用語解説

S-N曲線例えば、風や波などにより振動的な荷重が継続的ないことを意味します。そのため、S-N曲線で水平にに加わるような部材や、曲げを受ける軸などのように、なるときの応力振幅を疲れ限度または疲労(耐久)限金属材料に長時間、ある値より大きい荷重が繰返し度といいます。炭素鋼などのフェライト系鉄鋼材料で加わると、静的荷重により破壊が起こる場合よりもはるは図2(a)に示すように疲労限度が存在します。一方かに小さい荷重で破壊が起こってしまいます。このよで、アルミニウム合金などの非鉄金属材料では一般うな破壊を「疲れ破壊」または「疲労破壊」といいます。に図2(b)のように明確な疲労限度は存在しないことが疲労破壊は構造部材の中でも特に金属材料同士の知られています。継手部が問題になるため、大型構造物を設計する際には特に検討が必要となります。疲労破壊に対する金属材料の強さを知るには、一般には図1に示すような正弦波の繰返し応力を金属材料に加えて破壊に至るまでの荷重繰返し数を求める試験を行います。これを「疲れ試験」または「疲労試験」といい、このとき、平均応力(σm)を一定とし、応力振幅を種々に変えて、それぞれの振幅に対する破壊までの応力繰返し数(N)を求めます。図2(a)のように、縦軸に応力(S:Stress)(最大繰返し応力(σmax)または応力振幅(σa))を、横軸に応力繰返し数(N)の対数をとってあらわした線図をS-N曲線、または疲れ曲線といいます。S-N曲線は、応力振幅が大きい範囲では右下がりの傾斜を持ちますが、応力振幅が小さくなると、水平になる場合が多くみられます。一般に鉄鋼材料の場合、水平になるときの応力繰返し数は、およそ106～107回くらいです。つまり、水平になるときの応力以下ではどれだけ繰返し数を与えても永久に疲労破壊し構造物に不可欠な溶接部において、継手の外部拘束による引張残留応力場、溶接止端部での応力集中部の存在により疲労亀裂が発生しやすくなります。これを防止するためには、応力除去のための焼鈍処理やハンマピーニング、止端形状改善のためのグラインダ処理やTIGによるリメルト処理などが挙げられます。(㈱神戸製鋼所溶接カンパニー技術開発部高内英亮)図1疲労試験における繰返し応力図2S-N曲線113