金属部品の疲労と疲労破壊

2022-08-09

疲労破壊は、金属部品の主な破壊形態の 1 つです。ヴェーラーの古典的な疲労研究が出版されて以来、さまざまな荷重や環境条件下で試験したときのさまざまな材料の疲労特性が十分に研究されてきました。疲労の問題はほとんどのエンジニアや設計者によって認識されており、大量の実験データが蓄積されていますが、依然として疲労破壊に悩まされている機器や機械は数多くあります。
機械部品の疲労破壊にはさまざまな形式があります。
*交互荷重のさまざまな形式に応じて、引張および圧縮疲労、曲げ疲労、ねじり疲労、接触疲労、振動疲労などに分類できます。
※疲労破壊の総周期(Nf)の大きさにより、高サイクル疲労(Nf>10⁵)と低サイクル疲労(Nf<10⁴)に分けられます。
※使用部品の温度や媒体条件により、機械疲労(常温、大気疲労)、高温疲労、低温疲労、冷熱疲労、腐食疲労に分けられます。
しかし、基本的な形式は 2 つだけです。つまり、せん断応力によって引き起こされるせん断疲労と、垂直応力によって引き起こされる正常破壊疲労です。疲労破壊の他の形態は、異なる条件下でこれら 2 つの基本的な形態が複合されたものです。
多くのシャフト部品の破壊は、ほとんどが回転曲げ疲労破壊です。回転曲げ疲労破壊では、一般に疲労源領域が表面に現れますが、固定された場所はなく、疲労源の数は 1 つ以上の場合があります。疲労源ゾーンと最後の破断ゾーンの相対位置は、通常、シャフトの回転方向に対してある角度だけ常に逆転します。このことから、疲労源領域と最終破断領域の相対位置からシャフトの回転方向を推定することができる。
シャフトの表面に大きな応力集中がある場合、複数の疲労源領域が現れる可能性があります。この時点で、最後の破砕帯はシャフトの内側に移動します。