切欠き係数について

Question

フィレットを有す丸棒材の疲労強度について検討をしています。
負荷条件としては、丸棒材は引張り荷重を受けている状態で、外力によるねじり・曲げ荷重を受ける物になります。

疲労強度検討のやり方について教えて下さい。
適用する考え方は、修正Goodman線図で考えています。

考え方
?引張りによる発生応力(安定する物として)を平均応力とし、ねじり・曲げ荷重を外力による応力振幅とする
?フィレット部の切欠き係数を考慮
　・引張り応力×引張りによる切欠き係数＝平均応力σm
　・せん断応力×せん断による切欠き係数＝最大せん断応力τ
　・曲げ応力×曲げによる切欠き係数＝最大曲げ応力σ
?曲げ応力とせん断応力を組み合わせて主応力を求める
?組合せた主応力を発生しうる応力振幅としてプロット

※同じフィレット部で引張り・曲げ・ねじり3つの成分が負荷される場合、
　切欠き係数はそれぞれに適用すべきですか？
　算出した応力振幅に対して、引張りによる切欠き係数を考慮すれば良い
　などありますか？
　過剰に見ている気がするのですが、文献にその旨説明が見当たらないの
　で、参考になる情報など欲しいのですが・・・

Answer

> ※同じフィレット部で引張り・曲げ・ねじり3つの成分が負荷される場合、
> 　切欠き係数はそれぞれに適用すべきですか？
> 　算出した応力振幅に対して、引張りによる切欠き係数を考慮すれば良い
> 　などありますか？
> 　過剰に見ている気がするのですが、文献にその旨説明が見当たらないの
> 　で、参考になる情報など欲しいのですが・・・

直接の回答になっていないかもしれませんが、
同じフィレット部で厳密には、引張り・曲げ・ねじりの応力集中係数は、力の方向となだらかな
変化面の切欠き的形状は異なるので、係数も異なることからそれぞれに適正値適応です。
引張と曲げ（引張と圧縮）は、似た力の方向なので、引張と曲げの圧縮の力の相殺がポイント
となる位で、それをやはりそれぞれに適正値適応です。

Answer

基本的には切り欠き係数は実応力とモデル計算値の補正係数です。複合応力の
場合、計算で推定した実応力に対し切り欠き係数を乗じたものを応力値として
採用します。ここに計算の精度が問題になります。試験データとの整合を取る
ため通常はできるだけ単一負荷での応力振幅を考えますが、複合負荷荷重とな
る場合は荷重の種類により応力振幅による感度が違うことが想定されます。
つまり、すべての応力のピークが重なることはないので、実際の切り欠き係数
は合算した応力値より下がります。
実際の状況で試験確認するのがベストですが、疲労試験には多大な労力がかか
ります。そのため疲労に関する詳細なデータはなかなか得にくく、提示のよう
に安全を見てすべての要素に係数を掛けて試算する場合が多いように思います。

疲労に関する資料及びデータを紹介しておきます。

http://ms-laboratory.jp/strength/st_top.htm
http://fatigue.jsms.jp/database/hcdblist/index.html

追加します。

http://www.rmc.mce.uec.ac.jp/webclass/MachineMechanismDesign/Shaft.pdf

フィレットを有す丸棒材の疲労強度検討法について