JP2018141703A - Fatigue intensity estimation method - Google Patents

Fatigue intensity estimation method Download PDF

Info

Publication number
JP2018141703A
JP2018141703A JP2017036105A JP2017036105A JP2018141703A JP 2018141703 A JP2018141703 A JP 2018141703A JP 2017036105 A JP2017036105 A JP 2017036105A JP 2017036105 A JP2017036105 A JP 2017036105A JP 2018141703 A JP2018141703 A JP 2018141703A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stress
assumed
ratio
intensity factor
fatigue strength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2017036105A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
善道 川上
Yoshimichi Kawakami
善道 川上
櫻井 剛
Takeshi Sakurai
剛 櫻井
敏史 貫野
Toshifumi Kanno
敏史 貫野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2017036105A priority Critical patent/JP2018141703A/en
Publication of JP2018141703A publication Critical patent/JP2018141703A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fatigue intensity estimation method which can estimate the fatigue intensity of a component without performing a fatigue test.SOLUTION: A fatigue intensity estimation method comprises: a set stress ratio acquisition part for acquiring a set stress ratio; a natural crack dimension calculation step for calculating a dimension of a natural crack which is assumed on a surface of a stress concentration part on the basis of a lower-limit stress expansion coefficient range corresponding to the set stress ratio, and the fatigue intensity; a set nominal stress acquisition step for acquiring the set nominal stress of the surface of the stress concentration part; a stress distribution calculation step for calculating a stress depth distribution from the surface of the stress concentration part when the set nominal stress acts on the stress concentration part; an assumption stress expansion coefficient range calculation step for calculating an assumption stress expansion coefficient range on the basis of the dimension of the natural crack and the stress depth distribution; and an estimation fatigue intensity decision step for deciding the set nominal stress as estimation fatigue intensity when the assumption stress expansion coefficient range is determined to coincide with the lower-limit stress expansion coefficient range by an assumption stress expansion coefficient range verification step.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、材料の疲労強度を推定する疲労強度推定方法に関する。   The present disclosure relates to a fatigue strength estimation method for estimating the fatigue strength of a material.

材料の疲労強度(疲労限度)の向上策として、ピーニング等の表面加工や窒化処理等の表面硬化処理などの表面処理が知られている。しかしながら、例えばエンジン、タービン、立体駐車場などを構成する部品(機械部品)における段付き、キー溝、孔などの切欠き部といった応力集中が生じる部分(応力集中部)の疲労強度の不足に対しては、ピーニング等の表面加工の施工条件やその効果が明確となっておらず、上述した表面処理を適用する障害となっている。よって、機械部品の切欠き部が有する形状毎に、表面処理の施工条件と、その施工条件で施工した場合の効果を明らかにすることが重要となる。   As measures for improving the fatigue strength (fatigue limit) of materials, surface treatment such as surface processing such as peening and surface hardening treatment such as nitriding is known. However, due to insufficient fatigue strength of stress-concentrated parts (stress-concentrated parts) such as steps in parts (mechanical parts) that make up engines, turbines, multistory parking lots, etc. As a result, the construction conditions and effects of surface processing such as peening are not clear, which is an obstacle to applying the surface treatment described above. Therefore, it becomes important to clarify the construction conditions of the surface treatment and the effects when construction is performed under the construction conditions for each shape of the notch portion of the machine part.

なお、例えば、特許文献1には、構造物の応力集中部における局所形状に応じた応力集中率と、構造物の疲労寿命評価線図をそれぞれ予め実験等を通して記憶し、これら実験等により求めた応力集中率および疲労寿命評価線図に、有限要素法により算出したピーク応力にあてはめることで、応力集中部の各局所形状に応じた疲労寿命を推定(評価)することが開示されている。また、特許文献2には、疲労試験による応力振幅と繰返し数の関係であるS−N線図の作成を通した、鋳物材の疲労強度評価方法が開示されている。   For example, in Patent Document 1, the stress concentration rate corresponding to the local shape in the stress concentration portion of the structure and the fatigue life evaluation diagram of the structure are stored in advance through experiments and the like, and obtained by these experiments and the like. It is disclosed to estimate (evaluate) the fatigue life corresponding to each local shape of the stress concentration portion by applying the stress concentration rate and the fatigue life evaluation diagram to the peak stress calculated by the finite element method. Further, Patent Document 2 discloses a method for evaluating the fatigue strength of a casting material through the creation of an SN diagram which is a relationship between the stress amplitude and the number of repetitions by a fatigue test.

特開2003−149091号公報JP 2003-149091 A 特開2011−58887号公報JP 2011-58887 A

しかしながら、ピーニング等の施工条件による疲労強度の向上効果を確認するためには、長い時間を要する疲労試験を行う必要がある。このため、機械部品の応力集中部が有する狭隘部の条件毎に最適な施工条件を得るには、応力集中部の施工を、施工条件を変えて行うたびに疲労試験を行う必要があるため、多大な時間と労力を要する。このような課題に対して、本発明者らは、鋭意研究により、疲労試験を行うことなく、部品(応力集中部)の疲労強度を推定可能な新たな手法を発明した。   However, in order to confirm the effect of improving fatigue strength due to construction conditions such as peening, it is necessary to conduct a fatigue test that takes a long time. For this reason, in order to obtain the optimum construction conditions for each condition of the narrow part of the stress concentration part of the machine part, it is necessary to perform a fatigue test every time the construction of the stress concentration part is changed, It takes a lot of time and effort. In response to such a problem, the present inventors have invented a new technique capable of estimating the fatigue strength of a component (stress concentration part) without conducting a fatigue test by intensive research.

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、疲労試験を行うことなく、部品の疲労強度を推定可能な疲労強度推定方法を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of at least one embodiment of the present invention is to provide a fatigue strength estimation method capable of estimating the fatigue strength of a component without performing a fatigue test.

(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る疲労強度推定方法は、
部品が有する応力集中部の疲労強度を推定する疲労強度推定方法であって、
任意に設定される応力比である設定応力比を取得する設定応力比取得ステップと、
前記設定応力比に応じて取得される前記部品を形成する材料の下限界応力拡大係数範囲および疲労強度に基づいて、前記応力集中部の表面に仮定される固有き裂の寸法を算出する固有き裂寸法算出ステップと、
前記応力集中部の表面に任意に設定される公称応力である設定公称応力を取得する設定公称応力取得ステップと、
前記設定公称応力が前記応力集中部に作用した際の前記応力集中部の表面からの深さ方向の応力分布である応力深さ分布を算出する応力分布算出ステップと、
前記固有き裂の応力拡大係数範囲である想定応力拡大係数範囲を、前記固有き裂の寸法と前記応力深さ分布とに基づいて算出する想定応力拡大係数範囲算出ステップと、
前記想定応力拡大係数範囲が、前記下限界応力拡大係数範囲と一致するか否かを判定する想定応力拡大係数範囲検証ステップと、
前記想定応力拡大係数範囲検証ステップによって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致すると判定された場合に、前記設定公称応力を推定疲労強度として決定する推定疲労強度決定ステップと、を備える。
(1) The fatigue strength estimation method according to at least one embodiment of the present invention includes:
A fatigue strength estimation method for estimating the fatigue strength of a stress concentration part of a component,
A set stress ratio acquisition step for acquiring a set stress ratio that is an arbitrarily set stress ratio;
Based on the lower limit stress intensity factor range and the fatigue strength of the material forming the part obtained according to the set stress ratio, the inherent crack size calculated on the surface of the stress concentration portion is calculated. Crack size calculation step;
A set nominal stress acquisition step of acquiring a set nominal stress that is a nominal stress arbitrarily set on the surface of the stress concentration portion;
A stress distribution calculation step of calculating a stress depth distribution which is a stress distribution in the depth direction from the surface of the stress concentration portion when the set nominal stress acts on the stress concentration portion;
An assumed stress intensity factor range calculating step for calculating an assumed stress intensity factor range that is a stress intensity factor range of the inherent crack based on the size of the inherent crack and the stress depth distribution;
An assumed stress intensity factor range verification step for determining whether the assumed stress intensity factor range matches the lower limit stress intensity factor range; and
An estimated fatigue strength determination step for determining the set nominal stress as an estimated fatigue strength when the assumed stress intensity factor range verification step determines that the assumed stress intensity factor range matches the lower limit stress intensity factor range; .

上記(1)の構成によれば、例えば部品に形成された切欠き部などである応力集中部の疲労強度の推定を、応力集中部の表面(底表面)に作用すると仮定した設定公称応力によって、応力集中部の表面に仮定した設定応力比により求まる仮想の固有き裂が進展するか否かを計算することにより行う。より詳細には、応力集中部には、設定公称応力によって、その表面から母材内部に向かった応力分布が生じ、固有き裂の先端には、応力集中部の表面からの距離(寸法)に応じた応力がかかるものとして、応力拡大係数範囲(想定応力拡大係数範囲)を算出する。こうして算出した想定応力拡大係数範囲が、設定応力比から得られる材料の下限界応力拡大係数範囲と一致する場合には、その時の設定公称応力が固有き裂の進展を生じさせる公称応力の下限値となるため、推定疲労強度と決定する。このように推定疲労強度を算出することにより、長時間を要する疲労試験を行うことなく、部品の応力集中部の疲労強度を推定することができる。   According to the configuration of (1) above, for example, the estimation of the fatigue strength of a stress concentration portion, such as a notch formed in a part, is performed on the set nominal stress assumed to act on the surface (bottom surface) of the stress concentration portion. This is done by calculating whether or not a virtual intrinsic crack obtained from the set stress ratio assumed on the surface of the stress concentration portion propagates. More specifically, the stress concentration part has a stress distribution from the surface to the inside of the base metal due to the set nominal stress, and the tip of the inherent crack has a distance (dimension) from the surface of the stress concentration part. The stress intensity factor range (assumed stress intensity factor range) is calculated assuming that the corresponding stress is applied. When the assumed stress intensity factor range calculated in this way matches the lower limit stress intensity factor range of the material obtained from the set stress ratio, the lower limit value of the nominal stress at which the set nominal stress causes the propagation of the inherent crack Therefore, the estimated fatigue strength is determined. By calculating the estimated fatigue strength in this way, it is possible to estimate the fatigue strength of the stress concentration portion of the component without performing a fatigue test that requires a long time.

(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記想定応力拡大係数範囲検証ステップによって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致しないと判定された場合に、前記設定公称応力を変更する設定公称応力変更ステップを、さらに備え、
前記設定公称応力取得ステップは前記設定公称応力変更ステップにより変更された値を前記設定公称応力として取得すると共に、
疲労強度推定方法は、前記想定応力拡大係数範囲検証ステップによって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致すると判定されるまで、前記設定公称応力変更ステップ、前記設定公称応力取得ステップ、前記応力分布算出ステップ、前記想定応力拡大係数範囲算出ステップ、前記想定応力拡大係数範囲検証ステップの順で繰返す。
上記(2)の構成によれば、設定公称応力および固有き裂の寸法に基づいて算出される想定応力拡大係数範囲が、設定応力比に基づいて材料特性として定まる下限界応力拡大係数範囲と一致しない場合には、一致するような設定公称応力が探索されることで、部品の応力集中部の推定疲労強度の推定を行うことができる。
(2) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
When the assumed stress intensity factor range verification step determines that the assumed stress intensity factor range does not match the lower limit stress intensity factor range, the assumed stress intensity factor range further includes a set nominal stress change step that changes the set nominal stress. ,
The set nominal stress acquisition step acquires the value changed by the set nominal stress change step as the set nominal stress,
In the fatigue strength estimation method, the set nominal stress change step, the set nominal stress acquisition, until the assumed stress intensity factor range verification step determines that the assumed stress intensity factor range matches the lower limit stress intensity factor range. The steps are repeated in the order of the stress distribution calculation step, the assumed stress intensity factor range calculation step, and the assumed stress intensity factor range verification step.
According to the configuration of (2) above, the assumed stress intensity factor range calculated based on the set nominal stress and the inherent crack size matches the lower limit stress intensity factor range determined as material properties based on the set stress ratio. If not, the set nominal stress that matches can be searched, and the estimated fatigue strength of the stress concentration portion of the part can be estimated.

(3)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(2)の構成において、
前記固有き裂の寸法と前記応力深さ分布とに基づいて算出される前記固有き裂の応力比である想定応力比を算出する想定応力比算出ステップと、
前記想定応力比が前記設定応力比と一致するか否かを判定する想定応力比検証ステップと、をさらに備え、
前記想定応力拡大係数範囲検証ステップは、前記想定応力比検証ステップによって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致すると判定された場合に実行される。
上記(3)の構成によれば、設定公称応力および固有き裂の寸法に基づいて算出される想定応力比が設定応力比と一致することを前提に、想定応力拡大係数範囲検証ステップによる判定がなされる。これによって、例えば炭素鋼などのように、下限界応力拡大係数範囲および疲労強度が設定応力比に応じた値を有するような材料により応力集中部が形成されている場合であっても、推定疲労強度の適切な推定を行うことができる。なお、応力集中部が鋳鉄を材料とする場合には、本想定応力比算出ステップおよび想定応力比検証ステップは省略が可能となる。
(3) In some embodiments, in the above configurations (1) to (2),
An assumed stress ratio calculating step of calculating an assumed stress ratio which is a stress ratio of the inherent crack calculated based on the dimension of the inherent crack and the stress depth distribution;
An assumed stress ratio verification step for determining whether or not the assumed stress ratio matches the set stress ratio;
The assumed stress intensity factor range verification step is executed when it is determined in the assumed stress ratio verification step that the assumed stress ratio matches the set stress ratio.
According to the configuration of (3) above, on the assumption that the assumed stress ratio calculated based on the set nominal stress and the inherent crack size matches the set stress ratio, the determination by the assumed stress intensity factor range verification step is performed. Made. Thus, even if the stress concentration part is formed of a material whose lower limit stress intensity factor range and fatigue strength have values corresponding to the set stress ratio, such as carbon steel, the estimated fatigue An appropriate estimate of the intensity can be made. When the stress concentration portion is made of cast iron, the assumed stress ratio calculation step and the assumed stress ratio verification step can be omitted.

(4)幾つかの実施形態では、上記(3)の構成において、
前記想定応力比検証ステップによって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致しないと判定された場合に、前記設定応力比を変更する設定応力比変更ステップを、さらに備え、
前記設定応力比取得ステップは、前記設定応力比変更ステップにより変更された値を前記設定応力比として取得すると共に、
疲労強度推定方法は、前記想定応力比検証ステップによって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致すると判定されるまで、前記設定応力比変更ステップ、前記設定応力比取得ステップ、前記固有き裂寸法算出ステップ、前記想定応力比検証ステップの順で繰返す。
上記(4)の構成によれば、設定公称応力および固有き裂の寸法に基づいて算出される想定応力比が設定応力比に一致しない場合には、一致するような設定応力比が探索されることで、部品の応力集中部の推定疲労強度の適切な決定を図る行うことができる。
(4) In some embodiments, in the configuration of (3) above,
A set stress ratio change step of changing the set stress ratio when the assumed stress ratio and the set stress ratio are determined not to match in the assumed stress ratio verification step;
The set stress ratio acquisition step acquires the value changed by the set stress ratio change step as the set stress ratio,
In the fatigue strength estimation method, the set stress ratio change step, the set stress ratio acquisition step, the inherent crack size, until the assumed stress ratio verification step determines that the assumed stress ratio matches the set stress ratio. The calculation step and the assumed stress ratio verification step are repeated in this order.
According to the configuration of (4) above, when the assumed stress ratio calculated based on the set nominal stress and the inherent crack size does not match the set stress ratio, a set stress ratio that matches is searched. Thus, it is possible to appropriately determine the estimated fatigue strength of the stress concentration portion of the component.

(5)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(4)の構成において、
前記応力集中部への表面処理によって生じた前記応力集中部の前記深さ方向の残留応力分布を取得する残留応力分布取得ステップを、さらに備え、
前記応力分布算出ステップは、前記残留応力分布を加味して、前記応力深さ分布を算出する。
上記(5)の構成によれば、ピーニングや窒化処理などの表面処理による残留応力分布を例えば数値解析を通して取得し、残留応力を加味した応力深さ分布を用いて推定疲労強度を決定することにより、疲労試験を行うことなく、表面処理後の応力集中部の疲労強度を推定することができる。
(5) In some embodiments, in the above configurations (1) to (4),
A residual stress distribution acquisition step of acquiring a residual stress distribution in the depth direction of the stress concentration portion generated by the surface treatment on the stress concentration portion;
In the stress distribution calculating step, the stress depth distribution is calculated in consideration of the residual stress distribution.
According to the configuration of (5) above, the residual stress distribution due to surface treatment such as peening or nitriding is obtained through numerical analysis, for example, and the estimated fatigue strength is determined using the stress depth distribution taking into account the residual stress. The fatigue strength of the stress concentration part after the surface treatment can be estimated without performing a fatigue test.

(6)幾つかの実施形態では、上記(5)の構成において、
前記残留応力分布を加味した前記応力深さ分布を用いて決定された前記推定疲労強度と、前記残留応力分布を加味していない前記応力深さ分布を用いて決定された前記推定疲労強度との差分を、前記応力集中部への表面処理による効果として算出する表面処理効果算出ステップを、さらに備える。
上記(6)の構成によれば、表面処理の有無に応じた2つの推定疲労強度の差分から表面処理による効果を得ることができる。また、残留応力分布の数値解析の条件から表面処理の施工条件を導出することにより、応力集中部への表面処理の施工条件に応じた効果を明らかにすることができる。よって、こうした施工条件で応力集中部に表面処理を施工することにより、部品の疲労強度を向上させることができる。
(6) In some embodiments, in the configuration of (5) above,
The estimated fatigue strength determined using the stress depth distribution taking into account the residual stress distribution and the estimated fatigue strength determined using the stress depth distribution not taking into account the residual stress distribution It further includes a surface treatment effect calculating step for calculating the difference as an effect of the surface treatment on the stress concentration portion.
According to the configuration of (6) above, the effect of the surface treatment can be obtained from the difference between the two estimated fatigue strengths according to the presence or absence of the surface treatment. Moreover, the effect according to the surface treatment construction condition to the stress concentration part can be clarified by deriving the surface treatment construction condition from the numerical analysis condition of the residual stress distribution. Therefore, the fatigue strength of the parts can be improved by applying a surface treatment to the stress concentration part under such an installation condition.

(7)本発明の少なくとも一実施形態に係る疲労強度推定装置は、
部品が有する応力集中部の疲労強度を推定する疲労強度推定装置であって、
任意に設定される応力比である設定応力比を取得する設定応力比取得部と、
前記設定応力比に応じて取得される前記部品を形成する材料の下限界応力拡大係数範囲および疲労強度に基づいて、前記応力集中部の表面に仮定される固有き裂の寸法を算出する固有き裂寸法算出部と、
前記応力集中部の表面に任意に設定される公称応力である設定公称応力を取得する設定公称応力取得部と、
前記設定公称応力が前記応力集中部に作用した際の前記応力集中部の表面からの深さ方向の応力分布である応力深さ分布を算出する応力分布算出部と、
前記固有き裂の応力拡大係数範囲である想定応力拡大係数範囲を、前記固有き裂の寸法と前記応力深さ分布とに基づいて算出する想定応力拡大係数範囲算出部と、
前記想定応力拡大係数範囲が、前記下限界応力拡大係数範囲と一致するか否かを判定する想定応力拡大係数範囲検証部と、
前記想定応力拡大係数範囲検証部によって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致すると判定された場合に、前記設定公称応力を推定疲労強度として決定する推定疲労強度決定部と、を備える。
(7) The fatigue strength estimation apparatus according to at least one embodiment of the present invention is:
A fatigue strength estimation device for estimating the fatigue strength of a stress concentration part of a component,
A set stress ratio acquisition unit for acquiring a set stress ratio which is an arbitrarily set stress ratio;
Based on the lower limit stress intensity factor range and the fatigue strength of the material forming the part obtained according to the set stress ratio, the inherent crack size calculated on the surface of the stress concentration portion is calculated. Crack size calculator,
A set nominal stress acquisition unit that acquires a set nominal stress that is a nominal stress arbitrarily set on the surface of the stress concentration portion;
A stress distribution calculation unit that calculates a stress depth distribution that is a stress distribution in the depth direction from the surface of the stress concentration part when the set nominal stress acts on the stress concentration part;
An assumed stress intensity factor range calculation unit that calculates an assumed stress intensity factor range that is a stress intensity factor range of the inherent crack based on the dimensions of the inherent crack and the stress depth distribution;
An assumed stress intensity factor range verification unit that determines whether the assumed stress intensity factor range matches the lower limit stress intensity factor range; and
An estimated fatigue strength determination unit that determines the set nominal stress as an estimated fatigue strength when the assumed stress intensity factor range verification unit determines that the assumed stress intensity factor range matches the lower limit stress intensity factor range; .

上記(7)の構成によれば、上記(1)と同様の効果を奏することができる。   According to the configuration of (7), the same effect as (1) can be obtained.

(8)幾つかの実施形態では、上記(7)の構成において、
前記想定応力拡大係数範囲検証部によって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致しないと判定された場合に、前記設定公称応力を変更する設定公称応力変更部を、さらに備え、
前記設定公称応力取得部は前記設定公称応力変更部により変更された値を前記設定公称応力として取得すると共に、
疲労強度推定装置は、前記想定応力拡大係数範囲検証部によって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致すると判定されるまで、前記設定公称応力変更部、前記設定公称応力取得部、前記応力分布算出部、前記想定応力拡大係数範囲算出部、前記想定応力拡大係数範囲検証部の順で処理を繰返す。
上記(8)の構成によれば、上記(2)と同様の効果を奏することができる。
(8) In some embodiments, in the configuration of (7) above,
When the assumed stress intensity factor range verification unit determines that the assumed stress intensity factor range does not match the lower limit stress intensity factor range, the assumed stress intensity factor range verification unit further includes a set nominal stress change unit that changes the set nominal stress. ,
The set nominal stress acquisition unit acquires the value changed by the set nominal stress change unit as the set nominal stress,
The fatigue strength estimation device is configured to obtain the set nominal stress change unit and the set nominal stress until the assumed stress intensity factor range verification unit determines that the assumed stress intensity factor range matches the lower limit stress intensity factor range. Section, the stress distribution calculation unit, the assumed stress intensity factor range calculation unit, and the assumed stress intensity factor range verification unit in this order.
According to the configuration of (8), the same effect as (2) can be achieved.

(9)幾つかの実施形態では、上記(7)〜(8)の構成において、
前記固有き裂の寸法と前記応力深さ分布とに基づいて算出される前記固有き裂の応力比である想定応力比を算出する想定応力比算出部と、
前記想定応力比が前記設定応力比と一致するか否かを判定する想定応力比検証部と、をさらに備え、
前記想定応力拡大係数範囲検証部は、前記想定応力比検証部によって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致すると判定された場合に実行される。
上記(9)の構成によれば、上記(3)と同様の効果を奏することができる。
(9) In some embodiments, in the above configurations (7) to (8),
An assumed stress ratio calculation unit for calculating an assumed stress ratio that is a stress ratio of the inherent crack calculated based on the size of the inherent crack and the stress depth distribution;
An assumed stress ratio verification unit that determines whether or not the assumed stress ratio matches the set stress ratio;
The assumed stress intensity factor range verification unit is executed when the assumed stress ratio verification unit determines that the assumed stress ratio matches the set stress ratio.
According to the configuration of the above (9), the same effect as the above (3) can be obtained.

(10)幾つかの実施形態では、上記(9)の構成において、
前記想定応力比検証部によって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致しないと判定された場合に、前記設定応力比を変更する設定応力比変更部を、さらに備え、
前記設定応力比取得部は、前記設定応力比変更部により変更された値を前記設定応力比として取得すると共に、
疲労強度推定装置は、前記想定応力比検証部によって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致すると判定されるまで、前記設定応力比変更部、前記設定応力比取得部、前記固有き裂寸法算出部、前記想定応力比検証部の順で処理を繰返す。
上記(10)の構成によれば、上記(4)と同様の効果を奏することができる。
(10) In some embodiments, in the configuration of (9) above,
A set stress ratio changing unit that changes the set stress ratio when the assumed stress ratio verification unit determines that the assumed stress ratio and the set stress ratio do not match;
The set stress ratio acquisition unit acquires the value changed by the set stress ratio change unit as the set stress ratio,
The fatigue strength estimation device is configured so that the set stress ratio change unit, the set stress ratio acquisition unit, and the inherent crack size until the assumed stress ratio verification unit determines that the assumed stress ratio matches the set stress ratio. The processing is repeated in the order of the calculation unit and the assumed stress ratio verification unit.
According to the configuration of the above (10), the same effect as the above (4) can be obtained.

(11)幾つかの実施形態では、上記(7)〜(10)の構成において、
前記応力集中部への表面処理によって生じた前記応力集中部の前記深さ方向の残留応力分布を取得する残留応力分布取得部を、さらに備え、
前記応力分布算出部は、前記残留応力分布を加味して、前記応力深さ分布を算出する。
上記(11)の構成によれば、上記(5)と同様の効果を奏することができる。
(11) In some embodiments, in the above configurations (7) to (10),
A residual stress distribution acquisition unit that acquires a residual stress distribution in the depth direction of the stress concentration part generated by the surface treatment on the stress concentration part;
The stress distribution calculation unit calculates the stress depth distribution in consideration of the residual stress distribution.
According to the configuration of the above (11), the same effect as the above (5) can be obtained.

(12)幾つかの実施形態では、上記(11)の構成において、
前記残留応力分布を加味した前記応力深さ分布を用いて決定された前記推定疲労強度と、前記残留応力分布を加味していない前記応力深さ分布を用いて決定された前記推定疲労強度との差分を、前記応力集中部への表面処理による効果として算出する表面処理効果算出部を、さらに備える。
上記(12)の構成によれば、上記(6)と同様の効果を奏することができる。
(12) In some embodiments, in the configuration of (11) above,
The estimated fatigue strength determined using the stress depth distribution taking into account the residual stress distribution and the estimated fatigue strength determined using the stress depth distribution not taking into account the residual stress distribution A surface treatment effect calculation unit that calculates the difference as an effect of the surface treatment on the stress concentration portion is further provided.
According to the configuration of the above (12), the same effect as the above (6) can be obtained.

本発明の少なくとも一実施形態によれば、疲労試験を行うことなく、部品の疲労強度を推定可能な疲労強度推定方法が提供される。   According to at least one embodiment of the present invention, a fatigue strength estimation method capable of estimating the fatigue strength of a component without performing a fatigue test is provided.

本発明の一実施形態に係る疲労強度推定方法示す図であり、特に、下限界応力拡大係数範囲および疲労強度が応力比によってあまり変化しない材料を対象とする。It is a figure which shows the fatigue strength estimation method which concerns on one Embodiment of this invention, and makes object the material which a lower limit stress intensity factor range and fatigue strength do not change so much with a stress ratio especially. 本発明の一実施形態に係る応力集中部12に仮定した固有き裂を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the natural crack assumed to the stress concentration part 12 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る疲労強度推定方法示す図であり、設定応力比を決定するフローを含む。It is a figure which shows the fatigue strength estimation method which concerns on one Embodiment of this invention, and includes the flow which determines setting stress ratio. 本発明の一実施形態に係る疲労強度推定方法示す図であり、表面処理による残留応力を加味して応力深さ分布を算出するステップを含む。It is a figure which shows the fatigue strength estimation method which concerns on one Embodiment of this invention, and includes the step which calculates the stress depth distribution in consideration of the residual stress by surface treatment. 本発明の一実施形態に係る応力集中部に表面処理をしていない場合における、実験による疲労強度と推定疲労強度との一致度を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the coincidence degree of the fatigue strength by experiment, and the estimated fatigue strength in case the surface treatment is not performed to the stress concentration part which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る応力集中部に表面処理を施工した場合における、実験による疲労強度と推定疲労強度との一致度を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the coincidence of the fatigue strength by experiment, and the estimated fatigue strength in the case of performing surface treatment in the stress concentration part which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る応力集中部の深さ方向の残留応力分布を示す図である。It is a figure which shows the residual stress distribution of the depth direction of the stress concentration part which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る疲労試験を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fatigue test which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る疲労強度推定方法示す図であり、表面処理による効果を算出する。It is a figure which shows the fatigue strength estimation method which concerns on one Embodiment of this invention, and calculates the effect by surface treatment. 本発明の一実施形態に係る疲労強度推定装置の構成を示す図であり、図3または図4に示す疲労強度推定方法を実行可能に構成される。It is a figure which shows the structure of the fatigue strength estimation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention, and is comprised so that execution of the fatigue strength estimation method shown in FIG. 3 or FIG. 4 is possible.

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples. Absent.
For example, expressions expressing relative or absolute arrangements such as “in a certain direction”, “along a certain direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial” are strictly In addition to such an arrangement, it is also possible to represent a state of relative displacement with an angle or a distance such that tolerance or the same function can be obtained.
For example, an expression indicating that things such as “identical”, “equal”, and “homogeneous” are in an equal state not only represents an exactly equal state, but also has a tolerance or a difference that can provide the same function. It also represents the existing state.
For example, expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes represent not only geometrically strict shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes, but also irregularities and chamfers as long as the same effects can be obtained. A shape including a part or the like is also expressed.
On the other hand, the expressions “comprising”, “comprising”, “comprising”, “including”, or “having” one constituent element are not exclusive expressions for excluding the existence of the other constituent elements.

図1は、本発明の一実施形態に係る疲労強度推定方法示す図であり、特に、下限界応力拡大係数範囲ΔKth、Rおよび疲労強度Δσth、Rから算出される固有き裂Cの寸法aが応力比によってあまり変化しない材料を対象とする。図2は、本発明の一実施形態に係る応力集中部12に仮定した固有き裂Cを説明するための図である。図3は、本発明の一実施形態に係る疲労強度推定方法示す図であり、設定応力比Rを決定するフローを含む。図4は、本発明の一実施形態に係る疲労強度推定方法示す図であり、表面処理による残留応力σr(d)を加味して応力深さ分布σ(d)を算出するステップを含む。図5は、本発明の一実施形態に係る応力集中部12に表面処理をしていない場合における、実験による疲労強度と推定疲労強度との一致度を説明するための図である。図6は、本発明の一実施形態に係る応力集中部12に表面処理を施工した場合における、実験による疲労強度と推定疲労強度との一致度を説明するための図である。図7は、本発明の一実施形態に係る応力集中部12の深さ方向の残留応力分布σr(d)を示す図である。また、図8は、疲労試験を説明するための図である。 FIG. 1 is a diagram showing a fatigue strength estimation method according to an embodiment of the present invention, and in particular, the dimensions of the intrinsic crack C calculated from the lower limit stress intensity factor ranges ΔK th and R and fatigue strength Δσ th and R. a 0 is directed to a much does not change material by stress ratio. FIG. 2 is a view for explaining the inherent crack C assumed in the stress concentration portion 12 according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing a fatigue strength estimation method according to an embodiment of the present invention, and includes a flow for determining a set stress ratio R. FIG. 4 is a diagram showing a fatigue strength estimation method according to an embodiment of the present invention, and includes a step of calculating a stress depth distribution σ (d) in consideration of a residual stress σr (d) due to surface treatment. FIG. 5 is a diagram for explaining the degree of coincidence between experimental fatigue strength and estimated fatigue strength when the stress concentration portion 12 according to an embodiment of the present invention is not subjected to surface treatment. FIG. 6 is a diagram for explaining the degree of coincidence between the experimental fatigue strength and the estimated fatigue strength when surface treatment is applied to the stress concentration portion 12 according to the embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram showing a residual stress distribution σr (d) in the depth direction of the stress concentration portion 12 according to an embodiment of the present invention. Moreover, FIG. 8 is a figure for demonstrating a fatigue test.

図1、図3、図4に示されるように、疲労強度推定方法は、部品1が有する応力集中部12の疲労強度を推定する疲労強度推定方法であり、部品1に対して疲労試験などをした場合に応力集中部12で生じる現象を説明できるようなパラメータ(後述する応力拡大係数範囲や応力比)の具体的な値の探索を通して、疲労強度の推定値(推定疲労強度)を決定する。ここで、破壊力学において、部品1(主に金属部品)の破壊は、部品1を用いた機械の使用中に、部品1に荷重が繰返し加えられることにより応力集中部12の表面13の固有き裂Cが進展し、破損することにより生ずると考えらことができる。疲労試験(図8参照)は部品1の疲労強度を測定できるものの、引張と圧縮の周期的な荷重を部品1が破断するまで繰返しかけて行う必要があるので長時間を要するが、本疲労強度推定方法によれば、疲労試験を行うことなく疲労強度の推定が可能となる。   As shown in FIGS. 1, 3, and 4, the fatigue strength estimation method is a fatigue strength estimation method for estimating the fatigue strength of the stress concentration portion 12 included in the component 1. In this case, an estimated value of fatigue strength (estimated fatigue strength) is determined through searching for specific values of parameters (a stress intensity factor range and stress ratio described later) that can explain the phenomenon occurring in the stress concentration portion 12. Here, in fracture mechanics, the failure of the part 1 (mainly a metal part) is caused by the load 13 being repeatedly applied to the part 1 while the machine using the part 1 is in use. It can be considered that the crack C develops and breaks down. Although the fatigue test (see FIG. 8) can measure the fatigue strength of the part 1, it takes a long time because it is necessary to repeat the tensile and compression load until the part 1 breaks. According to the estimation method, the fatigue strength can be estimated without performing a fatigue test.

そして、図1、図3、図4に示されるように、本疲労強度推定方法は、設定応力比取得ステップ(S1)と、固有き裂寸法算出ステップ(S2a〜S2b)と、設定公称応力取得ステップ(S3)と、応力分布算出ステップ(S4)と、想定応力拡大係数範囲算出ステップ(S5)と、想定応力拡大係数範囲検証ステップ(S6)と、推定疲労強度決定ステップ(S7)と、を備える。
なお、上述した部品1としては、例えばエンジン、タービン、立体駐車場などを構成する段付き軸などの機械部品が挙げられ、応力集中部12としては、機械部品に形成された、段付きや、キー溝、孔、えぐりなどの切欠き部などが挙げられる。例えば、図8の例示では、部品1は棒状の段付き軸であり、棒状の周方向に沿ってえぐられた形状を形成する応力集中部12を有している。
以下、図1、図3、図4に示される疲労強度推定方法について、各方法に共通するステップを図1のステップの順に沿って説明する。
As shown in FIG. 1, FIG. 3, and FIG. 4, the present fatigue strength estimation method includes a set stress ratio acquisition step (S1), an inherent crack size calculation step (S2a to S2b), and a set nominal stress acquisition. A step (S3), a stress distribution calculation step (S4), an assumed stress intensity factor range calculation step (S5), an assumed stress intensity factor range verification step (S6), and an estimated fatigue strength determination step (S7). Prepare.
In addition, as the component 1 mentioned above, mechanical parts, such as a stepped shaft which comprises an engine, a turbine, a multistory parking lot, etc. are mentioned, for example, as the stress concentration part 12, a stepped formed in a mechanical part, Examples include keyways, holes, cutouts such as holes. For example, in the illustration of FIG. 8, the component 1 is a rod-shaped stepped shaft, and has a stress concentration portion 12 that forms a shape that is hollowed out along the circumferential direction of the rod.
Hereinafter, steps common to each method of the fatigue strength estimation methods shown in FIGS. 1, 3, and 4 will be described in the order of the steps in FIG.

ステップS1において、設定応力比取得ステップを実行する。設定応力比取得ステップ(S1)は、任意に設定される応力比である設定応力比Rを取得する。設定応力比Rは任意に決定され、決定された値を取得する。設定応力比Rは、後述するように、下限界応力拡大係数範囲ΔKth、Rおよび疲労強度Δσth、R(以下、これらを適宜、強度パラメータと総称する。)を求めるのに用いられる。また、応力比は、最小応力σmin÷最大応力σmaxもしくは、最小応力拡大係数Kmin÷最大応力拡大係数Kmaxで定義される。例えば、疲労試験では、引張荷重および圧縮荷重の周期的な荷重を繰返し部品1にかけるが、応力比は、引張荷重による応力と圧縮荷重による応力の比に対応している。例えば、図8に示されるような、回転する試験片に対して同一方向から一定荷重をかける場合には、部品1の各部分に同一の大きさの逆向きの荷重(σmax=−σmin)が周期的にかかるので、設定応力比Rは−1になる。応力比は、このようなことを表すパラメータである。 In step S1, a set stress ratio acquisition step is executed. In the set stress ratio acquisition step (S1), a set stress ratio R that is an arbitrarily set stress ratio is acquired. The set stress ratio R is arbitrarily determined, and the determined value is acquired. As will be described later, the set stress ratio R is used to obtain a lower limit stress intensity factor range ΔK th, R and fatigue strength Δσ th, R (hereinafter collectively referred to as strength parameters as appropriate). The stress ratio is defined as minimum stress σ min ÷ maximum stress σ max or minimum stress intensity factor K min ÷ maximum stress intensity factor K max . For example, in the fatigue test, a periodic load of a tensile load and a compressive load is repeatedly applied to the component 1, and the stress ratio corresponds to the ratio of the stress due to the tensile load and the stress due to the compressive load. For example, when a constant load is applied to the rotating test piece as shown in FIG. 8 from the same direction, reverse loads of the same magnitude (σ max = −σ min) are applied to each part of the component 1. ) Periodically, the set stress ratio R becomes -1. The stress ratio is a parameter that represents this.

なお、例えば、応力集中部12を形成する材料が、鋳鉄の場合には設定応力比の値によらず強度パラメータから算出される固有き裂Cの寸法aは概ね同じ値となる。このような場合に特に対応するのが図1にされる疲労強度推定方法である。他方、例えば炭素鋼では、強度パラメータから算出される固有き裂Cの寸法aは設定応力比の値に応じて変わる。このような場合に特に対応するのが図3〜図4にされる疲労強度推定方法である。 For example, when the material forming the stress concentration portion 12 is cast iron, the dimension a 0 of the inherent crack C calculated from the strength parameter is almost the same value regardless of the value of the set stress ratio. Particularly suitable for such a case is the fatigue strength estimation method shown in FIG. On the other hand, in carbon steel, for example, the dimension a 0 of the inherent crack C calculated from the strength parameter varies depending on the value of the set stress ratio. Particularly suitable for such a case is the fatigue strength estimation method shown in FIGS.

ステップS2(S2a〜S2b)において、固有き裂寸法算出ステップを実行する。固有き裂寸法算出ステップ(S2)は、設定応力比Rに応じて取得される部品1を形成する材料の下限界応力拡大係数範囲ΔKth、Rおよび疲労強度Δσth、Rに基づいて、部品1の表面13に仮定される固有き裂Cの寸法を算出する。固有き裂Cは仮想的なき裂であり、固有き裂Cが進展することで応力集中部12の破壊が生じると仮定する。具体的には、図2に示されるように、応力集中部12の例えば底部における母材には固有き裂Cの存在が仮定されており、固有き裂Cは、応力集中部12の表面13から母材の深さ方向にaの距離だけ伸びている。これが、固有き裂Cの寸法aとなる。図1に示される実施形態では、固有き裂寸法算出ステップ(S2)は2つのステップからなり、ステップS2aで、上記の強度パラメータを後述する強度データベースから取得し、ステップS2bで、強度パラメータを用いて固有き裂Cの寸法aを算出する。なお、図8の段付き軸部品は、その一部に溝からなる応力集中部12が形成されているが、その底部とは、最もえぐられた部分(段付き軸の外面からか最も離れた部分)を含む部分となる。 In step S2 (S2a to S2b), an inherent crack size calculation step is executed. The intrinsic crack size calculation step (S2) is performed based on the lower limit stress intensity factor range ΔK th, R and fatigue strength Δσ th, R of the material forming the component 1 acquired according to the set stress ratio R. The size of the inherent crack C assumed on the surface 13 of 1 is calculated. The inherent crack C is a virtual crack, and it is assumed that the stress concentration portion 12 is broken by the propagation of the inherent crack C. Specifically, as shown in FIG. 2, the existence of an inherent crack C is assumed in the base material of, for example, the bottom of the stress concentration portion 12, and the inherent crack C is the surface 13 of the stress concentration portion 12. Extends a distance a0 in the depth direction of the base material. This is the dimension a 0 of the natural crack C. In the embodiment shown in FIG. 1, the natural crack size calculation step (S2) includes two steps. In step S2a, the above-described strength parameter is obtained from a strength database described later, and in step S2b, the strength parameter is used. Then, the dimension a 0 of the natural crack C is calculated. The stepped shaft part of FIG. 8 is formed with a stress concentrating part 12 formed of a groove in a part thereof, but the bottom part is the farthest part (the furthest away from the outer surface of the stepped shaft). Part).

詳述すると、一般に、材料の下限界応力拡大係数範囲ΔKth、Rおよび疲労強度σth、Rは応力比に応じた値を有しており、材料毎に予め調べられてデータベース化(以下、強度データベースという。)されている。よって、設定応力比Rに対応した強度パラメータの値を強度データベースからそれぞれ取得することが可能である。また、疲労によるき裂は材料の表面から発生すると考えられる。よって、図2に示されるように、応力集中部12の表面13に深さ方向に沿った寸法aを有する固有き裂Cの存在を仮定すると、固有き裂の寸法aは、固有き裂Cや部品1の形状に応じて定まる形状パラメータをfとして、強度データベースから得られる設定応力比Rに対応した強度パラメータを用いて、下記(1)式で計算される。
=(1/π)×{ΔKth、R/(f×Δσth、R)}2・・・(1)
More specifically, in general, the lower limit stress intensity factor range ΔK th, R and fatigue strength σ th, R of a material have values corresponding to the stress ratio, and are examined in advance for each material to create a database (hereinafter, It is called a strength database.) Therefore, it is possible to acquire the value of the strength parameter corresponding to the set stress ratio R from the strength database. In addition, cracks due to fatigue are thought to occur from the surface of the material. Therefore, as shown in FIG. 2, assuming the existence of an inherent crack C having a dimension a 0 along the depth direction on the surface 13 of the stress concentration portion 12, the intrinsic crack dimension a 0 is The shape parameter determined according to the shape of the crack C or the part 1 is set as f, and the strength parameter corresponding to the set stress ratio R obtained from the strength database is used to calculate the following equation (1).
a 0 = (1 / π) × {ΔK th, R / (f × Δσ th, R )} 2 (1)

ステップS3において、設定公称応力取得ステップを実行する。設定公称応力取得ステップ(S3)は、応力集中部12の表面13に任意に設定される公称応力である設定公称応力σを決定する。つまり、設定公称応力σは、図2に示されるように、応力集中部12の表面13に作用する応力となる。また、ここでは、引張応力の大きさ+σであり、圧縮応力の大きさが−σとなる。 In step S3, a set nominal stress acquisition step is executed. In the set nominal stress acquisition step (S3), a set nominal stress σ 0 which is a nominal stress arbitrarily set on the surface 13 of the stress concentration portion 12 is determined. That is, the set nominal stress σ 0 is a stress acting on the surface 13 of the stress concentration portion 12 as shown in FIG. Further, here, the magnitude of the tensile stress is + σ 0 and the magnitude of the compressive stress is −σ 0 .

ステップS4において、応力分布算出ステップを実行する。応力分布算出ステップ(S4)は、設定公称応力σが応力集中部12に作用した際の応力集中部12の表面13からの深さ方向の応力分布である応力深さ分布σ(d)を算出する。図2に示されるように、深さ方向は、応力集中部12の表面13に直交する方向であって、部品1の内部(母材内部)に向かう方向である。また、応力深さ分布σ(d)は、応力集中部12の表面13を0とした深さ方向における応力の分布であり、応力深さ分布σ(d)により表面からの深さ距離dにおける応力を求めることが可能となる。例えば、この応力深さ分布σ(d)は、FEMなどの数値解析により算出しても良く、この場合の荷重条件は、設定公称応力σが応力集中部12の表面13から深さ方向に向けて作用するといったものとなる。なお、図2の破線は、公称応力分布であり、実線は、応力集中を含む最大応力分布(σmax)および最小応力分布(σmin)であり、上記の応力深さ分布σ(d)は実線に対応する。 In step S4, a stress distribution calculation step is executed. In the stress distribution calculating step (S4), a stress depth distribution σ (d), which is a stress distribution in the depth direction from the surface 13 of the stress concentrated portion 12 when the set nominal stress σ 0 acts on the stress concentrated portion 12, is obtained. calculate. As shown in FIG. 2, the depth direction is a direction orthogonal to the surface 13 of the stress concentration portion 12 and toward the inside of the component 1 (inside the base material). The stress depth distribution σ (d) is a stress distribution in the depth direction where the surface 13 of the stress concentration portion 12 is 0, and the stress depth distribution σ (d) is a depth distance d from the surface. It is possible to determine the stress. For example, the stress depth distribution σ (d) may be calculated by numerical analysis such as FEM, and the load condition in this case is that the set nominal stress σ 0 is in the depth direction from the surface 13 of the stress concentration portion 12. It works like that. The broken line in FIG. 2 is the nominal stress distribution, the solid line is the maximum stress distribution (σ max ) and the minimum stress distribution (σ min ) including stress concentration, and the stress depth distribution σ (d) is Corresponds to the solid line.

ステップS5において、想定応力拡大係数範囲算出ステップを実行する。想定応力拡大係数範囲算出ステップは、固有き裂Cの応力拡大係数範囲である想定応力拡大係数範囲ΔKを、固有き裂Cの寸法aと応力深さ分布σ(d)とに基づいて算出する。つまり、応力集中部12の表面13に仮定した固有き裂Cに対して、設定公称応力σを基準とする応力深さ分布σ(d)が作用した場合の応力拡大係数範囲(想定応力拡大係数範囲ΔK)を算出する。 In step S5, an assumed stress intensity factor range calculation step is executed. The assumed stress intensity factor range calculating step calculates an assumed stress intensity factor range ΔK, which is a stress intensity factor range of the inherent crack C, based on the dimension a 0 of the inherent crack C and the stress depth distribution σ (d). To do. That is, the stress intensity factor range (assumed stress expansion) when the stress depth distribution σ (d) based on the set nominal stress σ 0 acts on the assumed crack C on the surface 13 of the stress concentration portion 12. The coefficient range ΔK) is calculated.

ここで、応力拡大係数範囲は、最大応力拡大係数Kmaxから最小応力拡大係数Kminを減算することにより、算出される(ΔK=Kmax−Kmin)。また、最大応力拡大係数Kmaxおよび最小応力拡大係数Kminは、応力深さ分布σ(d)を用いて、例えば周知な重ね合わせの式などから算出される。なお、重ね合わせの式は、KmaxあるいはKminをK、距離dをxとすると、K=2×√(a/π)×∫[{(1+F(x/a))/√(a −x)}×σ(x)]dxであり、積分は0〜aで行う。ここで、F(x/a)は、き裂や部材の形状等による補正係数である。 Here, the stress intensity factor range is calculated by subtracting the minimum stress intensity factor K min from the maximum stress intensity factor K max (ΔK = K max −K min ). Further, the maximum stress intensity factor K max and the minimum stress intensity factor K min are calculated from, for example, a well-known superposition formula using the stress depth distribution σ (d). Note that the superposition formula is K = 2 × √ (a 0 / π) × ∫ [{(1 + F (x / a 0 )) / √ (K, where K max or K min is K and the distance d is x. a 0 2 −x 2 )} × σ (x)] dx, and integration is performed from 0 to a 0 . Here, F (x / a 0 ) is a correction coefficient due to a crack, the shape of a member, or the like.

ステップS6において、想定応力拡大係数範囲検証ステップを実行する。想定応力拡大係数範囲検証ステップ(S6)は、想定応力拡大係数範囲ΔKが、下限界応力拡大係数範囲ΔKth、Rと一致するか否かを判定する。想定応力拡大係数範囲検証ステップ(S6)において、一致の判定がなされた場合には次のステップS7に進む。なお、不一致の判定の場合については後述する。 In step S6, an assumed stress intensity factor range verification step is executed. In the assumed stress intensity factor range verification step (S6), it is determined whether or not the assumed stress intensity factor range ΔK matches the lower limit stress intensity factor range ΔK th, R. In the assumed stress intensity factor range verification step (S6), if coincidence is determined, the process proceeds to the next step S7. The case of mismatch determination will be described later.

また、ステップS7において、推定疲労強度決定ステップを実行する。推定疲労強度決定ステップ(S7)は、想定応力拡大係数範囲検証ステップによって、想定応力拡大係数範囲が下限界応力拡大係数範囲ΔKth、Rと一致すると判定された場合に、ステップS3で取得した設定公称応力σを推定疲労強度として決定する。想定応力拡大係数範囲ΔKは、上述したように、任意に設定された設定公称応力σに基づいて算出されるものである。よって、想定応力拡大係数範囲ΔKが、設定応力比Rに対応した下限界応力拡大係数範囲ΔKth、Rに一致したことは、設定応力比Rを応力集中部12の表面に生じさせる公称応力が設定公称応力σであること、および、この設定公称応力σが固有き裂Cの進展を生じさせる公称応力の下限値であることを意味する。よって、想定応力拡大係数範囲が下限界応力拡大係数範囲ΔKth、Rと一致した場合の設定公称応力σを、応力集中部12の推定疲労強度として決定することが可能となる。 In step S7, an estimated fatigue strength determination step is executed. The estimated fatigue strength determination step (S7) is the setting acquired in step S3 when the assumed stress intensity factor range verification step determines that the assumed stress intensity factor range matches the lower limit stress intensity factor range ΔK th, R. The nominal stress σ 0 is determined as the estimated fatigue strength. As described above, the assumed stress intensity factor range ΔK is calculated based on the arbitrarily set nominal stress σ 0 . Therefore, the assumption that the assumed stress intensity factor range ΔK coincides with the lower limit stress intensity factor range ΔK th, R corresponding to the set stress ratio R. The nominal stress that causes the set stress ratio R on the surface of the stress concentration portion 12 is This means that the set nominal stress σ 0 and that this set nominal stress σ 0 is the lower limit value of the nominal stress that causes the propagation of the inherent crack C. Therefore, the set nominal stress σ 0 when the assumed stress intensity factor range matches the lower limit stress intensity factor range ΔK th, R can be determined as the estimated fatigue strength of the stress concentration portion 12.

ここで、上述した疲労強度推定方法により決定した推定疲労強度と、実際に疲労試験を行うことにより計測した実験による疲労強度との一致度を、図5〜図6を用いて説明する。図5および図6では、横軸が実験による疲労強度に対応し、縦軸が推定疲労強度に対応する。また、実験による疲労強度と推定疲労強度が完全に一致する場合には、各々の値の交点が斜めに引いた線(一致線L)上にプロットされることになる。そして、図5および図6に示されるように、互いに異なる種類となる6つの部品1(応力集中部12)を試験片として疲労試験を行った結果、実験による疲労強度と、本疲労強度推定方法により決定した推定疲労強度との各々の値の交点は、上述した両者の一致を示す一致線Lの近傍に位置しており、両者の結果は概ね一致することが確かめられた。また、応力集中部12にショットピーニングを施工していない場合(図5)と、応力集中部12にショットピーニングを施工した場合(図6)との両方において一致度が良いため、表面処理の有無にかかわらず、本疲労強度推定方法により決定した推定疲労強度は、実験による疲労強度と概ね一致することが確かめられた。   Here, the degree of coincidence between the estimated fatigue strength determined by the above-described fatigue strength estimation method and the fatigue strength by the experiment measured by actually conducting the fatigue test will be described with reference to FIGS. 5 and 6, the horizontal axis corresponds to the experimental fatigue strength, and the vertical axis corresponds to the estimated fatigue strength. Further, when the experimental fatigue strength and the estimated fatigue strength completely match, the intersection of each value is plotted on a diagonally drawn line (matching line L). Then, as shown in FIG. 5 and FIG. 6, as a result of performing a fatigue test using six different parts 1 (stress concentration portions 12) of different types as test pieces, the experimental fatigue strength and the present fatigue strength estimation method The intersection point of each value with the estimated fatigue strength determined by the above is located in the vicinity of the coincidence line L indicating the coincidence of both, and it was confirmed that the results of the both generally coincided. In addition, since the degree of coincidence is good both in the case where shot peening is not applied to the stress concentration portion 12 (FIG. 5) and in the case where shot peening is applied to the stress concentration portion 12 (FIG. 6), there is no surface treatment. Regardless of the above, it was confirmed that the estimated fatigue strength determined by this fatigue strength estimation method almost coincided with the experimental fatigue strength.

上記の構成によれば、例えば部品1に形成された切欠き部などである応力集中部12の疲労強度の推定を、応力集中部12の表面13(底表面)に作用すると仮定した設定公称応力σによって、応力集中部12の表面13に仮定した設定応力比Rにより求まる仮想の固有き裂Cが進展するか否かを計算することにより行う。より詳細には、応力集中部12には、設定公称応力によって、その表面13から母材内部に向かった応力分布が生じ、固有き裂Cには、応力集中部12の表面13からの距離(寸法a)に応じた応力分布がかかるものとして、応力拡大係数範囲(想定応力拡大係数範囲ΔK)を算出する。こうして算出した想定応力拡大係数範囲ΔKが、設定応力比Rから得られる材料の下限界応力拡大係数範囲と一致する場合には、その時の設定公称応力σ0が固有き裂Cの進展を生じさせる公称応力の下限値となるため、推定疲労強度と決定する。このように推定疲労強度を算出することにより、長時間を要する疲労試験を行うことなく、部品の応力集中部12の疲労強度を推定することができる。 According to the above configuration, for example, the set nominal stress assumed that the estimation of the fatigue strength of the stress concentration portion 12, which is a notch portion formed in the component 1, acts on the surface 13 (bottom surface) of the stress concentration portion 12. This is performed by calculating whether or not a virtual intrinsic crack C determined by the set stress ratio R assumed on the surface 13 of the stress concentration portion 12 propagates by σ 0 . More specifically, the stress concentration portion 12 has a stress distribution from the surface 13 toward the inside of the base metal due to the set nominal stress, and the natural crack C has a distance (from the surface 13 of the stress concentration portion 12 ( The stress intensity factor range (assumed stress intensity factor range ΔK) is calculated assuming that the stress distribution corresponding to the dimension a 0 ) is applied. When the assumed stress intensity factor range ΔK calculated in this way matches the lower limit stress intensity factor range of the material obtained from the set stress ratio R, the set nominal stress σ0 at that time is the nominal value that causes the propagation of the inherent crack C. Since it is the lower limit of stress, it is determined as the estimated fatigue strength. By calculating the estimated fatigue strength in this way, the fatigue strength of the stress concentration portion 12 of the component can be estimated without performing a fatigue test that requires a long time.

なお、上述した実施形態(図1、図3、図4)では、設定応力比取得ステップ(S1)および固有き裂寸法算出ステップ(S2:S2a〜S2b)の実行後に、設定公称応力取得ステップ(S3)および応力分布算出ステップ(S4)を実行しているが、この順番は逆でも良い。つまり、想定応力拡大係数範囲算出ステップ(S5)を実行する前に、応力深さ分布σr(d)と固有き裂Cの寸法aを求めることができる順序であれば、ステップS1〜S4の順序は問わない。 In the above-described embodiment (FIGS. 1, 3, and 4), the set nominal stress acquisition step (S2: S2a to S2b) is performed after the set stress ratio acquisition step (S1) and the natural crack size calculation step (S2: S2a to S2b). Although S3) and the stress distribution calculation step (S4) are executed, this order may be reversed. That is, if the order in which the stress depth distribution σr (d) and the dimension a 0 of the natural crack C can be obtained before the assumed stress intensity factor range calculation step (S5) is executed, the steps S1 to S4 are performed. The order does not matter.

また、幾つかの実施形態では、図1、図3、図4に示されるように、上述した疲労強度推定方法は、想定応力拡大係数範囲検証ステップ(S6)によって、想定応力拡大係数範囲ΔKが下限界応力拡大係数範囲ΔKth、Rと一致しないと判定された場合に、設定公称応力σを変更する設定公称応力変更ステップ(S61)を、さらに備える。この場合、設定公称応力取得ステップ(S3)は、設定公称応力変更ステップ(S6)により変更された値を新たな設定公称応力σとして取得する。また、疲労強度推定方法は、想定応力拡大係数範囲検証ステップ(S6)によって、想定応力拡大係数範囲ΔKが下限界応力拡大係数範囲ΔKth、Rと一致すると判定されるまで、設定公称応力変更ステップ(S61)、設定公称応力取得ステップ(S3)、応力分布算出ステップ(S4)、想定応力拡大係数範囲算出ステップ(S5)、想定応力拡大係数範囲検証ステップ(S6)の順で繰返す。つまり、新たな設定公称応力σに基づく想定応力拡大係数範囲ΔKの算出を、想定応力拡大係数範囲検証ステップ(S6)による一致との判定が得られるまで繰り返す。 In some embodiments, as shown in FIGS. 1, 3, and 4, in the fatigue strength estimation method described above, the assumed stress intensity factor range ΔK is determined by the assumed stress intensity factor range verification step (S 6). A setting nominal stress changing step (S61) is further provided for changing the setting nominal stress σ 0 when it is determined that the lower limit stress intensity factor range ΔK th, R does not match. In this case, in the set nominal stress acquisition step (S3), the value changed in the set nominal stress change step (S6) is acquired as a new set nominal stress σ 0 . The fatigue strength estimation method also includes a step of changing the nominal stress setting step until the assumed stress intensity factor range ΔK is matched with the lower limit stress intensity factor range ΔK th, R in the assumed stress intensity factor range verification step (S6). (S61), set nominal stress acquisition step (S3), stress distribution calculation step (S4), assumed stress intensity factor range calculation step (S5), and assumed stress intensity factor range verification step (S6) are repeated in this order. In other words, the calculation of the assumed stress intensity factor range ΔK based on the new set nominal stress σ 0 is repeated until the coincidence is determined by the assumed stress intensity factor range verification step (S6).

上記の構成によれば、設定公称応力σ0および固有き裂Cの寸法aに基づいて算出される想定応力拡大係数範囲ΔKが、設定応力比Rに基づいて材料特性として定まる下限界応力拡大係数範囲ΔKth、Rと一致しない場合には、一致するような設定公称応力σが探索されることで、部品1の応力集中部12の推定疲労強度の推定を行うことができる。 According to the above configuration, the assumed stress intensity factor range ΔK calculated based on the set nominal stress σ 0 and the dimension a 0 of the natural crack C is determined as a lower limit stress intensity factor determined as a material characteristic based on the set stress ratio R. When it does not coincide with the ranges ΔK th and R , the estimated fatigue strength of the stress concentration portion 12 of the part 1 can be estimated by searching for a set nominal stress σ 0 that matches.

次に、応力集中部12を形成する材料が例えば炭素鋼などである場合のように、強度パラメータから算出される算出される固有き裂Cの寸法aが設定応力比の値に応じて変わる場合に特に適した疲労強度推定方法を、図3〜図4を用いて説明する。 Next, as in the case where the material forming the stress concentration portion 12 is, for example, carbon steel, the dimension a 0 of the inherent crack C calculated from the strength parameter changes according to the value of the set stress ratio. A fatigue strength estimation method particularly suitable for the case will be described with reference to FIGS.

幾つかの実施形態では、図3〜図4に示されるように、上述した疲労強度推定方法は、固有き裂Cの寸法aと応力深さ分布σ(d)とに基づいて算出される固有き裂Cの応力比である想定応力比Rcを算出する想定応力比算出ステップ(S51)と、想定応力比Rcが設定応力比Rと一致するか否かを判定する想定応力比検証ステップ(S51)と、をさらに備える。そして、想定応力拡大係数範囲検証ステップ(S6)は、想定応力比検証ステップ(S52)によって想定応力比Rcと設定応力比Rとが一致すると判定された場合に実行される。つまり、本実施形態では、ステップS1〜ステップS2を通して算出した固有き裂Cの寸法aと、ステップS3〜ステップS4を通して算出した応力深さ分布σ(d)とに基づいて、固有き裂Cの想定応力拡大係数範囲ΔKと共に、想定応力比Rcを算出する。想定応力比Rcは、応力深さ分布σ(d)から算出されるKmaxおよびKminを用いて、Rc=Kmin/Kmaxとして算出する。 In some embodiments, as shown in FIGS. 3 to 4, the fatigue strength estimation method described above is calculated based on the size a 0 of the inherent crack C and the stress depth distribution σ (d). An assumed stress ratio calculation step (S51) for calculating an assumed stress ratio Rc, which is a stress ratio of the inherent crack C, and an assumed stress ratio verification step for determining whether or not the assumed stress ratio Rc matches the set stress ratio R ( S51). The assumed stress intensity factor range verification step (S6) is executed when it is determined by the assumed stress ratio verification step (S52) that the assumed stress ratio Rc and the set stress ratio R match. That is, in this embodiment, the inherent crack C is calculated based on the dimension a 0 of the inherent crack C calculated through steps S1 to S2 and the stress depth distribution σ (d) calculated through steps S3 to S4. Together with the assumed stress intensity factor range ΔK, the assumed stress ratio Rc is calculated. The assumed stress ratio Rc is calculated as Rc = K min / K max using K max and K min calculated from the stress depth distribution σ (d).

応力集中部12の材料が例えば炭素鋼である場合には、その強度パラメータは、応力比に応じた値となる。仮に、設定公称応力σおよび固有き裂の寸法aに基づいて算出される想定応力比Rcと、任意に設定される設定応力比Rとが異なっていると、両者の計算において応力集中部12に作用する応力に関する条件が異なることになるため、推定疲労強度を適切に決定することができない。よって、本実施形態では、想定応力拡大係数範囲検証ステップ(S6)による想定応力拡大係数範囲ΔKと下限界応力拡大係数範囲ΔKth、Rとが一致するかの判定の前提として、想定応力比算出ステップ(S51)および想定応力比検証ステップ(S52)により、想定応力比Rcと設定応力比Rとが一致するようにしている。 When the material of the stress concentration portion 12 is, for example, carbon steel, the strength parameter has a value corresponding to the stress ratio. If the assumed stress ratio Rc calculated based on the set nominal stress σ 0 and the inherent crack size a 0 is different from the arbitrarily set stress ratio R, the stress concentration portion is calculated in both calculations. Therefore, the estimated fatigue strength cannot be determined appropriately. Therefore, in the present embodiment, assuming that the assumed stress intensity factor range ΔK and the lower limit stress intensity factor range ΔK th, R in the assumed stress intensity factor range verification step (S6) match, the assumed stress ratio calculation By the step (S51) and the assumed stress ratio verification step (S52), the assumed stress ratio Rc and the set stress ratio R are made to coincide.

上記の構成によれば、設定公称応力σおよび固有き裂の寸法aに基づいて算出される想定応力比Rcが設定応力比Rと一致することを前提に、想定応力拡大係数範囲検証ステップ(S6)による判定がなされる。これによって、例えば炭素鋼などのように、下限界応力拡大係数範囲ΔKth、Rおよび疲労強度σth、Rから算出される固有き裂Cの寸法aが設定応力比Rに応じた値を有するような材料により応力集中部12が形成されている場合であっても、推定疲労強度の適切な推定を行うことができる。なお、応力集中部12が鋳鉄を材料とする場合には、本想定応力比算出ステップ(S51)および想定応力比検証ステップ(S52)は省略が可能となる。 According to the above configuration, the assumed stress intensity factor range verification step on the assumption that the assumed stress ratio Rc calculated based on the set nominal stress σ 0 and the inherent crack size a 0 matches the set stress ratio R. Determination by (S6) is made. Accordingly, the dimension a 0 of the inherent crack C calculated from the lower limit stress intensity factor range ΔK th, R and fatigue strength σ th, R , such as carbon steel, is a value corresponding to the set stress ratio R. Even if the stress concentration portion 12 is formed of such a material, it is possible to appropriately estimate the estimated fatigue strength. When the stress concentration portion 12 is made of cast iron, the assumed stress ratio calculation step (S51) and the assumed stress ratio verification step (S52) can be omitted.

なお、上述した実施形態(図3、図4)では、想定応力拡大係数範囲算出ステップ(S5)の実行後に、本想定応力比算出ステップ(S51)および想定応力比検証ステップ(S52)を実行しているが、想定応力比Rcが算出できれば、その順序は変えても良い。また、想定応力拡大係数範囲算出ステップ(S5)は、想定応力比検証ステップ(S52)で一致の判定をした後に実行するようにしても良い。   In the above-described embodiment (FIGS. 3 and 4), the assumed stress ratio calculation step (S51) and the assumed stress ratio verification step (S52) are executed after the assumed stress intensity factor range calculating step (S5). However, the order may be changed as long as the assumed stress ratio Rc can be calculated. Further, the assumed stress intensity factor range calculation step (S5) may be executed after the coincidence determination is made in the assumed stress ratio verification step (S52).

また、幾つかの実施形態では、図3〜図4に示されるように、上述した疲労強度推定方法は、想定応力比検証ステップ(S52)によって想定応力比Rcと設定応力比Rとが一致しないと判定された場合に、設定応力比Rを変更する設定応力比変更ステップ(S53)を、さらに備える。この場合、設定応力比取得ステップ(S1)は、設定応力比変更ステップ(S53)により変更された値を設定応力比として取得する。また、疲労強度推定方法は、想定応力比検証ステップ(S52)によって想定応力比と設定応力比とが一致すると判定されるまで、設定応力比変更ステップ(S53)、設定応力比取得ステップ(S1)、固有き裂寸法算出ステップ(S2)、想定応力比検証ステップ(S52)の順で繰返す。   In some embodiments, as shown in FIGS. 3 to 4, in the fatigue strength estimation method described above, the assumed stress ratio Rc does not match the set stress ratio R in the assumed stress ratio verification step (S 52). When it is determined that, a set stress ratio changing step (S53) for changing the set stress ratio R is further provided. In this case, in the set stress ratio acquisition step (S1), the value changed in the set stress ratio change step (S53) is acquired as the set stress ratio. In the fatigue strength estimation method, the set stress ratio change step (S53) and the set stress ratio acquisition step (S1) until it is determined in the assumed stress ratio verification step (S52) that the assumed stress ratio matches the set stress ratio. The inherent crack size calculation step (S2) and the assumed stress ratio verification step (S52) are repeated in this order.

より具体的には、例えば、設定応力比変更ステップ(S53)において、直前に算出した想定応力比Rcを設定応力比Rとして決定しても良い。この場合には、想定応力比検証ステップ(S52)による一致との判定が得られることになる。ただし、その後に実行する想定応力拡大係数範囲検証ステップ(S6)で不一致との判定が成されると、設定公称応力σが更新される(S61)。設定公称応力σが更新されると、これに応じて応力深さ分布σ(d)が変わる。よって、想定応力比Rcも変わることになり、このために想定応力比Rcと設定応力比Rとは一致しなくなる場合には、再度、設定応力比変更ステップ(S53)を行うことになる。つまり、想定応力拡大係数範囲検証ステップ(S7)が一致を判定するまで、設定応力比変更ステップ(S52)、設定応力比取得ステップ(S1)、固有き裂寸法算出ステップ(S2)、想定応力拡大係数範囲算出ステップ(S5)想定応力比算出ステップ(S51)、想定応力比検証ステップ(S52)の順で繰返されることになる。 More specifically, for example, in the set stress ratio changing step (S53), the assumed stress ratio Rc calculated immediately before may be determined as the set stress ratio R. In this case, a determination of coincidence in the assumed stress ratio verification step (S52) is obtained. However, if it is determined that there is a mismatch in the assumed stress intensity factor range verification step (S6) executed thereafter, the set nominal stress σ 0 is updated (S61). When the set nominal stress σ 0 is updated, the stress depth distribution σ (d) changes accordingly. Therefore, the assumed stress ratio Rc also changes. Therefore, when the assumed stress ratio Rc and the set stress ratio R do not coincide with each other, the set stress ratio changing step (S53) is performed again. That is, until the assumed stress intensity factor range verification step (S7) determines a match, the set stress ratio change step (S52), the set stress ratio acquisition step (S1), the inherent crack size calculation step (S2), and the assumed stress extension The coefficient range calculation step (S5), the assumed stress ratio calculation step (S51), and the assumed stress ratio verification step (S52) are repeated in this order.

上記の構成によれば、応力深さ分布σ(d)から定まる想定応力比Rcが設定応力比Rに一致しない場合には、一致するような設定応力比Rが探索されることで、部品1の応力集中部12の推定疲労強度が適切に決定されることを図る行うことができる。   According to the above configuration, when the assumed stress ratio Rc determined from the stress depth distribution σ (d) does not match the set stress ratio R, the set stress ratio R that matches is searched for, and thus the component 1 The estimated fatigue strength of the stress concentration part 12 can be appropriately determined.

次に、応力集中部12への表面処理を行った場合の疲労強度の算出について、図4を用いて説明する。
幾つかの実施形態では、図4に示されるように、上述した疲労強度推定方法は、応力集中部12への表面処理によって生じた応力集中部12の深さ方向の残留応力分布σr(d)を取得する残留応力分布取得ステップ(S31)を、さらに備える。そして、応力分布算出ステップ(S31)は、残留応力分布σr(d)を加味して、応力深さ分布σ(d)を算出する。例えばショットピーニングでは、無数の鉄の玉を高速度で金属表面に衝突させるが、これによって加工表面近傍には圧縮残留応力が生じる。そして、圧縮残留応力によって、応力集中部12に作用する引張応力が相殺されることで、疲労強度が増加される。よって、ショットピーニングなどの表面処理により生じる残留応力分布σr(d)をFEMなどの数値解析により求め、設定公称応力σを基準とする応力深さ分布σ(d)に反映した上で、強度パラメータを求めることで、表面処理後の推定疲労強度を求めることができる。
Next, calculation of fatigue strength when surface treatment is performed on the stress concentration portion 12 will be described with reference to FIG.
In some embodiments, as shown in FIG. 4, the above-described fatigue strength estimation method uses the residual stress distribution σr (d) in the depth direction of the stress concentration portion 12 generated by the surface treatment on the stress concentration portion 12. Is further provided with a residual stress distribution acquisition step (S31). In the stress distribution calculating step (S31), the stress depth distribution σ (d) is calculated in consideration of the residual stress distribution σr (d). For example, in shot peening, an infinite number of iron balls are collided with a metal surface at a high speed, which causes compressive residual stress in the vicinity of the processed surface. The fatigue strength is increased by canceling out the tensile stress acting on the stress concentration portion 12 by the compressive residual stress. Therefore, the residual stress distribution σr (d) generated by the surface treatment such as shot peening is obtained by numerical analysis such as FEM and reflected on the stress depth distribution σ (d) with the set nominal stress σ 0 as a reference. By obtaining the parameters, the estimated fatigue strength after the surface treatment can be obtained.

例えば、応力集中部12に対してショットピーニングを行うことで、図7の破線で示す残留応力分布が生じている場合において、図7の実線で示す同図に示す応力分布が作用した場合には、応力分布算出ステップ(S31)において、実線から破線を引いた結果の分布を応力深さ分布σ(d)とすることで、残留応力分布σr(d)を加味した応力深さ分布σ(d)を算出する。   For example, when the residual stress distribution shown by the broken line in FIG. 7 is generated by performing shot peening on the stress concentration portion 12, the stress distribution shown by the solid line in FIG. In the stress distribution calculation step (S31), the stress depth distribution σ (d) taking into account the residual stress distribution σr (d) is obtained by setting the distribution obtained by subtracting the broken line from the solid line as the stress depth distribution σ (d). ) Is calculated.

上記の構成によれば、ピーニングや窒化処理などの表面処理による残留応力分布σr(d)を例えば数値解析を通して取得し、残留応力を加味した応力深さ分布σ(d)を用いて推定疲労強度を決定することにより、疲労試験を行うことなく、表面処理後の応力集中部の疲労強度を推定することができる。   According to the above configuration, the residual stress distribution σr (d) due to the surface treatment such as peening or nitriding is obtained through numerical analysis, for example, and the estimated fatigue strength is calculated using the stress depth distribution σ (d) in consideration of the residual stress. By determining the fatigue strength of the stress concentration portion after the surface treatment can be estimated without performing a fatigue test.

次に、応力集中部12への表面処理を行った場合の効果の算出について、図9を用いて説明する。
幾つかの実施形態では、図9に示されるように、上述した疲労強度推定方法は、残留応力分布σr(d)を加味した応力深さ分布σ(d)を用いて決定された推定疲労強度と、残留応力分布σr(d)を加味していない応力深さ分布σ(d)を用いて決定された推定疲労強度との差分を、応力集中部12への表面処理による効果として算出する表面処理効果算出ステップ(S8)を、さらに備える。具体的には、図6はショッピーニングを施工した場合の推定疲労強度を示すが、図6にプロットされた各記号で示される値から、表面処理がない場合を示す図5にプロットされている同じ記号で示される値の差分を算出することで、その差分を表面処理の効果とする。
Next, calculation of effects when surface treatment is performed on the stress concentration portion 12 will be described with reference to FIG.
In some embodiments, as shown in FIG. 9, the above-described fatigue strength estimation method uses the estimated fatigue strength determined using the stress depth distribution σ (d) taking into account the residual stress distribution σr (d). And the difference between the estimated fatigue strength determined using the stress depth distribution σ (d) not taking into account the residual stress distribution σr (d) as a result of the surface treatment on the stress concentration portion 12 A processing effect calculation step (S8) is further provided. Specifically, FIG. 6 shows the estimated fatigue strength when shopping is applied, but is plotted in FIG. 5 showing the case where there is no surface treatment from the values indicated by the respective symbols plotted in FIG. By calculating the difference between the values indicated by the same symbols, the difference is used as the effect of the surface treatment.

図9に示される実施形態では、ステップS8において、上述した図1や図3を用いて説明した方法により参照表面処理なし時の推定疲労強度を決定し、ステップS9において、上述した図4を用いて説明した方法により表面処理あり時の推定疲労強度を決定している。その後、ステップS10において、ステップS8で算出した推定疲労強度とステップS9で算出した推定疲労強度との差分を表面処理の効果として算出している。   In the embodiment shown in FIG. 9, in step S8, the estimated fatigue strength without reference surface treatment is determined by the method described using FIG. 1 and FIG. 3 described above, and in FIG. The estimated fatigue strength with surface treatment is determined by the method described above. Thereafter, in step S10, the difference between the estimated fatigue strength calculated in step S8 and the estimated fatigue strength calculated in step S9 is calculated as the effect of the surface treatment.

上記の構成によれば、表面処理の有無に応じた2つの推定疲労強度の差分から表面処理による効果を得ることができる。また、残留応力分布σr(d)の数値解析の条件から表面処理の施工条件を導出することにより、応力集中部12への表面処理の施工条件に応じた効果を明らかにすることができる。よって、こうした施工条件で応力集中部12に表面処理を施工することにより、部品1の疲労強度を向上させることができる。   According to said structure, the effect by surface treatment can be acquired from the difference of the two estimated fatigue strength according to the presence or absence of surface treatment. In addition, by deriving the surface treatment conditions from the numerical analysis conditions of the residual stress distribution σr (d), the effects according to the surface treatment conditions on the stress concentration portion 12 can be clarified. Therefore, the fatigue strength of the component 1 can be improved by applying a surface treatment to the stress concentration portion 12 under such an installation condition.

以下、上述した疲労強度推定方法を実行する疲労強度推定装置3を、図10を用いて説明する。図10は、本発明の一実施形態に係る疲労強度推定装置3の構成を示す図であり、図3または図4に示す疲労強度推定方法を実行する。なお、以下で説明する疲労強度推定装置3の機能部は、上述した同様の名称の疲労強度推定方法のステップと同じ内容を実行する機能部であるため、詳細な説明は省略する。   Hereinafter, the fatigue strength estimation apparatus 3 for executing the above-described fatigue strength estimation method will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram showing a configuration of the fatigue strength estimation apparatus 3 according to an embodiment of the present invention, and executes the fatigue strength estimation method shown in FIG. 3 or FIG. In addition, since the function part of the fatigue strength estimation apparatus 3 demonstrated below is a function part which performs the same content as the step of the fatigue strength estimation method of the same name mentioned above, detailed description is abbreviate | omitted.

疲労強度推定装置3は、部品1が有する応力集中部12の疲労強度を推定する装置であって、図10に示されるように、設定応力比取得部31と、固有き裂寸法算出部32と、設定公称応力取得部(応力情報取得部33)と、応力分布算出部34と、想定応力拡大係数範囲算出部(想定強度パラメータ算出部35)と、想定応力拡大係数範囲検証部(想定強度パラメータ検証部36)と、推定疲労強度決定部37と、を備える。疲労強度推定装置3は、コンピュータで構成されており、図示しないCPU(プロセッサ)や、ROMやRAMといったメモリや補助記憶装置(記憶装置)、外部通信インタフェースを備えている。そして、主記憶装置にロードされたプログラム(状態監視プログラム)の命令に従ってCPUが動作(データの演算など)することで、上記の各機能部を実現する。   The fatigue strength estimation device 3 is a device that estimates the fatigue strength of the stress concentration portion 12 of the component 1, and as shown in FIG. 10, a set stress ratio acquisition portion 31, an inherent crack size calculation portion 32, and , A set nominal stress acquisition unit (stress information acquisition unit 33), a stress distribution calculation unit 34, an assumed stress intensity factor range calculation unit (assumed strength parameter calculation unit 35), and an assumed stress intensity factor range verification unit (assumed strength parameter) A verification unit 36) and an estimated fatigue strength determination unit 37. The fatigue strength estimation device 3 is configured by a computer, and includes a CPU (processor) (not shown), a memory such as ROM and RAM, an auxiliary storage device (storage device), and an external communication interface. The CPU operates (data calculation, etc.) according to the instructions of the program (state monitoring program) loaded in the main storage device, thereby realizing each of the above functional units.

図10に示される実施形態では、設定応力比取得部31は、設定応力比Rが入力されるように構成されると共に、固有き裂寸法算出部32に接続されている。固有き裂寸法算出部32は、強度データベースに接続されており、固有き裂Cの寸法aを、想定強度パラメータ算出部35に出力する。他方、応力情報取得部33は、設定公称応力σが入力されるように構成されると共に、応力分布算出部34に接続されている。応力分布算出部34は、算出した応力深さ分布σr(d)を想定強度パラメータ算出部35に出力する。想定強度パラメータ算出部35は、固有き裂寸法算出部32から入力される固有き裂Cの寸法a、および、応力分布算出部34から入力される応力深さ分布σr(d)を用いて、想定応力拡大係数範囲ΔKおよび/または想定応力比Rc(想定強度パラメータ)を算出する。想定強度パラメータ算出部35は、想定強度パラメータ検証部36に接続されており、算出結果を出力する。想定強度パラメータ検証部36は、推定疲労強度決定部37に接続されており、一致判定をした場合に、その時の設定公称応力σを推定疲労強度決定部37に出力すると、推定疲労強度決定部37を推定疲労強度として決定し、例えば、表示装置などに出力する。 In the embodiment shown in FIG. 10, the set stress ratio acquisition unit 31 is configured to receive the set stress ratio R and is connected to the natural crack size calculation unit 32. The intrinsic crack size calculation unit 32 is connected to the strength database, and outputs the dimension a 0 of the intrinsic crack C to the assumed strength parameter calculation unit 35. On the other hand, the stress information acquisition unit 33 is configured to receive the set nominal stress σ 0 and is connected to the stress distribution calculation unit 34. The stress distribution calculation unit 34 outputs the calculated stress depth distribution σr (d) to the assumed strength parameter calculation unit 35. The assumed strength parameter calculation unit 35 uses the size a 0 of the natural crack C input from the natural crack size calculation unit 32 and the stress depth distribution σr (d) input from the stress distribution calculation unit 34. The assumed stress intensity factor range ΔK and / or the assumed stress ratio Rc (assumed strength parameter) are calculated. The assumed strength parameter calculation unit 35 is connected to the assumed strength parameter verification unit 36 and outputs a calculation result. The assumed strength parameter verification unit 36 is connected to the estimated fatigue strength determination unit 37, and outputs a set nominal stress σ 0 at that time to the estimated fatigue strength determination unit 37 when a match determination is made. 37 is determined as the estimated fatigue strength, and is output to a display device, for example.

幾つかの実施形態では、図10に示されるように、疲労強度推定装置3は、想定応力比算出部と、想定応力比検証部と、をさらに備えても良い。図10には、想定応力拡大係数範囲算出部および想定応力比算出部は、想定強度パラメータ算出部35に含まれている。   In some embodiments, as illustrated in FIG. 10, the fatigue strength estimation device 3 may further include an assumed stress ratio calculation unit and an assumed stress ratio verification unit. In FIG. 10, the assumed stress intensity factor range calculation unit and the assumed stress ratio calculation unit are included in the assumed strength parameter calculation unit 35.

また、幾つかの実施形態では、図10に示されるように、疲労強度推定装置3は、さらに、設定応力比変更部を備えても良い。
また、幾つかの実施形態では、図10に示されるように、疲労強度推定装置3は、さらに、設定公称応力変更部を備えても良い。
図10に示される実施形態では、設定応力比変更部および設定公称応力変更部が、想定強度パラメータ算出部35に含まれている。そして、想定強度パラメータ算出部35は、設定応力比取得部31と応力情報取得部33とに接続されており、設定応力比Rや設定公称応力σの変更を行う。例えば、想定強度パラメータ算出部35から変更値が出力されても良い。あるいは、応力情報取得部33が命令を受けて、変更値を生成しても良いし、操作者に新たな値を要求し、操作者により入力された値を取得しても良い。
In some embodiments, as illustrated in FIG. 10, the fatigue strength estimation device 3 may further include a set stress ratio changing unit.
In some embodiments, as illustrated in FIG. 10, the fatigue strength estimation device 3 may further include a set nominal stress changing unit.
In the embodiment shown in FIG. 10, a set stress ratio change unit and a set nominal stress change unit are included in the assumed strength parameter calculation unit 35. Then, assuming the intensity parameter calculating unit 35 is connected to a setting stress ratio acquisition unit 31 and the stress information acquisition unit 33, and changes the setting stress ratio R and set nominal stress sigma 0. For example, the changed value may be output from the assumed strength parameter calculation unit 35. Alternatively, the stress information acquisition unit 33 may receive a command to generate a changed value, or may request a new value from the operator and acquire a value input by the operator.

また、幾つかの実施形態では、図10に示されるように、疲労強度推定装置3は、さらに、残留応力分布取得部を備えても良い。図10に示される実施形態では、応力情報取得部33に残留応力分布取得部が含まれている。   In some embodiments, as illustrated in FIG. 10, the fatigue strength estimation device 3 may further include a residual stress distribution acquisition unit. In the embodiment shown in FIG. 10, the stress information acquisition unit 33 includes a residual stress distribution acquisition unit.

また、幾つかの実施形態では、図10に示されるように、疲労強度推定装置3は、さらに、表面処理効果算出部38を備えても良い。図10に示される実施形態では、推定疲労強度決定部37は、表面処理効果算出部38に接続されており、推定疲労強度決定部37の出力を用いて応力集中部への表面処理による効果として算出する。   In some embodiments, as illustrated in FIG. 10, the fatigue strength estimation device 3 may further include a surface treatment effect calculation unit 38. In the embodiment shown in FIG. 10, the estimated fatigue strength determination unit 37 is connected to the surface treatment effect calculation unit 38 and uses the output of the estimated fatigue strength determination unit 37 as an effect of the surface treatment on the stress concentration portion. calculate.

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms obtained by modifying the above-described embodiments and forms obtained by appropriately combining these forms.

1 部品
12 応力集中部
13 応力集中部の表面
3 疲労強度推定装置
31 設定応力比取得部
32 固有き裂寸法算出部
33 応力情報取得部
34 応力分布算出部
35 想定強度パラメータ算出部
36 想定強度パラメータ検証部
37 推定疲労強度決定部
38 表面処理効果算出部
C 固有き裂
固有き裂の寸法
ΔKth、R 下限界応力拡大係数範囲(強度データベース)
Δσth、R 疲労強度(強度データベース)
ΔK 想定応力拡大係数範囲
max 最大応力拡大係数
min 最小応力拡大係数
L 一致線
R 設定応力比
Rc 想定応力比
d 応力集中部の表面からの深さ距離
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Parts 12 Stress concentration part 13 Surface 3 of stress concentration part Fatigue strength estimation apparatus 31 Set stress ratio acquisition part 32 Intrinsic crack size calculation part 33 Stress information acquisition part 34 Stress distribution calculation part 35 Assumed strength parameter calculation part 36 Assumed strength parameter Verification unit 37 Estimated fatigue strength determination unit 38 Surface treatment effect calculation unit C Inherent crack a 0 Inherent crack size ΔK th, R lower limit stress intensity factor range (strength database)
Δσ th, R fatigue strength (strength database)
ΔK Assumed stress intensity factor range K max Maximum stress intensity factor K min Minimum stress intensity factor L Match line R Set stress ratio Rc Assumed stress ratio d Depth distance from the surface of the stress concentration part

Claims (12)

部品が有する応力集中部の疲労強度を推定する疲労強度推定方法であって、
任意に設定される応力比である設定応力比を取得する設定応力比取得ステップと、
前記設定応力比に応じて取得される前記部品を形成する材料の下限界応力拡大係数範囲および疲労強度に基づいて、前記応力集中部の表面に仮定される固有き裂の寸法を算出する固有き裂寸法算出ステップと、
前記応力集中部の表面に任意に設定される公称応力である設定公称応力を取得する設定公称応力取得ステップと、
前記設定公称応力が前記応力集中部に作用した際の前記応力集中部の表面からの深さ方向の応力分布である応力深さ分布を算出する応力分布算出ステップと、
前記固有き裂の応力拡大係数範囲である想定応力拡大係数範囲を、前記固有き裂の寸法と前記応力深さ分布とに基づいて算出する想定応力拡大係数範囲算出ステップと、
前記想定応力拡大係数範囲が、前記下限界応力拡大係数範囲と一致するか否かを判定する想定応力拡大係数範囲検証ステップと、
前記想定応力拡大係数範囲検証ステップによって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致すると判定された場合に、前記設定公称応力を推定疲労強度として決定する推定疲労強度決定ステップと、を備えることを特徴とする疲労強度推定方法。
A fatigue strength estimation method for estimating the fatigue strength of a stress concentration part of a component,
A set stress ratio acquisition step for acquiring a set stress ratio that is an arbitrarily set stress ratio;
Based on the lower limit stress intensity factor range and the fatigue strength of the material forming the part obtained according to the set stress ratio, the inherent crack size calculated on the surface of the stress concentration portion is calculated. Crack size calculation step;
A set nominal stress acquisition step of acquiring a set nominal stress that is a nominal stress arbitrarily set on the surface of the stress concentration portion;
A stress distribution calculation step of calculating a stress depth distribution which is a stress distribution in the depth direction from the surface of the stress concentration portion when the set nominal stress acts on the stress concentration portion;
An assumed stress intensity factor range calculating step for calculating an assumed stress intensity factor range that is a stress intensity factor range of the inherent crack based on the size of the inherent crack and the stress depth distribution;
An assumed stress intensity factor range verification step for determining whether the assumed stress intensity factor range matches the lower limit stress intensity factor range; and
An estimated fatigue strength determination step for determining the set nominal stress as an estimated fatigue strength when the assumed stress intensity factor range verification step determines that the assumed stress intensity factor range matches the lower limit stress intensity factor range; Fatigue strength estimation method comprising:
前記想定応力拡大係数範囲検証ステップによって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致しないと判定された場合に、前記設定公称応力を変更する設定公称応力変更ステップを、さらに備え、
前記設定公称応力取得ステップは前記設定公称応力変更ステップにより変更された値を前記設定公称応力として取得すると共に、
疲労強度推定方法は、前記想定応力拡大係数範囲検証ステップによって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致すると判定されるまで、前記設定公称応力変更ステップ、前記設定公称応力取得ステップ、前記応力分布算出ステップ、前記想定応力拡大係数範囲算出ステップ、前記想定応力拡大係数範囲検証ステップの順で繰返すことを特徴とする請求項1に記載の疲労強度推定方法。
When the assumed stress intensity factor range verification step determines that the assumed stress intensity factor range does not match the lower limit stress intensity factor range, the assumed stress intensity factor range further includes a set nominal stress change step that changes the set nominal stress. ,
The set nominal stress acquisition step acquires the value changed by the set nominal stress change step as the set nominal stress,
In the fatigue strength estimation method, the set nominal stress change step, the set nominal stress acquisition, until the assumed stress intensity factor range verification step determines that the assumed stress intensity factor range matches the lower limit stress intensity factor range. The fatigue strength estimation method according to claim 1, wherein the fatigue strength estimation method is repeated in the order of a step, the stress distribution calculation step, the assumed stress intensity factor range calculation step, and the assumed stress intensity factor range verification step.
前記固有き裂の寸法と前記応力深さ分布とに基づいて算出される前記固有き裂の応力比である想定応力比を算出する想定応力比算出ステップと、
前記想定応力比が前記設定応力比と一致するか否かを判定する想定応力比検証ステップと、をさらに備え、
前記想定応力拡大係数範囲検証ステップは、前記想定応力比検証ステップによって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致すると判定された場合に実行されることを特徴とする請求項1または2に記載の疲労強度推定方法。
An assumed stress ratio calculating step of calculating an assumed stress ratio which is a stress ratio of the inherent crack calculated based on the dimension of the inherent crack and the stress depth distribution;
An assumed stress ratio verification step for determining whether or not the assumed stress ratio matches the set stress ratio;
3. The assumed stress intensity factor range verification step is executed when it is determined by the assumed stress ratio verification step that the assumed stress ratio matches the set stress ratio. Fatigue strength estimation method.
前記想定応力比検証ステップによって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致しないと判定された場合に、前記設定応力比を変更する設定応力比変更ステップを、さらに備え、
前記設定応力比取得ステップは、前記設定応力比変更ステップにより変更された値を前記設定応力比として取得すると共に、
疲労強度推定方法は、前記想定応力比検証ステップによって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致すると判定されるまで、前記設定応力比変更ステップ、前記設定応力比取得ステップ、前記固有き裂寸法算出ステップ、前記想定応力比検証ステップの順で繰返すことを特徴とする請求項3に記載の疲労強度推定方法。
A set stress ratio change step of changing the set stress ratio when the assumed stress ratio and the set stress ratio are determined not to match in the assumed stress ratio verification step;
The set stress ratio acquisition step acquires the value changed by the set stress ratio change step as the set stress ratio,
In the fatigue strength estimation method, the set stress ratio change step, the set stress ratio acquisition step, the inherent crack size, until the assumed stress ratio verification step determines that the assumed stress ratio matches the set stress ratio. 4. The fatigue strength estimation method according to claim 3, wherein the calculation step and the assumed stress ratio verification step are repeated in this order.
前記応力集中部への表面処理によって生じた前記応力集中部の前記深さ方向の残留応力分布を取得する残留応力分布取得ステップを、さらに備え、
前記応力分布算出ステップは、前記残留応力分布を加味して、前記応力深さ分布を算出することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の疲労強度推定方法。
A residual stress distribution acquisition step of acquiring a residual stress distribution in the depth direction of the stress concentration portion generated by the surface treatment on the stress concentration portion;
The fatigue strength estimation method according to any one of claims 1 to 4, wherein the stress distribution calculation step calculates the stress depth distribution in consideration of the residual stress distribution.
前記残留応力分布を加味した前記応力深さ分布を用いて決定された前記推定疲労強度と、前記残留応力分布を加味していない前記応力深さ分布を用いて決定された前記推定疲労強度との差分を、前記応力集中部への表面処理による効果として算出する表面処理効果算出ステップを、さらに備えることを特徴とする請求項5に記載の疲労強度推定方法。   The estimated fatigue strength determined using the stress depth distribution taking into account the residual stress distribution and the estimated fatigue strength determined using the stress depth distribution not taking into account the residual stress distribution The fatigue strength estimation method according to claim 5, further comprising a surface treatment effect calculation step of calculating a difference as an effect of the surface treatment on the stress concentration portion. 部品が有する応力集中部の疲労強度を推定する疲労強度推定装置であって、
任意に設定される応力比である設定応力比を取得する設定応力比取得部と、
前記設定応力比に応じて取得される前記部品を形成する材料の下限界応力拡大係数範囲および疲労強度に基づいて、前記応力集中部の表面に仮定される固有き裂の寸法を算出する固有き裂寸法算出部と、
前記応力集中部の表面に任意に設定される公称応力である設定公称応力を取得する設定公称応力取得部と、
前記設定公称応力が前記応力集中部に作用した際の前記応力集中部の表面からの深さ方向の応力分布である応力深さ分布を算出する応力分布算出部と、
前記固有き裂の応力拡大係数範囲である想定応力拡大係数範囲を、前記固有き裂の寸法と前記応力深さ分布とに基づいて算出する想定応力拡大係数範囲算出部と、
前記想定応力拡大係数範囲が、前記下限界応力拡大係数範囲と一致するか否かを判定する想定応力拡大係数範囲検証部と、
前記想定応力拡大係数範囲検証部によって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致すると判定された場合に、前記設定公称応力を推定疲労強度として決定する推定疲労強度決定部と、を備えることを特徴とする疲労強度推定装置。
A fatigue strength estimation device for estimating the fatigue strength of a stress concentration part of a component,
A set stress ratio acquisition unit for acquiring a set stress ratio which is an arbitrarily set stress ratio;
Based on the lower limit stress intensity factor range and the fatigue strength of the material forming the part obtained according to the set stress ratio, the inherent crack size calculated on the surface of the stress concentration portion is calculated. Crack size calculator,
A set nominal stress acquisition unit that acquires a set nominal stress that is a nominal stress arbitrarily set on the surface of the stress concentration portion;
A stress distribution calculation unit that calculates a stress depth distribution that is a stress distribution in the depth direction from the surface of the stress concentration part when the set nominal stress acts on the stress concentration part;
An assumed stress intensity factor range calculation unit that calculates an assumed stress intensity factor range that is a stress intensity factor range of the inherent crack based on the dimensions of the inherent crack and the stress depth distribution;
An assumed stress intensity factor range verification unit that determines whether the assumed stress intensity factor range matches the lower limit stress intensity factor range; and
An estimated fatigue strength determination unit that determines the set nominal stress as an estimated fatigue strength when the assumed stress intensity factor range verification unit determines that the assumed stress intensity factor range matches the lower limit stress intensity factor range; A fatigue strength estimating device comprising:
前記想定応力拡大係数範囲検証部によって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致しないと判定された場合に、前記設定公称応力を変更する設定公称応力変更部を、さらに備え、
前記設定公称応力取得部は前記設定公称応力変更部により変更された値を前記設定公称応力として取得すると共に、
疲労強度推定装置は、前記想定応力拡大係数範囲検証部によって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致すると判定されるまで、前記設定公称応力変更部、前記設定公称応力取得部、前記応力分布算出部、前記想定応力拡大係数範囲算出部、前記想定応力拡大係数範囲検証部の順で処理を繰返すことを特徴とする請求項7に記載の疲労強度推定装置。
When the assumed stress intensity factor range verification unit determines that the assumed stress intensity factor range does not match the lower limit stress intensity factor range, the assumed stress intensity factor range verification unit further includes a set nominal stress change unit that changes the set nominal stress. ,
The set nominal stress acquisition unit acquires the value changed by the set nominal stress change unit as the set nominal stress,
The fatigue strength estimation device is configured to obtain the set nominal stress change unit and the set nominal stress until the assumed stress intensity factor range verification unit determines that the assumed stress intensity factor range matches the lower limit stress intensity factor range. The fatigue strength estimation apparatus according to claim 7, wherein the process is repeated in the order of a part, the stress distribution calculation part, the assumed stress intensity factor range calculation part, and the assumed stress intensity factor range verification part.
前記固有き裂の寸法と前記応力深さ分布とに基づいて算出される前記固有き裂の応力比である想定応力比を算出する想定応力比算出部と、
前記想定応力比が前記設定応力比と一致するか否かを判定する想定応力比検証部と、をさらに備え、
前記想定応力拡大係数範囲検証部は、前記想定応力比検証部によって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致すると判定された場合に実行されることを特徴とする請求項7または8に記載の疲労強度推定装置。
An assumed stress ratio calculation unit for calculating an assumed stress ratio that is a stress ratio of the inherent crack calculated based on the size of the inherent crack and the stress depth distribution;
An assumed stress ratio verification unit that determines whether or not the assumed stress ratio matches the set stress ratio;
The said assumed stress intensity factor range verification part is performed when it is determined by the said assumed stress ratio verification part that the said assumed stress ratio and the said set stress ratio are in agreement. Fatigue strength estimation device.
前記想定応力比検証部によって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致しないと判定された場合に、前記設定応力比を変更する設定応力比変更部を、さらに備え、
前記設定応力比取得部は、前記設定応力比変更部により変更された値を前記設定応力比として取得すると共に、
疲労強度推定装置は、前記想定応力比検証部によって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致すると判定されるまで、前記設定応力比変更部、前記設定応力比取得部、前記固有き裂寸法算出部、前記想定応力比検証部の順で処理を繰返すことを特徴とする請求項9に記載の疲労強度推定装置。
A set stress ratio changing unit that changes the set stress ratio when the assumed stress ratio verification unit determines that the assumed stress ratio and the set stress ratio do not match;
The set stress ratio acquisition unit acquires the value changed by the set stress ratio change unit as the set stress ratio,
The fatigue strength estimation device is configured so that the set stress ratio change unit, the set stress ratio acquisition unit, and the inherent crack size until the assumed stress ratio verification unit determines that the assumed stress ratio matches the set stress ratio. The fatigue strength estimation apparatus according to claim 9, wherein the processing is repeated in the order of a calculation unit and the assumed stress ratio verification unit.
前記応力集中部への表面処理によって生じた前記応力集中部の前記深さ方向の残留応力分布を取得する残留応力分布取得部を、さらに備え、
前記応力分布算出部は、前記残留応力分布を加味して、前記応力深さ分布を算出することを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項に記載の疲労強度推定装置。
A residual stress distribution acquisition unit that acquires a residual stress distribution in the depth direction of the stress concentration part generated by the surface treatment on the stress concentration part;
The fatigue strength estimation apparatus according to claim 7, wherein the stress distribution calculation unit calculates the stress depth distribution in consideration of the residual stress distribution.
前記残留応力分布を加味した前記応力深さ分布を用いて決定された前記推定疲労強度と、前記残留応力分布を加味していない前記応力深さ分布を用いて決定された前記推定疲労強度との差分を、前記応力集中部への表面処理による効果として算出する表面処理効果算出部を、さらに備えることを特徴とする請求項11に記載の疲労強度推定装置。   The estimated fatigue strength determined using the stress depth distribution taking into account the residual stress distribution and the estimated fatigue strength determined using the stress depth distribution not taking into account the residual stress distribution The fatigue strength estimation apparatus according to claim 11, further comprising a surface treatment effect calculation unit that calculates a difference as an effect of the surface treatment on the stress concentration portion.
JP2017036105A 2017-02-28 2017-02-28 Fatigue intensity estimation method Pending JP2018141703A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017036105A JP2018141703A (en) 2017-02-28 2017-02-28 Fatigue intensity estimation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017036105A JP2018141703A (en) 2017-02-28 2017-02-28 Fatigue intensity estimation method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018141703A true JP2018141703A (en) 2018-09-13

Family

ID=63527912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017036105A Pending JP2018141703A (en) 2017-02-28 2017-02-28 Fatigue intensity estimation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2018141703A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109580362A (en) * 2019-01-26 2019-04-05 长沙理工大学 A method of evaluation asphalt splitting fatigue performance
CN109883636A (en) * 2019-03-20 2019-06-14 汉腾汽车有限公司 A kind of battery pack aluminium alloy P-S-N curve test method
WO2020095485A1 (en) * 2018-11-07 2020-05-14 新東工業株式会社 Deterioration evaluation method

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020095485A1 (en) * 2018-11-07 2020-05-14 新東工業株式会社 Deterioration evaluation method
JP2020076623A (en) * 2018-11-07 2020-05-21 新東工業株式会社 Degradation evaluation method
US11561140B2 (en) 2018-11-07 2023-01-24 Sintokogio, Ltd. Deterioration evaluation method
CN109580362A (en) * 2019-01-26 2019-04-05 长沙理工大学 A method of evaluation asphalt splitting fatigue performance
CN109883636A (en) * 2019-03-20 2019-06-14 汉腾汽车有限公司 A kind of battery pack aluminium alloy P-S-N curve test method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2018141703A (en) Fatigue intensity estimation method
JP6371409B2 (en) Method for evaluating the condition of members
US8082114B2 (en) Method for characterizing the endurance limit of a part from its surface profile
JP2013044667A (en) Multiaxial fatigue life evaluation method
CN109933952B (en) Method for predicting fatigue life of nickel-based single crystal alloy by considering surface roughness
US9182379B2 (en) Method of carrying out a vibratory fatigue test of a mechanical part
Gillich et al. Natural frequency changes due to severe corrosion in metallic structures
JP7054199B2 (en) Residual stress distribution measurement method, calculation method and program
CN109471998B (en) Corrosion fatigue residual life prediction method based on three-dimensional fractal dimension
JP5099637B2 (en) Crack growth analysis method
JP5721226B2 (en) Multiaxial fatigue life evaluation method
Björk et al. 4R method for consideration of the fatigue performance of welded joints-background and applications
Köksal et al. Fatigue analysis of a notched cantilever beam using ansys workbench
CN113607580A (en) Metal component fatigue test method and residual life prediction method
JP2018185274A (en) Method and computer program for predicting fatigue limit
Gillich et al. Assessing corrosion damage from the natural frequency changes
RU2017130168A (en) Method for detecting cracks and metal loss in metal structures
Groseclose et al. Determination of biaxial flow stress using frictionless dome test
JP2016180597A (en) Fretting fatigue evaluation method
Apetre et al. Fatigue reliability analysis for high cycle fatigue regime
Hofmann et al. Self-pierce riveting of materials with limited ductility investigated with the Bai-Wierzbicki damage model in GISSMO. 14
Arévalo et al. XFEM-based fracture mechanics analysis of aeronautical structures affected by residual stresses
ÖZDEN et al. Determinatıon of stress magnification factor in welded joint by experimental and numerical analysis using ultra-high-strength steel
Winkler et al. Concerning the synergy of stress and strain-based methods in modern metal fatigue analysis
JP6439527B2 (en) Machining shape determination method and repair method