(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
標点部を備えるねじり疲労試験用の試験片であって、
前記標点部は、前記標点部にくり返しねじり負荷を加えるための回転の中心軸の方向である前記試験片の軸方向と垂直な断面が、四角形又は三角形であって、（ねじり中心から最短となる辺までの距離）／（ねじり中心から最短となる頂点までの距離）が１／√２以下となる形状であり、前記四角形又は三角形の頂点に開口した孔を有し、
前記孔の底部と、前記四角形又は三角形の辺のうちの最長の辺の中点との間の距離が、０．５ｍｍ以下である、試験片。
【請求項２】
標点部を備えるねじり疲労試験用の試験片であって、
前記標点部は、前記標点部にくり返しねじり負荷を加えるための回転の中心軸の方向である前記試験片の軸方向と垂直な断面が、四角形又は三角形であって、（ねじり中心から最短となる表面までの距離）／（ねじり中心から最短となる端部までの距離）が１／√２以下となる形状であり、前記四角形又は三角形の頂点に開口した孔を有し、
前記孔の底部と、前記四角形又は三角形の辺のうちの最長の辺の中点との間の距離ｄが、下記の式（１）を満たす、試験片。
【数１】
0006988474.tif 000009
ただし、ｒはねじり中心から前記中点までの距離であり、√（ａｒｅａ０）は潜在欠陥寸法、√（ａｒｅａｐ）は前記孔の最大主応力面への投影面積の平方根である。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の試験片であって、
前記試験片の軸方向と前記孔とのなす角度が９０°である、試験片。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の試験片であって、
前記試験片の軸方向と前記孔とのなす角度が４５°である、試験片。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の試験片を用いてねじり疲労試験を実施する、試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験片及び試験方法に関し、より詳しくは、ねじり疲労試験用の試験片及びこれを用いた試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃費向上の観点から、自動車部品の軽量化が要求されている。より高強度な材料に交換して設計応力を増加させることで、部品重量を低減する試みが行われている。自動車部品のなかでもエンジンや足回り部品に組み込まれる材料は、１０７〜１０８回程度の超高サイクル域の疲労負荷耐久性が要求される。このような超高サイクル域では、介在物等の内部欠陥が起点となり疲労破壊することが知られている。
【０００３】
村上敬宜、高橋宏治、「ねじり疲労強度に及ぼす引張圧縮疲労試験により導入した微小き裂の影響」、材料、日本材料学会、１９９８年８月、第４７巻、第８号、第８４６−８５１頁は、試験片の表面に人工欠陥を導入して、ねじり疲労限度と欠陥寸法との関係を調査している。村上らによれば、ねじり疲労限度τＷは、下記の式で表される。
【数１】
0006988474.tif 000002
ここで、√（ａｒｅａ）は主応力面における表面欠陥の投影面積の平方根、ＨＶは母材硬さ、Ｆは試験片の形状による補正係数である。
【０００４】
塩澤和章、「高強度鋼の超高サイクル疲労に関する研究動向」、NACHI TECHNICAL REPORT、株式会社不二越、２００７年１０月、第１４号Ａ１は、自然発生した介在物を有する試験片を対象に、介在物起点の疲労破壊を評価している。
【０００５】
鹿島彰浩ほか、「十字型試験片法によるガラス繊維／エポキシ界面のはく離発生位置を考慮した界面はく離クライテリオンの検討」、日本複合材料学会誌、２０１１年、第３７巻、第６号、第２１６−２２５頁は、繊維強化プラスチックを対象に、端部応力より内部応力が高くなる形状を用いた剥離強度試験を実施している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】村上敬宜、高橋宏治、「ねじり疲労強度に及ぼす引張圧縮疲労試験により導入した微小き裂の影響」、材料、日本材料学会、１９９８年８月、第４７巻、第８号、第８４６−８５１頁
【非特許文献２】塩澤和章、「高強度鋼の超高サイクル疲労に関する研究動向」NACHI TECHNICAL REPORT、株式会社不二越、２００７年１０月、第１４号Ａ１
【非特許文献３】鹿島彰浩ほか、「十字型試験片法によるガラス繊維／エポキシ界面のはく離発生位置を考慮した界面はく離クライテリオンの検討」、日本複合材料学会誌、２０１１年、第３７巻、第６号、第２１６−２２５頁
【非特許文献４】「機械工学便覧  基礎編」、日本機械学会、２００５年４月発行
【非特許文献５】中原一郎、大橋弘、「不等辺等角多角形断面棒のねじり」、日本機械学会論文集、１９５５年、２１巻、１０７号、第５３１−５３６頁
【非特許文献６】早川守ほか、「人工欠陥を有する高強度鋼の片振りねじり疲労特性」、２０１６年度秋季ばね及び復元力応用講演会講演論文集、日本ばね学会、２０１６年１１月、第１９−２２頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
微小き裂や微小欠陥が起点となる疲労強度は、ばらつきが大きく、正確な材料−欠陥寸法−疲労限度の相関性を求めるためには、材料試験を行う必要がある。一方、材料内部の欠陥の寸法を統一して試験を実施することは従来不可能であり、内部欠陥起点型破壊については、ランダムに形成された欠陥を測定することで欠陥寸法の影響評価がなされてきた。しかし、この方法では多数の試験を行う必要があり、大きなコストが生じていた。
【０００８】
本発明の目的は、内部欠陥起点型破壊を模擬できる試験片及び試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態による試験片は、標点部を備えるねじり疲労試験用の試験片であって、前記標点部は、前記試験片の軸方向と垂直な断面が、四角形又は三角形であって、（ねじり中心から最短となる表面までの距離）／（ねじり中心から最短となる端部までの距離）が１／√２以下となる形状であり、前記四角形又は三角形の頂点に開口した孔を有し、前記孔の底部と、前記四角形又は三角形の辺のうちの最長の辺の中点との間の距離が、０．５ｍｍ以下である。
【００１０】
本発明の一実施形態による試験片は、標点部を備えるねじり疲労試験用の試験片であって、前記標点部は、前記試験片の軸方向と垂直な断面が、四角形又は三角形であって、（ねじり中心から最短となる表面までの距離）／（ねじり中心から最短となる端部までの距離）が１／√２以下となる形状であり、前記四角形又は三角形の頂点に開口した孔を有し、前記孔の底部と、前記四角形又は三角形の辺のうちの最長の辺の中点との間の距離ｄが、下記の式（１）を満たす。
【数２】
0006988474.tif 000003
ただし、ｒはねじり中心から前記中点までの距離であり、√（ａｒｅａ０）は潜在欠陥寸法、√（ａｒｅａｐ）は前記孔の最大主応力面への投影面積の平方根である。
【００１１】
本発明の一実施形態による試験方法は、上記の試験片を用いてねじり疲労試験を実施する試験方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、内部欠陥起点型破壊を模擬できる試験片及び試験方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態による試験片の斜視図である。
【図２】図２は、図１の試験片の平面図である。
【図３】図３は、図１の試験片の側面図である。
【図４】図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】図５は、表面起点型破壊の進行の様子を示す模式図である。
【図６】図６は、内部欠陥起点型破壊の進行の様子を示す模式図である。
【図７】図７は、（ねじり中心から最短となる辺までの距離）／（ねじり中心から最短となる頂点までの距離）≦１／√２を満たす断面形状の例である。
【図８】図８は、（ねじり中心から最短となる辺までの距離）／（ねじり中心から最短となる頂点までの距離）≦１／√２を満たさない断面形状の例である。
【図９】図９は、本発明の第２の実施形態による試験片の平面図である。
【図１０】図１０は、図９の試験片の側面図である。
【図１１】図１１は、図９の試験片に片振りの繰り返しねじり負荷を加えた場合の主応力面を示す図である。
【図１２】図１２は、図９の試験片に両振りの繰り返しねじり負荷を加えた場合の主応力面を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第３の実施形態による試験片の標点部の断面図である。
【図１４】図１４は、（ねじり中心から最短となる辺までの距離）／（ねじり中心から最短となる頂点までの距離）≦１／√２を満たす断面形状の例である。
【図１５】図１５は、（ねじり中心から最短となる辺までの距離）／（ねじり中心から最短となる頂点までの距離）≦１／√２を満たさない断面形状の例である。
【図１６】図１６は、ＦＥＭで用いたモデルを説明するための図である。
【図１７】図１７は、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図１８】図１８は、数値解析で得られた標点部内のＭｉｓｅｓ応力の等高線図である。
【図１９】図１９は、図１８のＡ部分の拡大図である。
【図２０】図２０は、図１８のＢ部分の拡大図である。
【図２１】図２１は、直方体の中央部から孔を形成した場合における標点部内のＭｉｓｅｓ応力の等高線図である。
【図２２】図２２は、図２１のＡ部分の拡大図である。
【図２３】図２３は、図２１のＢ部分の拡大図である。
【図２４】図２４は、試験後の試験片の表面の写真である。
【図２５】図２５は、試験後の試験片の破面の写真である。
【図２６】図２６は、試験後の試験片の孔導入部の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。
【００１５】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態による試験片１の斜視図である。図２は試験片１の平面図、図３は試験片１の側面図、図４は図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。試験片１は、例えば金属で形成されている。
【００１６】
試験片１は、つかみ部１０Ａ及び１０Ｂと、標点部２０とを備えている。以下、つかみ部１０Ａと１０Ｂとを結ぶ方向（図１〜図４のｘ方向）を、軸方向と呼ぶ。
【００１７】
つかみ部１０Ａ及び１０Ｂは、図示しない試験装置に固定される。図２に示すように、つかみ部１０Ａ及び１０Ｂの一方を固定し、他方を軸方向のまわりに回転させることで、標点部２０にねじり負荷を加えることができる。
【００１８】
つかみ部１０Ａ及び１０Ｂの各々は、軸方向に延びる円柱の一部に、トルク伝達のための平坦部１０ａが形成された形状を有している。これに対し、標点部２０は、図４に示すように、軸方向と垂直な断面（ｙｚ断面）が四角形である。つかみ部１０Ａ及び１０Ｂのそれぞれと標点部２０とは、境界に応力が集中しないように、滑らかに連結されている。
【００１９】
標点部２０には、標点部２０の端辺で開口する孔２１が形成されている。孔２１は、図４に示すように、ｙｚ断面において、四角形の頂点で開口している。
【００２０】
孔２１は、底部２１ａが、四角形の辺のうちの最長の辺の中点である点２０ａの近傍に位置するように形成されている。底部２１ａと点２０ａとの間の距離ｄは、できるだけ短くすることが好ましい。距離ｄは、好ましくは０．５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．３ｍｍ以下である。距離ｄの詳細については後述する。
【００２１】
孔２１の寸法は、これに限定されないが、例えば０．０５〜２ｍｍである。孔２１は、例えば放電加工によって形成することができる。
【００２２】
［試験方法］
本発明の一実施形態による試験方法は、試験片１を用いてねじり疲労試験を実施する試験方法である。より具体的には、試験片１の標点部２０にくり返しねじり負荷を加え、破断までの繰り返し数（サイクル数）と負荷応力との関係を調べる。ねじり疲労試験に用いるねじり試験装置は、汎用のものを用いることができる。
【００２３】
［試験片１の効果］
疲労破壊には、試験片表面を疲労き裂発生起点とする表面起点型破壊と、試験片内部を疲労き裂発生起点とする内部欠陥起点型破壊とがある。図５及び６はそれぞれ、表面起点型破壊及び内部欠陥起点型破壊の進行の様子を示す模式図である。表面起点型破壊ではき裂発生後急速に進展して破断に至るのに対し、内部欠陥起点型破壊はき裂進展速度が遅いため、より高サイクル域で影響が表れる。
【００２４】
表面起点型破壊は試験片の表面に人工欠陥を導入することで模擬することができるのに対し、内部欠陥起点型破壊は、人工欠陥によって模擬することが困難である。すなわち、疲労試験では通常試験片表面に最大応力が生じるため、試験片の表面から人工欠陥を導入すると表面起点型破壊が先行し、内部欠陥起点型破壊を模擬することができない。
【００２５】
本実施形態による試験片１は、標点部２０の軸方向と垂直な断面が四角形である。孔２１は、この四角形の頂点から導入される。孔２１は、底部２１ａが、四角形の辺のうちの最長の辺の中点である点２０ａの近傍に位置するように形成されている。標点部２０にねじり負荷を加えると、点２０ａに最大応力が加わるのに対し、四角形の頂点は理論的には応力がゼロになる（例えば、「機械工学便覧  基礎編」、日本機械学会、２００５年４月発行、α３−１７頁、中原一郎、大橋弘、「不等辺等角多角形断面棒のねじり」、日本機械学会論文集、１９５５年、２１巻、１０７号、第５３１−５３６頁、を参照）。この構成によって、試験片１が孔２１の底部２１aから破壊されるようにできる。すなわち、内部欠陥起点型破壊を模擬できる。
【００２６】
本実施形態によれば、欠陥寸法を統一して内部欠陥起点型破壊を模擬した試験を実施することができ、材料−欠陥寸法−疲労限度の相関性をより正確に評価することができる。また、狙った欠陥寸法の試験ができ、試験コストを削減することができる。
【００２７】
［距離ｄについて］
試験片１が確実に孔２１の底部２１aから破壊されるようにするため、底部２１aと点２０aとの間の距離ｄは、できるだけ小さくすることが好ましい。以下、試験片１が底部２１aから破壊されるようにするための条件を説明する。
【００２８】
表面欠陥を有する材料のせん断疲労限度τｗ’は、下記の式（Ａ）で表すことができる（早川守ほか、「人工欠陥を有する高強度鋼の片振りねじり疲労特性」、２０１６年度秋季ばね及び復元力応用講演会講演論文集、日本ばね学会、２０１６年１１月、第１９−２２頁を参照。）。
【００２９】
【数３】
0006988474.tif 000004
ここで、σｗ＿４５°’はτｗ’における主応力振幅、σｗ＿４５°は平滑材（人工欠陥のない試験片）のせん断疲労限度における主応力振幅であり、平滑材のせん断疲労限度τｗと等しい。√（ａｒｅａｐ）は、人工欠陥の最大主応力面への投影面積の平方根（欠陥寸法、単位はμｍ）である。√（ａｒｅａ０）は潜在欠陥寸法であり、材料固有の値で、例えば、ばね鋼ＳＡＥ９２５４では１６６μｍである。
【００３０】
試験片１のねじり中心２０ｂから点２０ａまでの距離をｒとして（図４を参照）、Ｒ＝ｄ／ｒとする。点２０ａの応力振幅をτとすると、孔２１の底部２１ａの応力振幅は、ねじり中心２０ｂからの距離に比例し、τ（１−Ｒ）となる。
【００３１】
底部２１ａの破断条件は以下の式（Ｂ）、試験片表面部の破断条件は以下の式（Ｃ）で表される。
【数４】
0006988474.tif 000005
【００３２】
式（Ｂ）及び式（Ｃ）の左辺の値が大きくなるほど、疲労限度に対する試験応力が高く、相対的に早く破断する負荷状態となる。底部２１ａが試験片表面部よりも早く破断する条件として、以下の式（Ｄ）が成り立つ。
【００３３】
【数５】
0006988474.tif 000006
【００３４】
式（Ｄ）に式（Ａ）を代入し、整理すると式（１）が求まる。
【数６】
0006988474.tif 000007
【００３５】
例えば、直径０．１ｍｍ、深さ２ｍｍの円柱状の人工欠陥が円柱の軸方向と平行に破断する場合を考えると、√（ａｒｅａｐ）＝√（１００×２０００）〜４４７μｍとなる。√（ａｒｅａ０）＝１００μｍ、ｒ＝１ｍｍとすると、ｄ＜０．５７ｍｍとなる。
【００３６】
以上、本発明の第１の実施形態による試験片及び試験方法を説明した。本実施形態によれば、内部欠陥起点型破壊を模擬できる試験片及び試験方法が得られる。
【００３７】
図４は、標点部２０の断面形状を長方形として図示している。しかし、標点部２０の断面形状は、正方形であってもよい。この場合、「四角形の辺のうちの最長の辺の中点」は、任意の辺の中点である。
【００３８】
標点部２０の断面形状は、加工のしやすさから矩形（内角が９０°の四角形）が好ましいが、これに限定されず、任意の四角形であってもよい。ただし、ねじり中心から最短となる辺までの距離ａのねじり中心から最短となる頂点までの距離ｂに対する比ａ／ｂが１／√２以下である必要がある。図７はａ／ｂ≦１／√２を満たす断面形状の例であり、図８はａ／ｂ≦１／√２を満たさない断面形状の例である。ａ／ｂが１／√２よりも大きいと、頂点に応力が発生する場合がある。ａ／ｂ≦１／√２を満たす限り、標点部２０の断面形状は、菱形、平行四辺形、台形等であってもよい。
【００３９】
図４は、孔２１の底部２１ａが、点２０ａの直上にある場合を図示している。換言すれば、底部２１ａが、標点部２０の幅方向の中点にある場合を図示している。しかし、底部２１ａは、点２０ａの近傍にあればよく、点２０ａの直上になくてもよい。
【００４０】
図１〜図３は、つかみ部１０Ａ及び１０Ｂの各々が、円柱の一部に平坦部１０ａが形成された形状として図示している。しかし、つかみ部１０Ａ及び１０Ｂの形状はこれに限定されず、試験片１が標点部２０で破断するようにできれば任意の形状であってよい。
【００４１】
［第２の実施形態］
図９は、本発明の第２の実施形態による試験片２の平面図である。図１０は、試験片２の側面図である。試験片２は、試験片１の孔２１に代えて、孔２２を有している。
【００４２】
試験片１の孔２１は、試験片１の軸方向（ｘ方向）に対して垂直に形成されている（図２及び図３を参照）。これに対し、試験片２の孔２２は、試験片２の軸方向（ｘ方向）に対して４５°の角度をなす方向に形成されている。孔２２は、その他の点では孔２１と同様の構成を有している。すなわち、孔２２は、底部が、標点部２０の断面である四角形の辺のうちの最長の辺の中点の近傍に位置するように形成されている。
【００４３】
［試験片２の効果］
図１１は、試験片２に片振り（応力比が０）の繰り返しねじり負荷を加えた場合の主応力面を示す図である。図１１に示すように、この場合、主応力面Ｆ１は試験片２の軸方向（ｘ方向）と４５°の角度をなす。
【００４４】
欠陥が疲労限度に及ぼす影響は、主応力面に投影した欠陥寸法に依存する。本実施形態では、平面視（ｘｙ面視）において、主応力面Ｆ１と直交するように孔２２が形成されている。この構成によれば、主応力面に投影した欠陥の形状を、孔の形状（孔を垂直方向から見た形状）に近くできる。そのため、欠陥寸法の制御をより正確に行うことができる。
【００４５】
このように、片振りの疲労試験を実施する場合、試験片２の構成、すなわち、試験片の軸方向と孔とのなす角度を４５°にした構成が好ましい。
【００４６】
以上、本発明の第２の実施形態による試験片２を説明した。本実施形態によれば、片振りの疲労試験に好適な試験片が得られる。
【００４７】
図１２は、試験片２に両振り（応力比が−１）の繰り返しねじり負荷を加えた場合の主応力面を示す図である。図１２に示すように、この場合、試験片２の軸方向（ｘ方向）と±４５°の角度をなす主応力面Ｆ１とＦ２とが交互に表れる。試験片２の構成では、主応力面Ｆ１とＦ２とに投影した欠陥寸法が非対称になる。疲労試験で非対称な応力が加わることは好ましくない。主応力面Ｆ１とＦ２とに投影した欠陥寸法を等しくするためには、試験片の軸方向と孔とのなす角度を９０°にした構成が好ましい。すなわち、両振りの疲労試験を実施する場合、試験片１の構成が好ましい。
【００４８】
上記では、試験片の軸方向と孔とのなす角度を９０°にした構成（試験片１）、及び試験片の軸方向と孔とのなす角度を４５°にした構成（試験片２）を説明した。しかし、試験片の軸方向と孔とのなす角度は、これらの角度以外の角度であってもよい。
【００４９】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態による試験片は、試験片１の標点部２０に代えて、標点部３０を備えている。図１３は、標点部３０の断面図（試験片の軸方向に垂直な断面図）である。試験片１の標点部２０は断面形状が四角形であるのに対し（図４を参照）、標点部３０の断面形状は三角形である。
【００５０】
標点部３０にも、標点部３０の端辺で開口する孔３１が形成されている。孔３１は、図１３に示すように、ｙｚ断面において、三角形の頂点で開口している。孔３１は、底部３１ａが、三角形の辺のうちの最長の辺の中点である点３０ａの近傍に位置するように形成されている。底部３１ａと点３０ａとの間の距離ｄは、第１の実施形態の場合と同様に、できるだけ短くすることが好ましい。
【００５１】
［試験片３の効果］
標点部３０にねじり負荷を加えると、点３０ａに最大応力が加わるのに対し、三角形の頂点は理論的には応力がゼロになる（例えば、前掲「機械工学便覧  基礎編」を参照）。そのため、試験片が孔３１の底部３１aから破壊されるようにできる。
【００５２】
ただし、第１の実施形態の場合と同様に、ねじり中心から最短となる辺までの距離ａのねじり中心から最短となる頂点までの距離ｂに対する比ａ／ｂが１／√２以下である必要がある。図１４はａ／ｂ≦１／√２を満たす断面形状の例であり、図１５はａ／ｂ≦１／√２を満たさない断面形状の例である。ａ／ｂが１／√２よりも大きいと、頂点に応力が発生する場合がある。ａ／ｂ≦１／√２を満たす限り、標点部３０の断面形状は、任意の三角形であってもよい。標点部３０の断面形状は、正三角形であってもよい。この場合、「三角形の辺のうちの最長の辺の中点」は、任意の辺の中点である
【００５３】
以上、本発明の第３の実施形態による試験片を説明した。本実施形態によっても、内部欠陥起点型破壊を模擬できる試験片及び試験方法が得られる。
【００５４】
本実施形態においても、第１の実施形態で説明したように、底部３１ａは、点３０ａの近傍にあればよく、点３０ａの直上になくてもよい。また、第２の実施形態で説明したように、試験片の軸方向（ｘ方向）と孔とのなす角度は、任意の角度であってよい。
【実施例】
【００５５】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されない。
【００５６】
弁ばね用鋼ＳＡＥ９２５４にＶを添加した化学組成を有するφ４ｍｍの線材を準備した。この線材を熱処理して焼戻しマルテンサイト組織とし、表１に示す機械的特性を有する供試材を作製した。
【００５７】
【表１】
0006988474.tif 000008
【００５８】
［有限要素法による数値解析］
まず、ヤング率２０６ＧＰａ、ポアソン比０．３を物性値の変数として与え、有限要素法（ＦＥＭ）による数値解析を実施した。図１６は、ＦＥＭで用いたモデルを説明するための図である。図１７は、図１６のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図である。標点部は、断面形状が３．２ｍｍ×１．５ｍｍの矩形であり、長さが２０ｍｍの直方体とした。直方体の端辺の長さ方向の中点から、直径０．０５ｍｍの円孔が形成されているものとした。孔の底部と、長辺中点との間の距離は０．２ｍｍとした。
【００５９】
節点数は約３３万、要素数は約２３万とした。１．５ｍｍ×３．２ｍｍの端面の一方の節点を完全固定し、他方の節点を多点拘束（ＭＰＣ）してトルクを負荷して、標点部内に発生する応力分布を計算した。
【００６０】
図１８は、数値解析で得られた標点部内のＭｉｓｅｓ応力の等高線図である。図１９及び図２０はそれぞれ、図１８のＡ部分及びＢ部分の拡大図である。色が濃いほど、大きな応力が生じていることを示す。図１８〜図２０から、孔の導入部ではほとんど応力は発生せず、孔の底部付近に最大のＭｉｓｅｓ応力が発生していることが分かる。図示は省略するが、最大主応力についても同じ結果が得られた。
【００６１】
図２１は、比較のために計算した、直方体の中央部から孔を形成した場合における標点部内のＭｉｓｅｓ応力の等高線図である。図２２及び図２３はそれぞれ、図２１のＡ部分及びＢ部分の拡大図である。色が濃いほど、大きな応力が生じていることを示す。この場合、孔の導入部に最も大きな応力が発生していることが分かる。
【００６２】
［実試験］
続いて、実際に試験片を作成してねじり疲労試験を実施した。標点部の断面形状は３．２×１．５ｍｍの矩形とし、放電加工によって０．２ｍｍの円孔を形成した。孔の底部と長辺中点との間の距離は０．２ｍｍとした。
【００６３】
試験後の試験片の外観を図２４〜図２６に示す。図２４は、試験後の試験片の表面の写真であり、図２５は破面の写真であり、図２６は孔導入部の写真である。孔導入部にはき裂が生じておらず、内部起点の疲労破壊を模擬できていることを確認した。
【００６４】
以上、本発明の実施の形態を説明した。上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１，２  試験片
１０Ａ，１０Ｂ  つかみ部
２０，３０  標点部
２１，２２，３１  孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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