Coffin-Manson則【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。今回の用語は「Coffin-Manson則」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。

塑性ひずみ範囲と低サイクル疲労

低サイクル疲労では、繰り返し負荷によって塑性変形が生じます。繰り返しのたびに塑性変形が生じるため、応力-ひずみ関係はサイクルごとに閉じた曲線（ヒステリシスループ）を描きます。

塑性変形すると応力の勾配が小さくなるので、ヒステリシスループの形が大きく異なっても、応力の変動幅（応力振幅）で整理すると違いが表れにくいです。一方、ひずみの変動幅はヒステリシスループの形が違えば大きく変わります。そのため、応力振幅よりもひずみ振幅で評価した方が低サイクル疲労の特徴をより明確に表せます。さらに、塑性変形が低サイクル疲労を支配することが知られているので、塑性変形によるひずみの変動幅である「塑性ひずみ範囲」で整理することも多いです。

Coffin-Manson則

低サイクル疲労寿命（破断までの繰り返し回数Nf）と塑性ひずみ範囲の間には、一定の法則があることが実験的に確認されています。この関係をCoffin-Manson則といいます。

両対数グラフ上でプロットすると、塑性ひずみ範囲と疲労寿命Nfは傾き-αの直線関係になります。αとCpは材料定数であり、αは多くの材料で0.5〜0.6程度の値をとります。Coffin-Manson則は低サイクル疲労寿命の予測に広く使われています。

まとめ

• 繰り返し負荷で塑性変形するときの応力-ひずみ関係は応力の変化が小さいので、応力振幅よりも塑性ひずみ範囲で評価した方が特徴を表しやすい。
• 低サイクル疲労寿命Nfは塑性変形が支配的なので、応力振幅ではなく塑性ひずみ範囲を使ったCoffin-Manson則で表される。αとCpは材料定数であり、αは多くの材料で0.5〜0.6程度。

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