周期応力とひずみ
繰り返される振幅一定ひずみを受ける材料では、繰り返される安定応力/ひずみヒステリシス ループが発生します。異なるひずみ振幅において作成された、これらのヒステリシス ループのいくつかを同軸上にプロットできます。次に、すべてのヒステリシス ループの先端を介して曲線をプロットすると、「周期応力-ひずみ」曲線が生成されます。この人工的な曲線の目的は、材料の安定動作(初期周期軟化または硬化)を表すことです。
周期応力ひずみ曲線は次のように定義されます。
説明
K' = 周期ひずみ硬化係数
n' = 周期ひずみ硬化指数
局部ひずみに基づく疲労-寿命の関係
亀裂が発生するまで、固定のひずみ限度間で滑らかな試料を循環させることができます。このような試料のいくつかをさまざまな弾性ひずみ限度間で循環させることによって、亀裂までの結果サイクル数を弾性ひずみ振幅に対してプロットすることができます。両対数軸にそれらをプロットすると、ポイントが直線に近似化されます。この関係は、Basquin によって初めて提示されました。
その後、Manson および Coffin によって、塑性ひずみ振幅と破壊までのサイクル数との間に存在する同様の関係が提示されました。
したがって、総ひずみ-寿命関係は次のように定義できます。
説明
疲労解析ウィザードでは、これらのひずみに基づく材料定数を定義する 2 つの方法が用意されています。
高度
これらのパラメータを疲労解析ウィザードに直接入力して、ひずみに基づく疲労寿命関係を定義します。
近似化
疲労解析ウィザードでは、材料の引張強度および材料タイプ(鋼鉄またはその他)の入力に基づき、パラメータが近似化されます。適切な材料定数を計算するために Seeger 法が使用されます。詳細については、標準仕様書から入手できます。この手法は近似化と呼ばれます。実際のテスト データがない場合のみに使用します。
この Seeger 手法では、次の式により、ひずみ寿命曲線(ひずみに基づく係数)が近似化されます。
鋼鉄:
- K' = 1.65 * UTS
- n' = 0.15
- Sf = 1.5 * UTS
- b= -0.087
- c= -0.58
- Ef = 0.59 (if UTS/E<0.003)
- Ef = 0.59*(1.375-125*UTS/E)
その他:
- K' = 1.61 * UTS
- n' = 0.11
- Sf = 1.67 * UTS
- b= -0.095
- c= -0.69
- Ef = 0.535
平均応力補正
局部ひずみに基づく疲労-寿命の関係については、サイクルにおける平均応力の硬化を考慮する方法がいくつかあります。疲労解析ウィザードでは、Morrow 補正および Smith-Watson-Topper 補正の 2 つの方法が使用されます。
Morrow 補正
ひずみ-寿命関係の弾性部分は、サイクル平均応力を減算することによって補正されます。この補正は、長い寿命では平均応力の効果がより大きくなるという見解に基づいています。
Smith-Watson-Topper 補正
Smith Watson および Topper は、疲労寿命は、サイクルにおけるひずみ振幅と最大応力の積の関数であると提案しています。この因数によって、次の形式のひずみ-寿命関係が生じます。
