金属の繰り返し応力による降伏点の変化
- 金属は繰り返し応力によって破断する疲労破壊があります。そのため、降伏点も小さくなることがあります。
- 繰り返し応力による降伏点の下がり方はS-N曲線と同様になる可能性があります。
- 金属の繰り返し応力による降伏点の下がり方は詳しく研究されています。
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金属は繰り返し応力によって降伏点も小さくなる？
金属は繰り返し応力によって、破断点、引張り応力値よりも小さな値で破断する疲労破壊があります。 その場合、降伏点も下がっているのでしょうか？ また、下がっているのでしたら、降伏点の下がり方はS-N曲線と同じなのでしょうか？ ご教授お願いします。
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まず降伏応力という言葉をおさらいします。「一方向の負荷をかけて行くと、ある応力値で明瞭な塑性ひずみが生じる、その応力を降伏応力」といいます。ここでご注意下さい。降伏応力以下でもミクロな塑性変形は生じているのです。逆方向の負荷が混ざると一層小さな応力で小さなひずみが生じます。ミクロな意味での降伏条件は負荷とその履歴で刻々と変動して行くものとご理解下さい。このことは実測で確認されます。一方向応力下でのマクロひずみの発生する降伏応力という値にはこの場合何の意味もありません。 一定の応力振幅を与える場合を例にして、別の角度から疲労現象を吟味しましょう。その応力一サイクルで材料が全く塑性変形しない場合には、その応力は材料の組織に全く痕跡を残していないはずです。これ以降何回の負荷を与えても材料には変化が(つまり破壊が)生じることはないでしょう。その応力サイクルでいずれ破壊が生ずるものならば、その一サイクル内でも塑性変形があったことになるでしょう。マクロに定義された降伏応力の半分程度でも疲労破壊(つまり塑性変形)が生じるのです。このとき降伏応力という言葉に意味が乏しいことにお気付きでしょう。微小な塑性ひずみの蓄積が大きなひずみ(局所での変形＝き裂→破断)になるわけです。 降伏点が上がった下がったと考えないで、大小の荷重で材料を何万回も揺さぶると材料が「徐々に」塑性変形してやがて破壊する限界があるとお考え下さい。
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降伏点、といっても越えた応力を与えた後は明瞭に顕れなくなるが、これは逆に上昇します。ヒシテリシス現象というか、加工硬化というか http://jikosoft.com/cae/engineering/strmatf13.html 低サイクル疲労 に相当 高サイクル疲労なら、その初期はあまり変化しないと思われ、、？、、少なくとも低下することはない。 いずれにしろ疲労破壊のイメージは、グニャ～と伸びる破断でなく、ボキッと折れるカンジ。 クリープ現象ならどちらでもある。 当サイトも昔のは自分の知識を基に実に丁寧に答えている。足らなければ、その用語でご自身で検索すれば論文やデータめいたものも探せます。 http://www.nc-net.or.jp/mori_log/detail.php?id=36277
お礼
岩魚内様 回答ありがとうございます。 疲労破壊は脆化のようなイメージですかね。 勉強になりました。 ありがとうございました。
金属の疲労現象は複雑です。疲労を論じる場合、そのメカニズムの違いから 荷重のサイクル数で低サイクル疲労や高サイクル疲労と呼び区別します。 低サイクルでの事象では金属組織内の転位などの拡散現象が影響していると 思われます。一旦、微少亀裂が発生すると繰返し荷重により亀裂が進展して 行くと思われます。総論は難しいので、他の方にお願いするとして、初期過 程に限定してお話します。金属では一般にバウシンガー効果と呼ばれるひず み硬化現象があり、繰返し荷重により塑性開始点が低下します。つまり降伏 点が低下します。ひずみ硬化と共に材料強度は低下し、それに伴ない降伏点 も低下します。二つの現象は相互に繰り返されると考えられ、荷重徐荷を繰 り返すとひずみ曲線のヒステリシスが描かれます。疲労に於ける初期段階で この傾向が顕著に現れると思われ、高サイクルにわたるまでこの現象が継続 的に現れるわけではありません。したがって ＞降伏点の下がり方はS-N曲線と同じなのでしょうか？ 断定できません。
お礼
要素奇知様 回答ありがとうございます。 材料学(?)の観点で説明いただき、大変参考になりました。 ありがとうございます。
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