疲労限度設計と有限寿命設計【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「疲労限度設計と有限寿命設計」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。

疲労限度設計と有限寿命設計とは

製品を設計するとき、疲労強度の考え方は大きく疲労限度設計と有限寿命設計の2つに分類されます。疲労限度設計は、生じる応力を疲労限度以下に抑える設計です。S-N曲線の水平部（疲労限度以下）の領域で設計するため、設計通りの使い方であれば疲労破壊が起きないことになります。有限寿命設計は疲労限度より大きい応力を許容し、製品の生涯で受ける有限な繰り返し数内で破断しないようにする設計で、S-N曲線の右下がりの領域を使います。

メリット・デメリットと使い分け

疲労限度設計のメリットは「設計通りの使い方なら永久に使える」「負荷の回数を把握しなくてよい」という点です。デメリットは「過剰品質になりがち（重量・材料コストが大きくなる）」「壊れ方が分からず、破壊時の安全な止め方が課題」という点があります。

有限寿命設計のメリットは「材料を限界まで使えるため小型軽量化やコスト低減に有効」「壊れる場所をあらかじめ決められるため安全に止められる」という点です。デメリットは「製品寿命に限りがあり、定期メンテが必要」「負荷回数の見積りを誤ると想定より短寿命になる」という点があります。

これらのメリットやデメリットを考慮して、製品や部品ごとに適切な設計方法を選択することが重要です。

まとめ

• 設計するときの疲労強度の考え方を大きく分類すると、疲労限度設計と有限寿命設計がある。
• 疲労限度設計は応力を疲労限度以下にする設計で、有限寿命設計は疲労限度より大きい応力を許容して有限な回数内で破断しない設計。
• 負荷の大きさや回数を把握できて、小型軽量化が重要で、定期メンテしたり疲労以外の要因で寿命が決まる製品は有限寿命設計が適し、それ以外は疲労限度設計が適す。

YouTube動画でより詳細に説明しています。ぜひご覧ください。

再生できない方はこちらからどうぞ

関連する内容

材料力学用語辞典

材料力学の教室

身近な材料力学

HOME

生活に役立つ材料力学

YouTube

材料力学分野の仕事に20年以上従事する博士(工学)が運営しています。
2022年にYoutubeチャンネルを開始し、動画数が増えてきたので探しやすくするために本サイトを開設しました。
ここで紹介する動画以外にもYoutubeには多くの動画が有るので、ぜひチャンネル登録もお願いします。