疲劳强度的基础知识

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1、Ⅲ　疲労強度テキスト「材料強度学」p.87「機械材料学」p.111応力の繰返し繰り返し応力•応力振幅•平均応力•応力比1.疲労破壊の様相a.疲労破壊の巨視的様相•疲労破壊–静的破壊よりも低い負荷の繰返し–き裂の発生，進展，き裂進展に伴う断面積の減少により静的最終破壊–ぜい性破面：き裂進展経路に塑性変形が限定•ぜい性的外観–ビーチマーク，シェルマーク（貝殻模様）：応力変動時のき裂前縁の位置を示す送風機動翼の疲労破面（左）とディーゼルエンジンピストンクラウンの疲労破面（右）鉄道用車軸の疲労破面（左）と鉄道用台車枠の疲労試験装置（右）12年使用後疲労破壊した台車枠（昭和40年製）b.疲労

2、破壊の微視的様相：ストライエーション(striation)•引張り時のき裂先端の塑性鈍化と圧縮時のき裂先端の再鋭化•き裂の上下面では山と山，谷と谷が対応•ストライエーション間隔＝1サイクル間のき裂進展量•疲労破面全面がこれによって覆われているわけではない•延性ストライエーション：軟い材料•ぜい性ストライエーション（ぜい性き裂進展＋塑性鈍化・再鋭化）：硬い材料，腐食図4.3　Al合金の疲労ストライエーション（左）と図4.4（右）•疲労破面全面がこれによって覆われているわけではないc.疲労き裂の発生と進展•き裂の発生場所:材料や負荷応力によって異なる．•フェライト鋼や純金属の高サイクル

3、疲労領域:•最もすべり易い方位と方向を持ったすべり系の中•入り込み(intrusion)や突き出し(extrusion)が形成•入り込みからき裂が発生c.疲労き裂の発生と進展•表面には，多くのすべり帯が形成されるが，将来，き裂発生場所となる入込みは，表面を数mm程度電解研磨しても消失しないことから，固執すべり帯(PSB，persistentslipband)と称されている．•負荷応力が大きい場合，結晶粒全体が変形するため，変形の食い違いが蓄積する結晶粒界にき裂が発生する．•切欠き感度の高い高強度鋼やアルミニウム合金では，介在物がき裂発生場所となることが多いすべり帯のAFM(原子間力

4、顕微鏡)像c.疲労き裂の発生と進展•き裂：すべり面に沿って成長（第Ⅰ段階）•き裂進展（第Ⅱa段階）：応力軸に傾斜していたき裂が応力軸に垂直に向きを変化•すべり面き裂•へき開面き裂•き裂進展（第Ⅱb段階）–応力軸に垂直–疲労ストライエーション–塑性鈍化と再鋭化の繰返し–組織不敏感疲労き裂先端の鈍化とストライエーションの形成機構•塑性鈍化と再鋭化の繰返し•A-B:大きなすべり変形，き裂長く，鈍化(blunting)•B-C：除荷過程，き裂閉口，鈍化したき裂先端部分はひだ状に織り込まれる•C-D-A:再鋭化(re-sharpening)c.疲労き裂の発生と進展•第Ⅱc段階•デインプル•へ

5、き開•粒界割れ•高強度材，低延性材2.S-N曲線と疲労限度S-N曲線（ヴェーラー曲線）典型的なS-N曲線典型的なS-N曲線b.疲労限度•疲労限度：•　微視き裂の進展の限界応力•　負荷形式に依存：回転曲げ疲労限度，引張圧縮疲労限度，繰返しねじり疲労限度　　正の相関•　疲労限度と引張り強さの関係:σW=σB/2，欠陥や介在物のため疲労限度は頭打ち回転曲げ疲労限度と引張強さの関係回転曲げ疲労限度とビッカース硬さの関係c.P-S-N曲線•疲労寿命にはばらつき•破壊確率PをパラメータにしたＳ-Ｎ曲線：図4.14c.P-S-N曲線•疲労寿命にはばらつき•破壊確率PをパラメータにしたＳ-Ｎ曲線：

6、図4.14c.P-S-N曲線•疲労寿命の分布：S-N曲線折曲がり点より上では対数正規分布orワイブル分布，折曲がり点より下では長寿命側に尾を引く（図4.15）d.疲労限度の統計的性質•プロビット法•ステアケース法：図4.16–i個目の試験片•N=107までに破断しなかった場合,i+1は1段上•N=107までに破断した場合,i+1は1段下•n:破壊試験片数と非破壊試験片数のうち少ない方•σ0,σ1,σ2・・・・：n0,n1,n2・・・・　式（4・3，4・4）•30本以上が望ましい3.　疲労強度に及ぼす諸因子の影響•応力集中と切欠き効果•切欠き（ノッチ）：疲労破壊の起点になりやすい3.

7、　疲労強度に及ぼす諸因子の影響•応力集中と切欠き効果(i)応力集中係数応力集中係数•σmaxの求め方•実験：光弾性，X線，ひずみゲージ•解析：有限要素法•応力集中係数：大•切欠き底半径r小程•切欠き深さt大程•相対寸法で決まる•応力勾配も大きな影響を及ぼす切欠き係数(ii)切欠き係数：β通常はβ＞1η=(β-1)/(α-1)：切欠き感度，0＜η＜1切欠き効果の評価•切欠き効果：もし，切欠き底の最大応力だけで決まるなら•切欠き底の一点の応力だけでなく，切欠き底近傍のある