(57)【要約】      （修正有）【課題】内在欠陥を有する鋳物材の疲労強度を精度よく評価する方法及び装置を提供する。【解決手段】鋳物材の試験片を複数作製して行った疲労試験の結果からＳ−Ｎ線図を作成しておき、他方、各試験片の内在欠陥を半円もしくは円形のき裂としてモデル化すると共に固有き裂長さａ0を算出し、半円もしくは円形のき裂の半径ａeqと、固有き裂長さａ0とに基づき、下記に示す式（２）2011058887.tif 000017により各試験片の推定疲労限度σwを算出し、Ｓ−Ｎ線図の応力振幅σaを除して、内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図を作成する。【選択図】図２
2011058887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内在欠陥を有する鋳物材の疲労強度評価方法であって、
前記鋳物材の試験片を複数作製して疲労試験を行い、該疲労試験の結果から、応力振幅σaと繰返し数Ｎfの関係であるＳ−Ｎ線図を作成しておき、
他方、前記各試験片の内在欠陥を、該内在欠陥の寸法を考慮した半楕円もしくは楕円のき裂で表すと共に、該半楕円もしくは楕円のき裂と最大応力拡大係数が等しくなる半円もしくは円形のき裂の半径ａeqを求めて、前記各試験片の内在欠陥を、前記半円もしくは円形のき裂としてモデル化すると共に、
［数１］に示す式（１）
【数１】
2011058887.tif 000013
を用いて、疲労限度に影響を与えないき裂長さである固有き裂長さａ0を算出し、
得られた各試験片の前記半円もしくは円形のき裂の半径ａeqと、前記固有き裂長さａ0とに基づき、［数２］に示す式（２）
【数２】
2011058887.tif 000014
により前記各試験片の推定疲労限度σwを算出し、
得られた前記各試験片の推定疲労限度σwで、前記疲労試験で作成したＳ−Ｎ線図の応力振幅σaを除することで、応力振幅σa／推定疲労限度σwと繰返し数Ｎfの関係である内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図を作成し、
作成した前記内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図を用いて、前記鋳物材の疲労強度の評価を行うことを特徴とする鋳物材の疲労強度評価方法。
【請求項２】
前記半楕円もしくは楕円のき裂は、前記各試験片の破断面における内在欠陥の寸法から長径および短径が設定される請求項１記載の鋳物材の疲労強度評価方法。
【請求項３】
内在欠陥を有する鋳物材の疲労強度評価装置であって、
前記鋳物材の試験片を複数作製して行った疲労試験の結果から、応力振幅σaと繰返し数Ｎfの関係であるＳ−Ｎ線図を作成するＳ−Ｎ線図作成部と、
前記各試験片の内在欠陥を、該内在欠陥の寸法を考慮した半楕円もしくは楕円のき裂で表すと共に、該半楕円もしくは楕円のき裂と最大応力拡大係数が等しくなる半円もしくは円形のき裂の半径ａeqを求めて、前記各試験片の内在欠陥を、前記半円もしくは円形のき裂としてモデル化すると共に、
［数３］に示す式（１）
【数３】
2011058887.tif 000015
を用いて、疲労限度に影響を与えないき裂長さである固有き裂長さａ0を算出し、得られた各試験片の前記半円もしくは円形のき裂の半径ａeqと、前記固有き裂長さａ0とに基づき、［数４］に示す式（２）
【数４】
2011058887.tif 000016
により前記各試験片の推定疲労限度σwを算出する疲労限度演算部と、
該疲労限度演算部で得られた前記各試験片の推定疲労限度σwで、前記疲労試験で作成したＳ−Ｎ線図の応力振幅σaを除することで、応力振幅σa／推定疲労限度σwと繰返し数Ｎfの関係である内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図を作成する修正Ｓ−Ｎ線図作成部と、  該修正Ｓ−Ｎ線図作成部で作成した前記内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図を用いて、前記鋳物材の疲労強度の評価を行う疲労強度評価部とを備えたことを特徴とする鋳物材の疲労強度評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内在欠陥が存在する鋳物材等の材料を用いた構造物の疲労強度設計に好適な鋳物材の疲労強度評価方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複雑な形状を有する部材や大型の部材では、製作・製造の容易さから、一般に、機械加工や溶接ではなく、鋳物材が用いられている。
【０００３】
鋳物材では、作製した金型に金属を流し込めば任意の形状が得られるため、製作・製造が容易であるという利点があるが、金属の冷却過程において不純物や空気などが集中して金属が健全に固まりきれなかった領域、すなわち内在欠陥が発生してしまうという問題がある。これは、製造上避けられない問題であり、特に、製造する鋳物材の質量が大きくなると、内在欠陥が含まれてしまうことは避けられない。
【０００４】
内在欠陥が存在する鋳物材等の材料は、内在欠陥が存在しないか存在しても極めて小さい材料に比べて、その疲労強度が低下する。したがって、鋳物材において疲労などの材料強度を評価する際には、この内在欠陥を考慮した評価を実施する必要がある。
【０００５】
従来、このような内在欠陥を有する鋳物材の疲労強度を評価する際には、通常の材料と同様に鋳物材からなる試験片を作製して疲労試験を行い、疲労試験の結果から作成した疲労評価線図（Ｓ−Ｎ線図）を用いて鋳物材の疲労強度を評価していた。一例として、鋳物材からなる丸棒試験片を用いて疲労試験を行った場合のＳ−Ｎ線図を図１０に示す。
【０００６】
より具体的には、従来方法では、図１０に破線で示すように、疲労試験で得られた各プロット（応力振幅σaと繰返し数Ｎfのプロット）を全て包絡するような評価線図を設定し、この評価線図を用いて鋳物材の疲労強度を評価（あるいは設計）していた。
【０００７】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１、非特許文献１〜３がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−８９１３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】村上敬宜、遠藤正浩、「微小き裂の下限界応力拡大係数幅ΔＫthに及ぼす硬さとき裂形状の影響」、社団法人日本材料学会、材料、第３５巻、第３９５号、ｐ．９１１−９１７
【非特許文献２】Murakami Y.,Aoki S.,Hasebe N.,Itoh Y.,Miyata H.,Miyazaki N.,Terada H.,Tohgo K.,Toya M. and Yuuki R. ed.、「STRESS INTENSITY FACTORS HANDBOOK」、Pergamon Press.、１９８７年
【非特許文献３】田中啓介、「微小疲労き裂の伝ぱ」、社団法人日本材料学会、材料、第３３巻、第３７１号、１９８４年、ｐ．９６１−９７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、鋳物材からなる試験片には、各試験片毎に寸法の異なる内在欠陥が存在しているため、内在欠陥を考慮せずに作成したＳ−Ｎ線図では、各試験片の内在欠陥の大きさに依存して、疲労強度のバラツキ（構造解析等で得る評価パラメータ（応力やひずみ）に対するバラツキ）が非常に大きくなる。
【００１１】
したがって、このようなバラツキが全て包絡されるような評価線図を用いた場合、過度に安全側の評価となってしまい、絶対値として評価クライテリア（評価基準）を明確に設定できないという問題がある。換言すれば、設定した評価線図自体が不明確な安全率を用いており、評価線図の設定の根拠が不明確であるため、この評価線図を用いて鋳物材等の内在欠陥が含まれる構造物の疲労強度を評価すると、特にＳ−Ｎ線図のバラツキが大きい場合は、過度な安全側評価となってしまう可能性がある。
【００１２】
また、鋳物材等の内在欠陥が含まれる構造物の疲労強度を評価する方法として、既存の製品との比較による相対評価を行う方法も考えられるが、この方法では、従来機（既存の製品）との相対比較により、従来機と同等以上の強度を有するとして新機を開発する方法であるため、構造解析等の作業が２倍以上になってしまい、精度も低いなどの問題がある。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、Ｓ−Ｎ線図のバラツキを抑え、内在欠陥を有する鋳物材の疲労強度を精度よく評価することが可能な鋳物材の疲労強度評価方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、内在欠陥を有する鋳物材の疲労強度評価方法であって、前記鋳物材の試験片を複数作製して疲労試験を行い、該疲労試験の結果から、応力振幅σaと繰返し数Ｎfの関係であるＳ−Ｎ線図を作成しておき、他方、前記各試験片の内在欠陥を、該内在欠陥の寸法を考慮した半楕円もしくは楕円のき裂で表すと共に、該半楕円もしくは楕円のき裂と最大応力拡大係数が等しくなる半円もしくは円形のき裂の半径ａeqを求めて、前記各試験片の内在欠陥を、前記半円もしくは円形のき裂としてモデル化すると共に、［数１］に示す式（１）
【００１５】
【数１】
2011058887.tif 000003
【００１６】
を用いて、疲労限度に影響を与えないき裂長さである固有き裂長さａ0を算出し、得られた各試験片の前記半円もしくは円形のき裂の半径ａeqと、前記固有き裂長さａ0とに基づき、［数２］に示す式（２）
【００１７】
【数２】
2011058887.tif 000004
【００１８】
により前記各試験片の推定疲労限度σwを算出し、得られた前記各試験片の推定疲労限度σwで、前記疲労試験で作成したＳ−Ｎ線図の応力振幅σaを除することで、応力振幅σa／推定疲労限度σwと繰返し数Ｎfの関係である内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図を作成し、作成した前記内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図を用いて、前記鋳物材の疲労強度の評価を行う鋳物材の疲労強度評価方法である。
【００１９】
前記半楕円もしくは楕円のき裂は、前記各試験片の破断面における内在欠陥の寸法から長径および短径が設定されてもよい。
【００２０】
また、本発明は、内在欠陥を有する鋳物材の疲労強度評価装置であって、前記鋳物材の試験片を複数作製して行った疲労試験の結果から、応力振幅σaと繰返し数Ｎfの関係であるＳ−Ｎ線図を作成するＳ−Ｎ線図作成部と、前記各試験片の内在欠陥を、該内在欠陥の寸法を考慮した半楕円もしくは楕円のき裂で表すと共に、該半楕円もしくは楕円のき裂と最大応力拡大係数が等しくなる半円もしくは円形のき裂の半径ａeqを求めて、前記各試験片の内在欠陥を、前記半円もしくは円形のき裂としてモデル化すると共に、［数３］に示す式（１）
【００２１】
【数３】
2011058887.tif 000005
【００２２】
を用いて、疲労限度に影響を与えないき裂長さである固有き裂長さａ0を算出し、得られた各試験片の前記半円もしくは円形のき裂の半径ａeqと、前記固有き裂長さａ0とに基づき、［数４］に示す式（２）
【００２３】
【数４】
2011058887.tif 000006
【００２４】
により前記各試験片の推定疲労限度σwを算出する疲労限度演算部と、該疲労限度演算部で得られた前記各試験片の推定疲労限度σwで、前記疲労試験で作成したＳ−Ｎ線図の応力振幅σaを除することで、応力振幅σa／推定疲労限度σwと繰返し数Ｎfの関係である内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図を作成する修正Ｓ−Ｎ線図作成部と、該修正Ｓ−Ｎ線図作成部で作成した前記内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図を用いて、前記鋳物材の疲労強度の評価を行う疲労強度評価部とを備えた鋳物材の疲労強度評価装置である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、Ｓ−Ｎ線図のバラツキを抑え、内在欠陥を有する鋳物材の疲労強度を精度よく評価することが可能な鋳物材の疲労強度評価方法及び装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る鋳物材の疲労強度評価方法に用いる鋳物材の疲労強度評価装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る鋳物材の疲労強度評価方法のフローチャートである。
【図３】本発明において、内在欠陥の寸法を説明する説明図である。
【図４】本発明において、Ｓ−Ｎ線図作成部が作成するＳ−Ｎ線図の一例を示す図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、本発明において、内在欠陥を半楕円もしくは楕円のき裂にモデル化することを説明する説明図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、本発明において、半楕円もしくは楕円のき裂にモデル化した内在欠陥を、さらに半円もしくは円のき裂にモデル化することを説明する説明図である。
【図７】き裂進展速度と応力拡大係数範囲の関係を示す図である。
【図８】下限界応力範囲Δσthとき裂長さａとの関係を示す図である。
【図９】本発明において、内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図および評価線図の一例を示す図である。
【図１０】従来の鋳物材の疲労強度評価方法に用いていたＳ−Ｎ線図および評価線図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２８】
まず、本実施の形態に係る鋳物材の疲労強度評価方法に用いる鋳物材の疲労強度評価装置について説明する。
【００２９】
図１に示すように、鋳物材の疲労強度評価装置１は、鋳物材の試験片（鋳鋼試験片）を複数作製して行った疲労試験の結果（応力振幅σaと繰返し数Ｎf）、各試験片の内在欠陥の寸法、および試験片に用いた材料名を入力するための入力部２と、入力部２で入力された疲労試験の結果から応力振幅σaと繰返し数Ｎfの関係であるＳ−Ｎ線図を作成するＳ−Ｎ線図作成部３と、試験片に用いた材料の材料データを記憶する材料データ記憶部４と、入力部２で入力された各試験片の内在欠陥の寸法、および材料データ記憶部４に記憶された材料データに基づき、各試験片の推定疲労限度σwを算出する疲労限度演算部５と、疲労限度演算部５で求めた各試験片の推定疲労限度σwで、Ｓ−Ｎ線図作成部３で作成したＳ−Ｎ線図の応力振幅σaを除することで、応力振幅σa／推定疲労限度σwと繰返し数Ｎfの関係である内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図（修正Ｓ−Ｎ線図）を作成する修正Ｓ−Ｎ線図作成部６と、修正Ｓ−Ｎ線図作成部６で作成した内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図を記憶する修正Ｓ−Ｎ線図記憶部７と、修正Ｓ−Ｎ線図記憶部７に記憶された内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図を用いて、鋳物材の疲労強度の評価を行う疲労強度評価部８と、疲労強度評価部８で行った疲労強度の評価結果をモニターなどの表示器に出力する出力部９とを備えている。
【００３０】
これら、入力部２、Ｓ−Ｎ線図作成部３、材料データ記憶部４、疲労限度演算部５、修正Ｓ−Ｎ線図作成部６、修正Ｓ−Ｎ線図記憶部７、疲労強度評価部８、出力部９は、インターフェイス、メモリ、ＣＰＵ、ソフトウェアなどを適宜組み合わせて実現される。
【００３１】
材料データ記憶部４は、下限界応力拡大係数範囲ΔＫth、ビッカース硬さＨｖなどの材料固有のデータを材料データとして記憶する。
【００３２】
疲労限度演算部５は、各試験片の内在欠陥を半円もしくは円形のき裂としてモデル化して、半円もしくは円形のき裂の半径ａeqを求めると共に、疲労限度に影響を与えないき裂長さである固有き裂長さａ0を算出し、これら各試験片の半円もしくは円形のき裂の半径ａeqと、固有き裂長さａ0とに基づき、各試験片の推定疲労限度σwを算出するように構成される。推定疲労限度σwを算出する詳細な手順については後述する。
【００３３】
次に、本実施の形態に係る鋳物材の疲労強度評価方法を、鋳物材の疲労強度評価装置１の動作と共に詳細に説明する。
【００３４】
図２に示すように、本実施の形態に係る鋳物材の疲労強度評価方法では、まず、鋳物材の試験片を複数作製して疲労試験を行う（ステップＳ１）。本実施の形態では、鋳物材からなる丸棒試験片を複数作製して軸力による引張圧縮の疲労試験を行い、各試験片について応力振幅σaと繰返し数Ｎfを測定した。
【００３５】
また、疲労試験において各試験片が破断したときの破断面に露出した内在欠陥の寸法を試験片毎に測定する。内在欠陥は、実際には３次元の形状を有するが、試験片に含まれる最も寸法の大きい内在欠陥が破断面に露出するので、本実施の形態では、破断面における最も大きい内在欠陥の寸法を測定することとした。
【００３６】
図３に示すように、内在欠陥３１は一般に複雑な形状となっているので、本実施の形態では、内在欠陥３１の平面視で最も長い方向（長さ方向という）の長さｄと、長さ方向と垂直な方向の幅ｗを測定するようにした。
【００３７】
その後、入力部２に、疲労試験で得た各試験片の応力振幅σaと繰返し数Ｎf、各試験片の内在欠陥の寸法（長さｄおよび幅ｗ）、および試験片に用いた材料名を入力する（ステップＳ２）。
【００３８】
入力部２に各入力値を入力すると、Ｓ−Ｎ線図作成部３は、入力部２に入力された各試験片の応力振幅σaと繰返し数Ｎfに基づき、Ｓ−Ｎ線図を作成する（ステップＳ３）。Ｓ−Ｎ線図作成部３が作成するＳ−Ｎ線図の一例を図４に示す。図４に示すＳ−Ｎ線図では、各試験片の内在欠陥を考慮に入れていないため、バラツキが非常に大きくなっている。
【００３９】
その後、疲労限度演算部５は、入力部２に入力された内在欠陥の寸法（長さｄおよび幅ｗ）に基づき、内在欠陥を半楕円または楕円のき裂にモデル化する（ステップＳ４）。具体的には、図５（ａ），（ｂ）に示すように、試験片の表面５１に内在欠陥（欠陥）がある場合は半楕円のき裂５２、試験片の内部に内在欠陥がある場合は楕円のき裂５３にモデル化する。このとき、半楕円もしくは楕円のき裂の長軸２ａを内在欠陥の長さｄ、短軸２ｃを内在欠陥の幅ｗとして、各試験片の内在欠陥３１全体を包含するように半楕円もしくは楕円のき裂を設定する（図３の破線参照）。これにより、安全側の設計が可能となる。
【００４０】
内在欠陥を半楕円または楕円のき裂にモデル化した後、疲労限度演算部５は、半楕円または楕円のき裂を、さらに、半円または円のき裂にモデル化する（ステップＳ５）。
【００４１】
具体的には、まず、疲労限度演算部５は、［数５］に示す式（３）により、設定した半楕円または楕円のき裂における応力拡大係数Ｋを算出する。
【００４２】
【数５】
2011058887.tif 000007
【００４３】
式（３）において、Ｆ1は、き裂の形状や位置、対象としている部品（ここでは丸棒試験片）に依存する係数であり、この係数Ｆ1は、長軸２ａと短軸２ｃとの比を考慮した値となっている。係数Ｆ1の値については、予め材料データ記憶部４に記憶させておくか、あるいは入力部２に入力するようにされる。なお、式（３）については、非特許文献２に詳しく説明されているため、ここでは説明を省略する。
【００４４】
応力拡大係数Ｋを算出した後、疲労限度演算部５は、半楕円もしくは楕円のき裂と最大応力拡大係数が等しくなる半円もしくは円形のき裂の半径ａeqを、［数６］に示す式（４）により求める。
【００４５】
【数６】
2011058887.tif 000008
【００４６】
式（４）において、Ｆ2は、き裂の形状を半円もしくは円形とした場合の係数であり、き裂の形状を半楕円もしくは楕円とした場合の係数Ｆ1とは異なる。係数Ｆ2の値については、予め材料データ記憶部４に記憶させておくか、あるいは入力部２に入力するようにされる。
【００４７】
以上により、各試験片の内在欠陥は、半径ａeqの半円もしくは円形のき裂としてモデル化されることとなる。図６（ａ），（ｂ）に示すように、試験片の表面６１に内在欠陥（欠陥）がある場合は半円のき裂６２、試験片の内部に内在欠陥がある場合は円のき裂６３にモデル化される。
【００４８】
各試験片の内在欠陥を半円もしくは円形のき裂としてモデル化することにより、内在欠陥の寸法のパラメータを半径ａeq１つのみとすることが可能となり、内在欠陥のモデルを簡単にすることが可能となる。
【００４９】
各試験片の内在欠陥を半円もしくは円形のき裂としてモデル化した後、疲労限度演算部５は、平滑材に存在しても疲労限度に影響を与えないき裂長さである固有き裂長さａ0を算出する（ステップＳ６）。
【００５０】
具体的には、疲労限度演算部５は、まず、入力部２で入力された試験片の材料名を基に、材料データ記憶部４から下限界応力拡大係数範囲ΔＫthとビッカース硬さＨｖとを取得する。
【００５１】
その後、［数７］に示す式（１）を用いて固有き裂長さａ0を算出する。
【００５２】
【数７】
2011058887.tif 000009
【００５３】
一般に、内在欠陥のない材料（無欠陥材）の疲労限度σw0はビッカース硬さＨｖの１．６倍（σw0＝１．６Ｈｖ）として表すことができるので、式（１）における下限界応力範囲Δσw0は、内在欠陥のない材料の疲労限度σw0をさらに２倍することで求められる。
【００５４】
式（１）は内在欠陥があったとしても疲労限度に影響を与えないぎりぎりの寸法であるときに成り立つ関係式であり、そのときのき裂長さａ0を固有き裂長さと定義している。
【００５５】
その後、疲労限度演算部５は、得られた各試験片の半円もしくは円形のき裂の半径ａeqと、固有き裂長さａ0とに基づき、［数８］に示す式（２）
【００５６】
【数８】
2011058887.tif 000010
【００５７】
により、各試験片の推定疲労限度σwを算出する（ステップＳ７）。式（２）において、内在欠陥のない材料の疲労限度σw0と固有き裂長さａ0は材料固有の値であるから、推定疲労限度σwは、半円もしくは円形のき裂の半径ａeqのみに依存していることが分かる。
【００５８】
ここで、式（２）の根拠について説明しておく。
【００５９】
図７に、き裂進展速度ｄａ／ｄｎと応力拡大係数範囲ΔＫの関係を示す。図７に示すように、応力拡大係数範囲ΔＫが下限界応力拡大係数範囲ΔＫthよりも小さくなると、応力が繰返しかかってもき裂は進展しない。
【００６０】
つまり、内在欠陥に応力が繰り返しかかったとしても、上述の式（４）で得られる応力拡大係数Ｋを用いた応力拡大係数範囲ΔＫが、下限界応力拡大係数範囲ΔＫthよりも小さければ、内在欠陥が存在してもき裂は進展しないということになる。したがって、下限界応力拡大係数範囲ΔＫthに対応する下限界応力範囲Δσthは、内在欠陥を有する材料の疲労限度に相当するといえる。
【００６１】
非特許文献３に記載されているように、下限界応力範囲Δσthとき裂長さａとの関係は、図８に示す曲線で表すことができる（図８は非特許文献３より引用）。図８に実線で示した曲線は、［数９］に示す式（５）で表される。
【００６２】
【数９】
2011058887.tif 000011
【００６３】
式（５）におけるき裂長さａは、本実施の形態では半円もしくは円形のき裂の半径ａeqに相当するので、ａ＝ａeqとし、左辺の下限界応力範囲を振幅（疲労限度）に変換すると、式（５）は［数１０］に示す式（６）のようになる。
【００６４】
【数１０】
2011058887.tif 000012
【００６５】
式（６）のσw0を右辺に移項すると、任意の内在欠陥が存在する場合の疲労限度の推定式である式（２）が導出される。
【００６６】
つまり、本実施の形態では、内在欠陥をき裂とみなして、き裂の寸法と下限界応力との関係式により、任意のき裂長さのときの下限界応力を算出している。この下限界応力は、欠陥材（鋳物材）の疲労限度と考えることができるため、式（２）の推定式を用いて、内在欠陥の寸法効果を考慮した推定疲労限度σwを推定することが可能となる。
【００６７】
図２に戻り、各試験片の推定疲労限度σwを算出した後、修正Ｓ−Ｎ線図作成部６は、疲労限度演算部５で求めた各試験片の推定疲労限度σwで、Ｓ−Ｎ線図作成部３で作成したＳ−Ｎ線図の応力振幅σa（縦軸）を除することで、縦軸を無次元化し、応力振幅σa／推定疲労限度σwと繰返し数Ｎfの関係である内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図を作成する（ステップＳ８）。修正Ｓ−Ｎ線図作成部６で作成した内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図の一例を図９に示す。
【００６８】
図９に示すように、内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図は、内在欠陥を考慮しないＳ−Ｎ線図（図４参照）と比較して、バラツキが抑えられている。修正Ｓ−Ｎ線図作成部６で作成した内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図は、修正Ｓ−Ｎ線図記憶部７に記憶される。
【００６９】
その後、疲労強度評価部８は、修正Ｓ−Ｎ線図記憶部７に記憶された内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図を用いて、鋳物材の疲労強度の評価を行う（ステップＳ９）。具体的には、疲労強度評価部８は、内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図（図９に実線で示す直線）に所定の安全率を掛けた評価線図（図９に破線で示す直線）を作成し、この評価線図を用いて鋳物材の疲労強度の評価（あるいは設計）を行う。評価線図は、全てのプロットを包絡するように作成される。疲労強度評価部８で行った疲労強度の評価結果は、出力部９を介してモニターなどの表示器に出力される。
【００７０】
なお、作成した評価線図を用いて、鋳物材の所定の繰返し数Ｎfでの応力（例えば、１０6回疲労強度、１０7回疲労強度など）を求める場合、疲労強度評価部８にて、所定の繰返し数Ｎfに対応する応力振幅σa／推定疲労限度σwの値を求め、この値から応力振幅σaを逆算するようにすればよい。
【００７１】
この場合、推定疲労限度σwを算出する際に用いる半径ａeqとしては、例えば、多数の試験片における内在欠陥の寸法（長さｄ、幅ｗ）を測定してそれぞれ半径ａeqを算出し、算出した半径ａeqの統計処理を実施して確率分布を演算し、十分に安全側であると判断できる所定の確率（例えば９９％程度の確率）における半径ａeqを用いるようにすればよい。つまり、推定疲労限度σwを算出する際に用いる半径ａeqとしては、十分に安全側と判断できる値を用いるとよい。
【００７２】
以上説明したように、本実施の形態に係る鋳物材の疲労強度評価方法では、鋳物材の試験片を複数作製して疲労試験を行い、その疲労試験の結果から、応力振幅σaと繰返し数Ｎfの関係であるＳ−Ｎ線図を作成しておき、他方、各試験片の内在欠陥を半円もしくは円形のき裂としてモデル化すると共に、固有き裂長さａ0を算出し、得られた各試験片の半円もしくは円形のき裂の半径ａeqと、固有き裂長さａ0とに基づき、上述の式（２）により各試験片の推定疲労限度σwを算出し、得られた各試験片の推定疲労限度σwで、疲労試験で作製したＳ−Ｎ線図の応力振幅σaを除することで、応力振幅σa／推定疲労限度σwと繰返し数Ｎfの関係である内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図を作成し、作成した内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図を用いて、鋳物材の疲労強度の評価を行うようにしている。
【００７３】
つまり、本実施の形態では、従来のＳ−Ｎ線図に対して、推定疲労限度σwを考慮したＳ−Ｎ線図（内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図）を作成し、これを用いて鋳物材の疲労強度の評価を行うようにしている。
【００７４】
内在欠陥を考慮したＳ−Ｎ線図は、各試験片の内在欠陥の寸法が考慮されたものであるため、疲労強度線図（Ｓ−Ｎ線図）のバラツキを小さくすることができ、過度な安全率を用いることなく、合理的な評価線図（疲労設計線図）を作成することが可能となる。したがって、内在欠陥を有する鋳物材の疲労強度を精度よく評価することが可能となる。
【００７５】
上記実施の形態では、試験片の破断面の内在欠陥の寸法を測定するようにしたが、これに限らず、内在欠陥の寸法は任意の方法で測定してもよく、例えば、超音波を用いたＵＴ検査や色付きインクを用いたＰＴ検査により内在欠陥の寸法を測定するようにしてもよい。
【００７６】
また、上記実施の形態では、内在欠陥を含む材料として鋳物材を挙げたが、本発明は、鋳物材に限らず、内在欠陥を含む他の材料にも適用可能である。また、疲労の起点（疲労による破壊の起点）となる介在物や第二層も本発明と同様に扱うことが可能である。つまり、本発明によれば、統一的な評価が可能となる。
【００７７】
さらに、上記実施の形態では、軸力による引張圧縮の疲労試験を行ったが、多軸引張など様々な応力成分を含む場合については、それら応力成分を一軸の引張としたときの等価応力（例えば、ミーゼスの等価応力や、トレスカの等価応力）で評価するか、あるいは、試験片に作用する最も大きい応力を用いて評価するようにすればよい。
【符号の説明】
【００７８】
３１  内在欠陥
５１，６１  試験片の表面
５２  半楕円のき裂
５３  楕円のき裂
６２  半円のき裂
６３  円のき裂
【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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