CN103460015A - 部件的疲劳破坏评价装置、部件的疲劳破坏评价方法及计算机程序 - Google Patents

部件的疲劳破坏评价装置、部件的疲劳破坏评价方法及计算机程序 Download PDF

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Abstract

导出指标FS（P），该指标FS（P）是将夹杂物尺寸
Figure DDA00003862975300011
的概率分布所存在的整个范围设为积分范围，将部件的夹杂物尺寸
Figure DDA00003862975300012
的概率分布函数
Figure DDA00003862975300013
和“部件的区域的大小
Figure DDA00003862975300014
”的乘积以部件的夹杂物尺寸
Figure DDA00003862975300015
进行积分而得到的，该“部件的区域”是在以预先由操作者设定的载荷条件P施加了载荷时的作用应力的应力振幅σ超过疲劳强度的应力振幅σw的区域。

Description

部件的疲劳破坏评价装置、部件的疲劳破坏评价方法及计算机程序
技术领域
本发明涉及部件的疲劳破坏评价装置、部件的疲劳破坏评价方法、以及计算机程序，尤其适于对承受反复载荷的机械部件的内部疲劳进行评价。
背景技术
以往，对于承受反复载荷的机械部件（金属部件等），大多进行用于防止疲劳破坏的设计。作为用于决定针对这种部件疲劳的容许应力的以往的典型方法，对于弹簧，有非专利文献1中记载的方法。通常，作为原料的疲劳特性，对每个钢种都规定有容许应力，所以在非专利文献1中记载的方法中，由此决定容许应力。但是，对于没有规定容许应力的钢种或特殊的钢种，则要另外决定容许应力。无论怎样，都是对根据弹簧的疲劳试验的结果的实绩得到的疲劳强度乘以合适的安全系数，由此来规定容许应力。另外，对于其他机械部件，大多也是以实物的试验结果为基础来决定容许应力。但是，对于难以进行实验的形状的部件，由平滑圆棒试验片的旋转弯曲等使用了疲劳试验片的疲劳试验的结果来求出其疲劳强度，考虑由形状引起的应力集中，推测作为部件的疲劳强度。此时，在认为作用应力的平均对疲劳特性影响较大的情况下，使用修正古德曼线图等能够推测平均应力的效果的方法，根据考虑了部件的疲劳龟裂产生部（应力振幅最大的部位）的平均应力而求出的疲劳试验片的疲劳强度（疲劳极限），推测部件的疲劳强度，并赋予适当的安全率，由此进行部件的疲劳设计。另外，在该方法中，作为作用于部件的应力，只评价疲劳破坏的危险度最高的部位的应力。
另外，在非专利文献2中，作为推测机械部件的疲劳强度的公式，提出了只根据存在于材料内部的夹杂物的尺寸和硬度求出机械部件的疲劳强度的公式。另外，在非专利文献2中还提出了考虑机械部件的应力比的影响来对机械部件的疲劳强度进行修正的公式。此外，还提出了通过极值统计处理将影响焊接疲劳强度的存在于材料内部的夹杂物的最大尺寸（最大夹杂物尺寸）及其概率分布（最大夹杂物分布）公式化的方法。
在先技术文献
非专利文献
非专利文献1：弹簧技术协会编、“弹簧”、第3版、丸善、1982年、p.379-p.389
非专利文献2：村上敬宜著、“金属疲劳微小缺陷和夹杂物的影响”、养贤堂、2008年12月25日、OD版第1版、p.94-p.112
非专利文献3：JISR1625细陶瓷的强度数据的威布尔统计解析法
非专利文献4：防腐蚀协会编，小若正伦他著、“装置材料的寿命预测入门-极值统计在腐蚀中的应用-”、丸善、1985年
非专利文献5：加濑滋男著、“信赖性数据的汇总方法-二重指数分布的活用法-”、Ohmsha、1984年、p.57-p.82
非专利文献6：Stuart Coles著、“An Introduction to StatisticalModeling of Extreme Values”、Springer-Verlag London Limited、2001年、p.45-p.56
发明的概要
发明所要解决的技术课题
然而，例如，在弹簧等中使用的高强度钢中，有时以夹杂物等为起点，从机械部件的内部产生疲劳破坏。已知这种疲劳破坏是在由较大尺寸的夹杂物的存在概率较高的材料形成的部件中，从破坏力学的观点出发，以较低的应力且以较少次数的反复负荷引起的。另外，在机械部件中，对于应力高的区域较大的机械部件，可能存在于该区域中的最大夹杂物尺寸变大，所以疲劳强度降低。另外，机械部件承受拉伸·压缩·扭转·弯曲等多种应力，所以在各种部位应力条件不同，而且在通过热处理或喷丸处理等向部件的内部导入了残留应力时，机械部件的内部应力即使在无负荷状态下也因部位而不同。该无负荷状态下的机械部件的内部应力给承受反复负荷时的应力比和平均应力带来影响。因此，为了评价机械部件的疲劳，需要考虑体积效应（夹杂物的分布）和机械部件内部的应力的分布这两者的影响。
然而，在非专利文献1中示出的安全率不是以理论根据确定的，而是通过经验来决定的。因此，难以正确地评价机械部件的疲劳。此外，在非专利文献1中记载的技术中，进行机械部件的疲劳设计时，体积效应的影响和机械部件内部的应力的分布的影响都没有充分考虑。
另外，在非专利文献2中，通过求出机械部件的疲劳强度的公式和基于极值统计处理的最大夹杂物尺寸及最大夹杂物分布的公式化，考虑了在均匀的应力下给疲劳破坏现象带来影响的体积效应，能够进行机械部件的疲劳设计。但是，非专利文献2中记载的技术也无法考虑体积效应和机械部件内部的应力分布这两者的影响来进行机械部件的疲劳设计。
发明内容
本发明是鉴于上述的问题点而做出的，其目的在于，考虑存在于机械部件内部的夹杂物的分布和机械部件内部的应力分布的双方，来进行机械部件的疲劳设计。
本发明的疲劳破坏评价装置，对施加了反复载荷时的机械部件的内部的疲劳进行评价，其特征在于，具备：最大尺寸夹杂物分布函数导出单元，输入多个夹杂物尺寸的值，根据所输入的多个夹杂物尺寸，设所述夹杂物尺寸在所述机械部件上的最大值分布依照一般极值分布，导出所述夹杂物尺寸的概率分布函数，所述夹杂物尺寸的值是求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状投影到平面而得到的夹杂物的截面积的平方根的值、或者求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状近似为预定的图形时由该图形的代表性尺寸得到的夹杂物的截面积的推测值的平方根的值；推测疲劳强度导出单元，分别输入所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比的值，作为以存在于所述机械部件中的夹杂物为起点的疲劳强度且针对反复施加的预定载荷的预定反复次数的疲劳强度，将所输入的值代入到由所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比表示的疲劳强度的公式，导出所述机械部件的各位置上的该疲劳强度；作用应力导出单元，导出以预先设定的载荷条件对所述机械部件施加了反复载荷时作用于所述机械部件的内部的各位置上的作用应力的应力振幅；疲劳强度超过区域导出单元，根据对由所述推测疲劳强度导出单元导出的疲劳强度和由所述作用应力导出单元导出的作用应力的应力振幅进行比较的结果，导出在所述机械部件的区域之中所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小；指标导出单元，根据所述夹杂物尺寸的概率分布函数和所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小的乘积，导出用于评价所述机械部件的内部的疲劳的指标；以及指标输出单元，输出由所述指标导出单元导出的指标。
本发明的疲劳破坏评价方法，使用计算机来评价施加反复载荷时的机械部件的内部的疲劳，其特征在于，具备：最大尺寸夹杂物分布函数导出工序，输入多个夹杂物尺寸的值，根据所输入的多个夹杂物尺寸，设所述夹杂物尺寸在所述机械部件上的最大值分布依照一般极值分布，导出所述夹杂物尺寸的概率分布函数，所述夹杂物尺寸的值是求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状投影到平面而得到的夹杂物的截面积的平方根的值、或者求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状近似为预定的图形时由该图形的代表性尺寸得到的夹杂物的截面积的推测值的平方根的值；推测疲劳强度导出工序，分别输入所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比的值，作为以存在于所述机械部件中的夹杂物为起点的疲劳强度且针对反复施加的预定载荷的预定反复次数的疲劳强度，将所输入的值代入到由所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比表示的疲劳强度的公式，导出所述机械部件的各位置上的该疲劳强度；作用应力导出工序，导出以预先设定的载荷条件对所述机械部件施加了反复载荷时作用于所述机械部件的内部的各位置上的作用应力的应力振幅；疲劳强度超过区域导出工序，根据对由所述推测疲劳强度导出工序导出的疲劳强度和由所述作用应力导出工序导出的作用应力的应力振幅进行比较的结果，导出在所述机械部件的区域之中所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小；指标导出工序，根据所述夹杂物尺寸的概率分布函数和所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小的乘积，导出用于评价所述机械部件的内部的疲劳的指标；以及指标输出工序，输出由所述指标导出工序导出的指标。
本发明的计算机程序，使计算机执行对施加反复载荷时的机械部件的内部的疲劳进行评价，其特征在于，使计算机执行如下工序：最大尺寸夹杂物分布函数导出工序，输入多个夹杂物尺寸的值，根据所输入的多个夹杂物尺寸，设所述夹杂物尺寸在所述机械部件上的最大值分布依照一般极值分布，导出所述夹杂物尺寸的概率分布函数，所述夹杂物尺寸的值是求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状投影到平面而得到的夹杂物的截面积的平方根的值、或者求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状近似为预定的图形时由该图形的代表性尺寸得到的夹杂物的截面积的推测值的平方根的值；推测疲劳强度导出工序，分别输入所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比的值，作为以存在于所述机械部件中的夹杂物为起点的疲劳强度且针对反复施加的预定载荷的预定反复次数的疲劳强度，将所输入的值代入到由所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比表示的疲劳强度的公式，导出所述机械部件的各位置上的该疲劳强度；作用应力导出工序，导出以预先设定的载荷条件对所述机械部件施加了反复载荷时作用于所述机械部件的内部的各位置上的作用应力的应力振幅；疲劳强度超过区域导出工序，根据对由所述推测疲劳强度导出工序导出的疲劳强度和由所述作用应力导出工序导出的作用应力的应力振幅进行比较的结果，导出在所述机械部件的区域之中所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小；指标导出工序，根据所述夹杂物尺寸的概率分布函数和所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小的乘积，导出用于评价所述机械部件的内部的疲劳的指标；以及指标输出工序，输出由所述指标导出工序导出的指标。
发明效果
根据本发明，基于夹杂物尺寸的概率分布函数和作用应力的应力振幅超过疲劳强度的部件的区域的大小的乘积，导出用于评价机械部件的内部的疲劳的指标。因此，能够考虑存在于机械部件内部的夹杂物的分布和机械部件内部的应力的分布的双方来进行机械部件的疲劳设计。
附图说明
图1是表示部件的疲劳破坏评价装置的硬件构成的一例的图。
图2是表示部件的疲劳破坏评价装置的功能性构成的一例的图。
图3是示意性地表示累积概率与夹杂物尺寸之间的关系的一例的图。
图4是说明部件的疲劳破坏评价装置的动作流程的一例的流程图。
图5示出实施例1，是表示螺旋弹簧离线材表面的距离与螺旋弹簧的残留应力的应力振幅之间的关系的图。
图6示出实施例1，是表示累积概率及基准化变量与夹杂物尺寸之间的关系的图。
图7示出实施例1，是表示疲劳强度的应力振幅及剪切应力的应力振幅与螺旋弹簧离线材表面的距离之间的关系的图。
图8示出实施例1，是示出表示概率分布函数的曲线、表示对面积比例与夹杂物尺寸之间的关系进行表示的函数的曲线、以及表示将概率分布函数和该函数相乘的函数的曲线的图。
图9示出实施例1，表示指标与公称最大剪切应力之间的关系的图。
图10示出实施例1，表示由疲劳破坏试验的结果得到的破断根数与最大剪切应力之间的关系的图。
图11示出实施例2，表示圆棒试验片的离表面的距离与圆棒试验片的残留应力的应力振幅之间的关系的图。
图12示出实施例2，表示指标及破断根数与试验片表面应力振幅之间的关系的图。
图13示出实施例3，表示指标及破断根数与试验片表面应力振幅之间的关系的图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的一个实施方式。
<部件（机械部件）的疲劳破坏评价装置的硬件构成>
图1是表示部件的疲劳破坏评价装置100的硬件构成的一例的图。
如图1所示，部件的疲劳破坏评价装置100具有CPU（CentralProcessing Unit）101、ROM（Read Only Memory）102、RAM（Random AccessMemory）103、PD（Pointing Device）104、HD（Hard Disk）105、显示装置106、扬声器107、通信I/F（Interface）108、以及系统总线109。
CPU101对部件的疲劳破坏评价装置100中的动作进行统筹控制，经由系统总线109来控制部件的疲劳破坏评价装置100的各构成部（102～108）。
ROM102存储作为CPU101的控制程序的BIOS（Basic Input/OutputSystem）或操作系统程序（OS）、CPU101执行后述的处理所需的程序等。
RAM103作为CPU101的主存储器、工件区域等发挥作用。CPU101在执行处理时，将必要的计算机程序等从ROM102加载到RAM103，并从HD105记载必要的信息等到RAM103，通过执行该计算机程序等或该信息等的处理，实现各种动作。
PD104例如由鼠标或键盘等构成，构成操作输入单元，该操作输入单元用于由操作者根据需要对产品搬送作业量预测装置100进行操作输入。
HD105构成存储各种信息、数据、文件等的存储单元。
显示装置106构成根据CPU101的控制来显示各种信息、图像的显示单元。
扬声器107构成根据CPU101的控制来输出与各种信息有关的语音的语音输出单元。
通信I/F108根据CPU101的控制经由网络与外部装置进行各种信息等的通信。
系统总线109是用于将CPU101、ROM102、RAM103、PD104、HD105、显示装置106、扬声器107及通信I/F108可相互通信地连接的总线。
<部件的疲劳破坏评价装置>
图2是表示部件的疲劳破坏评价装置100的功能性构成的一例的图。
在图2中，部件的疲劳破坏评价装置100具有最大尺寸夹杂物分布函数导出部201、推测疲劳强度导出部202、作用应力振幅导出部203、疲劳强度超过区域导出部204、指标导出部205、以及疲劳强度超过体积概率输出部206。
<最大尺寸夹杂物分布函数导出部201>
最大尺寸夹杂物分布函数导出部201导出进行疲劳设计的对象的机械部件（在以下的说明中，根据需要而将“进行疲劳设计的对象的机械部件”简称为“部件”）的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100081
的概率分布。部件的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100082
被称之为所谓“根区域”，是对将存在于部件的某个区域（基准体积）的夹杂物的形状投影到平面上时的投影面积之中、投影面积最大的夹杂物的该投影面积求取平方根的值。然而，在现实中由于难以正确求出该面积，所以没有必要一定这样做。例如，该值也可以如下获得，将存在于部件的某个区域（基准体积）的夹杂物之中、最大的夹杂物的形状近似为四角形、椭圆形等简单的图形（形状），由该图形的代表性尺寸，推测求出夹杂物的投影面积，求取该面积的平方根。作为具体例，将在部件的某个区域（基准体积）中最大的夹杂物的形状近似为椭圆形的情况下，可以将求取其长径和短径之积的平方根的值作为夹杂物的投影面积的推测值。
另外，在本说明书中，表示X1/2（X的1/2次方）。例如，表示areamax 1/2。
在最大尺寸夹杂物分布函数导出部201中，部件的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100086
的最大值分布依照一般极值分布。
由此，部件的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100087
的累积概率
Figure BDA00003862975100088
用下面的（1a）式及（1b）表示。
Figure BDA00003862975100089
的情况…（1a）
Figure BDA000038629751000810
的情况…（1b）
另外，部件的夹杂物尺寸的概率分布函数
Figure BDA000038629751000812
用下面的（2a）式、（2b）式表示。另外，部件的夹杂物尺寸
Figure BDA000038629751000813
的概率分布函数
Figure BDA000038629751000814
通过将（1）式以部件的夹杂物尺寸
Figure BDA000038629751000815
进行微分而得到。
Figure BDA000038629751000816
Figure BDA000038629751000817
的情况…（2a）
Figure BDA000038629751000818
Figure BDA000038629751000819
的情况…（2b）
在（1）式以及（2）式中，α是尺度参数，λ是位置参数，ξ是形状参数。另外，在以下的说明中，根据需要，将“部件的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100091
的累积概率
Figure BDA00003862975100092
”称为“累积概率
Figure BDA00003862975100093
”。另外，根据需要，将“部件的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100094
的概率分布函数
Figure BDA00003862975100095
”称为“概率分布函数
Figure BDA00003862975100096
”。另外，根据需要，将“部件的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100097
”称为“最大夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100098
或者夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100099
Figure BDA000038629751000910
”。
图3是示意性地表示累积概率
Figure BDA000038629751000911
及基准化变量y（=-ln（-ln（F）））和部件的夹杂物尺寸
Figure BDA000038629751000912
之间的关系的一例的图。基准化变量y与求取累积概率
Figure BDA000038629751000913
的二重对数而得到的值对应（参照后述的（3）式、（4）式）。
参照图3来说明尺度参数α、位置参数λ、以及形状参数ξ的概要。
在图3中，在形状参数ξ为0（ξ=0）情况下，最大夹杂物概率分布函数如曲线301所示为直线。该曲线301与（1b）式对应。（1b）式表示被称为Gumbel（冈贝尔）型的极值分布。（1b）式例如用于最大夹杂物尺寸
Figure BDA000038629751000914
的实测值的数量较少的情况。
在形状参数ξ为负值（ξ<0）的情况下，最大夹杂物概率分布函数如曲线302a所示。如曲线302a所示，形状参数ξ为负值（ξ<0）表示最大夹杂物尺寸
Figure BDA000038629751000915
的值达到峰值。该曲线302a与（1a）式之中的形状参数ξ为负值（ξ<0）的情况对应。（1a）式之中的形状参数ξ为负值（ξ<0）的是被称为Weibull（威布尔）型的极值分布。
另一方面，在形状参数ξ为正值（ξ>0）的情况下，最大夹杂物概率分布函数如曲线302b所示。如曲线302b所示，形状参数ξ为正值（ξ>0）表示在部件的某个区域（基准体积中）稀疏地存在最大夹杂物尺寸
Figure BDA000038629751000916
较大的夹杂物。该曲线302b与（1a）式之中的形状参数ξ为正值（ξ>0）的区域对应。（1a）式之中形状参数ξ为正值（ξ>0）的部分是被称为Frechet（弗雷谢）型的极值分布。
另外，在图3中，尺度参数α的值变大（相比于与曲线301对应的值）时，最大夹杂物概率分布函数如曲线303a所示。在曲线303a中，相比于曲线301，斜率变陡。如曲线303a所示，尺度参数α的值变大表示从部件的基准体积（具有该基准体积的区域）分别提取的最大夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100101
的值为相互接近的值（表示从部件的基准体积（具有该基准体积的区域）分别提取出相同值的最大夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100102
另一方面，尺度参数α的值（相比于与曲线301对应的值）变小时，最大夹杂物概率分布函数如曲线303b所示。在曲线303b中，相比于曲线301，斜率变缓。如曲线303b所示，尺度参数α的值变小表示从部件的基准体积（具有该基准体积的区域）分别提取的最大夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100103
的值有偏差。
另外，在图3中，位置参数λ的值（相比于与曲线301对应的值）变大时，最大夹杂物概率分布函数如曲线304a所示。在曲线304a中，相比于曲线301，累积概率
Figure BDA00003862975100104
为0时的最大夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100105
的值变大。如曲线304a所示，位置参数λ的值大表示部件的基准体积（具有该基准体积的区域）中分别存在平均尺寸较大的夹杂物。
另一方面，位置参数λ的值（相比于与曲线301对应的值）变小时，最大夹杂物概率分布函数如曲线304b所示。在曲线304b中，相比于曲线301，累积概率
Figure BDA00003862975100106
为0时的最大夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100107
的值变小。如曲线304b所示，位置参数λ的值小，表示在部件的基准体积（具有该基准体积的区域）分别存在平均尺寸较小的夹杂物。
最大尺寸夹杂物分布函数导出部201通过导出这些尺度参数α、位置参数λ和形状参数ξ，导出概率分布函数
Figure BDA00003862975100108
最简单的形状参数ξ为0（ξ=0）时的尺度参数α和位置参数λ的导出能够通过制作极值统计曲线来实现。该方法例如记载于“村上敬宜著、《金属疲劳微小缺陷和夹杂物的影响》、养贤堂、2008年12月25日、OD版第1版、p.94-p.112”。下面简单说明该方法。
首先，对1个或多个部件的n个同一尺寸的截面分别测定最大夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100109
在此，n是2以上的整数，适当选择为了导出后述的尺度参数α和位置参数λ（或者尺度参数α和位置参数λ和形状参数ξ）所需的必要的数量。另外，截面的截取方法没有特别限定。最大尺寸夹杂物分布函数导出部201根据操作者的操作或与外部装置进行的通信等来取得这些n个夹杂物尺寸
Figure BDA000038629751001010
的值。
另外，作为用于测定最大夹杂物尺寸的其他方法，使用多根相同形状的疲劳试验片进行疲劳试验，将其破裂面出现的成为疲劳破坏的起点的夹杂物尺寸作为相对于疲劳试验片的高应力区域的体积的最大夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100112
进行评价，进行同样的处置。这是由于，只要反复应力的条件相同，比起小夹杂物，以大夹杂物为起点先产生疲劳龟裂。
最大尺寸夹杂物分布函数导出部201由以下的（3）式、（4）式分别对j（1～n）计算累积概率
Figure BDA00003862975100113
和基准化变量yj[-]。
Figure BDA00003862975100114
yj=-ln[-ln{j/（n+1）}]…（4）
另外，在此的累积概率Fj的取值方法作为平均秩法进行说明，但也可以采用中位秩法、对称秩法等，根据实验结果的概率分布改变累积概率Fj的取值方法。
最大尺寸夹杂物分布函数导出部201将n个夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100115
以从小到大的顺序排列（将最小的夹杂物尺寸设为
Figure BDA00003862975100116
将最大的夹杂物尺寸设为
Figure BDA00003862975100117
）。然后，最大尺寸夹杂物分布函数导出部201将夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100118
设为横轴的值，并将累积概率和基准化变量y设为纵轴的值，采用最大似然法（参见非专利文献3）、MVLUE法（参见非专利文献4、5）或者最小二乘法等，推测表示它们的关系的最大夹杂物概率分布函数。然后，最大尺寸夹杂物分布函数导出部201从推测出的最大夹杂物概率分布函数的斜率导出尺度参数α，并且从最大夹杂物概率分布函数的横轴的位置导出位置参数λ。
另一方面，在形状参数ξ不是0（ξ≠0）的情况下，例如通过使用了非专利文献6的第45页～第56页中示出的似然函数的最大似然法，能够导出尺度参数α、位置参数λ、以及形状参数ξ。也就是说，由与（1a）式的函数形式对应的似然函数制作该对数似然函数，能够导出该似然函数的值最大的尺度参数α、位置参数λ、以及形状参数ξ。另外，该方法也能够适用于形状参数ξ为0（ξ=0）的情况。
最大尺寸夹杂物分布函数导出部201采用上述的方法对n个夹杂物尺寸
Figure BDA000038629751001110
的测定值进行参数拟合，导出尺度参数α和位置参数λ（或者尺度参数α和位置参数λ和形状参数ξ）。最大尺寸夹杂物分布函数导出部201使用（1a）式以及（1b）式之中、由操作者预先设定的式子，能够导出最适合于n个夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100121
的测定值的参数。另外，最大尺寸夹杂物分布函数导出部201能够在使用了（1a）式及（1b）式的双方的基础上导出最适合于n个夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100122
的测定值的参数。
最大尺寸夹杂物分布函数导出部201例如通过如下方式来实现，由CPU101执行存储于ROM102的程序，进行对PD104的操作内容的识别、经由通信I/F的与外部装置的通信等，并从HD105等读出必要的数据，导出尺度参数α和位置参数λ（或者、尺度参数α和位置参数λ和形状参数ξ），并存储于RAM103等。
<推测疲劳强度导出部202>
在本实施方式中，以存在于部件内的夹杂物为起点的疲劳强度、即对部件反复施加了预定的载荷时的相对于预定的反复次数的疲劳强度的应力振幅σw[N/mm2]用夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100123
维氏硬度Hv、以及应力比R[-]的函数表示。另外，在以下的说明中，根据需要，将“以存在于钢材等部件内的夹杂物为起点的疲劳强度、即对部件反复施加了预定的载荷时的相对于预定的反复次数的疲劳强度的应力振幅σw”简称为“疲劳强度的应力振幅σw”。
在本实施方式中，假设反复对部件施加的载荷的预定的反复次数为107次左右，如以下的（5）式所示，表示疲劳强度的应力振幅σw。
Figure BDA00003862975100125
另外，该（5）式原本是推测疲劳限值的式子，考虑研究时的试验设备的能力等，作为107次左右的疲劳强度的式子使用。
在（5）式中，Hv是维氏硬度。另外，R是应力比，用以下的（6）式表示。另外，γ是硬度的影响乘数，用以下的（7）式表示。
R=（σm-σw）/（σm+σw）…（6）
γ=0.226+Hv/10000…（7）
在（6）式中，σm是部件的平均应力的应力振幅[N/mm2]。
维氏硬度Hv和夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100124
的值由构成部件的材料的试验结果得到。另外，部件的平均应力σm和应力比R的值由对部件施加的载荷和部件的尺寸得到。在本实施方式中，作为应力比R，采用部件内部的各位置处的换算应力的应力比或部件内部的各位置处的主应力的变动最大的方向上的主应力的应力比。到底采用其中的哪个可以根据部件等来适当决定。
推测疲劳强度导出部202根据由操作者进行的操作等，输入这些值而进行（5）式的计算，相对于该位置处的应力比R，导出对部件赋予了预定的反复次数的预定的反复载荷时的该部件内部的各位置处的疲劳强度的应力振幅σw。
在本实施方式中，能够使夹杂物尺寸和应力比R分别不同而导出多个这种疲劳强度的应力振幅σw，该应力比R的值根据部件的位置和使用应力条件而改变。由此，能够按照存在于部件内部的夹杂物的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100132
和部件的位置，分别导出疲劳强度的应力振幅σw。
另外，在本实施方式中，通过（5）式来导出疲劳强度的应力振幅σw，但是，如果疲劳强度的应力振幅σw用夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100133
维氏硬度Hv、及应力比R的函数来表示，也可以不用（5）式来导出。例如，“松本等著‘夹杂物给喷丸处理的浸炭齿轮用钢的旋转弯曲疲劳强度带来的影响’、日本机械学会材料力学讲演会论文集、No.900-86、1990年、p.275-p.277”中记载的那样，用以下的（8）式来表示疲劳强度的应力振幅σw。
Figure BDA00003862975100134
另外，在（8）式中，不是用应力比R，而是使用部件的平均应力的应力振幅σm来表现疲劳强度的应力振幅σw。然而，如（6）式所示，部件的平均应力的应力振幅σm能够使用疲劳强度的应力振幅σw和应力比R来表现，所以（8）式等价于应力比R的函数。此外，能够变更（5）式、（8）式所示的系数。
另外，（5）式或（8）式所示的维氏硬度Hv与部件的材料的强度[N/mm2]具有相关性。由此，替代维氏硬度Hv，也可以使用部件的材料的强度来表示疲劳强度的应力振幅σw。另外，（5）式、（8）式是与钢铁材料有关的一般式，所以通过修改这些式子，将应力比、硬度、夹杂物尺寸设为参数，制作符合评价对象材料的疲劳特性的函数来使用，就能够实现高精度化。
推测疲劳强度导出部202例如通过如下方式来实现，由CPU101执行存储于ROM102的程序，进行对PD104的操作内容的识别等，并从HD105等读出必要的数据，导出疲劳强度的应力振幅σw，存储于RAM103等。
<作用应力振幅导出部203>
作用应力振幅导出部203导出以预先由操作者设定的载荷条件P对部件赋予了反复载荷时作用于该部件的各位置上的作用应力的应力振幅σ。另外，在以下的说明中，根据需要，将“以预先由操作者设定的载荷条件P对部件赋予了反复载荷时作用于该部件的各位置上的作用应力的应力振幅σ”简称为“作用于部件的各位置上的作用应力的应力振幅σ”或者“作用应力的应力振幅σ”。在此，载荷条件P表示对部件赋予了哪种反复载荷。
作用应力振幅导出部203输入部件的形状、载荷条件P、以及构成部件的材料的强度（例如拉伸强度、屈服应力、以及加工固化特性）这类的部件信息。作用应力振幅导出部203根据操作者的操作和与外部装置之间进行的通信等，取得这些部件的信息。
而且，作用应力振幅导出部203使用所取得的部件的信息，导出以预先由操作者设定的载荷条件P对部件赋予了反复载荷时的部件的各位置（预定的位置）处的各应力成分的变化。部件的各位置处的各应力成分的变化例如能够通过使用FEM（Finite Element Method：有限元方法）或BEM（Boundary element method：边界单元法）进行解析，或使用基于材料力学的方法进行计算从而导出。另外，对部件实施热处理、塑性加工或喷丸处理等，即使在无负荷的状态（未施加载荷的状态），有时在部件上也会产生内部应力。该内部应力例如能够采用交替进行基于X线的残留应力测定和电解研磨的方法等来测定。使用基于材料力学的方法，在以预先由操作者设定的载荷条件P赋予了反复载荷时的部件的各位置处的各应力成分的变化上加入该无负荷状态下的内部应力，从而能够进行考虑了该无负荷状态下的内部应力的疲劳设计。
而且，作用应力振幅导出部203由采用以上方式导出的部件的各位置处的各应力成分的变化，作为作用应力的应力振幅σ，例如采用部件内部的各位置处的换算应力的振幅或部件内部的各位置处的主应力的变动最大的方向上的主应力的振幅。根据部件等来适当决定采用它们中的哪个。
在本实施方式中，使部件的位置不同而导出多个这种作用应力的应力振幅σ。由此，能够对部件的每个位置，导出作用应力的应力振幅σ。
另外，可以将基于从施加到部件上的载荷振幅的最大值减去最小值而得到的值的换算应力的1/2作为作用应力的应力振幅σ，也可以从基于施加到部件上的载荷振幅的最大值的换算应力减去基于该载荷振幅的最小值的换算应力而得到的值的1/2作为作用应力的应力振幅σ。
作用应力振幅导出部203例如通过如下方式来实现，由CPU101执行存储于ROM102的程序，进行对PD104的操作内容的识别或经由通信I/F的与外部装置的通信等，并且从HD105等读出必要的数据，导出作用应力的应力振幅σ，存储于RAM103等。
<疲劳强度超过区域导出部204>
疲劳强度超过区域导出部204读出“部件的各位置处的疲劳强度的应力振幅σw”和“预先由操作者设定的载荷条件P下的部件的各位置处的作用应力的应力振幅σ”。然后，疲劳强度超过区域导出部204比较同一位置上的这些值。然后，疲劳强度超过区域导出部204在以预先由操作者设定的载荷条件P施加了载荷的情况下，在部件的各位置上，导出作用应力的应力振幅σ超过疲劳强度的应力振幅σw的“部件的区域”的大小
Figure BDA000038629751001510
Figure BDA000038629751001511
另外，在以下的说明中，根据需要，将“在以预先由操作者设定的载荷条件P施加了载荷的情况下，在部件的各位置上，导出作用应力的应力振幅σ超过疲劳强度的应力振幅σw的‘部件的区域’的大小
Figure BDA000038629751001512
Figure BDA000038629751001513
”简称为“部件的区域的大小
Figure BDA00003862975100153
”。
“部件的区域的大小
Figure BDA00003862975100154
”以体积[mm3]表示。其中，从与构成部件的部材的延设方向垂直的方向将该部材切割的截面的各位置上的应力状态在哪个截面上都相同的情况下，“部件的区域的大小
Figure BDA00003862975100155
Figure BDA00003862975100156
”能够以面积[mm2]表示。这是由于，若在此基础上乘以构成部件的部材的延设方向的长度，则能够得到体积的信息。作为这种部件的一例，有螺旋弹簧。在部件为螺旋弹簧的情况下，构成部件的部材的延设方向为构成螺旋弹簧的线材的绕周方向（螺旋方向）。另外，在用面积表示“部件的区域的大小
Figure BDA00003862975100157
”的情况下，将作用应力的应力振幅σ超过疲劳强度的应力振幅σw的大小的区域的面积除以包括该区域的“部件的截面”的截面积而得到的值[-]表示“部件的区域的大小
Figure BDA00003862975100158
”。
疲劳强度超过区域导出部204在各夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100159
中导出“部件的区域的大小
Figure BDA00003862975100161
”，从而对各夹杂物尺寸分别导出“部件的区域的大小
Figure BDA00003862975100163
”。
疲劳强度超过区域导出部204例如通过如下方式来实现，由CPU101执行存储于ROM102的程序，从RAM103、HD105等读出必要的数据，导出“部件的区域的大小
Figure BDA00003862975100164
”，存储于RAM103等。
<指标导出部205>
指标导出部205将由最大尺寸夹杂物分布函数导出部201导出的“尺度参数α和位置参数λ”代入到（2）式，设定概率分布函数
Figure BDA00003862975100165
然后，指标导出部205进行以下的（9）式的计算，导出指标FS（P）。
在（8）式中，积分范围是夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100167
的概率分布所存在的整个范围。然而，不需要一定将夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100168
的概率分布所存在的整个范围设为指标FS（P）的计算对象。例如，对于所作用的应力低而疲劳破坏不会成为问题的部位（区域），也可以不进行计算，基于此的指标FS（P）的值的差异属于误差范围，所以对于这种部位，也可以从指标FS（P）的计算对象中除去。
该指标FS（P）是表示（在存在某种残留应力的条件下）在以预先由操作者设定的载荷条件P施加了载荷的情况下与反复作用于部件的某个部位的作用应力的应力振幅σ相对的“部件的危险区域（体积或者面积）”的大小的指标。如（8）式所示，通过将概率分布函数
Figure BDA00003862975100169
和“部件的区域的大小
Figure BDA000038629751001610
”相乘，能够在考虑了夹杂物的存在概率的基础上表现“部件的区域的大小
Figure BDA000038629751001611
”。例如，比较以多个条件得到的指标FS（P）的值，能够将指标FS（P）的值最小的条件的部件判断为疲劳破坏的可能性小的部件。像这样，通过减小指标FS（P）的值，能够综合考虑与疲劳有关的材料的强度、夹杂物的概率分布特性、使用部件时的应力的条件、以及残留应力的概率分布特性，设计疲劳破坏可能性小的部件。在此，危险区域是指，该部位处的作用应力的应力振幅σ超过疲劳强度的应力振幅σw的大小的区域。
另外，在本实施方式中，虽然导出了指标FS（P），然而也没有必要一定是导出指标FS（P）。例如，也可以将概率分布函数
Figure BDA000038629751001612
和S相乘，导出部件的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100172
的函数fs，将该函数fs的最大值设为上述的指标。
指标导出部205例如通过如下方式来实现，由CPU101执行存储于ROM102的程序，从RAM103或HD105等读出必要的数据，导出指标FS（P），存储于RAM103等。
<指标输出部206>
指标输出部206根据由操作者进行的指示，将由指标导出部205导出的指标FS（P）的值显示到显示装置上，或者发送到外部装置，或者存储于存储介质。
指标输出部206例如通过如下方式来实现，由CPU执行存储于ROM102的程序，生成用于显示存储于RAM103等的指标FS（P）的值的显示数据，输出到显示装置106，或者将存储于RAM103等的指标FS（P）经由通信I/F108发送到外部装置，或者将存储于RAM103等的指标FS（P）存储于HD105或未予图示的便携式存储介质。
接着，参照图4的流程图说明部件的疲劳破坏评价装置100的动作的流程的一例。
首先，在步骤S1中，最大尺寸夹杂物分布函数导出部201执行概率分布函数导出处理。具体地说，最大尺寸夹杂物分布函数导出部201取得n个夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100173
的值，计算累积概率和基准化变量yj，推测表示累积概率
Figure BDA00003862975100175
及基准化变量yj与夹杂物尺寸之间的关系的最大夹杂物概率分布函数，由推测出的最大夹杂物概率分布函数，导出尺度参数α和位置参数λ（或者尺度参数α和位置参数λ和形状参数ξ）。
接着，在步骤S2中，推测疲劳强度导出部202执行疲劳强度导出处理。具体地说，推测疲劳强度导出部202取得维氏硬度Hv、夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100177
部件的平均应力σm及应力比R的值，进行（5）式的计算，从而导出对部件反复施加了预定的载荷时的对预定的反复次数的疲劳强度的应力振幅σw。
接着，在步骤S3中，作用应力振幅导出部203执行作用应力振幅导出处理。具体地说，作用应力振幅导出部203取得部件的信息，使用所取得的部件的信息，导出以预先由操作者设定的载荷条件P对部件赋予了反复载荷时的部件的各位置处的各应力成分的变化，由导出的部件的各位置处的各应力成分的变化，导出以预先由操作者设定的载荷条件P对部件赋予了反复载荷时作用于该部件的各位置的作用应力的应力振幅σ。
接着，在步骤S4中，疲劳强度超过区域导出部204执行疲劳强度超过区域导出处理。具体地说，疲劳强度超过区域导出部204比较“部件的各位置处的疲劳强度的应力振幅σw”和“预先由操作者设定的载荷条件P下的部件的各位置处的作用应力的应力振幅σ”之中的、同一位置上的值，导出“部件的区域的大小”。
接着，在步骤S5中，指标导出部205执行指标导出处理。具体地说，指标导出部205将步骤S1中导出的“尺度参数α和位置参数λ”代入到（2）式，设定概率分布函数
Figure BDA00003862975100182
将设定的概率分布函数
Figure BDA00003862975100183
和步骤S4中导出的“部件的区域的大小
Figure BDA00003862975100184
”赋予给（9）式，导出指标FS（P）。
接着，在步骤S6中，指标输出部206执行指标输出处理。具体地说，指标输出部206根据由操作者进行的指示，将在步骤S5中导出的指标FS（P）的值显示到显示装置上，或者发送到外部装置，或者存储于存储介质。
如上所述，在本实施方式中导出了指标FS（P），该指标FS（P）是以夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100185
的概率分布所存在的整个评价范围作为积分范围，将部件的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100186
的概率分布函数和“部件的区域”的大小
Figure BDA00003862975100188
的乘积以部件的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100189
进行积分而得到的，其中，“部件的区域”是在预先由操作者设定的载荷条件P施加了载荷的情况下，在部件的各位置上，作用应力的应力振幅σ超过疲劳强度的应力振幅σw的大小的区域。由此，能够考虑存在于部件内部的夹杂物的概率分布（每个大小的存在概率）和部件内部的应力分布的双方，进行部件的疲劳设计。由此，相比于以往，能够合理地评价用于判断疲劳破坏的部件的疲劳破坏。
例如，在低强度钢中，夹杂物造成疲劳破坏的情况较少，只有在应力条件严苛的部位，引起疲劳破坏的情况多，所以只要评价该部位的应力条件，就能够预测部件的疲劳特性。相对于此，例如在高张力钢中，由夹杂物引起疲劳龟裂，所以夹杂物的大小如何分布，对于评价部件的疲劳破坏尤为重要。也就是说，即使应力大，如果没有夹杂物，则不易破坏，即使应力低，若存在大的夹杂物，则有可能破坏。在本实施方式中，导出将夹杂物的概率分布（概率分布函数
Figure BDA00003862975100199
)和部件的区域的大小
Figure BDA00003862975100192
Figure BDA00003862975100193
的双方作为变量具有的指标FS（P），所以相比于以往，能够更加合理地进行使用了高张力钢的部件的疲劳设计。
[实施例1]
接着，说明本发明的实施例。首先，作为实施例1，说明作用应力的应力振幅σ为剪切应力的应力振幅τa（r）时的实施例。
在本实施例中，作为部件，使用了在表面导入有压缩残留应力的螺旋弹簧。作为构成螺旋弹簧的材料，使用了强度1800[MPa]级（维氏硬度Hv=627）的高张力弹簧钢。已知该材料是会发生以存在于内部的夹杂物为起点的疲劳破坏的材料。在此，剪切应力的应力振幅τa（r）的r表示从螺旋弹簧的线材的中心向螺旋弹簧的圆周方向的距离。
在本实施例中，用该材料制作了线径为3.3[mm]、外径为22[mm]、卷数为30以及6的螺旋弹簧。对这些螺旋弹簧分别实施同样的喷丸处理，在螺旋弹簧的表面导入了残留应力。
图5是表示从螺旋弹簧的线材表面起的距离（深度）与螺旋弹簧的残留应力的应力振幅之间的关系的图。在本实施例中，图5所示的残留应力501导入到螺旋弹簧。
使用与由上述的材料形成的螺旋弹簧相同的材料，以能够通过轴力进行疲劳试验的方式，制作了40根平行部的直径为3.3[mm]的圆棒疲劳试验片。另外，不对该圆棒疲劳试验片进行基于喷丸处理的残留应力导入处理。使用该40根圆棒疲劳试验片（原料疲劳试验片）进行了应力比R=-1的疲劳试验。而且，对40根疲劳试验片的截面分别测定了夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100194
在此，将成为疲劳破坏部的起点的夹杂物的形状投影到破断面上，求出用楕圆近似的面积的平方根，将其作为夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100195
测定。
最大尺寸夹杂物分布函数导出部201输入采用上述方式测定的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100196
由（3）式以及（4）式计算累积概率
Figure BDA00003862975100197
和基准化变量yj。
最大尺寸夹杂物分布函数导出部201将输入的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100198
按照从小到大的顺序排列，将夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100201
设为横轴的值，并且将累积概率
Figure BDA00003862975100202
和基准化变量y设为纵轴的值，使用基于最大似然法的直线近似，推测表示它们的关系的最大夹杂物概率分布函数。
图6是表示累积概率
Figure BDA00003862975100203
及基准化变量y与夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100204
Figure BDA000038629751002012
之间的关系的图。在本实施例中，得到了图6所示的最大夹杂物概率分布函数（直线）601。
最大尺寸夹杂物分布函数导出部201由最大夹杂物概率分布函数601导出了尺度参数α和位置参数λ。在此，如图6所示，以线性表示所输入的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100205
以二重对数表示累积概率
Figure BDA00003862975100206
得到直线性分布，所以认为该分布是形状参数ξ为0（ξ=0）、即Gumbel型的极值分布，使用（1b）式推测了最大夹杂物概率分布函数的参数。
在本实施例中，反复对螺旋弹簧施加恒定载荷振幅，对使用了该螺旋弹簧时的该螺旋弹簧的疲劳破坏的可能性进行研讨。
在本实施例中，根据载荷条件P（以最大剪切应力为弹簧表面的公称最大剪切应力τmax且最小剪切应力为弹簧表面的公称最大剪切应力τmax的1/4的方式在螺旋弹簧的伸缩方向上施加载荷的载荷条件），导出作用应力的应力振幅σ的（螺旋弹簧上的）分布，并且输入残留应力的（螺旋弹簧上的）分布并将它们合成，从而求出螺旋弹簧的内部应力的应力振幅，由该分布求出螺旋弹簧内部的各位置上的、最大主应力的平均和振幅，进一步由这些求出应力比R。在本实施例中，在螺旋弹簧上只作用由反复载荷引起的反复扭转力和残留应力、且残留应力σr在线材的半径方向上不起作用，最大主应力的最大σp1和最小σp2分别用以下的（10）式、（11）式表示。另外，应力比R用以下的（12）式表示。
疲劳强度导出部202考虑该大小的夹杂物存在的可能性和所要评价的部件的应力水平，假设具有超过疲劳强度的可能性的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100207
在从10[μm]至50[μm]的范围内，使夹杂物尺寸以0.5[μm]～1[μm]的间隔不同，将在该夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100209
的情况下以（12）式赋予的应力比R和维氏硬度Hv代入到（5）式，从而导出疲劳强度的应力振幅σw。
Figure BDA000038629751002010
Figure BDA000038629751002011
Figure BDA00003862975100211
R=（σr+τ/4）/（σr+τ）…（12）
在（10）式～（12）式中，σ1是螺旋弹簧的轴向的应力振幅[N/mm2]，σθ是螺旋弹簧的圆周方向的应力振幅[N/mm2]。τ是表示螺旋弹簧的剪切应力[N/mm2]，作为从螺旋弹簧的线材的轴心起的距离的函数表示。
本实施例的作用剪切应力的应力振幅τa（r）替换为基于换算应力的作用应力的应力振幅σ，成为以下的（13）式。作用应力振幅导出部203通过该（13）式导出作用应力的应力振幅σ。
Figure BDA00003862975100212
图7是表示采用以上方式由推测疲劳强度导出部202导出的疲劳强度的应力振幅σw、以及由作用应力振幅导出部203导出的作用应力的应力振幅σ与从螺旋弹簧的线材表面起的距离之间的关系的图。图7是表示螺旋弹簧的表面处的某个公称最大剪切应力τ中导出的“疲劳强度的应力振幅σw的曲线701和作用应力的应力振幅σ的曲线702”。在本实施例中，分别针对最大剪切应力是螺旋弹簧的表面处的公称最大剪切应力τmax（850[MPa]、900[MPa]、950[MPa]、1000[MPa]）、且最小剪切应力是螺旋弹簧的表面处的公称最大剪切应力τmax的1/4（212.5[MPa]、225[MPa]、237.5[MPa]、250[MPa]）时的作用剪切应力的应力振幅τa（r），导出了图7所示的作用应力的应力振幅σ。
疲劳强度超过区域导出部204比较“从螺旋弹簧的线材表面起的各距离处的疲劳强度的应力振幅σw和载荷条件P上的从螺旋弹簧的线材表面起的各距离处的作用应力的应力振幅σ”的“同一位置上的值”，在以载荷条件P施加了反复载荷的情况下，在线材各位置中，导出作用应力的应力振幅σ超过疲劳强度的应力振幅σw的“螺旋弹簧的区域的面积
Figure BDA00003862975100213
Figure BDA00003862975100214
”。具体地说，在图7中，疲劳强度超过区域导出部204比较表示疲劳强度的应力振幅σw的曲线701和表示作用应力的应力振幅σ的曲线702，在以上述的载荷条件P在螺旋弹簧的伸缩方向施加了反复载荷的情况下，在线材各位置导出作用应力的应力振幅σ超过疲劳强度的应力振幅σw的“从螺旋弹簧的线材表面起的距离的范围703”。然后，疲劳强度超过区域导出部204在将螺旋弹簧的线材沿着与该线材的绕周方向（螺旋方向）正交的方向切割时的该线材的截面中，从螺旋弹簧的线材表面起的距离的范围703的区域的面积作为面积
Figure BDA00003862975100221
导出。
如上所述，导出了使夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100222
在从10[μm]至50[μm]的范围内以0.5[μm]～1[μm]的间隔不同时的疲劳强度的应力振幅σw。由此，在本实施例中，相对于1个公称最大剪切应力τ，只导出为了导出疲劳强度的应力振幅σw而采用的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100223
的数量的面积
Figure BDA00003862975100224
Figure BDA00003862975100225
指标导出部205将通过最大尺寸夹杂物分布函数导出部201从图6所示的最大夹杂物概率分布函数601导出的“尺度参数α和位置参数λ”代入到（2）式中，设定概率分布函数
Figure BDA00003862975100226
然后，指标导出部205由每个夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100227
的面积S导出表示面积S和夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100228
之间的关系的函数
Figure BDA00003862975100229
然后，指标导出部205导出将概率分布函数
Figure BDA000038629751002210
和该函数
Figure BDA000038629751002211
相乘的函数
Figure BDA000038629751002212
图8是表示概率分布函数
Figure BDA000038629751002213
的曲线801、表示面积比例s和夹杂物尺寸
Figure BDA000038629751002214
之间的关系的函数
Figure BDA000038629751002215
的曲线802、表示将概率分布函数
Figure BDA000038629751002216
和该函数
Figure BDA000038629751002217
相乘的函数
Figure BDA000038629751002218
Figure BDA000038629751002219
的曲线803的图。在此，面积比例s是将面积除以将螺旋弹簧的线材从与该线材的绕周方向（螺旋方向）正交的方向切割时的该线材的截面的截面积S0[μm2]得到的值。
指标导出部205将夹杂物尺寸
Figure BDA000038629751002221
的概率分布所存在的整个范围作为积分范围，以部件的夹杂物尺寸
Figure BDA000038629751002222
对函数
Figure BDA000038629751002223
进行积分。然后，指标导出部205将积分的结果（也就是说，图8的曲线803的面积乘以所述线材的截面的截面积S0[μm2]的值在螺旋弹簧的线材的绕周方向（螺旋方向）上积分的值）除以将螺旋弹簧的线材从与该线材的绕周方向正交的方向切割时的该线材的整个体积得到的值再乘以100，将由此得到的值作为指标FS（P）[%]导出。该指标FS（P）是表示与以由上述的弹簧表面的公称最大剪切应力τmax确定的剪切应力的应力振幅在螺旋弹簧的伸缩方向上反复施加了107次载荷的情况下作用于线材的各位置上的剪切应力的应力振幅τa（r）相对的“螺旋弹簧的危险面积”的大小的指标。
在此，面积可以与部件（螺旋弹簧）的大小成比例地变动。在本实施例中，制作卷数为30以及6的螺旋弹簧。于是，对于卷数为30的螺旋弹簧，将积分的结果（即，图8的曲线803的面积）除以将螺旋弹簧的线材从与该线材的绕周方向正交的方向切割时的该线材的截面的截面积S0得到的值再乘以5得到的值作为指标FS（P）导出。另一方面，对于卷数为5的螺旋弹簧，如上所述，将积分的结果（即，图8的曲线803的面积）除以将螺旋弹簧的线材从与该线材的绕周方向正交的方向切割时的该线材的截面的截面积S0得到的值作为指标FS（P）导出。
而且，在本实施例中，对弹簧表面处的公称最大剪切应力τmax为850[MPa]、900[MPa]、950[MPa]、1000[MPa]分别进行了以上的指标FS（P）的导出。
图9是表示指标FS（P）和弹簧表面处的公称最大剪切应力τmax之间的关系的图。在图9中，曲线901是针对卷数为30的螺旋弹簧的曲线，曲线902是针对卷数为6的螺旋弹簧的曲线。
接着，对与上述的螺旋弹簧相同的螺旋弹簧进行了疲劳破坏试验。
首先，将螺旋弹簧的表面的最大剪切应力设为1000[MPa]，并且将最小剪切应力设为250[MPa]，进行了107[次]的反复载荷试验。其结果，在卷数为30的螺旋弹簧中，30根中断了30根。另一方面，在卷数为6的螺旋弹簧中，30根中断了6根。
接着，将螺旋弹簧的表面的最大剪切应力设为950[MPa]，并且将最小剪切应力设为237.5[MPa]，进行了107[次]的反复载荷试验。其结果，在卷数为30的螺旋弹簧中，30根中断了6根。另一方面，在卷数为6的螺旋弹簧中，30根中断了1根。
接着，将螺旋弹簧的表面的最大剪切应力设为900[MPa]，并且将最小剪切应力设为225[MPa]，进行了107[次]的反复载荷试验。其结果，在卷数为30的螺旋弹簧中，60根中断了1根。另一方面，在卷数为6的螺旋弹簧中，60根中断了0根。
接着，将螺旋弹簧的表面的最大剪切应力设为850[MPa]，并且将最小剪切应力设为212.5[MPa]，进行了107[次]的反复载荷试验。其结果，在卷数为30的螺旋弹簧中，60根中断了0根。另一方面，在卷数为6的螺旋弹簧中，60根中断了0根。
图10是表示由以上的疲劳破坏试验的结果得到的、破断根数和最大剪切应力τmax之间的关系的图。在图10中，曲线1001是针对卷数为30的螺旋弹簧的曲线，曲线1002是针对卷数为6的螺旋弹簧的曲线。
由图9和图10可知，最大剪切应力τmax以900[MPa]为界，指标FS（P）和破断根数均具有急剧地增大的倾向，指标FS（P）和破断根数显示出相同的倾向。由此，通过指标FS（P），能够预测以螺旋弹簧的夹杂物为起点的疲劳折损频率的倾向。
[实施例2]
接着，说明实施例2。在实施例2中，说明进行旋转弯曲试验时的实施例，在该旋转弯曲试验中，在施加弯曲力矩的同时，使试验片旋转，产生从轴心朝向表面方向增大的轴向拉伸的反复应力。
在本实施例中，使用了表面导入有压缩残留应力的圆棒试验片。作为构成圆棒试验片的材料，使用了在JIS中作为弹簧钢规定的SUP12（硅铬钢）。该材料的维氏硬度Hv是550。
在本实施例中，采用该材料制作了平行部的长度为10[mm]以及50[mm]、平行部的径为4[mm]、把持部的径为12[mm]的圆棒试验片。分别对这些圆棒试验片实施同样的喷丸处理，向圆棒试验片的表面导入了残留应力。
图11是表示从圆棒试验片的表面起的距离（深度）与圆棒试验片的残留应力的应力振幅之间的关系的图。在本实施例中，图11所示的残留应力1101被导入到圆棒试验片。
制作了30根由上述的材料形成的“试验片瓶颈部的直径为3[mm]的超声波疲劳试验用的沙漏时钟形试验片”。另外，不对该沙漏时钟形试验片进行基于喷丸处理的残留应力导入处理。使用这30根沙漏时钟形试验片（原料疲劳试验片），进行了超声波疲劳试验。然后，对30根疲劳试验片的截面分别测定夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100241
在此，将成为疲劳破坏部的起点的夹杂物的形状投影到破断面，求取用楕圆近似后的面积的平方根，将该值作为夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100242
测定。
最大尺寸夹杂物分布函数导出部201输入采用上述方式测得的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100243
由（3）式以及（4）式计算累积概率
Figure BDA00003862975100244
和基准化变量yj。
最大尺寸夹杂物分布函数导出部201将所输入的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100251
按照从小到大的顺序排列，将夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100252
设为横轴的值，并且将累积概率
Figure BDA00003862975100253
和基准化变量y设为纵轴的值，使用最小二乘法，推测表示它们的关系的最大夹杂物概率分布函数。在此，用线性表示所输入的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100254
并且用二重对数表示累积概率
Figure BDA00003862975100255
得到（与实施例1相同）直线性分布，该分布是形状参数ξ为0（ξ=0）、即Gumbel型的极值分布，使用（1b）式推测了最大夹杂物概率分布函数的参数。其结果，作为尺度参数α，导出2.9，作为位置参数λ导出19。
在本实施例中，以试验片表面应力振幅达到690[MPa]、720[MPa]、750[MPa]的方式，通过小野式旋转弯曲试验机，在3000[rpm]的旋转速度下进行旋转弯曲试验，以这样的载荷条件P进行了旋转弯曲试验。推测疲劳强度部202考虑该大小的夹杂物存在的可能性、所要评价的部件的应力水平，假设有可能超过疲劳强度的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100256
使夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100257
Figure BDA00003862975100258
在从7[μm]至65[μm]的范围内以1[μm]的间隔不同，将在该夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100259
的情况下由（14）式赋予的应力比R和维氏硬度Hv（=550）代入到（5）式，从而导出了疲劳强度的应力振幅σw。另外，作用应力振幅导出部203导出了以上述的载荷条件P对圆棒试验片施加了反复载荷时的“各夹杂物尺寸
Figure BDA000038629751002510
圆棒试验片的各位置上的作用应力σ的应力振幅”。
R={-x×（σsuf/2）+σrs（x）}/{x×（σsuf/2）+σrs（x）}…（14）
在（14）式中，x是从圆棒试验片的中心起的距离[mm]，σsuf是圆棒试验片的表面处的公称最大应力的应力振幅[N/mm2]，σrs（x）是距离x中的残留应力的应力振幅[N/mm2]。
而且，疲劳强度超过区域导出部204比较“从圆棒试验片的表面起的各距离处的疲劳强度的应力振幅σw和载荷条件P下的从圆棒试验片的表面起的各距离处的作用应力的应力振幅σ”的值，导出以载荷条件P反复施加了载荷时的各位置处的作用应力的应力振幅σ超过疲劳强度的应力振幅σw的“圆棒试验片的区域的体积”。在本实施例中，相对于1个试验片表面应力振幅，与为了导出疲劳强度的应力振幅σw而采用的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100261
对应地导出体积另外，在以下的说明中，有时将“体积
Figure BDA00003862975100263
”称为“体积S”、
Figure BDA00003862975100264
指标导出部205将由最大尺寸夹杂物分布函数导出部201导出的“尺度参数α和位置参数λ”代入到（2）式，设定概率分布函数
Figure BDA00003862975100265
而且，指标导出部205由每个夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100266
的体积S导出表示体积S和夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100267
之间的关系的函数
Figure BDA00003862975100268
然后，指标导出部205导出将概率分布函数
Figure BDA00003862975100269
和该函数
Figure BDA000038629751002610
相乘的函数
Figure BDA000038629751002611
指标导出部205将夹杂物尺寸的概率分布所存在的整个范围设为积分范围，以部件的夹杂物尺寸
Figure BDA000038629751002613
对函数
Figure BDA000038629751002615
进行积分。然后，指标导出部205将积分的结果除以平行部的长度为10[mm]的圆棒试验片的该平行部的体积得到的值再乘以100，将由此得到的值作为指标FS（P）[%]导出。像这样，在本实施例中，作为针对平行部的长度为10[mm]、50[mm]的圆棒试验片的指标FS（P），导出以平行部的长度相对较小的（平行部的长度为10[mm]的）圆棒试验片的该平行部的体积标准化的值。另外，该指标FS（P）是表示与以上述的试验片表面应力振幅施加107次反复载荷进行了旋转弯曲试验时反复作用于圆棒试验片的各位置上的作用应力σ相对的“圆棒试验片的危险体积”的大小的指标。
而且，在本实施例中，分别对试验片表面应力振幅为690[MPa]、720[MPa]、750[MPa]的情况导出以上的指标FS（P）。
接着，以上述的条件对与上述的圆棒试验片相同的圆棒试验片进行了旋转弯曲试验。
首先，将圆棒试验片的表面的应力振幅设为690[MPa]，进行了107[次]的反复旋转弯曲试验。其结果，在平行部的长度为10[mm]的圆棒试验片中，30根中断了0根（1根也没断）。另一方面，在平行部的长度为50[mm]的圆棒试验片中，30根中断了0根（1根也没断）。
接着，将圆棒试验片的表面的应力振幅设为720[MPa]，进行了107[次]的反复旋转弯曲试验。其结果，在平行部的长度为10[mm]的圆棒试验片中，30根中断了1根。另一方面，在平行部的长度为50[mm]的圆棒试验片中，30根中断了5根。
接着，将圆棒试验片的表面的应力振幅设为750[MPa]，进行了107[次]的反复旋转弯曲试验。其结果，在平行部的长度为10[mm]的圆棒试验片中，30根中断了4根。另一方面，在平行部的长度为50[mm]的圆棒试验片中，30根中断了16根。
图12是表示采用以上方式得到的、指标FS（P）以及破断根数与试验片表面应力振幅之间的关系的图。在图12中，曲线1201表示平行部的长度为10[mm]的圆棒试验片上的指标FS（P），曲线1202表示平行部的长度为50[mm]的圆棒试验片上的指标FS（P）。另外，曲线1203表示平行部的长度为10[mm]的圆棒试验片上的破断根数，曲线1204表示平行部的长度为50[mm]的圆棒试验片上的破断根数。
如图12所示，曲线1201以及曲线1203的倾向、曲线1202以及曲线1204的倾向大概一致。因此，能够通过指标FS（P）来推测基于旋转弯曲试验的疲劳破坏的结果，还能明确圆棒试验片的体积涉及破坏的影响。
[实施例3]
接着，说明实施例3。在本实施例中，说明与实施例2相同地进行了旋转弯曲试验时的实施例，在该旋转弯曲试验中，施加弯曲力矩的同时，使试验片旋转，产生从轴心朝向表面方向增大的轴向拉伸的反复应力。
在本实施例中，也使用了表面导入了与实施例2大致同等的压缩残留应力的圆棒试验片。构成圆棒试验片的材料使用了与实施例2相同的规格材。然而，在实施例2中使用的材料的维氏硬度Hv为550，相对于此，该材料的维氏硬度Hv为530。
在本实施例中，使用该材料制造了平行部的长度为10[mm]以及50[mm]、平行部的径为4[mm]、把持部的径为12[mm]的圆棒试验片。对这些圆棒试验片分别实施同样的喷丸处理，对圆棒试验片的表面导入了与实施例2相同的残留应力（参见图11）。
制作30根由上述的材料形成的“试验片缩颈部的直径为3[mm]的超声波疲劳试验用的沙漏时钟形试验片”，使用30根沙漏时钟形试验片（原料疲劳试验片），进行超声波疲劳试验，进行了最大尺寸夹杂物分布函数的导出。
与实施例2相同地，对30根疲劳试验片的截面分别测定了杂物尺寸
Figure BDA00003862975100271
Figure BDA00003862975100272
在此，将成为疲劳破坏部的起点的夹杂物的形状投影到破断面，求取用楕圆近似的面积的平方根，作为夹杂物尺寸测定。
最大尺寸夹杂物分布函数导出部201输入采用上述方式测得的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100282
由（3）式以及（4）式计算累积概率
Figure BDA00003862975100283
和基准化变量yj。
最大尺寸夹杂物分布函数导出部201将所输入的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100284
按照从小到大的顺序排列，将夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100285
设为横轴的值，并且将累积概率
Figure BDA00003862975100286
和基准化变量y设为纵轴的值，推测表示它们的关系的最大夹杂物概率分布函数。在实施例2中，设为ξ=0，使用最小二乘法，对最大夹杂物概率分布函数的推测进行了直线近似，然而在本实施例中，使用最大似然法进行了最大夹杂物概率分布函数的推测。另外，在此，用线性表示所输入的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100287
用二重对数表示累积概率
Figure BDA00003862975100288
Figure BDA00003862975100289
时，能看到最大夹杂物尺寸
Figure BDA000038629751002810
达到峰值的倾向，所以该分布认为是形状参数ξ为负值（ξ<0）、即Weibull型的极值分布，使用（1a）式推测了最大夹杂物分布函数的参数。其结果，作为尺度参数α导出3.2，作为位置参数λ导出23，作为形状参数ξ导出-0.1。
在本实施例中，以试验片表面应力振幅达到650[MPa]、680[MPa]、710[MPa]的方式，通过小野式旋转弯曲试验机，在3000[rpm]的旋转速度下进行旋转弯曲试验，以这样的载荷条件P进行了旋转弯曲试验。与实施例2相同地，推测疲劳强度部202使夹杂物尺寸
Figure BDA000038629751002811
在从7[μm]至65[μm]的范围内以1[μm]的间隔不同，将在该夹杂物尺寸
Figure BDA000038629751002812
的情况下由（14）式赋予的应力比R和维氏硬度Hv（=530）代入到（5）式，从而导出疲劳强度的应力振幅σw。另外，作用应力振幅导出部203导出了以上述的载荷条件P对圆棒试验片施加了反复载荷时“各夹杂物尺寸
Figure BDA000038629751002813
圆棒试验片的各位置上的作用应力σ的应力振幅”。
而且，疲劳强度超过区域导出部204比较“从圆棒试验片的表面起的各距离处的疲劳强度的应力振幅σw和载荷条件P下的从圆棒试验片的表面起的各距离处的作用应力的应力振幅σ”的值，导出以载荷条件P反复施加了载荷时的各位置处的作用应力的应力振幅σ超过疲劳强度的应力振幅σw的“圆棒试验片的区域的体积”。在本实施例中，也与实施例2相同地，相对于1个试验片表面应力振幅，导出与为了导出疲劳强度的应力振幅σw而采用的夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100291
的数量的体积
Figure BDA00003862975100292
Figure BDA00003862975100293
另外，在以下的说明中，有时将“体积”称为“体积S”、
指标导出部205将通过最大尺寸夹杂物分布函数导出部201导出的“尺度参数α和位置参数λ”代入到（2）式，设定概率分布函数
Figure BDA00003862975100296
然后，指标导出部205由每个夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100297
的体积S导出表示体积S和夹杂物尺寸
Figure BDA00003862975100298
之间的关系的函数然后，指标导出部205导出将概率分布函数和该函数
Figure BDA000038629751002911
相乘的函数
Figure BDA000038629751002912
指标导出部205将夹杂物尺寸
Figure BDA000038629751002913
的概率分布所存在的整个范围作为积分范围，以部件的夹杂物尺寸
Figure BDA000038629751002914
对函数
Figure BDA000038629751002915
Figure BDA000038629751002916
进行积分。然后，指标导出部205将积分的结果除以平行部的长度为10[mm]的圆棒试验片的该平行部的体积得到的值再乘以100，将由此得到的值作为指标FS（P）[%]导出。像这样，在本实施例中，与第2实施例同样地，作为针对平行部的长度为10[mm]、50[mm]的圆棒试验片的指标FS（P），导出以平行部的长度相对较小的（平行部的长度为10[mm]的）圆棒试验片的该平行部的体积标准化的值。
而且，在本实施例中，与实施例2同样地，分别对试验片表面应力振幅为690[MPa]、720[MPa]、750[MPa]的情况进行了以上的指标FS（P）的导出。
接着，以上述的条件对与上述的圆棒试验片相同的圆棒试验片进行了旋转弯曲试验。
首先，将圆棒试验片的表面的应力振幅设为650[MPa]，进行了107[次]的反复旋转弯曲试验。其结果，在平行部的长度为10[mm]的圆棒试验片中，30根中断了0根（1本也没有断）。另一方面，在平行部的长度为50[mm]的圆棒试验片中，30根中断了0根（1根也没有断）。
接着，将圆棒试验片的表面的应力振幅设为680[MPa]，进行了107[次]的反复旋转弯曲试验。其结果，在平行部的长度为10[mm]的圆棒试验片中，30根中断了1根。另一方面，在平行部的长度为50[mm]的圆棒试验片中，30根中断了5根。
接着，将圆棒试验片的表面的应力振幅设为710[MPa]，进行了107[次]的反复旋转弯曲试验。其结果，在平行部的长度为10[mm]的圆棒试验片中，30根中断了5根。另一方面，在平行部的长度为50[mm]的圆棒试验片中，30根中断了18根。
图13是表示采用以上方式得到的、指标FS（P）以及破断根数与试验片表面应力振幅之间的关系的图。在图13中，曲线1301表示平行部的长度为10[mm]的圆棒试验片上的指标FS（P），曲线1302表示平行部的长度为50[mm]的圆棒试验片上的指标FS（P）。另外，曲线1303表示平行部的长度为10[mm]的圆棒试验片上的破断根数，曲线1304表示平行部的长度为50[mm]的圆棒试验片上的破断根数。
如图13所示，曲线1301以及曲线1303的倾向、曲线1302以及曲线1304的倾向大概一致。因此，能够通过指标FS（P）来推测基于旋转弯曲试验的疲劳破坏的结果，还能够明确圆棒试验片的体积涉及破坏的影响。
另外，以上说明的本发明的实施方式能够通过计算机执行程序来实现。另外，用于将程序提供给计算机的单元、例如记录了相关的程序的CD-ROM等计算机可读取的记录介质、或者传输相关的程序的传输介质也能够作为本发明的实施方式应用。另外，记录了所述程序的计算机可读取的记录介质等的程序产品也能够作为本发明的实施方式应用。所述的程序、计算机可读取的记录介质、传输介质以及程序产品也包含在本发明的范畴内。
另外，以上说明的本发明的实施方式都只是在实施本发明时具体化的例子，并不由此来限定解释本发明的技术范围。也就是说，本发明能够在不脱离其技术思想、或者主要特征的情况下以各种形式实施。
工业实用性
本发明例如能够用于机械部件的疲劳设计。

Claims (7)

1.一种部件的疲劳破坏评价装置，对施加了反复载荷时的机械部件的内部的疲劳进行评价，其特征在于，具备：
最大尺寸夹杂物分布函数导出单元，输入多个夹杂物尺寸的值，根据所输入的多个夹杂物尺寸，设所述夹杂物尺寸在所述机械部件上的最大值分布依照一般极值分布，导出所述夹杂物尺寸的概率分布函数，所述夹杂物尺寸的值是求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状投影到平面而得到的夹杂物的截面积的平方根的值、或者求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状近似为预定的图形时由该图形的代表性尺寸得到的夹杂物的截面积的推测值的平方根的值；
推测疲劳强度导出单元，分别输入所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比的值，作为以存在于所述机械部件中的夹杂物为起点的疲劳强度且针对反复施加的预定载荷的预定反复次数的疲劳强度，将所输入的值代入到由所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比表示的疲劳强度的公式，导出所述机械部件的各位置上的该疲劳强度；
作用应力导出单元，导出以预先设定的载荷条件对所述机械部件施加了反复载荷时作用于所述机械部件的内部的各位置上的作用应力的应力振幅；
疲劳强度超过区域导出单元，根据对由所述推测疲劳强度导出单元导出的疲劳强度和由所述作用应力导出单元导出的作用应力的应力振幅进行比较的结果，导出在所述机械部件的区域之中所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小；
指标导出单元，根据所述夹杂物尺寸的概率分布函数和所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小的乘积，导出用于评价所述机械部件的内部的疲劳的指标；以及
指标输出单元，输出由所述指标导出单元导出的指标。
2.根据权利要求1所述的部件的疲劳破坏评价装置，其特征在于，
所述指标导出单元将所述夹杂物尺寸的概率分布所存在的整个范围设为积分范围，对所述夹杂物尺寸的概率分布函数和所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小的乘积以部件的夹杂物尺寸进行积分，将由此得到的值作为所述指标导出。
3.根据权利要求1所述的部件的疲劳破坏评价装置，其特征在于，
所述作用应力是所述机械部件的各位置处的换算应力的振幅、或者所述机械部件的各位置处的主应力的变动最大的方向上的主应力的振幅，
所述应力比是所述机械部件的各位置处的换算应力的应力比、或者所述机械部件的各位置处的主应力的变动最大的方向上的主应力的应力比。
4.一种部件的疲劳破坏评价方法，使用计算机来评价施加反复载荷时的机械部件的内部的疲劳，其特征在于，具备：
最大尺寸夹杂物分布函数导出工序，输入多个夹杂物尺寸的值，根据所输入的多个夹杂物尺寸，设所述夹杂物尺寸在所述机械部件上的最大值分布依照一般极值分布，导出所述夹杂物尺寸的概率分布函数，所述夹杂物尺寸的值是求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状投影到平面而得到的夹杂物的截面积的平方根的值、或者求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状近似为预定的图形时由该图形的代表性尺寸得到的夹杂物的截面积的推测值的平方根的值；
推测疲劳强度导出工序，分别输入所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比的值，作为以存在于所述机械部件中的夹杂物为起点的疲劳强度且针对反复施加的预定载荷的预定反复次数的疲劳强度，将所输入的值代入到由所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比表示的疲劳强度的公式，导出所述机械部件的各位置上的该疲劳强度；
作用应力导出工序，导出以预先设定的载荷条件对所述机械部件施加了反复载荷时作用于所述机械部件的内部的各位置上的作用应力的应力振幅；
疲劳强度超过区域导出工序，根据对由所述推测疲劳强度导出工序导出的疲劳强度和由所述作用应力导出工序导出的作用应力的应力振幅进行比较的结果，导出在所述机械部件的区域之中所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小；
指标导出工序，根据所述夹杂物尺寸的概率分布函数和所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小的乘积，导出用于评价所述机械部件的内部的疲劳的指标；以及
指标输出工序，输出由所述指标导出工序导出的指标。
5.根据权利要求4所述的部件的疲劳破坏评价方法，其特征在于，
在所述指标导出工序中，将所述夹杂物尺寸的概率分布所存在的整个范围设为积分范围，对所述夹杂物尺寸的概率分布函数和所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小的乘积以部件的夹杂物尺寸进行积分，将由此得到的值作为所述指标导出。
6.根据权利要求4所述的部件的疲劳破坏评价方法，其特征在于，
所述作用应力是所述机械部件的各位置处的换算应力的振幅、或者所述机械部件的各位置处的主应力的变动最大的方向上的主应力的振幅，
所述应力比是所述机械部件的各位置处的换算应力的应力比、或者所述机械部件的各位置处的主应力的变动最大的方向上的主应力的应力比。
7.一种计算机程序，使计算机执行对施加反复载荷时的机械部件的内部的疲劳进行评价，其特征在于，使计算机执行如下工序：
最大尺寸夹杂物分布函数导出工序，输入多个夹杂物尺寸的值，根据所输入的多个夹杂物尺寸，设所述夹杂物尺寸在所述机械部件上的最大值分布依照一般极值分布，导出所述夹杂物尺寸的概率分布函数，所述夹杂物尺寸的值是求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状投影到平面而得到的夹杂物的截面积的平方根的值、或者求取将在所述机械部件的内部存在的夹杂物之中的基准体积中最大的夹杂物的形状近似为预定的图形时由该图形的代表性尺寸得到的夹杂物的截面积的推测值的平方根的值；
推测疲劳强度导出工序，分别输入所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比的值，作为以存在于所述机械部件中的夹杂物为起点的疲劳强度且针对反复施加的预定载荷的预定反复次数的疲劳强度，将所输入的值代入到由所述夹杂物尺寸、所述机械部件的硬度或所述机械部件的材料的强度、以及所述机械部件的应力比表示的疲劳强度的公式，导出所述机械部件的各位置上的该疲劳强度；
作用应力导出工序，导出以预先设定的载荷条件对所述机械部件施加了反复载荷时作用于所述机械部件的内部的各位置上的作用应力的应力振幅；
疲劳强度超过区域导出工序，根据对由所述推测疲劳强度导出工序导出的疲劳强度和由所述作用应力导出工序导出的作用应力的应力振幅进行比较的结果，导出在所述机械部件的区域之中所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小；
指标导出工序，根据所述夹杂物尺寸的概率分布函数和所述作用应力的应力振幅超过所述疲劳强度的区域的大小的乘积，导出用于评价所述机械部件的内部的疲劳的指标；以及
指标输出工序，输出由所述指标导出工序导出的指标。
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