「疲労 (材料)」の版間の差分

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疲労による機械的強度の低下は多くの場合、始めに物体に微小な割れ目(クラック)が発生し、繰り返し[[応力]]を受けることによって割れ目が次第に大きくなる機構による。物体に応力が加えられると[[弾性]]範囲内であっても[[拡散]]現象などによってわずかな物質の移動が発生して応力を緩和しようとする。物質の移動によって微小な割れ目が発生すると、その割れ目の先端において応力が大きくなり、割れ目が進行するようになる。物体を構成する物質の一部が、応力を受けて[[弾性率]]や強度の小さい別の物質に変化する場合にも同様の現象が起こる。
 
== 変動疲労応力 ==
[[File:Typical reversed fatigue stress cycles.png|thumb|300px|正弦波の繰返し応力波形(正弦波)]]
[[File:Rainflow fig2.PNG|thumb|300px|変動応力波形(ランダム応力波形)]]
 
材料に負荷する応力が一定ではなく時間に対して変動することによって引き起こされる破壊が疲労の定義の1つである{{refnest|group="注釈"|一定応力下で時間が経過し、破断に至る現象は[[クリープ]]と呼ばれる。}}。疲労試験では実現の容易さのため、変動ような応力を[[正弦波]]の応力波形発生させる荷重与えて材料の疲労特性を試験するこ荷重(Fatigue loading)または動荷重(Dynamic loading)が多い呼ぶ外的な荷重が負荷しなくても、このような正弦波繰り返し変動疲労応力を受けは発生し得実際機械構造物としては、一定荷重を支えて走行する[[車輪]]、[[車軸]]などで注意必要である。以下例えば、部材疲労の温度変化が発生する場合は熱応力に関す重要因子を示疲労破壊が発生る可能性がある
 
=== 繰返し応力 ===
疲労を引き起こす応力の中で、大きさ一定のの周期的応力を'''繰返し応力'''(Repeated stress)、繰返し応力を引き起こす荷重を繰返し荷重と呼ぶ。疲労の試験では実現の容易さのため、繰返し応力を[[正弦波]]の応力波形を与えて材料の疲労特性を試験することが多い。このような正弦波の変動応力を受ける実際の機械構造物としては、一定荷重を支えて走行する[[車軸]]などがある。以下に繰返し応力の重要因子を示す。
* σ<sub>max</sub>:最大応力
* σ<sub>min</sub>:最少応力
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* σ<sub>m</sub>:平均応力(=(σ<sub>max</sub> + σ<sub>min</sub>)/2)
* R:応力比(=σ<sub>min</sub> / σ<sub>max</sub>)
* N:繰り返し数
* f:周波数
 
特に、R=-1のときを両振り、R=0のときを片振り引張、R=-∞のときを片振り圧縮と呼ぶ。
 
=== 変動応力 ===
繰返し応力に対して、応力の大きさが一定ではなく時間的に変化するような応力を'''変動応力'''(Fluctuating stress)、変動応力を引き起こす荷重を変動荷重と呼ぶ。特に、実際に構造物が受ける応力を実働応力(Service stress)と呼び<ref name = "機械工学辞典_533"/>、この応力を精度良く知ることが疲労設計対策第一歩重要点である。実働応力は、実際に運用中の構造部材に[[ひずみゲージ]]などを用いて直接測定されしたり、加速度などから間接的に測定す<ref name = "疲労設計便覧_205"/>実働応力は周期的な応力になるとは限らず、不規則な波形のランダム応力になることも多い<ref name = "機械工学辞典_533"/>。
 
==S-N曲線==
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<ref name = "疲労設計便覧_133">[[#疲労設計便覧|「疲労設計便覧」p.133]]</ref>
<ref name = "疲労設計便覧_8">[[#疲労設計便覧|「疲労設計便覧」p.8]]</ref>
<ref name = "疲労設計便覧_205">[[#疲労設計便覧|「疲労設計便覧」p.205]]</ref>
<ref name = "疲労設計便覧_129-130">[[#疲労設計便覧|「疲労設計便覧」pp.129-130]]</ref>
<ref name = "高強度鋼の超高サイクル疲労に関する研究動向_1">[[#高強度鋼の超高サイクル疲労に関する研究動向|「高強度鋼の超高サイクル疲労に関する研究動向」p.1]]</ref>