JP6944736B1 - 疲労寿命予測方法、疲労寿命予測装置、疲労寿命予測プログラムおよび記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、図1を参照して、一実施形態に係る疲労寿命予測装置1の概略構成について説明する。図1に示す疲労寿命予測装置1は、対象物に対して所定の応力を付与した場合の疲労寿命を予測する装置である。
図1を参照しながら、疲労寿命予測装置1の各部について説明する。図1に示されるように、疲労寿命予測装置1は、疲労試験データ取得部11(疲労試験結果取得部)、予測条件取得部12、材料定数算出部13、疲労寿命予測部14、結果出力部15(出力部)、および、データ記憶部16を含んで構成される。
次に、図2〜図5を参照しながら、疲労寿命予測装置1による疲労寿命予測方法について説明する。
詳細な手順を説明する前に、本実施形態に記載の手法の基本的な考え方について示す。
この考え方では、疲労限度以下の応力は疲労に寄与しないと考える。また、疲労限度よりも大きな負荷を与えると対象物に対して疲労を与えることになる。すなわち、σ/σw−1が疲労に寄与する力学量になるといえる。
図3を参照しながら、ステップS04で行われる疲労寿命の予測方法について説明する。ここでは、上述の材料定数C*,m*,n*が後述の方法を用いて得られていることを前提として説明する。
図4および図5を参照しながら、ステップS03で行われる材料定数の算出方法について説明する。図4は、図3に示すフローチャートに含まれる1ステップに係るフローチャートである。なお、上述の通り算出の対象となる3つの材料定数は、C*,m*,n*である。
図6を参照して、疲労寿命予測装置1のハードウェア構成について説明する。図6は、疲労寿命予測装置1のハードウェア構成の一例を示す図である。疲労寿命予測装置1は、1または複数のコンピュータ100を含む。コンピュータ100は、CPU(Central Processing Unit)101と、主記憶部102と、補助記憶部103と、通信制御部104と、入力装置105と、出力装置106とを有する。疲労寿命予測装置1は、これらのハードウェアと、プログラム等のソフトウェアとにより構成された1または複数のコンピュータ100によって構成される。
上記の疲労寿命予測装置1による疲労寿命の予測結果の有効性を検証した結果を以下に示す。
実験データ1: σ=270MPa,Nf=30,407
実験データ2: σ=235MPa,Nf=120,264
なお、実験データ1,2は、図7に示す破断繰り返し数Nfと応力振幅σとの対応関係を示す図(S−N曲線図)に示している。なお、対象物の試験片における初期欠陥寸法√area0は92μmであった。
C*=10−3.4
m*=2.8
ステップ1:σ=270MPaにてN=23,400まで応力負荷
ステップ2:ステップ1終了後,σ=185MPaにて破断まで応力負荷
上記の疲労寿命予測装置1による疲労寿命予測方法によれば、1回の応力負荷に対する亀裂の進展量を算出するための材料定数が特定されることで、1回の応力負荷に対する亀裂の進展量が推定可能となる。これを利用して、対象物に対してある応力を負荷した場合の疲労寿命の予測が可能となる。ここで、対象物に対して疲労限度以上の応力負荷を与えた場合に初期欠陥から亀裂が進展することと、欠陥および欠陥から進展した亀裂の寸法に応じて疲労限度が低下することと、を前提にしているので、応力負荷による欠陥(亀裂)の進展と、それにともなう疲労限度の低下とを考慮していることになる。したがって、繰り返し負荷される応力の中の正味の亀裂進展駆動力を適切に捉えて疲労寿命が予測されるため、より高い精度での予測が実現される。
以上、本開示は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
Claims (6)
- 対象物に関する複数条件での疲労試験による試験結果と、前記疲労試験に使用した試験片の初期欠陥寸法と、前記疲労試験に係る試験条件と、を含む疲労試験データを取得することと、
前記対象物に対して疲労限度以上の応力負荷を与えた場合に初期欠陥から亀裂が進展することと、欠陥および欠陥から進展した亀裂の寸法に応じて前記疲労限度が低下することと、を前提として、前記疲労試験データに基づいて、1回の応力負荷に対する亀裂の進展量を算出するための材料定数を算出することと、
前記材料定数を用いて、前記対象物に対してある応力を負荷した場合の亀裂の進展量に基づいて疲労寿命を予測することと、
を含み、
前記材料定数を算出することは、1回の応力負荷に対する亀裂の進展量Δ√areaを算出する下記の数式(A)におけるC * ,m * およびn * を算出することである、疲労寿命予測方法。
[ただし、Δ√areaは1回の応力負荷に対する亀裂の進展量であり、σは負荷の応力振幅であり、σ w は負荷を与える際の疲労限度であり、√areaは欠陥の寸法である。] - 前記疲労寿命を予測することは、
前記対象物が所定の大きさの欠陥を有している場合に、当該欠陥を応力負荷方向に投影した像の面積の平方根によって定義される欠陥寸法に基づいて、疲労限度を算出することと、
前記疲労限度を算出することにおいて算出された疲労限度よりも負荷が大きい場合に、前記材料定数を算出することで算出された前記材料定数を用いて、1回の応力負荷に対する亀裂の進展量を算出することと、
前記1回の応力負荷に対する亀裂の進展量を算出することにおいて算出された、前記1回の応力負荷に対する亀裂の進展量を用いて、前記欠陥および欠陥から進展した亀裂の寸法が限界欠陥寸法に達するまでの応力の負荷回数を算出し、これを疲労寿命の予測結果とすることと、
を含む、請求項1に記載の疲労寿命予測方法。 - 前記疲労寿命を予測することにおいて、前記対象物に対して負荷される応力振幅は一定もしくは2段階以上である、請求項1または2に記載の疲労寿命予測方法。
- 対象物に関する複数条件での疲労試験による試験結果と、前記疲労試験に使用した試験片の初期欠陥寸法と、前記疲労試験に係る試験条件と、を含む疲労試験データを取得する疲労試験結果取得部と、
前記対象物に対して疲労限度以上の応力負荷を与えた場合に初期欠陥から亀裂が進展することと、欠陥および欠陥から進展した亀裂の寸法に応じて前記疲労限度が低下することと、を前提として、前記疲労試験データに基づいて、1回の応力負荷に対する亀裂の進展量を算出するための材料定数を算出する材料定数算出部と、
前記材料定数を用いて算出される1回の応力負荷に対する亀裂の進展量に基づいて、前記対象物に対してある応力を負荷した場合の疲労寿命を予測する疲労寿命予測部と、
を含み、
前記材料定数算出部は、1回の応力負荷に対する亀裂の進展量Δ√areaを算出する下記の数式(A)におけるC * ,m * およびn * を算出する、疲労寿命予測装置。
[ただし、Δ√areaは1回の応力負荷に対する亀裂の進展量であり、σは負荷の応力振幅であり、σ w は負荷を与える際の疲労限度であり、√areaは欠陥の寸法である。] - 対象物に関する複数条件での疲労試験による試験結果と、前記疲労試験に使用した試験片の初期欠陥寸法と、前記疲労試験に係る試験条件と、を含む疲労試験データを取得することと、
前記対象物に対して疲労限度以上の応力負荷を与えた場合に初期欠陥から亀裂が進展することと、欠陥および欠陥から進展した亀裂の寸法に応じて前記疲労限度が低下することと、を前提として、前記疲労試験データに基づいて、1回の応力負荷に対する亀裂の進展量を算出するための材料定数を算出することと、
前記材料定数を用いて算出される1回の応力負荷に対する亀裂の進展量に基づいて、前記対象物に対してある応力を負荷した場合の疲労寿命を予測することと、
をコンピュータシステムに実行させ、
前記材料定数を算出することは、1回の応力負荷に対する亀裂の進展量Δ√areaを算出する下記の数式(A)におけるC * ,m * およびn * を算出することである、疲労寿命予測プログラム。
[ただし、Δ√areaは1回の応力負荷に対する亀裂の進展量であり、σは負荷の応力振幅であり、σ w は負荷を与える際の疲労限度であり、√areaは欠陥の寸法である。] - 対象物に関する複数条件での疲労試験による試験結果と、前記疲労試験に使用した試験片の初期欠陥寸法と、前記疲労試験に係る試験条件と、を含む疲労試験データを取得することと、
前記対象物に対して疲労限度以上の応力負荷を与えた場合に初期欠陥から亀裂が進展することと、欠陥および欠陥から進展した亀裂の寸法に応じて前記疲労限度が低下することと、を前提として、前記疲労試験データに基づいて、1回の応力負荷に対する亀裂の進展量を算出するための材料定数を算出することと、
前記材料定数を用いて算出される1回の応力負荷に対する亀裂の進展量に基づいて、前記対象物に対してある応力を負荷した場合の疲労寿命を予測することと、
をコンピュータシステムに実行させる疲労寿命予測プログラムを記憶し、
前記材料定数を算出することは、1回の応力負荷に対する亀裂の進展量Δ√areaを算出する下記の数式(A)におけるC * ,m * およびn * を算出することである、コンピュータ読取可能な記憶媒体。
[ただし、Δ√areaは1回の応力負荷に対する亀裂の進展量であり、σは負荷の応力振幅であり、σ w は負荷を与える際の疲労限度であり、√areaは欠陥の寸法である。]
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