査機（Mars Climate Orbiter ）である。「探査機が悲惨な最期を迎えた主な原因は、ロッキード・マーティン社が提供した地上用ソフトウェアの一つが、ソフトウェア・インターフェース仕様（SIS）に反して米国慣用単位で結果を出力したのに対し、NASAが提供したもう一つのシステムは、SISに準拠してSI単位での結果を想定していたことだった。」ロッキード・マーティン社と主契約企業は、見事なまでに意思疎通に失敗した。
ソフトウェアは、数々の重大な災害において重要な役割を果たしてきた。
インフラや航空機などの大規模プロジェクトが失敗すると、多くの人々が影響を受け、工学災害につながる可能性があります。災害とは、人命の損失を含む重大な損害をもたらす災難と定義されます。[ 13 ]同様の災害の発生を防ぐために、詳細な観察と災害後の分析が大部分記録されています。
アシュタブラ川鉄道事故は、1876年12月29日、オハイオ州アシュタブラ近郊のアシュタブラ川に架かる橋が、レイクショア・アンド・ミシガン・サザン鉄道の列車が通過中に崩落し、少なくとも92人が死亡した事故である。現代の分析では、アングルブロックのラグの破損、推力応力、低温が原因とされている。
1879年12月28日、エディンバラ～ダンディー線を走るノース・ブリティッシュ鉄道の旅客列車が初代テイ鉄道橋を通過中に橋が崩落し、テイ橋大惨事が発生した。この事故で少なくとも59人が死亡した。主な原因は、風荷重を考慮しなかったことだった。
1889年5月31日、ペンシルベニア州ジョンズタウンの上流にあるリトル・コネモー川に位置するサウスフォークダムが、数日間の豪雨により決壊し、少なくとも2,209人が死亡した。2016年の水理学的解析により、ダムに加えられた変更によって、大規模な嵐に対する耐性が著しく低下していたことが確認された。
カナダのケベック州にある道路・鉄道・歩行者専用橋、ケベック橋は、建設中に1907年と1916年の2度にわたり崩落し、88名の命が失われた。最初の崩落は、橋桁の設計不良が原因だった。2度目の崩落は、中央スパンを所定の位置に吊り上げる際に、橋が川に落下したことで発生した。
セントフランシスダムは、カリフォルニア州ロサンゼルス郡のサンフランシスキート渓谷に位置するコンクリート重力式ダムで、ロサンゼルスの増大する水需要に対応するため1924年から1926年にかけて建設されました。しかし、地盤の欠陥と設計上の不備が原因で1928年に決壊し、少なくとも431人の命を奪う洪水を引き起こしました。
初代タコマナローズ橋は、ワシントン州ピュージェット湾のタコマナローズ海峡に架かる吊り橋でした。1940年11月7日、この橋は劇的に崩落しました。直接の原因は、中程度の風によって発生した空力弾性フラッターでした。このフラッターは自己励起的で際限がなく、減衰とは正反対の現象でした。
1981年7月17日、ミズーリ州カンザスシティのハイアットリージェンシーホテルで、パーティー参加者でいっぱいの2つの高架通路が崩落した。コンクリートとガラスでできた通路はロビーで行われていたティーダンスの上に落下し、114人が死亡、216人が負傷した。調査の結果、設計変更により、通路は事故当夜の重量の3分の1以下の重さでも崩壊しなかったと結論付けられた。
2005年8月29日、ハリケーン・カトリーナの通過後、ルイジアナ州ニューオーリンズとその郊外を守る堤防と防潮壁が50か所で決壊し、1,577人が死亡した。4つの主要な調査はすべて、洪水の主な原因は陸軍工兵隊による設計と建設の不備にあるという点で一致した。
ポンテ・モランディは、イタリアのリグーリア州ジェノヴァにあった道路高架橋である。2018年8月14日、豪雨により高架橋の一部が崩落し、43人が死亡した。元の橋の残骸は2019年8月に解体された。
2021年6月24日午前1時22分、フロリダ州マイアミ郊外のサーフサイドにある 12階建ての海辺のコンドミニアム、シャンプラン・タワーズ・サウスが一部崩壊し、98人が死亡した。現在、調査が進行中である。
スペースシャトル・チャレンジャー号の事故は、1986年1月28日に発生した。NASAのスペースシャトル・オービター「チャレンジャー号」（OV-099）（ミッションSTS-51-L）が打ち上げから73秒後に空中分解し 、乗員7名全員が死亡した。機体の分解は、打ち上げ時に右側の固体ロケットブースター（SRB）のOリングシールが破損したことから始まった。
スペースシャトル・コロンビア号（OV-102）の事故は、2003年2月1日、 STS-107ミッションの最終行程中に発生した。ルイジアナ州とテキサス州上空で地球の大気圏に再突入する際、シャトルは予期せず空中分解し、搭乗していた7人の宇宙飛行士全員が死亡した。事故原因は、1月16日の打ち上げ時に外部燃料タンクから落下した発泡断熱材の破片が遮熱タイルに衝突し、損傷したことだった。
初期のリバティ船は船体や甲板に亀裂が生じやすく、構造上の欠陥が原因で沈没した船も少数あった。第二次世界大戦中には、約1,500件もの重大な脆性破壊が発生した。建造された2,710隻のリバティ船のうち3隻は、何の予兆もなく真っ二つに折れた。低温下では鋼鉄製の船体に亀裂が生じたため、後の時代の船はより適切な鋼材を用いて建造されるようになった。
1865年4月26日の夜、旅客蒸気船スルタナ号がテネシー州メンフィスの北7マイル（11km ）のミシシッピ川 で爆発した。この爆発により1,547人が命を落とした。原因は、修理不良のボイラーが爆発し、それが他の3基のボイラーのうち2基の爆発につながったと考えられている。
2023年6月18日、潜水艇タイタン号はタイタニック号の残骸探査中に内破し、乗員5名全員が死亡した。内破の原因として、潜水艇の設計上の欠陥、特に炭素繊維製の耐圧殻の欠陥が指摘されており、タイタン号の運航会社であるオーシャンゲート社は、事故の可能性に関する度重なる警告を無視していた。