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繰り返し応力とは?1分でわかる意味、s-n曲線、疲労限、応力集中との関係

繰り返し応力(くりかえしおうりょく)とは、繰り返し作用する応力です。材料の破断応力度より小さな応力でも、繰り返し応力が作用すれば破断することがあります。これを疲労といいます。今回は繰り返し応力の意味、s-n曲線、疲労限、応力集中との関係について説明します。破断の意味は、下記が参考になります。

破断ってなに?破断強度、引張強度の違い

繰り返し応力とは?

繰り返し応力とは、繰り返し作用する応力です。材料の破断強度より小さい応力度が作用しても、繰り返し応力が作用する場合、破断する可能性があります。また、この現象を「疲労(ひろう)」といいます。


破断までの繰り返し数が10^5以上 ⇒ 高サイクル疲労

破断までの繰り返し数が10^5以下 ⇒ 低サイクル疲労


といいます。


建築物では、繰り返し応力が作用する部材は少ないですが、工場倉庫のクレーンガーダー(クレーンが走行する梁)などが該当します。


下図をみてください。縦軸を応力度、横軸に時間をとっています。繰り返し応力の例を示します。0より大きな値を圧縮、小さな値を引張りとします。

繰り返し応力の例

上図の通り、一定間隔で繰り返し応力が作用していますね。

繰り返し応力とs-n曲線と疲労限

繰り返し応力と破断までの繰り返し回数の関係を示した図が「s-n曲線」です。下図に、s-n曲線を示します。

繰り返し応力とs-n曲線

s-n曲線によれば、応力振幅が大きいほど、破断までの繰り返し回数が少ないです。逆に応力振幅が小さくなると、破断までの繰り返し回数が大きくなります。


また、ある段階で曲線が水平になり始めます。このときの繰り返し回数を、限界繰り返し数、応力振幅を疲労限といいます。

繰り返し応力、応力集中との関係

応力集中を引き起こすような余盛、断面欠損があると繰り返し応力の影響が特に大きくなります。応力集中、余盛、断面欠損の意味は下記が参考になります。

応力集中と応力集中係数の基礎知識

余盛とは?1分でわかる溶接の余盛と杭の違い、読み方

断面欠損とは?1分でわかる意味、木造、鉄骨、鉄筋コンクリートの欠損

まとめ

今回は繰り返し応力について説明しました。意味が理解頂けたと思います。繰り返し応力は、繰り返し作用する応力です。破断応力度より小さい応力でも、材料を破断させる恐れがあります。建築では作用することが少ないですが、工場建屋などで機器の繰り返し応力に注意しましょう。下記の記事も参考にしてくださいね。

破断ってなに?破断強度、引張強度の違い

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