周期的ストレス

周期的応力と は、時間の経過に伴って繰り返し変化する力 (応力ともいう) の分布です。例として、スキーリフトなどの高所作業車を駆動するために使用される大きな車輪の 1 つを考えてみましょう。車輪に巻き付けられたワイヤー ケーブルは、車輪と車輪を支える駆動シャフトに下向きの力を加えます。シャフト、車輪、ケーブルは動きますが、力は地面に対してほぼ垂直のままです。したがって、駆動シャフトの表面上の点は、地面に向かっているときは張力を受け、空に向かっているときは圧縮を受けます。

回転機械では、回転部分に曲げモーメントが加わるため、周期的な応力が頻繁に発生します。これは周期的な曲げ応力と呼ばれ 、上記の空中リフトはその良い例です。ただし、周期的な軸方向応力と周期的なねじり応力も存在します。周期的な軸方向応力の例としては、橋などの構造物から飛び降りる大勢の人を支える必要があるバンジーコード (バンジージャンプを参照) が挙げられます。人がコードの端に到達すると、コードは弾性的にたわみ、人の下降を止めます。これにより、コードに大きな軸方向応力が発生します。コードに蓄えられた弾性位置エネルギーの一部が通常、人に戻され、落下した距離の何分の一かだけ人を上方に投げ上げます。その後、人は再びコードの上に落ち、コードに応力が発生します。これは、ジャンプごとに複数回発生します。同じコードが数回のジャンプに使用されるため、コードに周期的な応力が発生し、交換しないと最終的に故障につながる可能性があります。

材料に周期的応力が加わると、その応力が塑性変形を引き起こさなくても、材料が疲労により破損することがあります。疲労破損は通常、周期的応力を平均成分と交番成分に分解することによってモデル化されます。平均応力は主応力の時間平均です。交番応力の定義は情報源によって異なります。最小応力と最大応力の差、または平均応力と最大応力の差として定義されます。^{[1] [2]}エンジニアは、部品が単一タイプ（曲げ、軸方向、またはねじり）の周期的応力を受ける機構を設計しようとします。これは、さまざまな材料の疲労破損を特徴付けるために使用される実験とより一致するためです。