疲労解析に挑戦、強度設計における繰り返し荷重を評価する：実例で学ぶステップアップ設計者CAE（9）（1/4 ページ）

1．疲労解析とは

　設計検証を行う上で、構造解析、特に強度解析が重要であることを、ここまでの連載の中で、静解析の事例を取り上げながら解説してきました。

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　あらためて、静解析について説明すると次のようになります。

　産業機械の中には、一定間隔の時間を空けながら、繰り返し荷重がかかるような機械要素を持つものがあります。このような荷重のことを、繰り返し荷重といいます。

　強度設計を行う上で、この繰り返し荷重を評価しなければならない場合、疲労破壊の検討が必要になることがあります。このとき用いるのが「疲労解析」です。

　JIS（日本産業規格）には、「JIS Z 2273-1978 金属材料の疲れ試験方法通則（General Rules for Fatigue Testing of Metals）」があり、その中で「繰り返し10⁴回以上の疲れ寿命を対象として室温大気圧中で行う標準試験片による金属材料の疲れ試験の方法の通則について規定する」と記されています。JISでは「疲労」のことを「疲れ」と表現しています。

　また、繰り返し数によって発生する疲労破壊は次のように分類されます。

　筆者の経験では、産業用装置は5年以上使用されるものがほとんどです。そのため、この期間内の使用で疲労破壊が発生し、装置が停止してしまうような事態は絶対に避けなければなりません。

　疲労破壊の特徴が示す通り、繰り返し荷重による影響を考えると、該当する機械要素の強度設計を行う際は、静的な荷重による応力値の検証だけでは不十分で、疲労解析を行う必要があります。

2．疲労解析の適用例

　産業用装置で繰り返し荷重がかかるような機械要素には何があるでしょうか。

例：加圧機構部分

　ワーク（製品）に対して、荷重をかけるような加圧ユニットでは、次の機械要素に繰り返し荷重が作用します。

図1　加圧機構を持つサブアセンブリ ［クリックで拡大］

　ということで、今回はこちらを題材に解析を行っていきます。