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解決済みの質問

破断面解析と応力振幅とストライエーション

いつも大変勉強させてもらっています。
 
先日、破断面解析を勉強していて疑問に思ったんですが、
疲労試験を実施する場合に、一般的に加える
正弦波の応力振幅の破断面をSEMで観察すると規則的なストライエーションが確認できると思います。

実際の製品は、応力振幅が綺麗な正弦波であるケースは
なかなか無い気がしています。
その場合、たとえば、巨視的見れば、正弦波の応力振幅だとしても
いくつかの振動を合わせてできている、複雑な合成波の場合は
破断面に刻まれるストライエーション間隔はどうなるのでしょうか?

私は、複雑な合成はでも、応力振幅の大小とはず破断面には刻まれる
と思っています。

知見のある方の意見があれば、教えてください。

投稿日時 - 2012-03-07 05:36:00

QNo.9471765

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質問者が選んだベストアンサー

確固たる自信はありませんが,定性的に。

亀裂が進展するか否かについては,

  ?Kth ≦ k*σ√(πc) ・・・・・(1)

(?Kth:下限界応力拡大係数範囲,σ:応力,c:亀裂長,k:係数)

が成立することが前提であると考えます。(1)を整理すると,

  σ ≧ ?Kth / {k*√(πc)} ・・・・(2)

となり,?Kthは材料固有の値であることから,亀裂長cが決まっていれば,必然的に亀裂が進展するための応力が決定されます。

ストライエーションは,亀裂が進展して初めて形成するものですから,(2)式を満たさない応力では,形成されないと思います。

私自身が見たことがあるストライエーションは,大概は規則的な繰り返し応力によるもの,または共振によるものですので,ほぼ等ピッチで並んでましたね。でも,非常にわかりにくいものばかりでしたが。

投稿日時 - 2012-03-08 00:26:00

お礼

ストライエーションが形成されないパターンは理解できました。
ありがとうございます。

この下限界応力拡大係数範囲の式を見ると、亀裂長さが測定できないと
亀裂進展応力が分からないってことになりますね。

亀裂がキレイに残る場合は、少ないときがするんで周辺の情報から
推定長さを仮に、決める場合が多そうですね。

投稿日時 - 2012-03-12 00:00:00

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回答(4)

少し考え方や考察が、一方向からしかされていないような感じがしています。

さて、ストライエーションは、
金属材料の疲労破壊で見られる連続の縞模様。
金属材料の疲労破壊の際にみられる連続した縞模様の特徴で、一般にストライエーション
(striation)と呼ばれています。
ストライエーションの数は繰り返しを受けた負荷の回数に等しく、幅は1回あたりに進んだ
き裂の進展量(s)に相当します。この写真のs は約100 nmと非常に小さいものです。
s は負荷の量や環境によって変化するが材料固有の特性があります。
と、あるURLに解説されています。

これが基本で、
> 実際の製品は、応力振幅が綺麗な正弦(サイン)波であるケースはなかなか無い気がしています
の無いの意味は、“三角波”との意味でしょうか?、それとも連続的な波で形も大きさも
正弦波でない意味でしょうか?
所詮、力又はGが掛かるポイントが重要なので、形には拘らない方がよいです

> その場合、たとえば、巨視的見れば、正弦波の応力振幅だとしても、いくつかの振動を
> 合わせてできている、複雑な合成波の場合は破断面に刻まれるストライエーション間隔は
> どうなるのでしょうか?
波形のような形ではなく、力が発生するポイントです。
正弦(サイン)波をX-Yのグラフに描き、直線部ではなく曲線部の加速が掛かっている
部分の力又はGの大きさと間隔です。
小生には、正弦(サイン)波の方向と、力又はGの大きさをベクトル表示して、亀裂方向との
マッチングが必要です。それと、その間隔です。
その過去ログもあったのですが、検索できませんでした。(他の過去ログを代用しています)

又々、回答(2)のiwanaiの横槍! 勘弁してもらいたいものだ!

> 三角波ってのは試験限定。現実の衝撃的波形では例え近いものであってもパルスと称する
って、(波形の)形には拘らない方がよいです  と同じことを云っていませんかね??。

参考URL:http://www.nims.go.jp/publicity/digital/gallery/vk3rak000000jdkv.html http://www.crane-club.com/study/dynamics/load.html

投稿日時 - 2012-03-07 17:24:00

>実際の製品は、応力振幅が綺麗な正弦波であるケースはなかなか無い気がする

  http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=266282&event=QE0004
  No.39345 疲労試験における波形に関して
拙回答 ?ランダム振動?以下・・・・


>巨視的に見れば、正弦波の応力振幅だとしてもいくつかの振動を合わせてできている

数学的には逆で、フーリエ変換、ランダムなパルス状波形は正弦波成分が合わさったものと考える。
しかし応力では基本波成分が大きく、高次波や離散的パルスの割合が少ないから、従来から疲労試験は正弦波または三角波で行われていて、それでフィールドと対応がとれているということでしょう。

>複雑な合成波の場合は破断面に刻まれるストライエーション間隔はどうなるか?

  http://www.takada.co.jp/tech_gihou_files/gihou19/shou_4.pdf
  ストライエーション間隔は1 サイクル当たりのき裂の進展量と一致する範囲がある。
  その間隔は繰返し応力範囲と相関があり,繰返し応力範囲が小さくなるほど小さくなることが
  確認されている。この相関は以下の式で示され、、、パリス則と呼ばれる

応力サイクルが指紋のように残っているが、小ピークでは模様が形成されない、即ちカットオフが効いているということでしょう。

>回答(3)
>所詮、力又はGが掛かるポイントが重要なので、形には拘らない方がよいです

Gが出てくるとは・・・・無理矢理に出した
  過去ログ:疲労試験における波形に関して
  過去ログ:振動加速度 (直接関係はありませんが、振幅や波形と力の関係)
を理解出来てないことの証。

三角波ってのは試験限定。現実の衝撃的波形では例え近いものであってもパルスと称する。

ランダム振動試験はそれでないと通用しなくなったが、疲労試験ではまだかな?と思ったが、実例がでてますね・・・
  http://www.enaa.or.jp/pub/reports/2007/sys19f1.pdf
  P.23
  1000KN 構造物疲労試験用油圧ジャッキシステム

投稿日時 - 2012-03-07 14:04:00

お礼

非常に、参考になる情報ありがとうございます。
実動振幅と実験での正弦波の関係波、とても理解ができました。
また、小ピークでは模様が形成されない野は、亀裂が進展する応力よりも
小ピークが小さいから、ストライエーションが付かないののですね。

理解できました。ありがとうございます。

投稿日時 - 2012-03-11 23:56:00

与えられる波動の形状は応力拡散の感度に影響するとは思いますが、繰り返し
亀裂の発生は応力の大きさに依存すると思います。したがって、現れるストラ
イエーションにおいて、その差異がわかるかというと疑問を感じます。
一見では判断できないのではないかと思います。参考に顕微鏡写真を含めた
疲労についての記述がされている資料を添付しておきます。

参考URL:http://ms-laboratory.jp/strength/st_top.htm

投稿日時 - 2012-03-07 09:11:00

お礼

実際の現象では、実験的に採取した破断面ではなく
実使用で壊れた破断面では、あまり破面がキレイに保存されて
ないケースが多いみたいですね。
もしかしたら、差異が分からないケースの方が多いのかもと
思いました。

情報ありがとうございます。

投稿日時 - 2012-03-11 23:45:00

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