fe-safe

構造疲労解析とは、繰り返し荷重に長時間さらされた構造体内部の材料応答を評価することです。構造疲労解析では、構造的な完全性と、繰り返し荷重条件下での構造変化を調べます。応力集中、荷重変動、材料特性などの要素を解析することで、構成部品の寿命を予測し、疲労損傷による致命的な破壊を防止することができます。

疲労解析は、繰り返し荷重下で材料の寿命を予測したり、伸ばしたりするための工学において極めて重要です。主に次のような手法が使われています。

1. 応力-寿命法(S-N 曲線): S-N 曲線は、材料の応力振幅を破壊までのサイクル数に対してプロットする伝統的な手法です。応力が弾性域内にある高サイクルの疲労解析に適しています。
2. ひずみ-寿命法(ε-N 曲線): この手法は、応力レベルが塑性変形を起こすほど高い、低サイクルの疲労解析に使われます。ひずみ振幅を破壊までのサイクル数に対してプロットします。
3. 破壊力学法: 破壊力学法は、繰り返し荷重下での先行亀裂の成長予測に使用します。特に、破壊力学の原理に基づく、亀裂状の欠陥がある構造物に有効です。
4. 疲労亀裂成長率(da/dN 対 ΔK): この手法は、応力拡大係数範囲(ΔK)の関数として、荷重サイクルごとの既存亀裂の成長スピードに焦点を当てたものです。亀裂が生じている部品の残存寿命予測に極めて重要です。
5. 多軸疲労解析: この手法は、応力状態が複雑で複数の方向が関与する場合に使用します。臨界面法など、疲労破壊を予測するためのより高度なモデルを必要とします。
6. エネルギー法: この手法には、ヒステリシス・エネルギー法などがあり、繰り返し荷重下で材料に吸収されるエネルギーを、疲労損傷の主な促進因子として考慮します。
7. 有限要素解析(FEA): FEA は、荷重下にある材料や構造物の応力、ひずみ、変位を予測する計算ツールです。疲労寿命モデルと組み合わせることで、危険個所の特定や疲労寿命の推定に役立ちます。手法ごとに固有の用途、メリット、制約があります。材料のタイプ、繰り返し荷重の性質、利用可能なデータによって適切な手法は異なります。

有限要素モデルの疲労解析ソフトウェアの先頭を走ってきた fe-safe は、主要なすべての FEA 製品群を直接操作でき、非常に要求の厳しい産業用途に対応します。fe-safe は、ひずみに基づく最新の多軸法に注目した、商用初の疲労解析ソフトウェアです。その精度、スピード、包括的機能、使いやすさから、設計者の間で人気を博しています。

設計工程の必須要素として fe-safe を導入することで、疲労解析を迅速かつ正確に実行できます。fe-safe は設計工程にスムーズに溶け込み、耐久性とコスト効率に優れる製品の開発を支援します。また、臨界破壊点を見落とすリスクを最小限に抑え、リコール・コストや保証クレームの可能性を減らします。

疲労解析において繰り返し荷重は不可欠です。部品に荷重がかかり続けると高応力領域が生じ、最終的には疲労亀裂が発生します。正確な疲労解析を行うには、繰り返し荷重パターンを理解することが重要です。

疲労破壊は、ある材料の最大抗張力に満たない応力やひずみであっても、時間に沿って変動するそれらに材料がさらされ続けることで生じます。一度の高応力による突然破壊と異なり、疲労破壊は繰り返し負荷の累積的影響によって徐々に進行します。