＜低サイクル疲労強度の評価について＞

No.1806# Re: 1805 疲労のバイブル
#　2001年8月28日# 00時03分(火曜日)# ハッピー#
> > 機械学会は4点セットのようです。
> > 疲労強度の設計資料（I）～(IV)
> これも良い資料ですよね。
> 私は1と4だけしか持ってませんけど。
byちまきさん

凄い！　こりゃ直ぐにも積み立て始めナイト。

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No.1805# Re: 1804 1802 解析結果の評価方法
#　2001年8月27日# 20時05分(月曜日)# ちまき#
> 機械学会は4点セットのようです。
> 疲労強度の設計資料（I）～(IV)
by ハッピーさん

これも良い資料ですよね。
私は1と4だけしか持ってませんけど。ちまき

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No.1804# Re: 1802 解析結果の評価方法
#　2001年8月27日# 18時00分(月曜日)# ハッピー#
> ちまきさん推薦の本、買ってみます。
by_katuさん

機械学会は4点セットのようです。
疲労強度の設計資料（I）～(IV)
http://www.jsme.or.jp/kanb004.htm
冬のボーナスまでお預けかなぁ

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No.1802# Re: 解析結果の評価方法
#　2001年8月27日# 17時22分(月曜日)# katu#
katuです。

皆様アドバイスありがとうございます。
つくづく勉強不足を実感してます。
ちまきさん推薦の本、買ってみます。

・・・材料非線形、出来ればやりたくないですねぇ。

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No.1800# Re: 解析結果の評価方法
#　2001年8月27日# 11時02分(月曜日)# ちまき#

> >多くの人が、S/N曲線を算出する実験式を提案されているので．．．

ご存知かも知りませんが，養圏堂から出版されている「疲労設計便覧」
（日本材料学会編）を読ませて頂いてます．
いろいろ載ってますよ．ご参考まで．

> 平板の曲げ＋ねじりで低サイクル疲労になると思います。

よくひずみサイクルの変動範囲がΔεe＝Δεp＝0.1％あたりが
低サイクルの評価式と高サイクルの評価式の遷移域といわれますね．

上の本ですが，よし☆彡さんが説明されてらっしゃるノイバー則に
ついても解説してあります．

低サイクル疲労の評価方法ですが，安全側で評価できれば良いというのであれば，私のいる業界（圧力容器）では，JIS B 8281とか通産省告示501号とかの簡易弾塑性評価というやり方が一般的です．というか決まっています．
非常に非常にとっつき難いとは思いますが．．．
考え方自体はどんなものにでも共通で当てはまると思いますので，
ご参考になれば．

ちまき

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No.1797# Re: 1794 1792 1783 解析結果の評価方法
#　2001年8月26日# 11時30分(日曜日)# ハッピー#
> 実際の企業がどのようにやっているかと言えば、ある企業はたとえばσy（dynamic）の
>2倍以下(シェークダウン限界)に押さえていたり、ある企業は板の面中とエッジで設計
>安全率を分けてたり、またある企業は1次、2次、ピーク応力を使った教科書的な方法を
>使ってたり、
byよし☆彡さん
うちも色々。実験、実機データに基づいて的確な判断が出来る「信頼に足る材料強度屋さん」と一緒に仕事が出来るかどうかがポイントの一つでしょうか。ＳＥＭ（走査電顕）で破面を睨んで名医のごとく見立てができる経験が物言う世界と思います。

＃研究室は試験片を磨いたり、徹夜で試験機の番をしたりで学生の「疲労試験」の場と化していましたが、そういう中で鉄の身になって考えられるように育つのでしょうか。（笑）
私は計算機相手なので耳学問しかなく、手法の選定は専門家に委ねています。

>ところで、非線形までやるつもりがあるのですか？
ヒステリシスループから消散エネルギーを求めたりＴｒｙしたことはありますが、硬化則を変えてみたり、やればやるほど疑問（材料特性、モデル化の精度、工数に対する効果）が出てきて結局、線形に戻ったり。皆さん、どのように現実的なアプローチをされているのでしょう？

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No.1794# Re: 1792 1783 解析結果の評価方法
#　2001年8月25日# 00時24分(土曜日)# よし☆彡#
>これってLangerの方法とかのことですか？ by katu さん

そうです。塑性と弾性の組み合わせですね。ここで、塑性といっても塑性応力でなく塑性ひずみです。

>s/n線図って破壊に至るまでテストした工学応力値を
>プロットしたものだから

工学って公称という意味ですか？実験的公称応力、実験的歪みから換算した応力(歪みゲージ)の中間の存在が材料を仮想線形と仮定した線形解析値です。つまり、それらの関係は歪みエネルギーで関係(Neuberの式)づけられます。
例えばLangerの方法の導出の過程を考えるとわかるように歪みから導出され、応力は（ヤング率ｘ延び）となり、応力から導出することと、歪みから導出することの矛盾がでてくるわけです。

>低サイクル疲労の場合でLangerの方法などで修正した
>s/n線図を使って評価するのであれば

つまり、導出の過程からするとLangerの方法を使われるのであれば、低サイクルになればなるほど線形解析の結果はかなり危険な(解析上okでも実験上ng)評価になります。

>FEMもやはり材料非線形を考慮しなければならないと
>いうことでしょうか？

FEMを材料非線形でやる意味合いは、低サイクルでも特に低い回数でエネルギーヒステリシスなどの消耗を考慮したいとか、硬化則の条件がよく解っていて緩和を解きたいなどの特殊なケースではないでしょうか。一概には言い切れませんが、汎用疲労解析ソフトも線形解析の結果を2次解析するというのが主流です。

>これを回避する為にs/n線図を使用してみれば？という
>捉え方でよいですか？

すこし式の捉え方が違われるように感じますが、s/s線図の捉え方は、エネルギーを関係を現実的に解く場合にその面積を利用する方法があると言うことです。

実際の企業がどのようにやっているかと言えば、ある企業はたとえばσy（dynamic）の2倍以下(シェークダウン限界)に押さえていたり、ある企業は板の面中とエッジで設計安全率を分けてたり、またある企業は1次、2次、ピーク応力を使った教科書的な方法を使ってたり、疲労限度線図を塑性を考慮して作図したり、そのまま利用したり(これは今回やられた方法と一緒ですね)、私の知る限り結構まちまちのようですよ。中には？？？と思う方法もあります。あまり具体的なことが書けなく申し訳ないね～♪

ところで、非線形までやるつもりがあるのですか？

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No.1792# Re:1783 解析結果の評価方法
#　2001年8月24日# 22時04分(金曜日)# katu#
katuです。
皆様、ご回答ありがとうございます。
回答して頂いた中でわからない点がありましたので
再度質問させて下さい。
説明不足でしたが事象としては
平板の曲げ＋ねじりで低サイクル疲労になると思います。

>多くの人が、S/N曲線を算出する実験式を提案されているので
>その式から予測します。
by よし☆彡さん

これってLangerの方法とかのことですか？

s/n線図って破壊に至るまでテストした工学応力値をプロットしたものだからFEMで得られた結果（工学応力）をそのままあてはめても良いかと思ってましたが違うのでしょうか？

低サイクル疲労の場合でLangerの方法などで修正したs/n線図を使って評価するのであればFEMもやはり材料非線形を考慮しなければならないということでしょうか？
またこれを回避する為にs/s線図を使用してみれば？という捉え方でよいですか？

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No.1786# Re: 1783 解析結果の評価方法
#　2001年8月24日# 02時00分(金曜日)# よし☆彡#
> FEM解析結果の応力値（ミーゼス）をもとに、S-N線図で評価を行うと
> 要件をまったく満足できないという結果が得られます。
S-N線図で評価する場合は材料によりますが1万～10万回よりかなり多い回数の場合のみ比較することが出来ます。そうでない場合はすこし、工夫が必要でしょう。
　多くの人が、S/N曲線を算出する実験式を提案されているので、その式から予測します。(ここら辺は、延性を弾性に置き換えるのでノウハウですね)　
しかし、簡単におこなうためには解析から得た歪みエネルギー(σε/2)をss曲線にマッピングして得た応力とsn曲線を比較しても良いかもしれません。
ここで、注意しないといけないのはss曲線は、静的でなく動的なss曲線(ヒステリシス)で、例えば強化鋼などは引っ張り強さと降伏点の比が1．4以上なら硬化するとか、そんな経験則がいくつかあります。
　
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No.1785# Re: 1783 解析結果の評価方法
#　2001年8月23日# 23時06分(木曜日)# チャーリー#
> I-DEAS Thin Sell要素を使用して疲労評価を行っているのですが、

こんにちは、疲労とは異なった気になった点
MS3,4で経験した古い話で、間違っていたらすみません。
SHELL要素は、SOLID要素に対して応力値が結構高いはず（剛性が高い）です。
また、小さくしていくとかなり応力値が高くなるはずですので
厚みに対する要素サイズと理論解の対応はある程度把握しておいたほうが宜しいかと思います。

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No.1784# Re: 1783 解析結果の評価方法
#　2001年8月23日# 21時27分(木曜日)# ちまき#

> I-DEAS Thin Shell要素を使用して疲労評価を行っているのですが、
by katuさん

解析対象がどんなものかよく判らないのでとりあえず書きます。

平板？
円孔帯板の引張みたいなものを想像すれば良いのでしょうか？厚さは？
薄ければシェル要素でも大きな問題は無いと思います。応力がおかしいと思われるなら荷重条件や拘束条件が実験を上手くモデル化できているか、もう一度検討してみてはいかがでしょう。また公称応力を手計算できる部位があれば解析結果と手計算を比べて見るのも一手かと。
解析自体が正しいとすればもうちょっと情報がないと何とも言えません。

三次元構造？
基本的にシェル要素の形状不連続な接合部での解析結果そのものの応力値で疲労評価はできません。シェル要素で求まった応力値を実際の応力値に換算する係数（いわゆる応力集中係数）みたいなものがあらかじめ分かっていれば別ですが。普通のシェル要素は板厚方向の応力分布を線形と仮定していると思います。局部的なＲ等での応力集中の効果は考慮されません。

またシェル要素の接合部は宿命的に実物とは違ったモデル化となっています。接合部の応力値が実物に対する何を意味しているのかは結構難しいと思います。

という事で評価対象部位を何とかしてソリッドでＲまで考慮して解析された方がよいと思います。（サブモデリング等）あるいは、2次元に近似はできませんか？

ご参考になれば。ちまき

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No.1783# 解析結果の評価方法
#　2001年8月23日# 19時05分(木曜日)# katu#
はじめまして。katuと申します。
解析結果の評価方法について教えてください。

I-DEAS Thin Shell要素を使用して疲労評価を行っているのですが、
FEM解析結果の応力値（ミーゼス）をもとに、S-N線図で評価を行うと
要件をまったく満足できないという結果が得られます。
これに対し、実機テスト結果では充分に要件を満足しています。
FEM上で応力が高く表示される部位がR部ということもあり、切り欠き効果により応力が高く表示されているのかな？と考えていますが
平板の場合、どのように評価してよいかわかりません。

皆さんは、FEM計算結果をどのように評価されているのでしょうか？
このようにShellの場合だけでなく、Solidでも形状が複雑になれば
悩みどころであると思いますが、アドバイスを頂ければ幸いです。
(編集担当：ちまき 2001/12/24)

＜配管の熱応力に対する低サイクル疲労強度評価について＞

No.738# Re; No.732
　# 三四郎　#2000年5月23日(火)12時07分 #
返答，遅くなりました。
よし☆彡様，ありがとうございます。

先の質問(No.727)で解析モデルを抽象的な書き方にしてしまいました。
実はモデルは複数のパイプが一つに合流する構造で，
各パイプ(鋳物)は三次元的に曲げられており，カバー用のボスや
パイプ間にリブが張ってあったりと形状が複雑なのです。
(なんかまだ連想ゲームをしているような...)

> なるほど、低サイクル疲労を考えられているのですね。
> 温度依存性と熱境界条件の設定が計算結果に大きく影響すると思いますが、
> 仮に正しいとすると、材料の疲労としてはよく行われるのは、
>
> 1．応力をシェークダウンの限界内に納める。
> 　　材料によりますが、鋼管で10^4～10^5回の保証ぐらい。
> 　　
> 2．ヒステリシスのフローで解析するなら、移動硬化などを使うべきだと
> 　　私は思ってますが、それに準ずるものを考慮して、数回のループを書き
> 　　たとえば、そのループで消耗するエネルギーを材料のひずみエネルギー
> 　　と比べたりしているところもあるようです。
>
> 非常に汎用的なものは判断の基準がありますが。

色々な評価の方法があるのですね。
今の私にとっては難解な専門用語が並んでいますが。
2.の移動硬化とはどのような現象または手法なのでしょうか？
応力値，ひずみエネルギーの時間履歴と材料の物性値とを比較するということですか？

計算による温度分布(時系列)は実測値に対して絶対値こそ多少の差はありますが，
傾向はまずまずです。
温度分布が使えそうなら応力分布は大丈夫じゃないかなと甘い期待を抱いているのですが，
構造解析においては拘束の仕方等で結果が左右されることもあるみたいですし，
まず予想した結果が出るかどうか楽しみにしているところです。

学生時代は自分にとって，材料力学(破壊力学まで)は漠然としていましたが，
業務でもう一度触れることによってずいぶん現実味を帯びてきました。

上記のキーワードを参考にもっと調べてみたいと思います。
社内に前例があると進めやすいのですが，さっさと試作して評価する
やっつけ仕事が多いものですから。

> 本当の判断の方法は各社まちまちなので、これが正しいと言うものが
> 無いのが実状だと思ってますよ。

そうですね。
もっと色々と調べてみたいと思います。
ありがとうございました。

---

No.732# Re No.730
　# よし☆彡　#2000年5月21日(日)00時44分 #
>物性値には温度依存性も与えています。
>降伏応力と塑性ひずみも与えて
>材料非線形の非線形静解析で計算するつもりです。
by　三四郎さん　

なるほど、低サイクル疲労を考えられているのですね。
温度依存性と熱境界条件の設定が計算結果に大きく影響すると思いますが、
仮に正しいとすると、材料の疲労としてはよく行われるのは、

1．応力をシェークダウンの限界内に納める。
　　材料によりますが、鋼管で10^4～10^5回の保証ぐらい。
　　
2．ヒステリシスのフローで解析するなら、移動硬化などを使うべきだと
　　私は思ってますが、それに準ずるものを考慮して、数回のループを書き
　　たとえば、そのループで消耗するエネルギーを材料のひずみエネルギー
　　と比べたりしているところもあるようです。

非常に汎用的なものは判断の基準がありますが。
本当の判断の方法は各社まちまちなので、これが正しいと言うものが
無いのが実状だと思ってますよ。

---

No.730# Re;もうすこし情報を
　# 三四郎　#2000年5月19日(金)20時46分 #
よし☆彡様，早速のレスありがとうございます。

>なぜ、わざわざCFDにするのでしょうか？すこしわかりませんが、

現状の解析ツール環境で非定常熱伝導計算ができるツールは
CFDしかないため，仕方なくやっております。

>管の疲労評価方法が実験レベルですでにあるのでしょうか？

耐久試験では亀裂の入るサイクルと現物を確認する程度です。
解析で亀裂の入る部位を予測できないかとも考えております。

>一般的には、疲労の回数によって評価の方法が異なるのがふつうです。

そうですか，なるほど。
実験による疲労サイクルは三桁から四桁くらいのオーダーです。

>パイプ材は線形で考えているのでしょうか？

物性値には温度依存性も与えています。
降伏応力と塑性ひずみも与えて
材料非線形の非線形静解析で計算するつもりです。

実は非線形用のマニュアルもないし，
うまく設定できるか心配です。
もっと材力も含めて解析のこと勉強しなければ。

---

No.729# 熱応力解析->もうすこし情報を
　# よし☆彡　#2000年5月19日(金)17時29分 #
なぜ、わざわざCFDにするのでしょうか？すこしわかりませんが、
管の疲労評価方法が実験レベルですでにあるのでしょうか？
一般的には、疲労の回数によって評価の方法が異なるのがふつうです。
パイプ材は線形で考えているのでしょうか？

---

No.727# 熱応力解析について
　# 三四郎　#2000年5月19日(金)17時11分 #
ここ最近CAEの仕事に従事するようになった初心者です。
毎日この掲示板を楽しみに読ませて頂いているものです。
非常に有意義なことだと感じております。

さて本題に入りますが，
現在CFDにて固体層のみの非定常熱伝導解析を行い，
温度分布の時間履歴をI-DEASに取り込み，
各時刻毎に熱応力解析を行おうと考えております。
解析モデルは両端にフランジを持つパイプで，
高温ガスが急激に流れたり，穏やかに流れたり，
止んだりという繰り返しのステップです。
表面の熱伝達率は表面温度実測値とガスの温度，
流速を基に整理式等で計算し，
大まかにモデルの領域毎に与えています。
最終的にはパイプの疲労寿命の予測や評価をしたいのですが，
I-DEASの出力パラメーター(応力，変位，反力，ひずみエネルギー，
ひずみ，要素力，etc..)をどのように利用したら
うまく評価できるか悩んでいます。
因みに使用しているI-DEASは定常計算しかできません。
(TMGオプションは入っていません)
有限要素法ハンドブックなど眺め始めたのですが，
まだまだ自分にとって難解でして，
どなたか簡単に教えていただけませんでしょうか？
(編集担当：ちまき 2001/12/23)

＜低サイクル疲労強度のひずみエネルギー的評価方法について＞

低サイクル疲労について#よし#1998年8月4日

疲労ヒステリシスループを使い、歪みエネルギーから疲労回数を推測されている方いませんか？
この方法で、評価する場合の注意点とか、どんな事で使ったなどを教えて下さい。
(編集担当：ちまき 2001/12/23)