なぜ疲労破壊は予測しにくいのか 強度設計のポイント
疲労破壊は、材料が塑性変形を起こさない低応力域でも発生します。そのため、
- 静的強度設計の延長
- 一度の最大応力評価
では本質を捉えきれません。疲労は時間と回数が支配する損傷現象です。
高サイクル疲労設計の基本構造
疲労限度という考え方
鋼材などでは、一定応力以下であれば破断しないとされる「疲労限度」が存在します。ただしこれは、
- 平滑試験片
- 実験室条件
で得られた概念であり、実構造物にそのまま適用できるとは限りません。
平均応力・変動荷重の影響
実機では応力は一定ではなく、平均応力や負荷変動によって疲労寿命は大きく変化します。設計基準はこれらを補正係数として扱いますが、その意味を理解せずに使うと誤解が生じます。
ASME Codeの疲労設計思想
ASME Codeでは、設計疲労曲線が提示されていますが、これは
- 表面仕上げ
- 材料ばらつき
- 実構造との差
を安全側に包含した結果です。
過度な安全率をさらに上乗せすると、合理設計から外れる可能性もあります。
EN13445との思想的違い
EN規格は、補正係数を明示的に扱い、実構造への近さを重視します。一方で、設計者の判断責任も大きくなります。
「基準を守ったのに壊れる」理由
それは多くの場合、
- 適用条件の誤解
- 想定外荷重の存在
- 製造・溶接の影響
によるものです。設計基準は万能ではありません。
強度設計のコツ・ノウハウ・ポイント―‐‐―‐
本記事で触れた技術解説については、TH企画主催の技術セミナーで、具体的事例を交えて体系的に解説しています。
【本記事について】
本記事は、TH企画セミナーセンターが主催する実装技術分野のセミナーにおける
講義内容・質疑応答・実務事例をもとに、製造業向け技術情報として編集・再構成したものです。
執筆・編集：TH企画 技術コンテンツ制作チーム
コメント