(57)【要約】【課題】疲労試験を行うことなく、部品の疲労強度を推定可能な疲労強度推定方法を提供する。【解決手段】疲労強度推定方法は、設定応力比を取得する設定応力比取得ステップと、設定応力比に応じた下限界応力拡大係数範囲および疲労強度に基づいて、応力集中部の表面に仮定される固有き裂の寸法を算出する固有き裂寸法算出ステップと、応力集中部の表面の設定公称応力を取得する設定公称応力取得ステップと、設定公称応力が応力集中部に作用した際の応力集中部の表面からの応力深さ分布を算出する応力分布算出ステップと、想定応力拡大係数範囲を、固有き裂の寸法と応力深さ分布とに基づいて算出する想定応力拡大係数範囲算出ステップと、想定応力拡大係数範囲検証ステップによって、想定応力拡大係数範囲が下限界応力拡大係数範囲と一致すると判定された場合に、設定公称応力を推定疲労強度として決定する推定疲労強度決定ステップとを備える。【選択図】  図１
2018141703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品が有する応力集中部の疲労強度を推定する疲労強度推定方法であって、
任意に設定される応力比である設定応力比を取得する設定応力比取得ステップと、
前記設定応力比に応じて取得される前記部品を形成する材料の下限界応力拡大係数範囲および疲労強度に基づいて、前記応力集中部の表面に仮定される固有き裂の寸法を算出する固有き裂寸法算出ステップと、
前記応力集中部の表面に任意に設定される公称応力である設定公称応力を取得する設定公称応力取得ステップと、
前記設定公称応力が前記応力集中部に作用した際の前記応力集中部の表面からの深さ方向の応力分布である応力深さ分布を算出する応力分布算出ステップと、
前記固有き裂の応力拡大係数範囲である想定応力拡大係数範囲を、前記固有き裂の寸法と前記応力深さ分布とに基づいて算出する想定応力拡大係数範囲算出ステップと、
前記想定応力拡大係数範囲が、前記下限界応力拡大係数範囲と一致するか否かを判定する想定応力拡大係数範囲検証ステップと、
前記想定応力拡大係数範囲検証ステップによって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致すると判定された場合に、前記設定公称応力を推定疲労強度として決定する推定疲労強度決定ステップと、を備えることを特徴とする疲労強度推定方法。
【請求項２】
前記想定応力拡大係数範囲検証ステップによって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致しないと判定された場合に、前記設定公称応力を変更する設定公称応力変更ステップを、さらに備え、
前記設定公称応力取得ステップは前記設定公称応力変更ステップにより変更された値を前記設定公称応力として取得すると共に、
疲労強度推定方法は、前記想定応力拡大係数範囲検証ステップによって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致すると判定されるまで、前記設定公称応力変更ステップ、前記設定公称応力取得ステップ、前記応力分布算出ステップ、前記想定応力拡大係数範囲算出ステップ、前記想定応力拡大係数範囲検証ステップの順で繰返すことを特徴とする請求項１に記載の疲労強度推定方法。
【請求項３】
前記固有き裂の寸法と前記応力深さ分布とに基づいて算出される前記固有き裂の応力比である想定応力比を算出する想定応力比算出ステップと、
前記想定応力比が前記設定応力比と一致するか否かを判定する想定応力比検証ステップと、をさらに備え、
前記想定応力拡大係数範囲検証ステップは、前記想定応力比検証ステップによって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致すると判定された場合に実行されることを特徴とする請求項１または２に記載の疲労強度推定方法。
【請求項４】
前記想定応力比検証ステップによって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致しないと判定された場合に、前記設定応力比を変更する設定応力比変更ステップを、さらに備え、
前記設定応力比取得ステップは、前記設定応力比変更ステップにより変更された値を前記設定応力比として取得すると共に、
疲労強度推定方法は、前記想定応力比検証ステップによって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致すると判定されるまで、前記設定応力比変更ステップ、前記設定応力比取得ステップ、前記固有き裂寸法算出ステップ、前記想定応力比検証ステップの順で繰返すことを特徴とする請求項３に記載の疲労強度推定方法。
【請求項５】
前記応力集中部への表面処理によって生じた前記応力集中部の前記深さ方向の残留応力分布を取得する残留応力分布取得ステップを、さらに備え、
前記応力分布算出ステップは、前記残留応力分布を加味して、前記応力深さ分布を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の疲労強度推定方法。
【請求項６】
前記残留応力分布を加味した前記応力深さ分布を用いて決定された前記推定疲労強度と、前記残留応力分布を加味していない前記応力深さ分布を用いて決定された前記推定疲労強度との差分を、前記応力集中部への表面処理による効果として算出する表面処理効果算出ステップを、さらに備えることを特徴とする請求項５に記載の疲労強度推定方法。
【請求項７】
部品が有する応力集中部の疲労強度を推定する疲労強度推定装置であって、
任意に設定される応力比である設定応力比を取得する設定応力比取得部と、
前記設定応力比に応じて取得される前記部品を形成する材料の下限界応力拡大係数範囲および疲労強度に基づいて、前記応力集中部の表面に仮定される固有き裂の寸法を算出する固有き裂寸法算出部と、
前記応力集中部の表面に任意に設定される公称応力である設定公称応力を取得する設定公称応力取得部と、
前記設定公称応力が前記応力集中部に作用した際の前記応力集中部の表面からの深さ方向の応力分布である応力深さ分布を算出する応力分布算出部と、
前記固有き裂の応力拡大係数範囲である想定応力拡大係数範囲を、前記固有き裂の寸法と前記応力深さ分布とに基づいて算出する想定応力拡大係数範囲算出部と、
前記想定応力拡大係数範囲が、前記下限界応力拡大係数範囲と一致するか否かを判定する想定応力拡大係数範囲検証部と、
前記想定応力拡大係数範囲検証部によって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致すると判定された場合に、前記設定公称応力を推定疲労強度として決定する推定疲労強度決定部と、を備えることを特徴とする疲労強度推定装置。
【請求項８】
前記想定応力拡大係数範囲検証部によって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致しないと判定された場合に、前記設定公称応力を変更する設定公称応力変更部を、さらに備え、
前記設定公称応力取得部は前記設定公称応力変更部により変更された値を前記設定公称応力として取得すると共に、
疲労強度推定装置は、前記想定応力拡大係数範囲検証部によって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致すると判定されるまで、前記設定公称応力変更部、前記設定公称応力取得部、前記応力分布算出部、前記想定応力拡大係数範囲算出部、前記想定応力拡大係数範囲検証部の順で処理を繰返すことを特徴とする請求項７に記載の疲労強度推定装置。
【請求項９】
前記固有き裂の寸法と前記応力深さ分布とに基づいて算出される前記固有き裂の応力比である想定応力比を算出する想定応力比算出部と、
前記想定応力比が前記設定応力比と一致するか否かを判定する想定応力比検証部と、をさらに備え、
前記想定応力拡大係数範囲検証部は、前記想定応力比検証部によって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致すると判定された場合に実行されることを特徴とする請求項７または８に記載の疲労強度推定装置。
【請求項１０】
前記想定応力比検証部によって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致しないと判定された場合に、前記設定応力比を変更する設定応力比変更部を、さらに備え、
前記設定応力比取得部は、前記設定応力比変更部により変更された値を前記設定応力比として取得すると共に、
疲労強度推定装置は、前記想定応力比検証部によって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致すると判定されるまで、前記設定応力比変更部、前記設定応力比取得部、前記固有き裂寸法算出部、前記想定応力比検証部の順で処理を繰返すことを特徴とする請求項９に記載の疲労強度推定装置。
【請求項１１】
前記応力集中部への表面処理によって生じた前記応力集中部の前記深さ方向の残留応力分布を取得する残留応力分布取得部を、さらに備え、
前記応力分布算出部は、前記残留応力分布を加味して、前記応力深さ分布を算出することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の疲労強度推定装置。
【請求項１２】
前記残留応力分布を加味した前記応力深さ分布を用いて決定された前記推定疲労強度と、前記残留応力分布を加味していない前記応力深さ分布を用いて決定された前記推定疲労強度との差分を、前記応力集中部への表面処理による効果として算出する表面処理効果算出部を、さらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の疲労強度推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、材料の疲労強度を推定する疲労強度推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料の疲労強度（疲労限度）の向上策として、ピーニング等の表面加工や窒化処理等の表面硬化処理などの表面処理が知られている。しかしながら、例えばエンジン、タービン、立体駐車場などを構成する部品（機械部品）における段付き、キー溝、孔などの切欠き部といった応力集中が生じる部分（応力集中部）の疲労強度の不足に対しては、ピーニング等の表面加工の施工条件やその効果が明確となっておらず、上述した表面処理を適用する障害となっている。よって、機械部品の切欠き部が有する形状毎に、表面処理の施工条件と、その施工条件で施工した場合の効果を明らかにすることが重要となる。
【０００３】
なお、例えば、特許文献１には、構造物の応力集中部における局所形状に応じた応力集中率と、構造物の疲労寿命評価線図をそれぞれ予め実験等を通して記憶し、これら実験等により求めた応力集中率および疲労寿命評価線図に、有限要素法により算出したピーク応力にあてはめることで、応力集中部の各局所形状に応じた疲労寿命を推定（評価）することが開示されている。また、特許文献２には、疲労試験による応力振幅と繰返し数の関係であるＳ−Ｎ線図の作成を通した、鋳物材の疲労強度評価方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４９０９１号公報
【特許文献２】特開２０１１−５８８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ピーニング等の施工条件による疲労強度の向上効果を確認するためには、長い時間を要する疲労試験を行う必要がある。このため、機械部品の応力集中部が有する狭隘部の条件毎に最適な施工条件を得るには、応力集中部の施工を、施工条件を変えて行うたびに疲労試験を行う必要があるため、多大な時間と労力を要する。このような課題に対して、本発明者らは、鋭意研究により、疲労試験を行うことなく、部品（応力集中部）の疲労強度を推定可能な新たな手法を発明した。
【０００６】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、疲労試験を行うことなく、部品の疲労強度を推定可能な疲労強度推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る疲労強度推定方法は、
部品が有する応力集中部の疲労強度を推定する疲労強度推定方法であって、
任意に設定される応力比である設定応力比を取得する設定応力比取得ステップと、
前記設定応力比に応じて取得される前記部品を形成する材料の下限界応力拡大係数範囲および疲労強度に基づいて、前記応力集中部の表面に仮定される固有き裂の寸法を算出する固有き裂寸法算出ステップと、
前記応力集中部の表面に任意に設定される公称応力である設定公称応力を取得する設定公称応力取得ステップと、
前記設定公称応力が前記応力集中部に作用した際の前記応力集中部の表面からの深さ方向の応力分布である応力深さ分布を算出する応力分布算出ステップと、
前記固有き裂の応力拡大係数範囲である想定応力拡大係数範囲を、前記固有き裂の寸法と前記応力深さ分布とに基づいて算出する想定応力拡大係数範囲算出ステップと、
前記想定応力拡大係数範囲が、前記下限界応力拡大係数範囲と一致するか否かを判定する想定応力拡大係数範囲検証ステップと、
前記想定応力拡大係数範囲検証ステップによって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致すると判定された場合に、前記設定公称応力を推定疲労強度として決定する推定疲労強度決定ステップと、を備える。
【０００８】
上記（１）の構成によれば、例えば部品に形成された切欠き部などである応力集中部の疲労強度の推定を、応力集中部の表面（底表面）に作用すると仮定した設定公称応力によって、応力集中部の表面に仮定した設定応力比により求まる仮想の固有き裂が進展するか否かを計算することにより行う。より詳細には、応力集中部には、設定公称応力によって、その表面から母材内部に向かった応力分布が生じ、固有き裂の先端には、応力集中部の表面からの距離（寸法）に応じた応力がかかるものとして、応力拡大係数範囲（想定応力拡大係数範囲）を算出する。こうして算出した想定応力拡大係数範囲が、設定応力比から得られる材料の下限界応力拡大係数範囲と一致する場合には、その時の設定公称応力が固有き裂の進展を生じさせる公称応力の下限値となるため、推定疲労強度と決定する。このように推定疲労強度を算出することにより、長時間を要する疲労試験を行うことなく、部品の応力集中部の疲労強度を推定することができる。
【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記想定応力拡大係数範囲検証ステップによって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致しないと判定された場合に、前記設定公称応力を変更する設定公称応力変更ステップを、さらに備え、
前記設定公称応力取得ステップは前記設定公称応力変更ステップにより変更された値を前記設定公称応力として取得すると共に、
疲労強度推定方法は、前記想定応力拡大係数範囲検証ステップによって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致すると判定されるまで、前記設定公称応力変更ステップ、前記設定公称応力取得ステップ、前記応力分布算出ステップ、前記想定応力拡大係数範囲算出ステップ、前記想定応力拡大係数範囲検証ステップの順で繰返す。
上記（２）の構成によれば、設定公称応力および固有き裂の寸法に基づいて算出される想定応力拡大係数範囲が、設定応力比に基づいて材料特性として定まる下限界応力拡大係数範囲と一致しない場合には、一致するような設定公称応力が探索されることで、部品の応力集中部の推定疲労強度の推定を行うことができる。
【００１０】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（２）の構成において、
前記固有き裂の寸法と前記応力深さ分布とに基づいて算出される前記固有き裂の応力比である想定応力比を算出する想定応力比算出ステップと、
前記想定応力比が前記設定応力比と一致するか否かを判定する想定応力比検証ステップと、をさらに備え、
前記想定応力拡大係数範囲検証ステップは、前記想定応力比検証ステップによって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致すると判定された場合に実行される。
上記（３）の構成によれば、設定公称応力および固有き裂の寸法に基づいて算出される想定応力比が設定応力比と一致することを前提に、想定応力拡大係数範囲検証ステップによる判定がなされる。これによって、例えば炭素鋼などのように、下限界応力拡大係数範囲および疲労強度が設定応力比に応じた値を有するような材料により応力集中部が形成されている場合であっても、推定疲労強度の適切な推定を行うことができる。なお、応力集中部が鋳鉄を材料とする場合には、本想定応力比算出ステップおよび想定応力比検証ステップは省略が可能となる。
【００１１】
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記想定応力比検証ステップによって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致しないと判定された場合に、前記設定応力比を変更する設定応力比変更ステップを、さらに備え、
前記設定応力比取得ステップは、前記設定応力比変更ステップにより変更された値を前記設定応力比として取得すると共に、
疲労強度推定方法は、前記想定応力比検証ステップによって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致すると判定されるまで、前記設定応力比変更ステップ、前記設定応力比取得ステップ、前記固有き裂寸法算出ステップ、前記想定応力比検証ステップの順で繰返す。
上記（４）の構成によれば、設定公称応力および固有き裂の寸法に基づいて算出される想定応力比が設定応力比に一致しない場合には、一致するような設定応力比が探索されることで、部品の応力集中部の推定疲労強度の適切な決定を図る行うことができる。
【００１２】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の構成において、
前記応力集中部への表面処理によって生じた前記応力集中部の前記深さ方向の残留応力分布を取得する残留応力分布取得ステップを、さらに備え、
前記応力分布算出ステップは、前記残留応力分布を加味して、前記応力深さ分布を算出する。
上記（５）の構成によれば、ピーニングや窒化処理などの表面処理による残留応力分布を例えば数値解析を通して取得し、残留応力を加味した応力深さ分布を用いて推定疲労強度を決定することにより、疲労試験を行うことなく、表面処理後の応力集中部の疲労強度を推定することができる。
【００１３】
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記残留応力分布を加味した前記応力深さ分布を用いて決定された前記推定疲労強度と、前記残留応力分布を加味していない前記応力深さ分布を用いて決定された前記推定疲労強度との差分を、前記応力集中部への表面処理による効果として算出する表面処理効果算出ステップを、さらに備える。
上記（６）の構成によれば、表面処理の有無に応じた２つの推定疲労強度の差分から表面処理による効果を得ることができる。また、残留応力分布の数値解析の条件から表面処理の施工条件を導出することにより、応力集中部への表面処理の施工条件に応じた効果を明らかにすることができる。よって、こうした施工条件で応力集中部に表面処理を施工することにより、部品の疲労強度を向上させることができる。
【００１４】
（７）本発明の少なくとも一実施形態に係る疲労強度推定装置は、
部品が有する応力集中部の疲労強度を推定する疲労強度推定装置であって、
任意に設定される応力比である設定応力比を取得する設定応力比取得部と、
前記設定応力比に応じて取得される前記部品を形成する材料の下限界応力拡大係数範囲および疲労強度に基づいて、前記応力集中部の表面に仮定される固有き裂の寸法を算出する固有き裂寸法算出部と、
前記応力集中部の表面に任意に設定される公称応力である設定公称応力を取得する設定公称応力取得部と、
前記設定公称応力が前記応力集中部に作用した際の前記応力集中部の表面からの深さ方向の応力分布である応力深さ分布を算出する応力分布算出部と、
前記固有き裂の応力拡大係数範囲である想定応力拡大係数範囲を、前記固有き裂の寸法と前記応力深さ分布とに基づいて算出する想定応力拡大係数範囲算出部と、
前記想定応力拡大係数範囲が、前記下限界応力拡大係数範囲と一致するか否かを判定する想定応力拡大係数範囲検証部と、
前記想定応力拡大係数範囲検証部によって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致すると判定された場合に、前記設定公称応力を推定疲労強度として決定する推定疲労強度決定部と、を備える。
【００１５】
上記（７）の構成によれば、上記（１）と同様の効果を奏することができる。
【００１６】
（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の構成において、
前記想定応力拡大係数範囲検証部によって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致しないと判定された場合に、前記設定公称応力を変更する設定公称応力変更部を、さらに備え、
前記設定公称応力取得部は前記設定公称応力変更部により変更された値を前記設定公称応力として取得すると共に、
疲労強度推定装置は、前記想定応力拡大係数範囲検証部によって、前記想定応力拡大係数範囲が前記下限界応力拡大係数範囲と一致すると判定されるまで、前記設定公称応力変更部、前記設定公称応力取得部、前記応力分布算出部、前記想定応力拡大係数範囲算出部、前記想定応力拡大係数範囲検証部の順で処理を繰返す。
上記（８）の構成によれば、上記（２）と同様の効果を奏することができる。
【００１７】
（９）幾つかの実施形態では、上記（７）〜（８）の構成において、
前記固有き裂の寸法と前記応力深さ分布とに基づいて算出される前記固有き裂の応力比である想定応力比を算出する想定応力比算出部と、
前記想定応力比が前記設定応力比と一致するか否かを判定する想定応力比検証部と、をさらに備え、
前記想定応力拡大係数範囲検証部は、前記想定応力比検証部によって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致すると判定された場合に実行される。
上記（９）の構成によれば、上記（３）と同様の効果を奏することができる。
【００１８】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の構成において、
前記想定応力比検証部によって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致しないと判定された場合に、前記設定応力比を変更する設定応力比変更部を、さらに備え、
前記設定応力比取得部は、前記設定応力比変更部により変更された値を前記設定応力比として取得すると共に、
疲労強度推定装置は、前記想定応力比検証部によって前記想定応力比と前記設定応力比とが一致すると判定されるまで、前記設定応力比変更部、前記設定応力比取得部、前記固有き裂寸法算出部、前記想定応力比検証部の順で処理を繰返す。
上記（１０）の構成によれば、上記（４）と同様の効果を奏することができる。
【００１９】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（７）〜（１０）の構成において、
前記応力集中部への表面処理によって生じた前記応力集中部の前記深さ方向の残留応力分布を取得する残留応力分布取得部を、さらに備え、
前記応力分布算出部は、前記残留応力分布を加味して、前記応力深さ分布を算出する。
上記（１１）の構成によれば、上記（５）と同様の効果を奏することができる。
【００２０】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）の構成において、
前記残留応力分布を加味した前記応力深さ分布を用いて決定された前記推定疲労強度と、前記残留応力分布を加味していない前記応力深さ分布を用いて決定された前記推定疲労強度との差分を、前記応力集中部への表面処理による効果として算出する表面処理効果算出部を、さらに備える。
上記（１２）の構成によれば、上記（６）と同様の効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、疲労試験を行うことなく、部品の疲労強度を推定可能な疲労強度推定方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る疲労強度推定方法示す図であり、特に、下限界応力拡大係数範囲および疲労強度が応力比によってあまり変化しない材料を対象とする。
【図２】本発明の一実施形態に係る応力集中部１２に仮定した固有き裂を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る疲労強度推定方法示す図であり、設定応力比を決定するフローを含む。
【図４】本発明の一実施形態に係る疲労強度推定方法示す図であり、表面処理による残留応力を加味して応力深さ分布を算出するステップを含む。
【図５】本発明の一実施形態に係る応力集中部に表面処理をしていない場合における、実験による疲労強度と推定疲労強度との一致度を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る応力集中部に表面処理を施工した場合における、実験による疲労強度と推定疲労強度との一致度を説明するための図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る応力集中部の深さ方向の残留応力分布を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る疲労試験を説明するための図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る疲労強度推定方法示す図であり、表面処理による効果を算出する。
【図１０】本発明の一実施形態に係る疲労強度推定装置の構成を示す図であり、図３または図４に示す疲労強度推定方法を実行可能に構成される。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態に係る疲労強度推定方法示す図であり、特に、下限界応力拡大係数範囲ΔＫｔｈ、Ｒおよび疲労強度Δσｔｈ、Ｒから算出される固有き裂Ｃの寸法ａ０が応力比によってあまり変化しない材料を対象とする。図２は、本発明の一実施形態に係る応力集中部１２に仮定した固有き裂Ｃを説明するための図である。図３は、本発明の一実施形態に係る疲労強度推定方法示す図であり、設定応力比Ｒを決定するフローを含む。図４は、本発明の一実施形態に係る疲労強度推定方法示す図であり、表面処理による残留応力σｒ（ｄ）を加味して応力深さ分布σ（ｄ）を算出するステップを含む。図５は、本発明の一実施形態に係る応力集中部１２に表面処理をしていない場合における、実験による疲労強度と推定疲労強度との一致度を説明するための図である。図６は、本発明の一実施形態に係る応力集中部１２に表面処理を施工した場合における、実験による疲労強度と推定疲労強度との一致度を説明するための図である。図７は、本発明の一実施形態に係る応力集中部１２の深さ方向の残留応力分布σｒ（ｄ）を示す図である。また、図８は、疲労試験を説明するための図である。
【００２５】
図１、図３、図４に示されるように、疲労強度推定方法は、部品１が有する応力集中部１２の疲労強度を推定する疲労強度推定方法であり、部品１に対して疲労試験などをした場合に応力集中部１２で生じる現象を説明できるようなパラメータ（後述する応力拡大係数範囲や応力比）の具体的な値の探索を通して、疲労強度の推定値（推定疲労強度）を決定する。ここで、破壊力学において、部品１（主に金属部品）の破壊は、部品１を用いた機械の使用中に、部品１に荷重が繰返し加えられることにより応力集中部１２の表面１３の固有き裂Ｃが進展し、破損することにより生ずると考えらことができる。疲労試験（図８参照）は部品１の疲労強度を測定できるものの、引張と圧縮の周期的な荷重を部品１が破断するまで繰返しかけて行う必要があるので長時間を要するが、本疲労強度推定方法によれば、疲労試験を行うことなく疲労強度の推定が可能となる。
【００２６】
そして、図１、図３、図４に示されるように、本疲労強度推定方法は、設定応力比取得ステップ（Ｓ１）と、固有き裂寸法算出ステップ（Ｓ２ａ〜Ｓ２ｂ）と、設定公称応力取得ステップ（Ｓ３）と、応力分布算出ステップ（Ｓ４）と、想定応力拡大係数範囲算出ステップ（Ｓ５）と、想定応力拡大係数範囲検証ステップ（Ｓ６）と、推定疲労強度決定ステップ（Ｓ７）と、を備える。
なお、上述した部品１としては、例えばエンジン、タービン、立体駐車場などを構成する段付き軸などの機械部品が挙げられ、応力集中部１２としては、機械部品に形成された、段付きや、キー溝、孔、えぐりなどの切欠き部などが挙げられる。例えば、図８の例示では、部品１は棒状の段付き軸であり、棒状の周方向に沿ってえぐられた形状を形成する応力集中部１２を有している。
以下、図１、図３、図４に示される疲労強度推定方法について、各方法に共通するステップを図１のステップの順に沿って説明する。
【００２７】
ステップＳ１において、設定応力比取得ステップを実行する。設定応力比取得ステップ（Ｓ１）は、任意に設定される応力比である設定応力比Ｒを取得する。設定応力比Ｒは任意に決定され、決定された値を取得する。設定応力比Ｒは、後述するように、下限界応力拡大係数範囲ΔＫｔｈ、Ｒおよび疲労強度Δσｔｈ、Ｒ（以下、これらを適宜、強度パラメータと総称する。）を求めるのに用いられる。また、応力比は、最小応力σｍｉｎ÷最大応力σｍａｘもしくは、最小応力拡大係数Ｋｍｉｎ÷最大応力拡大係数Ｋｍａｘで定義される。例えば、疲労試験では、引張荷重および圧縮荷重の周期的な荷重を繰返し部品１にかけるが、応力比は、引張荷重による応力と圧縮荷重による応力の比に対応している。例えば、図８に示されるような、回転する試験片に対して同一方向から一定荷重をかける場合には、部品１の各部分に同一の大きさの逆向きの荷重（σｍａｘ＝−σｍｉｎ）が周期的にかかるので、設定応力比Ｒは−１になる。応力比は、このようなことを表すパラメータである。
【００２８】
なお、例えば、応力集中部１２を形成する材料が、鋳鉄の場合には設定応力比の値によらず強度パラメータから算出される固有き裂Ｃの寸法ａ０は概ね同じ値となる。このような場合に特に対応するのが図１にされる疲労強度推定方法である。他方、例えば炭素鋼では、強度パラメータから算出される固有き裂Ｃの寸法ａ０は設定応力比の値に応じて変わる。このような場合に特に対応するのが図３〜図４にされる疲労強度推定方法である。
【００２９】
ステップＳ２（Ｓ２ａ〜Ｓ２ｂ）において、固有き裂寸法算出ステップを実行する。固有き裂寸法算出ステップ（Ｓ２）は、設定応力比Ｒに応じて取得される部品１を形成する材料の下限界応力拡大係数範囲ΔＫｔｈ、Ｒおよび疲労強度Δσｔｈ、Ｒに基づいて、部品１の表面１３に仮定される固有き裂Ｃの寸法を算出する。固有き裂Ｃは仮想的なき裂であり、固有き裂Ｃが進展することで応力集中部１２の破壊が生じると仮定する。具体的には、図２に示されるように、応力集中部１２の例えば底部における母材には固有き裂Ｃの存在が仮定されており、固有き裂Ｃは、応力集中部１２の表面１３から母材の深さ方向にａ０の距離だけ伸びている。これが、固有き裂Ｃの寸法ａ０となる。図１に示される実施形態では、固有き裂寸法算出ステップ（Ｓ２）は２つのステップからなり、ステップＳ２ａで、上記の強度パラメータを後述する強度データベースから取得し、ステップＳ２ｂで、強度パラメータを用いて固有き裂Ｃの寸法ａ０を算出する。なお、図８の段付き軸部品は、その一部に溝からなる応力集中部１２が形成されているが、その底部とは、最もえぐられた部分（段付き軸の外面からか最も離れた部分）を含む部分となる。
【００３０】
詳述すると、一般に、材料の下限界応力拡大係数範囲ΔＫｔｈ、Ｒおよび疲労強度σｔｈ、Ｒは応力比に応じた値を有しており、材料毎に予め調べられてデータベース化（以下、強度データベースという。）されている。よって、設定応力比Ｒに対応した強度パラメータの値を強度データベースからそれぞれ取得することが可能である。また、疲労によるき裂は材料の表面から発生すると考えられる。よって、図２に示されるように、応力集中部１２の表面１３に深さ方向に沿った寸法ａ０を有する固有き裂Ｃの存在を仮定すると、固有き裂の寸法ａ０は、固有き裂Ｃや部品１の形状に応じて定まる形状パラメータをｆとして、強度データベースから得られる設定応力比Ｒに対応した強度パラメータを用いて、下記（１）式で計算される。
ａ０＝（１／π）×｛ΔＫｔｈ、Ｒ／（ｆ×Δσｔｈ、Ｒ）｝2・・・（１）
【００３１】
ステップＳ３において、設定公称応力取得ステップを実行する。設定公称応力取得ステップ（Ｓ３）は、応力集中部１２の表面１３に任意に設定される公称応力である設定公称応力σ０を決定する。つまり、設定公称応力σ０は、図２に示されるように、応力集中部１２の表面１３に作用する応力となる。また、ここでは、引張応力の大きさ＋σ０であり、圧縮応力の大きさが−σ０となる。
【００３２】
ステップＳ４において、応力分布算出ステップを実行する。応力分布算出ステップ（Ｓ４）は、設定公称応力σ０が応力集中部１２に作用した際の応力集中部１２の表面１３からの深さ方向の応力分布である応力深さ分布σ（ｄ）を算出する。図２に示されるように、深さ方向は、応力集中部１２の表面１３に直交する方向であって、部品１の内部（母材内部）に向かう方向である。また、応力深さ分布σ（ｄ）は、応力集中部１２の表面１３を０とした深さ方向における応力の分布であり、応力深さ分布σ（ｄ）により表面からの深さ距離ｄにおける応力を求めることが可能となる。例えば、この応力深さ分布σ（ｄ）は、ＦＥＭなどの数値解析により算出しても良く、この場合の荷重条件は、設定公称応力σ０が応力集中部１２の表面１３から深さ方向に向けて作用するといったものとなる。なお、図２の破線は、公称応力分布であり、実線は、応力集中を含む最大応力分布（σｍａｘ）および最小応力分布（σｍｉｎ）であり、上記の応力深さ分布σ（ｄ）は実線に対応する。
【００３３】
ステップＳ５において、想定応力拡大係数範囲算出ステップを実行する。想定応力拡大係数範囲算出ステップは、固有き裂Ｃの応力拡大係数範囲である想定応力拡大係数範囲ΔＫを、固有き裂Ｃの寸法ａ０と応力深さ分布σ（ｄ）とに基づいて算出する。つまり、応力集中部１２の表面１３に仮定した固有き裂Ｃに対して、設定公称応力σ０を基準とする応力深さ分布σ（ｄ）が作用した場合の応力拡大係数範囲（想定応力拡大係数範囲ΔＫ）を算出する。
【００３４】
ここで、応力拡大係数範囲は、最大応力拡大係数Ｋｍａｘから最小応力拡大係数Ｋｍｉｎを減算することにより、算出される（ΔＫ＝Ｋｍａｘ−Ｋｍｉｎ）。また、最大応力拡大係数Ｋｍａｘおよび最小応力拡大係数Ｋｍｉｎは、応力深さ分布σ（ｄ）を用いて、例えば周知な重ね合わせの式などから算出される。なお、重ね合わせの式は、ＫｍａｘあるいはＫｍｉｎをＫ、距離ｄをｘとすると、Ｋ＝２×√（ａ０／π）×∫［｛（１＋Ｆ（ｘ／ａ０））／√（ａ０２−ｘ２）｝×σ（ｘ）］ｄｘであり、積分は０〜ａ０で行う。ここで、Ｆ（ｘ／ａ０）は、き裂や部材の形状等による補正係数である。
【００３５】
ステップＳ６において、想定応力拡大係数範囲検証ステップを実行する。想定応力拡大係数範囲検証ステップ（Ｓ６）は、想定応力拡大係数範囲ΔＫが、下限界応力拡大係数範囲ΔＫｔｈ、Ｒと一致するか否かを判定する。想定応力拡大係数範囲検証ステップ（Ｓ６）において、一致の判定がなされた場合には次のステップＳ７に進む。なお、不一致の判定の場合については後述する。
【００３６】
また、ステップＳ７において、推定疲労強度決定ステップを実行する。推定疲労強度決定ステップ（Ｓ７）は、想定応力拡大係数範囲検証ステップによって、想定応力拡大係数範囲が下限界応力拡大係数範囲ΔＫｔｈ、Ｒと一致すると判定された場合に、ステップＳ３で取得した設定公称応力σ０を推定疲労強度として決定する。想定応力拡大係数範囲ΔＫは、上述したように、任意に設定された設定公称応力σ０に基づいて算出されるものである。よって、想定応力拡大係数範囲ΔＫが、設定応力比Ｒに対応した下限界応力拡大係数範囲ΔＫｔｈ、Ｒに一致したことは、設定応力比Ｒを応力集中部１２の表面に生じさせる公称応力が設定公称応力σ０であること、および、この設定公称応力σ０が固有き裂Ｃの進展を生じさせる公称応力の下限値であることを意味する。よって、想定応力拡大係数範囲が下限界応力拡大係数範囲ΔＫｔｈ、Ｒと一致した場合の設定公称応力σ０を、応力集中部１２の推定疲労強度として決定することが可能となる。
【００３７】
ここで、上述した疲労強度推定方法により決定した推定疲労強度と、実際に疲労試験を行うことにより計測した実験による疲労強度との一致度を、図５〜図６を用いて説明する。図５および図６では、横軸が実験による疲労強度に対応し、縦軸が推定疲労強度に対応する。また、実験による疲労強度と推定疲労強度が完全に一致する場合には、各々の値の交点が斜めに引いた線（一致線Ｌ）上にプロットされることになる。そして、図５および図６に示されるように、互いに異なる種類となる６つの部品１（応力集中部１２）を試験片として疲労試験を行った結果、実験による疲労強度と、本疲労強度推定方法により決定した推定疲労強度との各々の値の交点は、上述した両者の一致を示す一致線Ｌの近傍に位置しており、両者の結果は概ね一致することが確かめられた。また、応力集中部１２にショットピーニングを施工していない場合（図５）と、応力集中部１２にショットピーニングを施工した場合（図６）との両方において一致度が良いため、表面処理の有無にかかわらず、本疲労強度推定方法により決定した推定疲労強度は、実験による疲労強度と概ね一致することが確かめられた。
【００３８】
上記の構成によれば、例えば部品１に形成された切欠き部などである応力集中部１２の疲労強度の推定を、応力集中部１２の表面１３（底表面）に作用すると仮定した設定公称応力σ０によって、応力集中部１２の表面１３に仮定した設定応力比Ｒにより求まる仮想の固有き裂Ｃが進展するか否かを計算することにより行う。より詳細には、応力集中部１２には、設定公称応力によって、その表面１３から母材内部に向かった応力分布が生じ、固有き裂Ｃには、応力集中部１２の表面１３からの距離（寸法ａ０）に応じた応力分布がかかるものとして、応力拡大係数範囲（想定応力拡大係数範囲ΔＫ）を算出する。こうして算出した想定応力拡大係数範囲ΔＫが、設定応力比Ｒから得られる材料の下限界応力拡大係数範囲と一致する場合には、その時の設定公称応力σ０が固有き裂Ｃの進展を生じさせる公称応力の下限値となるため、推定疲労強度と決定する。このように推定疲労強度を算出することにより、長時間を要する疲労試験を行うことなく、部品の応力集中部１２の疲労強度を推定することができる。
【００３９】
なお、上述した実施形態（図１、図３、図４）では、設定応力比取得ステップ（Ｓ１）および固有き裂寸法算出ステップ（Ｓ２：Ｓ２ａ〜Ｓ２ｂ）の実行後に、設定公称応力取得ステップ（Ｓ３）および応力分布算出ステップ（Ｓ４）を実行しているが、この順番は逆でも良い。つまり、想定応力拡大係数範囲算出ステップ（Ｓ５）を実行する前に、応力深さ分布σｒ（ｄ）と固有き裂Ｃの寸法ａ０を求めることができる順序であれば、ステップＳ１〜Ｓ４の順序は問わない。
【００４０】
また、幾つかの実施形態では、図１、図３、図４に示されるように、上述した疲労強度推定方法は、想定応力拡大係数範囲検証ステップ（Ｓ６）によって、想定応力拡大係数範囲ΔＫが下限界応力拡大係数範囲ΔＫｔｈ、Ｒと一致しないと判定された場合に、設定公称応力σ０を変更する設定公称応力変更ステップ（Ｓ６１）を、さらに備える。この場合、設定公称応力取得ステップ（Ｓ３）は、設定公称応力変更ステップ（Ｓ６）により変更された値を新たな設定公称応力σ０として取得する。また、疲労強度推定方法は、想定応力拡大係数範囲検証ステップ（Ｓ６）によって、想定応力拡大係数範囲ΔＫが下限界応力拡大係数範囲ΔＫｔｈ、Ｒと一致すると判定されるまで、設定公称応力変更ステップ（Ｓ６１）、設定公称応力取得ステップ（Ｓ３）、応力分布算出ステップ（Ｓ４）、想定応力拡大係数範囲算出ステップ（Ｓ５）、想定応力拡大係数範囲検証ステップ（Ｓ６）の順で繰返す。つまり、新たな設定公称応力σ０に基づく想定応力拡大係数範囲ΔＫの算出を、想定応力拡大係数範囲検証ステップ（Ｓ６）による一致との判定が得られるまで繰り返す。
【００４１】
上記の構成によれば、設定公称応力σ０および固有き裂Ｃの寸法ａ０に基づいて算出される想定応力拡大係数範囲ΔＫが、設定応力比Ｒに基づいて材料特性として定まる下限界応力拡大係数範囲ΔＫｔｈ、Ｒと一致しない場合には、一致するような設定公称応力σ０が探索されることで、部品１の応力集中部１２の推定疲労強度の推定を行うことができる。
【００４２】
次に、応力集中部１２を形成する材料が例えば炭素鋼などである場合のように、強度パラメータから算出される算出される固有き裂Ｃの寸法ａ０が設定応力比の値に応じて変わる場合に特に適した疲労強度推定方法を、図３〜図４を用いて説明する。
【００４３】
幾つかの実施形態では、図３〜図４に示されるように、上述した疲労強度推定方法は、固有き裂Ｃの寸法ａ０と応力深さ分布σ（ｄ）とに基づいて算出される固有き裂Ｃの応力比である想定応力比Ｒｃを算出する想定応力比算出ステップ（Ｓ５１）と、想定応力比Ｒｃが設定応力比Ｒと一致するか否かを判定する想定応力比検証ステップ（Ｓ５１）と、をさらに備える。そして、想定応力拡大係数範囲検証ステップ（Ｓ６）は、想定応力比検証ステップ（Ｓ５２）によって想定応力比Ｒｃと設定応力比Ｒとが一致すると判定された場合に実行される。つまり、本実施形態では、ステップＳ１〜ステップＳ２を通して算出した固有き裂Ｃの寸法ａ０と、ステップＳ３〜ステップＳ４を通して算出した応力深さ分布σ（ｄ）とに基づいて、固有き裂Ｃの想定応力拡大係数範囲ΔＫと共に、想定応力比Ｒｃを算出する。想定応力比Ｒｃは、応力深さ分布σ（ｄ）から算出されるＫｍａｘおよびＫｍｉｎを用いて、Ｒｃ＝Ｋｍｉｎ／Ｋｍａｘとして算出する。
【００４４】
応力集中部１２の材料が例えば炭素鋼である場合には、その強度パラメータは、応力比に応じた値となる。仮に、設定公称応力σ０および固有き裂の寸法ａ０に基づいて算出される想定応力比Ｒｃと、任意に設定される設定応力比Ｒとが異なっていると、両者の計算において応力集中部１２に作用する応力に関する条件が異なることになるため、推定疲労強度を適切に決定することができない。よって、本実施形態では、想定応力拡大係数範囲検証ステップ（Ｓ６）による想定応力拡大係数範囲ΔＫと下限界応力拡大係数範囲ΔＫｔｈ、Ｒとが一致するかの判定の前提として、想定応力比算出ステップ（Ｓ５１）および想定応力比検証ステップ（Ｓ５２）により、想定応力比Ｒｃと設定応力比Ｒとが一致するようにしている。
【００４５】
上記の構成によれば、設定公称応力σ０および固有き裂の寸法ａ０に基づいて算出される想定応力比Ｒｃが設定応力比Ｒと一致することを前提に、想定応力拡大係数範囲検証ステップ（Ｓ６）による判定がなされる。これによって、例えば炭素鋼などのように、下限界応力拡大係数範囲ΔＫｔｈ、Ｒおよび疲労強度σｔｈ、Ｒから算出される固有き裂Ｃの寸法ａ０が設定応力比Ｒに応じた値を有するような材料により応力集中部１２が形成されている場合であっても、推定疲労強度の適切な推定を行うことができる。なお、応力集中部１２が鋳鉄を材料とする場合には、本想定応力比算出ステップ（Ｓ５１）および想定応力比検証ステップ（Ｓ５２）は省略が可能となる。
【００４６】
なお、上述した実施形態（図３、図４）では、想定応力拡大係数範囲算出ステップ（Ｓ５）の実行後に、本想定応力比算出ステップ（Ｓ５１）および想定応力比検証ステップ（Ｓ５２）を実行しているが、想定応力比Ｒｃが算出できれば、その順序は変えても良い。また、想定応力拡大係数範囲算出ステップ（Ｓ５）は、想定応力比検証ステップ（Ｓ５２）で一致の判定をした後に実行するようにしても良い。
【００４７】
また、幾つかの実施形態では、図３〜図４に示されるように、上述した疲労強度推定方法は、想定応力比検証ステップ（Ｓ５２）によって想定応力比Ｒｃと設定応力比Ｒとが一致しないと判定された場合に、設定応力比Ｒを変更する設定応力比変更ステップ（Ｓ５３）を、さらに備える。この場合、設定応力比取得ステップ（Ｓ１）は、設定応力比変更ステップ（Ｓ５３）により変更された値を設定応力比として取得する。また、疲労強度推定方法は、想定応力比検証ステップ（Ｓ５２）によって想定応力比と設定応力比とが一致すると判定されるまで、設定応力比変更ステップ（Ｓ５３）、設定応力比取得ステップ（Ｓ１）、固有き裂寸法算出ステップ（Ｓ２）、想定応力比検証ステップ（Ｓ５２）の順で繰返す。
【００４８】
より具体的には、例えば、設定応力比変更ステップ（Ｓ５３）において、直前に算出した想定応力比Ｒｃを設定応力比Ｒとして決定しても良い。この場合には、想定応力比検証ステップ（Ｓ５２）による一致との判定が得られることになる。ただし、その後に実行する想定応力拡大係数範囲検証ステップ（Ｓ６）で不一致との判定が成されると、設定公称応力σ０が更新される（Ｓ６１）。設定公称応力σ０が更新されると、これに応じて応力深さ分布σ（ｄ）が変わる。よって、想定応力比Ｒｃも変わることになり、このために想定応力比Ｒｃと設定応力比Ｒとは一致しなくなる場合には、再度、設定応力比変更ステップ（Ｓ５３）を行うことになる。つまり、想定応力拡大係数範囲検証ステップ（Ｓ７）が一致を判定するまで、設定応力比変更ステップ（Ｓ５２）、設定応力比取得ステップ（Ｓ１）、固有き裂寸法算出ステップ（Ｓ２）、想定応力拡大係数範囲算出ステップ（Ｓ５）想定応力比算出ステップ（Ｓ５１）、想定応力比検証ステップ（Ｓ５２）の順で繰返されることになる。
【００４９】
上記の構成によれば、応力深さ分布σ（ｄ）から定まる想定応力比Ｒｃが設定応力比Ｒに一致しない場合には、一致するような設定応力比Ｒが探索されることで、部品１の応力集中部１２の推定疲労強度が適切に決定されることを図る行うことができる。
【００５０】
次に、応力集中部１２への表面処理を行った場合の疲労強度の算出について、図４を用いて説明する。
幾つかの実施形態では、図４に示されるように、上述した疲労強度推定方法は、応力集中部１２への表面処理によって生じた応力集中部１２の深さ方向の残留応力分布σｒ（ｄ）を取得する残留応力分布取得ステップ（Ｓ３１）を、さらに備える。そして、応力分布算出ステップ（Ｓ３１）は、残留応力分布σｒ（ｄ）を加味して、応力深さ分布σ（ｄ）を算出する。例えばショットピーニングでは、無数の鉄の玉を高速度で金属表面に衝突させるが、これによって加工表面近傍には圧縮残留応力が生じる。そして、圧縮残留応力によって、応力集中部１２に作用する引張応力が相殺されることで、疲労強度が増加される。よって、ショットピーニングなどの表面処理により生じる残留応力分布σｒ（ｄ）をＦＥＭなどの数値解析により求め、設定公称応力σ０を基準とする応力深さ分布σ（ｄ）に反映した上で、強度パラメータを求めることで、表面処理後の推定疲労強度を求めることができる。
【００５１】
例えば、応力集中部１２に対してショットピーニングを行うことで、図７の破線で示す残留応力分布が生じている場合において、図７の実線で示す同図に示す応力分布が作用した場合には、応力分布算出ステップ（Ｓ３１）において、実線から破線を引いた結果の分布を応力深さ分布σ（ｄ）とすることで、残留応力分布σｒ（ｄ）を加味した応力深さ分布σ（ｄ）を算出する。
【００５２】
上記の構成によれば、ピーニングや窒化処理などの表面処理による残留応力分布σｒ（ｄ）を例えば数値解析を通して取得し、残留応力を加味した応力深さ分布σ（ｄ）を用いて推定疲労強度を決定することにより、疲労試験を行うことなく、表面処理後の応力集中部の疲労強度を推定することができる。
【００５３】
次に、応力集中部１２への表面処理を行った場合の効果の算出について、図９を用いて説明する。
幾つかの実施形態では、図９に示されるように、上述した疲労強度推定方法は、残留応力分布σｒ（ｄ）を加味した応力深さ分布σ（ｄ）を用いて決定された推定疲労強度と、残留応力分布σｒ（ｄ）を加味していない応力深さ分布σ（ｄ）を用いて決定された推定疲労強度との差分を、応力集中部１２への表面処理による効果として算出する表面処理効果算出ステップ（Ｓ８）を、さらに備える。具体的には、図６はショッピーニングを施工した場合の推定疲労強度を示すが、図６にプロットされた各記号で示される値から、表面処理がない場合を示す図５にプロットされている同じ記号で示される値の差分を算出することで、その差分を表面処理の効果とする。
【００５４】
図９に示される実施形態では、ステップＳ８において、上述した図１や図３を用いて説明した方法により参照表面処理なし時の推定疲労強度を決定し、ステップＳ９において、上述した図４を用いて説明した方法により表面処理あり時の推定疲労強度を決定している。その後、ステップＳ１０において、ステップＳ８で算出した推定疲労強度とステップＳ９で算出した推定疲労強度との差分を表面処理の効果として算出している。
【００５５】
上記の構成によれば、表面処理の有無に応じた２つの推定疲労強度の差分から表面処理による効果を得ることができる。また、残留応力分布σｒ（ｄ）の数値解析の条件から表面処理の施工条件を導出することにより、応力集中部１２への表面処理の施工条件に応じた効果を明らかにすることができる。よって、こうした施工条件で応力集中部１２に表面処理を施工することにより、部品１の疲労強度を向上させることができる。
【００５６】
以下、上述した疲労強度推定方法を実行する疲労強度推定装置３を、図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の一実施形態に係る疲労強度推定装置３の構成を示す図であり、図３または図４に示す疲労強度推定方法を実行する。なお、以下で説明する疲労強度推定装置３の機能部は、上述した同様の名称の疲労強度推定方法のステップと同じ内容を実行する機能部であるため、詳細な説明は省略する。
【００５７】
疲労強度推定装置３は、部品１が有する応力集中部１２の疲労強度を推定する装置であって、図１０に示されるように、設定応力比取得部３１と、固有き裂寸法算出部３２と、設定公称応力取得部（応力情報取得部３３）と、応力分布算出部３４と、想定応力拡大係数範囲算出部（想定強度パラメータ算出部３５）と、想定応力拡大係数範囲検証部（想定強度パラメータ検証部３６）と、推定疲労強度決定部３７と、を備える。疲労強度推定装置３は、コンピュータで構成されており、図示しないＣＰＵ（プロセッサ）や、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリや補助記憶装置（記憶装置）、外部通信インタフェースを備えている。そして、主記憶装置にロードされたプログラム（状態監視プログラム）の命令に従ってＣＰＵが動作（データの演算など）することで、上記の各機能部を実現する。
【００５８】
図１０に示される実施形態では、設定応力比取得部３１は、設定応力比Ｒが入力されるように構成されると共に、固有き裂寸法算出部３２に接続されている。固有き裂寸法算出部３２は、強度データベースに接続されており、固有き裂Ｃの寸法ａ０を、想定強度パラメータ算出部３５に出力する。他方、応力情報取得部３３は、設定公称応力σ０が入力されるように構成されると共に、応力分布算出部３４に接続されている。応力分布算出部３４は、算出した応力深さ分布σｒ（ｄ）を想定強度パラメータ算出部３５に出力する。想定強度パラメータ算出部３５は、固有き裂寸法算出部３２から入力される固有き裂Ｃの寸法ａ０、および、応力分布算出部３４から入力される応力深さ分布σｒ（ｄ）を用いて、想定応力拡大係数範囲ΔＫおよび／または想定応力比Ｒｃ（想定強度パラメータ）を算出する。想定強度パラメータ算出部３５は、想定強度パラメータ検証部３６に接続されており、算出結果を出力する。想定強度パラメータ検証部３６は、推定疲労強度決定部３７に接続されており、一致判定をした場合に、その時の設定公称応力σ０を推定疲労強度決定部３７に出力すると、推定疲労強度決定部３７を推定疲労強度として決定し、例えば、表示装置などに出力する。
【００５９】
幾つかの実施形態では、図１０に示されるように、疲労強度推定装置３は、想定応力比算出部と、想定応力比検証部と、をさらに備えても良い。図１０には、想定応力拡大係数範囲算出部および想定応力比算出部は、想定強度パラメータ算出部３５に含まれている。
【００６０】
また、幾つかの実施形態では、図１０に示されるように、疲労強度推定装置３は、さらに、設定応力比変更部を備えても良い。
また、幾つかの実施形態では、図１０に示されるように、疲労強度推定装置３は、さらに、設定公称応力変更部を備えても良い。
図１０に示される実施形態では、設定応力比変更部および設定公称応力変更部が、想定強度パラメータ算出部３５に含まれている。そして、想定強度パラメータ算出部３５は、設定応力比取得部３１と応力情報取得部３３とに接続されており、設定応力比Ｒや設定公称応力σ０の変更を行う。例えば、想定強度パラメータ算出部３５から変更値が出力されても良い。あるいは、応力情報取得部３３が命令を受けて、変更値を生成しても良いし、操作者に新たな値を要求し、操作者により入力された値を取得しても良い。
【００６１】
また、幾つかの実施形態では、図１０に示されるように、疲労強度推定装置３は、さらに、残留応力分布取得部を備えても良い。図１０に示される実施形態では、応力情報取得部３３に残留応力分布取得部が含まれている。
【００６２】
また、幾つかの実施形態では、図１０に示されるように、疲労強度推定装置３は、さらに、表面処理効果算出部３８を備えても良い。図１０に示される実施形態では、推定疲労強度決定部３７は、表面処理効果算出部３８に接続されており、推定疲労強度決定部３７の出力を用いて応力集中部への表面処理による効果として算出する。
【００６３】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【符号の説明】
【００６４】
１            部品
１２          応力集中部
１３          応力集中部の表面
３            疲労強度推定装置
３１          設定応力比取得部
３２          固有き裂寸法算出部
３３          応力情報取得部
３４          応力分布算出部
３５          想定強度パラメータ算出部
３６          想定強度パラメータ検証部
３７          推定疲労強度決定部
３８          表面処理効果算出部
Ｃ            固有き裂
ａ０          固有き裂の寸法
ΔＫｔｈ、Ｒ    下限界応力拡大係数範囲（強度データベース）
Δσｔｈ、Ｒ    疲労強度（強度データベース）
ΔＫ          想定応力拡大係数範囲
Ｋｍａｘ      最大応力拡大係数
Ｋｍｉｎ      最小応力拡大係数
Ｌ          一致線
Ｒ          設定応力比
Ｒｃ        想定応力比
ｄ          応力集中部の表面からの深さ距離
【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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