衝撃荷重と疲労強度の関係

質問

同一振幅荷重と、周波数や振幅の大きさが異なる荷重では、ダメージは一緒でも疲労強度は変わるのでしょうか？
「衝撃荷重は疲労強度を下げる」と聞いた事がありますが、それを実証している文献等あれば、教えてください。

回答No.2

noname#230359

貴殿が疑問に思っている項目を、機械工学の専門書で何回も何回も
呼んで下さい。<暗記できるくらい>
すると、少しづつですが、判ってきます。
また、別の同様な書籍を図書館等で、確認する事も良いでしょう。
<判らない…、判らない…も良いのですが、別な努力も併行して…>

さて、以下の例えが的を得てるか否かは？？ですが、
人間の身体を動かして、運動する時、
★ 中国の太極拳やインドのヨガの様に、ゆっくり滑らかな運動をする
　 場合は、『肉離れ』の言葉は無縁です
★ 陸上の短距離や、野球/サッカー等の選手は、瞬間的に力を発したり
　 受けたりします。日頃身体を鍛え、筋肉量もアップさせて、筋繊維
　 1本当りの負荷力を軽減させていますが、『肉離れ』を良くします。
　 これは、関節等の動きより速い衝撃荷重が掛かり、関節の変化が
　 追いつかず筋肉に力が集中して、筋肉のより弱い部分が、破断し
　 肉離れします。靭帯が弱かったら靭帯断裂です。
の差です。

静荷重の安全率は、鋼材の結晶が均一でない理由での『微細な応力集中』
等を考慮した数値と小生は、解釈しています。
繰返し荷重は、結晶のズレが多少発生すると考えています。
その荷重が速いと、そのズレが均一でなく、ある処では零、ある所では
２倍の様な事が発生します。
すると、結晶レベルでは、瞬間ですが、負荷以上の力が加わった事と同じ
事が発生しています。それが、安全率増加の要因の一つです。

回答No.1

noname#230359

以前にも、この森で同様のアドバイスをしましたが、
小生は、以下の様に理解しています。

★ 負荷荷重に対しての安全率は、降伏点（耐力）に対して、
＊ 静　荷　重；100％の一定荷重 <安全率；3>
＊ 繰返し荷重；0～100％の変化荷重 <安全率；5>
＊ 交番　荷重；－100～100％の変化荷重 <安全率；8>
＊ 衝撃　荷重；0～100％の変化荷重が短時間に変化 <安全率；12>
です。
貴殿の衝撃荷重は、薪割り（力積）とは異なりますよね。

さて、歯車の歯に荷重が作用する場合や、バネが高頻度で伸び縮みする
場合の様に、一般に材料が数多くの繰返し叉は交番荷重を受けると、
静荷重を受けた場合よりも、ずっと小さな荷重で破断します。
この現象を“疲れ/疲労”と云います。そして、その繰返し数（Ｎ数）
が増えるとともに（比例して）、より小さな荷重で破断します。
が、疲労の内容です。
繰返し変化する荷重が、短時間に変化する“衝撃荷重”は、前述で
より多くの安全率を取る事になっています。

以上が、「衝撃荷重は疲労強度を下げる」事を意味しています。

お礼

ご回答頂き、ありがとうございます。
とても丁寧にご説明頂き、心より御礼申し上げます。

より詳しく教えて頂きたいのですが、
安全率が、「衝撃荷重 ＞ 繰り返し荷重・交番荷重」となっている理由は
なぜでしょうか？

下記サイトで、衝撃疲労と通常疲労のＳ－Ｎ線図が紹介されておりました。
なぜ、衝撃荷重と繰り返し荷重でＳ－Ｎ線図が変わるのでしょうか？

http://www.sydrose.com/creativedesignengine/HTML/aa4-00325/aa4-00325.html

たとえば、振幅幅・周波数が同じ荷重（単純なサイン波）で疲労試験を行うのと、振幅幅・周波数を変えて（ランダム波形）行う疲労試験では、ダメージ比１でも、抽出結果は異なるのでしょうか？

色々とお伺いして申し訳ありませんが、アドバイス頂けたら幸いです。