高サイクル疲労 — CAE用語解説

応力が弾性域に収まる範囲の繰返し荷重で生じる疲労のことで、目安として10^4回以上の繰返し数が対象だ。評価にはS-N曲線（応力振幅 vs 破断繰返し数）を使う。回転軸なんかは1回転で1サイクルだから、3000rpmで回れば1時間で18万サイクル。まさに高サイクル疲労の世界だね。

低サイクル疲労は塑性ひずみが支配的で、ε-N曲線で評価する。例えばエンジン起動・停止のような大きな熱応力サイクルが典型だ。高サイクルは弾性域だから応力ベース、低サイクルは塑性域だからひずみベース、という使い分けが重要だよ。

応力集中部のメッシュ密度がカギだね。フィレットやノッチ底の最大応力が正しく出ていないと、S-N曲線に入れる応力値そのものが間違ってしまう。あとは平均応力補正（Goodman線図やSoderberg線図）も忘れずに。引張の平均応力があると疲労限度が下がるからね。

鋼は10^7回あたりでS-N曲線が水平になるから明確な疲労限度がある。でもアルミ合金は曲線が下がり続けるから、厳密には疲労限度は存在しない。だからアルミ部品では10^8や10^9回での強度を「疲労強度」として設計するのが一般的だよ。

この4つはセットで覚えておこう。

まずは軸のフィレット部で応力集中係数を正しく出すところから始めよう。それがS-N曲線に乗せる入力値の精度を決めるからね。