疲労寿命 — CAE用語解説

疲労寿命Nfは材料が繰り返し荷重によって破壊するまでのサイクル数で、応力振幅Saとの関係をS-N曲線（ウェーラー曲線）で表す。高サイクル疲労（HCF、Nf > 10^5）では応力振幅ベースのSアプローチ、低サイクル疲労（LCF、Nf < 10^4）では塑性ひずみが大きいのでひずみ振幅ベースのE-Nアプローチ（Coffin-Manson則）が使われる。FEM解析で得た応力振幅を材料試験データのS-N曲線に当てはめてNfを推定するのが基本的な手順で、航空機エンジン翼や車軸のような繰り返し荷重を受ける部品の設計寿命管理に欠かせない。

疲労亀裂の発生と進展は別々に評価する。発生（き裂核生成）はS-N曲線ベースの累積損傷法で評価して、「どこでき裂が始まるか」の予測に使う——応力集中係数Ktが高い場所（ノッチ、溶接ルート、ボルト穴）がリスク箇所だ。一方、発生したき裂の進展速度はParisの法則 da/dN = C*(deltaK)^m で表され、応力拡大係数範囲deltaKをFEM（VCCTやX-FEM）で追跡して「何サイクルで貫通破断に至るか」を評価するのが疲労亀裂進展解析だ。航空機の損傷許容設計ではこの両者を組み合わせた「残余強度評価」が義務付けられているよ。