降伏点以上の発生応力の強度評価

質問

弾性解析で切り欠き部と溶接部に降伏点以上の発生応力が確認され、亀裂確認までの繰り返し数が高サイクルの場合どのような強度評価をするものでしょうか？弾性範囲での普通の疲労安全率やSN線図を用いると当然アウトになります。弾塑性での発生応力で評価すべきですか？(応力振幅は小さいです)

回答No.4

kon555

>> 弾塑性域にある状態で長く持つものなど見たことなく、現状の強度評価、寿命評価などの最適なものは何か
　おそらく、現状ではいくら考えても答えは出ないと思います。
「見たことがない」という現象なのであれば、まずはその現象自体を詳細に解析する必要があります。
　物理的な物体として残る現象ならば、入った亀裂の位置やサイズを確認し、顕微鏡での破面観察や探傷検査などなど。
　また実際の負荷は、想定に対して強弱や方向とズレていないか、分散していないか、などなど。
　要は「何が起きているのか」が分からないと、そもそも『最適なものは何か以前に』という以前に評価のしようがありません。

回答No.3

ohkawa3

回答(1)再出
補足のご説明ありがとうございました。
SS400の降伏点を235MPaとすると、FEMの解析結果を信用すれば、塑性領域の挙動ということになって、繰り返し応力がかかるにも関わらず亀裂が入るまでの時間が20年、30年のような実態が説明できないのですね。
JIS等に書いてある降伏点は、最低値なので、国内で流通している良質なSS材であれば、降伏点の実力は、かなり大きな値の筈です。
設備に使用している材料に対して、引張試験を行って、降伏点の実力値を確認なさったら如何でしょうか。弾性領域内であれば、説明は単純になると思います。

弾塑性での発生応力で評価することが適切なのは、亀裂が生じた後に亀裂が進展しにくいことを説明するような場合でしょうか？ とはいっても単純な片持ち梁形状ならば、亀裂が進展しにくいという可能性は少なそうに思う次第です。

補足

回答ありがとうございます。
降伏点が大きい可能性もあるのですね。引っ張り試験も案に考えさせていただきます。
やはり弾塑性領域で寿命を計算するのは難しそうでしょうか。この片持ち梁は予歪みで疲労限が上昇するわけでもなく、仮に低サイクル疲労で亀裂ができていても圧縮状態となりませんので亀裂の停留とはなりません。やはり実績でこれくらいの寿命はあるとしか言えないものでしょうか。

回答No.2

kon555

質問の趣旨がちょっと曖昧なのですが、要は「想定した負荷では破損に至るが、亀裂発生までにはかなりの回数の繰り返し入力が必要である設計に対して、どのような判定をすべきか」という質問でいいのでしょうか。
　その前提での回答になります。

　解析という事なのでFEMか何かだと思いますが、解析ミスや整合性の兼ね合いなどを無視してザックリ言えば、これはもう『強度』という枠ではなく、商品性や想定使用環境や最終破損モードといった、各種のリスク評価が必要になります。
　端的に言えば「この入力が10万回発生すると亀裂が入ります」という部品があったとして、現実的な想定として10万回の入力が起きるまで「1週間です」と「100年です」では対応が全く変わります。
　あとは該当部品は定期的なメンテが実施されるのか、亀裂段階で検出可能な部分か、仮に破損した場合の人命被害はどうか・・・などの各種条件を加味した判断が必要になります。

　ただこの辺りは貴方の権限とか、職務としての範疇がどうか、という点でも変わります。そもそもそうした判断が必要か？　というところです。
>>弾性範囲での普通の疲労安全率やSN線図を用いると当然アウトになります。
　という部分を素直に解釈するなら、想定される負荷に対して構造として破綻しているので、設計変更が必要ですね、で終わりの話でもあります。

補足

回答ありがとうございます。
20〜30年で亀裂があり繰り返し数は400万回以上です。簡単にいえば片持ち梁のような単純なものでそこに片振り状態で小さい応力振幅があります。設備構成を変えることはできず、補修、更新による形状変更になりますが、既設のss400降伏点以上の発生応力で高サイクルという状態をどうすれば評価できるのかということです。弾塑性域にある状態で長く持つものなど見たことなく、現状の強度評価、寿命評価などの最適なものは何かと疑問に思ったところです。

回答No.1

ohkawa3

＞弾性解析で切り欠き部と溶接部に降伏点以上の発生応力が確認され
＞弾性範囲での普通の疲労安全率やSN線図を用いると当然アウトになります。
上記のような状況なのだけれども、「実用的には耐える」のような結論を導きたいのでしょうか？
手間暇惜しまずに理想的な評価方法を適用しなくても、欲しい結論を導くための簡便法があるかとのご質問なのか補足をお願いできないでしょうか。

補足

仰る通りです。
弾性FEMで300Mpaなど出ていても20、３0年目で亀裂が入ってるような状態です。そもそも弾塑性域での考えがよく分からないので既設に対してどのような評価をしたらよいか分からないです。(単に補修であれば弾性域まで応力低減できる形状にして評価して終わりですが目的は既設評価です)