疲労限度 — CAE用語解説

疲労限度（Fatigue Limit）はS-N曲線が収束する下限の応力振幅で、これ以下の応力振幅では理論上は無限サイクルでも破壊しないという値だ。鉄鋼材料は107〜108サイクル付近で明確な疲労限度を示す（S-N曲線が水平になる）が、アルミニウムやチタン、複合材は疲労限度が明確でなく低応力でも徐々に損傷が蓄積する。設計では安全係数と疲労限度をもとに「疲労安全率 = 疲労限度 / 最大応力振幅」を評価する。FEM解析では最大主応力やvon Mises応力の振幅を計算してこの安全率マップを描くのが標準的なアプローチだよ。

表面状態の影響は非常に大きくて、鏡面仕上げの滑らかな試験片で得た疲労限度を実際の部品に適用するためには修正係数が必要だ。Morrow・Heywood・Juvinallなどが整理した修正係数には、表面粗さ係数ka（旋削・フライス加工で0.6〜0.9）、寸法係数kb（部品が大きいほど1以下）、荷重係数kc（曲げ・ねじり・軸荷重で異なる）などがある。溶接継手では溶接止端部の応力集中とともに残留引張応力が疲労限度を大幅に低下させて、鋼板の溶接部での疲労限度は母材の1/3〜1/2になることがある。FEM解析では溶接モデルに適切な応力集中係数を適用するか、「ホットスポット応力法」で評価するのが正しいやり方だよ。