ねじ締結体の疲労強度特性評価を目的としたねじの疲労強度に及ぼす応力比の影響

摘要

ボルトが疲労破壊する主な原因は，ねじ部の回転ゆるみ，被締結体界面の摩耗などに起因する締結力の低下である．疲労破壊に至るまでのメカニズムは，締結力が低下することで，外力によりボルトのねじ部に付与される応力振幅が増大し，疲労き裂発生·進展を経て破壊に至る．締結されたボルトが外力を受けると，ボルト軸力が増加するが，締結による引張軸力が作用していることから，ボルトは高応力比の状態で疲労負荷を受けることになる．したがって，応力比がボルトの疲労特性に及ぼす影響を検討することは重要である．また，近年高強度鋼において，10~7回の繰返しを越える超高サイクル域での疲労破壊の存在が明らかにされているので，超高サイクル域に至るボルトの疲労強度特性を検討しておく必要がある．一方，現在，ボルトの疲労特性評価はボルト軸部の平均応力振幅を用いるのが一般的である．しかし，実際の疲労破壊が生じる個所は，様々な事故例から，ナット座面に近いナット内第一ねじ底であることが多く，ねじ底の応力状態が解析されている．この挙動を実験的にも明らかにし，疲労強度評価への適用方法を検討する必要がある．そこで本研究では，ナットで固定したボルトに対し，応力比を変えた疲労試験を行い，ボルトの疲労特性を評価した．また，ボルト単体の超音波疲労試験を行い，超高サイクル域の疲労挙動を調べた．さらに，疲労試験を模擬した有限要素法(FEM)解析を行い，両試験におけるねじ底の応力状態を明確にする．実験結果とFEM解析により，ボルトの疲労強度特性に及ぼす応力比の影響を明らかにすることを目的としている．