ボルト締結部の疲労【材料力学用語辞典】

材料力学用語辞典では、材料力学で出てくる専門用語を分かりやすく紹介しています。今回のテーマは「ボルト締結部の疲労」です。

この記事はYoutube動画で紹介した内容の概要です。詳細は動画をご覧ください。

ボルト締結部のボルトに作用する繰り返し荷重

ボルト締結部に繰り返し荷重Wが加わるとき、締付け線図を使うとボルトに作用する荷重振幅が分かります。締結によって初期軸力Fが生じた状態から外力Wが加わると、Wはボルト（W1）と被締結体に分担されます。

このとき、ボルトの荷重振幅W1は外力の振幅Wよりも小さくなります。これは、ボルト締結部では被締結体がバネのように働き、外力Wの一部を受け持つためです。ボルト単体に同じ繰り返し荷重Wが作用する場合と比べて、ボルトに生じる応力振幅が大きく低減されます。

疲労寿命の向上効果と注意点

S-N曲線（応力振幅と破断までの繰り返し回数の関係）を使ってボルト単体とボルト締結部に荷重Wが作用するときを考えると、ボルト締結部のボルトは荷重振幅が小さいので疲労寿命が大幅に延長されます。これがボルト締結の大きな利点のひとつです。

ただし、締結が緩むとこの効果が低減します。緩みが生じると被締結体の圧縮力が失われ、力の分担状態がボルト単体に近づきます。その結果、ボルトに作用する荷重振幅が増大し、疲労寿命が大幅に短くなります。ボルト締結部の疲労を防ぐには、適切な締付けトルクの管理や緩み止め対策が重要です。

まとめ

• ボルト締結部のボルトには、締付け時の荷重に加えて外力の一部が作用するため、ボルト単体に外力が作用する状態よりも軸力は小さくならない。
• 繰り返しの外力が作用する時、ボルト締結部のボルトに作用する荷重振幅はボルト単体よりも小さくなる。その結果、疲労寿命は大幅に長い。
• 締結が緩むと、力の状態はボルト単体に近づき、疲労寿命が大幅に短くなるので注意が必要。

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