(57)【要約】【課題】材料のき裂発生寿命を評価できる試験片を提供する。【解決手段】試験片は、ねじり疲労試験用の試験片であって、一対のつかみ１１，１２と、一対のつかみ部１１，１２の間に形成された標点部１３とを備える。一対のつかみ部１１，１２同士を結ぶ方向を軸方向ｙとし、軸方向ｙに垂直な方向の一つを幅方向ｘとし、軸方向ｙ及び幅方向ｘの両方に対して垂直な方向を厚さ方向ｚとする。標点部１３は、幅方向ｘの寸法が他の箇所よりも小さく形成されたノッチ部１３Ａを有する。標点部１３は、軸方向ｙに垂直でかつノッチ部１３Ａを含む断面において、幅方向ｘの寸法が厚さ方向ｚの寸法よりも大きく、軸方向ｙをねじり軸としてねじり負荷を加えたときに厚さ方向ｚの一方側に生じる最大応力が、厚さ方向ｚの他方側に生じる最大応力の１．０５倍以上となる形状を有する。【選択図】図１Ａ
2019174208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじり疲労試験用の試験片であって、
一対のつかみ部と、
前記一対のつかみ部の間に形成された標点部とを備え、
前記一対のつかみ部同士を結ぶ方向を軸方向とし、前記軸方向に垂直な方向の一つを幅方向とし、前記軸方向及び前記幅方向の両方に対して垂直な方向を厚さ方向とし、
前記標点部は、前記幅方向の寸法が他の箇所よりも小さく形成されたノッチ部を有し、
前記標点部は、前記軸方向に垂直でかつ前記ノッチ部を含む断面において、前記幅方向の寸法が前記厚さ方向の寸法よりも大きく、前記軸方向をねじり軸としてねじり負荷を加えたときに前記厚さ方向の一方側に生じる最大応力が、前記厚さ方向の他方側に生じる最大応力の１．０５倍以上となる形状を有する、試験片。
【請求項２】
請求項１に記載の試験片であって、
前記断面の形状は、前記厚さ方向の他方側の面を面取りした矩形形状である、試験片。
【請求項３】
請求項２に記載の試験片であって、
前記厚さ方向の一方側の面に、軸方向に垂直な断面の形状が弓形の溝が形成されている、試験片。
【請求項４】
請求項１に記載の試験片であって、
前記断面の形状は、前記厚さ方向の一方側を平らにした円形形状である、試験片。
【請求項５】
請求項３に記載の試験片の製造方法であって、
鋼管から前記鋼管の内面を含むように前記試験片を採取する工程を含む、製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の試験片を用いた試験方法であって、
前記ノッチ部の前記厚さ方向の一方側を観察しながら、前記標点部に繰り返しねじり負荷を加える工程を含む、試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験片、試験片の製造方法、及び試験方法に関し、より詳しくは、ねじり疲労試験に用いる試験片及びその製造方法、並びに当該試験片を用いた試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造部材として使用される材料に必要とされる特性として、疲労強度がある。特許第５５０３６０８号公報には、円筒形金属素材の疲労破壊評価方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５５０３６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
疲労寿命は一般的に、き裂発生寿命とき裂進展寿命の和であるとされている。このうち、き裂進展寿命はコンパクト・テンション試験片を用いたき裂進展試験等で評価が可能である。一方、き裂発生寿命については、明確な評価基準が存在しない。基礎研究として、逐次疲労試験を中断してカメラ観察又はレプリカ法による表面観察を繰り返し行う方法が報告されているが、工数が大きく実用的ではない。
【０００５】
本発明の目的は、材料のき裂発生寿命を評価できる試験片を提供することである。本発明の他の目的は、材料のき裂発生寿命を評価できる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】
【０００６】
本発明の一実施形態による試験片は、ねじり疲労試験用の試験片であって、一対のつかみ部と、前記一対のつかみ部の間に形成された標点部とを備える。前記一対のつかみ部同士を結ぶ方向を軸方向とし、前記軸方向に垂直な方向の一つを幅方向とし、前記軸方向及び前記幅方向の両方に対して垂直な方向を厚さ方向とする。前記標点部は、前記幅方向の寸法が他の箇所よりも小さく形成されたノッチ部を有する。前記標点部は、前記軸方向に垂直でかつ前記ノッチ部を含む断面において、前記幅方向の寸法が前記厚さ方向の寸法よりも大きく、前記軸方向をねじり軸としてねじり負荷を加えたときに前記厚さ方向の一方側に生じる最大応力が、前記厚さ方向の他方側に生じる最大応力の１．０５倍以上となる形状を有する。
【０００７】
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た試験方法であって、前記ノッチ部の前記厚さ方向の一方側を観察しながら、前記標点部に繰り返しねじり負荷を加える工程を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、材料のき裂発生寿命を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａ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１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの試験片を図１Ａとは反対側から見た斜視図である。
【図２】図２は、図１ＡのＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図３は、ねじり疲労試験に用いる装置の一例を模式的に示す図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態による試験片の斜視図である。
【図５】図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】図６は、図４の試験片の製造方法の一例を示す模式図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第３の実施形態による試験片の斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａの試験片を図７Ａとは反対側から見た斜視図である。
【図８】図８は、図７Ａの試験片の標点部の近傍を拡大して示す平面図である。
【図９】図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、有限要素法によって計算した応力分布を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、有限要素法によって計算した応力分布を示す図である。
【図１１】図１１は、有限要素法によって計算した応力分布を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、試験片の標点部のマイクロスコープ画像である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、試験片の標点部のマイクロスコープ画像である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、試験片の標点部のマイクロスコープ画像である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、試験片の標点部のマイクロスコープ画像である。
【図１２Ｅ】図１２Ｅは、試験片の標点部のマイクロスコープ画像である。
【図１２Ｆ】図１２Ｆは、試験片の標点部のマイクロスコープ画像である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、ひずみの分布を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、ひずみの分布を示す図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、ひずみの分布を示す図である。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、ひずみの分布を示す図である。
【図１３Ｅ】図１３Ｅは、ひずみの分布を示す図である。
【図１３Ｆ】図１３Ｆは、ひずみの分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
［第１の実施形態］
［試験片の構成］
図１Ａ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１Ｂは、試験片１を図１Ａとは反対側から見た斜視図である。試験片１は、一対のつかみ部１１及び１２と、つかみ部１１とつかみ部１２との間に形成された標点部１３とを備えている。試験片１は、全体的に板状の形状を有している。
【００１２】
試験片１は、評価対象となる材料から形成されている。評価対象となる材料は、これに限定されないが、典型的には金属材料であり、例えば鉄鋼材料である。
【００１３】
以下、つかみ部１１とつかみ部１２とを結ぶ方向（ｙ方向）を軸方向と呼ぶ。また、軸方向と垂直な方向の一つを幅方向と呼び、軸方向及び幅方向の両方に対して垂直な方向を厚さ方向と呼ぶ。具体的には、軸方向と垂直な断面における試験片１の長辺に平行な方向（ｘ方向）を幅方向とし、短辺に平行な方向（ｚ方向）を厚さ方向とする。また、厚さ方向の一方側（ｚ方向プラス側）を表側、他方側（ｚ方向マイナス側）を裏側と呼ぶ。
【００１４】
試験片１は、ねじり疲労試験に用いる試験片である。後述するように、つかみ部１１及び１２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１３にねじり負荷を加えることができる。
【００１５】
つかみ部１１及び１２は、軸方向に垂直な断面の面積が、標点部１３よりも大きくなるように形成されている。つかみ部１１及び１２のそれぞれと標点部１３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。
【００１６】
標点部１３は、軸方向の中央近傍に、幅方向の寸法が他の箇所よりも小さいノッチ部１３Ａを有している。具体的には、標点部１３はノッチ部１３Ａにおいて、幅方向の両側にＵ字型のノッチ１３ａが形成されている。ノッチ１３ａは、境界に応力が集中しないように、曲率半径が大きく形成されていることが好ましい。一方、ノッチ１３ａの曲率半径を大きくすることでノッチ部１３Ａの長さ（軸方向の寸法をいう。以下同じ。）を大きくしすぎると、き裂発生箇所を特定することが難しくなる。ノッチ部１３Ａの長さは、例えば０．５〜５ｍｍであり、好ましくは１〜３ｍｍである。
【００１７】
試験片１は、裏側の面の幅方向両側の角が面取りされている。具体的には、つかみ部１１の角１１ａ、つかみ部１２の角１２ａ、及び標点部１３の角１３ｂのそれぞれがＣ面取りされている。Ｃ面取りとは、ＪＩＳ  Ｂ  ０００１機械製図の規定にしたがい、角度４５°、一辺Ｃ［ｍｍ］で切削加工されたものをいう。
【００１８】
図２は、図１ＡのＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図２の断面は、軸方向に垂直で、かつノッチ部１３Ａを含む断面である。標点部１３は、図２の断面において、幅方向の寸法（以下、単に「幅」という。）ｗが、厚さ方向の寸法（以下、単に「厚さ」という。）ｔよりも大きい（ｗ＞ｔ）。
【００１９】
厚さｔは、好ましくは０．１ｍｍ以上である。厚さｔが０．１ｍｍ未満であると、疲労試験を実施することが難しくなる。厚さｔの上限は、好ましくは１００ｍｍである。幅ｗは、好ましくは厚さｔの１．１０倍以上（ｗ≧１．１０ｔ）であり、より好ましくは厚さｔの１．１５倍以上（ｗ≧１．１５ｔ）である。
【００２０】
標点部１３にねじり負荷が加わると、標点部１３の表面のうち、ねじり軸に近い箇所ほど大きなせん断応力が発生する。本実施形態では、幅ｗが厚さｔよりも大きいため、表裏の面の幅方向の中央で最大のせん断応力が発生する。すなわち、表側の面では図２の点Ｐ１に最大のせん断応力が発生し、裏側の面では点Ｐ２に最大のせん断応力が発生する。
【００２１】
標点部１３は、図２の断面において、軸方向をねじり軸としてねじり負荷を加えたときに表側に生じる最大応力が、裏側に生じる最大応力の１．０５倍以上となる形状を有する。すなわち、本実施形態では、点Ｐ１に発生するせん断応力の大きさが、点Ｐ２に発生するせん断応力の１．０５倍以上である。
【００２２】
点Ｐ２に発生するせん断応力の大きさは、角１３ｂの面取りの大きさによって調整することができる。具体的には、角１３ｂを大きく面取りするほど、裏側の面に発生するせん断応力が分散し、点Ｐ２に発生するせん断応力を小さくすることができる。点Ｐ１及び点Ｐ２に発生するせん断応力の具体的な大きさは、標点部１３の形状から、例えば有限要素法によって計算することができる。
【００２３】
［試験方法］
以下、本発明の一実施形態による試験方法を説明する。本実施形態による試験方法は、試験片１を用いた試験方法であって、ノッチ部１３Ａの表側を観察しながら、標点部１３に繰り返しねじり負荷を加える工程を含む。
【００２４】
図３は、ねじり疲労試験に用いる装置の一例を模式的に示す図である。この装置は、一対のチャック９１、モータ９２、トルクセル９３、制御部９４、及びマイクロスコープ９９５を備えている。
【００２５】
試験片１は、一対のチャック９１によって拘束される。試験片１の一方の端部はモータ９２に接続され、他方の端部はトルクセル９３に接続される。モータ９２は、試験片１にねじり負荷を加える。トルクセル９３は、試験片１に加わる実負荷を測定する。制御装置９４は、モータ９２を駆動するとともに、トルクセル９３の出力を記録する。
【００２６】
マイクロスコープ９５によって表側のノッチ部１３Ａを観察しながら、モータ９２を回転させて試験片１の標点部１３に繰り返しねじり負荷を加える。なおこの装置は、試験片１をモータ９２の回転軸と垂直に配置することで、試験片１に曲げ応力を加えることもできる。また、試験片１をモータ９２の回転軸に対して平行と垂直の中間の角度に配置することで、試験片１に曲げ応力とせん断応力の両方を加えることもできる。
【００２７】
［本実施形態の効果］
上述のとおり、標点部１３にねじり負荷が加わると、標点部１３の表面のうち、ねじり軸に近い箇所ほど大きなせん断応力が発生する。試験片１のように、幅方向の寸法が厚さ方向の寸法よりも大きい板状の試験片では、幅方向の中央に最大応力が発生する。そのため疲労き裂は、標点部１３の幅方向の中央付近に発生する可能性が高い。
【００２８】
一方、標点部１３の軸方向に垂直な断面の面積が一定の場合、軸方向には均一な応力分布が発生するため、疲労き裂が軸方向のどの位置に発生するかを予測することは困難である。また、標点部１３の形状が表裏で対称な場合、疲労き裂が表側の面に発生するか裏側の面に発生するかを予測することは困難である。
【００２９】
本実施形態では、標点部１３は、幅方向の寸法が他の箇所よりも小さく形成されたノッチ部１３Ａを有する。これによって、ノッチ部１３Ａの断面積が他の箇所の断面積よりも小さくなり、ノッチ部１３Ａの近傍でより大きな応力が発生する。そのため、疲労き裂は、ノッチ部１３Ａの近傍に発生しやすくなる。本実施形態ではさらに、標点部１３は、図２の断面において、軸方向をねじり軸としてねじり負荷を加えたときに表側に生じる最大応力が、裏側に生じる最大応力の１．０５倍以上となる形状を有する。そのため、疲労き裂は、ノッチ部１３Ａの表側に発生しやすくなる。
【００３０】
本実施形態では、疲労き裂が発生しやすいノッチ部１３Ａの表側を観察しながら、標点部１３に繰り返しねじり負荷を加える。すなわち、通常の疲労試験では円筒の砂時計型試験片を用い、円周上に均一な応力を加えるのに対し、本実施形態では、意図的に応力が集中する箇所を作り、その箇所を観察しながらねじり疲労試験を実施する。これによって、材料のき裂発生寿命を評価することができる。
【００３１】
以上、本発明の第１の実施形態による試験片１、及び試験片１を用いた試験方法を説明した。本実施形態によれば、材料のき裂発生寿命を評価することができる。
【００３２】
上述の実施形態では、つかみ部１１及び１２の形状が、標点部１３と厚さが等しく、かつ標点部１３よりも幅が広い形状である場合を説明した。しかし、つかみ部１１及び１２の形状は任意である。ただし、つかみ部１１及び１２は、標点部１３よりも断面積が大きいことが好ましい。つかみ部１１及び１２は例えば、標点部１３と幅が等しく、かつ標点部１３よりも厚さが大きい形状であってもよい。
【００３３】
上述の実施形態では、標点部１３の角１３ｂだけでなく、つかみ部１１の角１１ａ及びつかみ部１２の角１２ａも面取りされている場合を説明した。しかし、試験片１は、標点部１３の角１３ｂが面取りされていればよく、つかみ部１１の角１１ａ及びつかみ部１２の角１２ａは面取りされていなくてもよい。より詳しくは、試験片１は、ノッチ部１３Ａの角だけが面取りされていればよい。
【００３４】
上述の実施形態では、標点部１３の角１３ｂ等が、Ｃ面取りされている場合を説明した。しかし、面取りの形状は任意である。例えば、面取りの角度は４５°以外であってもよい。また、面取りされた面が曲面であってもよい。
【００３５】
［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態による試験片２の斜視図である。試験片２は、表側の面に溝１３ｃが形成されている他は、試験片１（図１Ａ）と同じ構成を有する。溝１３ｃは、軸方向に平行に、つかみ部１１及び１２、並びに標点部１３の全体にわたって形成されている。
【００３６】
図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図５の断面は、軸方向に垂直で、かつノッチ部１３Ａを含む断面である。溝１３ｃは、弓形の断面形状を有している。ここで弓形とは、円弧とその両端を結ぶ線分とで構成された形状をいう。
【００３７】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、表側の面では点Ｐ３に最大のせん断応力が発生し、裏側の面では点Ｐ４に最大のせん断応力が発生する。本実施形態においても、点Ｐ３に発生するせん断応力の大きさを、点Ｐ４に発生するせん断応力の１．０５倍以上にする。
【００３８】
本実施形態では、溝１３ｃにより、点Ｐ３に発生するせん断応力をより大きくすることができる。具体的には、溝１３ｃの深さｄを大きくするほど、点Ｐ３に発生するせん断応力を大きくすることができる。ここで溝１３ｃの深さｄは、溝１３ｃが形成された面から溝１３ｃの最深部までの距離を意味する。
【００３９】
溝１３ｃの深さｄは、溝１３ｃの曲率半径ρの０．２５％以上（ｄ≧０．００２５ρ）とすることが好ましい。一方、溝の深さｄが大きすぎると、点Ｐ３の応力が大きくなりすぎ、実体の疲労特性を正しく評価できなくなるおそれがある。溝１３ｃの深さｄは、好ましくは溝１３ｃの曲率半径ρ以下（ρ≧ｄ）であり、かつ、標点部１３の厚さｔの２５％以下（ｄ≦０．２５ｔ）である。溝１３ｃの深さｄは、より好ましくは厚さｔの１０％以下（ｄ≦０．１０ｔ）であり、さらに好ましくは厚さｔの５％以下（ｄ≦０．０５ｔ）である。
【００４０】
溝１３ｃの幅ｂは、標点部１３の幅ｗよりも小さい（ｂ＜ｗ）ことが好ましい。溝１３ｃの幅ｂが標点部１３の幅ｗ以上であると、意図した応力分布が得られなくなる。なお、溝１３ｃの幅ｂは、２ρｓｉｎ（ａｒｃｓｉｎ（（ρ−ｄ）／ρ））としても求めることができる。
【００４１】
試験片２は、図６に示すように、内径２ρの鋼管Ｐから、鋼管Ｐの内面を含むように試験片を採取し、この試験片を成形して製造することもできる。この場合、試験片２の標点部１３の厚さｔ（図５）は、鋼管Ｐの肉厚ｗｔの１０〜１００％（０．１ｗｔ≦ｔ≦ｗｔ）にすることが好ましい。
【００４２】
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。本実施形態においても、疲労き裂が発生しやすいノッチ部１３Ａの表側を観察しながら、標点部１３に繰り返しねじり負荷を加えることで、材料のき裂発生寿命を評価することができる。また、図６を用いて説明したように、鋼管Ｐから試験片２を採取すれば、鋼管の内面を起点とした疲労破壊を再現した試験を実施することができる。
【００４３】
［第３の実施形態］
図７Ａは、本発明の第３の実施形態による試験片３の斜視図である。図７Ｂは、試験片３を図７Ａとは反対側から見た斜視図である。試験片３は、一対のつかみ部３１及び３２と、つかみ部３１とつかみ部３２との間に形成された標点部３３とを備えている。試験片３は、全体的に、丸棒状の試験片の一方の面を研削して平らにした形状を有している。
【００４４】
第１の実施形態と同様に、軸方向（ｙ方向）、幅方向（ｘ方向）、及び厚さ方向（ｚ方向）を定義し、厚さ方向の一方側（ｚ方向プラス側）を表側と呼び、他方側（ｚ方向マイナス側）を裏側と呼ぶ。試験片３は、表側に平らに形成された面を有している。
【００４５】
つかみ部３１及び３２は、軸方向に垂直な断面の面積が、標点部３３よりも大きくなるように形成されている。つかみ部３１及び３２のそれぞれと標点部３３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。
【００４６】
図８は、試験片３の標点部３３の近傍を拡大して示す平面図である。標点部３３は、軸方向の中央近傍に、幅方向の寸法が他の箇所よりも小さいノッチ部３３Ａを有している。具体的には、標点部３３はノッチ部３３Ａにおいて、平らに形成された面を除く外周面にノッチ３３ａが形成されている（図９も参照）。ノッチ３３ａは、境界に応力が集中しないように、曲率半径が大きく形成されていることが好ましい。一方、ノッチ３３ａの曲率半径を大きくすることでノッチ部３３Ａの長さを大きくしすぎると、き裂発生箇所を特定することが難しくなる。ノッチ部３３Ａの長さは、例えば０．５〜５ｍｍであり、好ましくは１〜３ｍｍである。
【００４７】
図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。図９の断面は、軸方向に垂直で、かつノッチ部３３Ａを含む断面である。標点部３３は、図９の断面において、幅ｗが厚さｔよりも大きい（ｗ＞ｔ）。
【００４８】
標点部３３にねじり負荷が加わると、表側の面では点Ｐ５に最大のせん断応力が発生し、裏側の面では点Ｐ６に最大のせん断応力が発生する。標点部３３は、図９の断面において、軸方向をねじり軸としてねじり負荷を加えたときに表側に生じる最大応力が、裏側に生じる最大応力の１．０５倍以上となる形状を有する。すなわち、本実施形態では、点Ｐ５に発生するせん断応力の大きさが、点Ｐ６に発生するせん断応力の１．０５倍以上である。
【００４９】
点Ｐ５に発生するせん断応力と点Ｐ６で発生するせん断応力の比は、幅ｗと厚さｔとの比によって調整することができる。具体的には、ｗ／ｔを大きくすると、点Ｐ５及び点Ｐ６の両方とも応力は増加するが、点Ｐ５の方がより大きく増加する。そのため、ｗ／ｔを大きくするほど、点Ｐ５に発生するせん断応力の点Ｐ６で発生するせん断応力に対する比を大きくすることができる。点Ｐ５及び点Ｐ６に発生するせん断応力の具体的な大きさは、標点部３３の形状から、例えば有限要素法によって計算することができる。
【００５０】
以上、本発明の第３の実施形態による試験片３を説明した。本実施形態においても、疲労き裂が発生しやすいノッチ部３３Ａの表側を観察しながら、標点部３３に繰り返しねじり負荷を加えることで、材料のき裂発生寿命を評価することができる。
【実施例】
【００５１】
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。
【００５２】
［計算例１］
有限要素法によって、第２の実施形態による試験片２（図４）の解析を行った。解析に用いた試験片は全長を６０ｍｍ、標点部１３の長さを９．５ｍｍとした。さらに、ノッチ部１３Ａの長さを２ｍｍ、ノッチ１３ａの曲率半径を２．６ｍｍ、最大深さを０．２ｍｍとした。さらに、ノッチ部１３Ａの幅ｗ（図５）を３．１ｍｍ、厚さｔ（図５）を２ｍｍ、溝１３ｃの曲率半径ρ（図５）を８．７５ｍｍ、深さｄ（図５）を０．１ｍｍとし、角１１ａ、１２ａ、及び１３ｂにそれぞれにＣ＝１ｍｍのＣ面取りを施した。材料のヤング率を２０６０００ＭＰａに設定し、１．６９９Ｎ・ｍのトルクを付与してせん断応力の分布を計算した。結果を図１０Ａ及び図１０Ｂに示す。
【００５３】
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、ノッチ部１３Ａの表側の面に最大応力（７１１ＭＰａ）が生じており、これは裏側の面の最大応力（６６１ＭＰａ）の約１．０８倍であった。このことから、裏側の面を面取りすることで、表側に生じる最大応力を裏側に生じる最大応力の１．０５倍以上にできていることを確認した。
【００５４】
［計算例２］
有限要素法によって、第３の実施形態による試験片３（図７Ａ）の解析を行った。解析に用いた試験片は全長を６０ｍｍ、標点部３３の長さを２．５ｍｍとした。さらに、ノッチ部３３Ａの長さを２ｍｍ、ノッチ３３ａの曲率半径を２．６５ｍｍ、最大深さを０．２ｍｍとした。ノッチ部３３Ａの幅ｗ（図９）を２．１ｍｍ、厚さｔ（図９）を１．８５ｍｍとした。材料のヤング率を２０６０００ＭＰａに設定し、０．５Ｎ・ｍのトルクを付与してせん断応力の分布を計算した。結果を図１１に示す。
【００５５】
図１１に示すように、ノッチ部３３Ａの表側の面に最大応力（３７１ＭＰａ）が生じており、これは裏側の面の最大応力（３５０ＭＰａ）の１．０６倍であった。このことから、表側を平らにした円形形状の断面とすることで、表側に生じる最大応力を裏側に生じる最大応力の１．０５倍以上にできていることを確認した。
【００５６】
［実観察試験］
次に、上記計算例１の解析モデルと同じ形状・寸法の試験片を実際に作製し、ノッチ部の表側を観察しながら、試験片１が破断するまで標点部に繰り返しねじり負荷を加えた。図１２Ａ〜図１２Ｆはそれぞれ、応力比Ｒ＝−１、せん断応力振幅τａ＝５５０ＭＰａ加えた時の繰り返し数Ｎが０（試験前）、９９００、１８９００、２９７００、３１５００、及び３９６００のときの標点部のマイクロスコープ画像である。破断繰り返し数は４．７７×１０４回であった。
【００５７】
図１３Ａ〜図１３Ｆは、マイクロスコープ画像を画像処理することによって得られたひずみ分布である。図中、明るい部分ほど、ひずみの大きい部分であることを示す。図１３Ａ〜図１３Ｆに示すとおり、き裂発生に至る前から徐々にひずみが大きくなっており、これらの箇所に微小き裂が発生していることを確認した。
【００５８】
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】
【００５９】
１，２，３  試験片
１１，１２，３１，３２  つかみ部
１１ａ，１２ａ，３１ａ，３２ａ  角
１３，３３  標点部
１３Ａ，３３Ａ  ノッチ部
１３ａ，３３ａ  ノッチ
１３ｂ  角
１３ｃ  溝
【図１Ａ】
2019174208.tif 000003
【図１Ｂ】
2019174208.tif 000004
【図２】
2019174208.tif 000005
【図３】
2019174208.tif 000006
【図４】
2019174208.tif 000007
【図５】
2019174208.tif 000008
【図６】
2019174208.tif 000009
【図７Ａ】
2019174208.tif 000010
【図７Ｂ】
2019174208.tif 000011
【図８】
2019174208.tif 000012
【図９】
2019174208.tif 000013
【図１０Ａ】
2019174208.tif 000014
【図１０Ｂ】
2019174208.tif 000015
【図１１】
2019174208.tif 000016
【図１２Ａ】
2019174208.tif 000017
【図１２Ｂ】
2019174208.tif 000018
【図１２Ｃ】
2019174208.tif 000019
【図１２Ｄ】
2019174208.tif 000020
【図１２Ｅ】
2019174208.tif 000021
【図１２Ｆ】
2019174208.tif 000022
【図１３Ａ】
2019174208.tif 000023
【図１３Ｂ】
2019174208.tif 000024
【図１３Ｃ】
2019174208.tif 000025
【図１３Ｄ】
2019174208.tif 000026
【図１３Ｅ】
2019174208.tif 000027
【図１３Ｆ】
2019174208.tif 000028