鋼の引張強度と耐久限度の間に何らかの関連性がありますか？

私はシャフトを設計しています、そして私は材料を選ばなければなりません。

私は自分の機械の繰り返し応力を扱うので、考えられるすべての応力を表現し、それをvon Misesの塑性変形基準と組み合わせると、いわゆる 比較ストレス 。

この比較応力は材料の耐久限度よりも低くなければなりません。私は持久力限界はありませんが、代わりに引張強度を持ちます。 耐久限度と引張強さの間に何か関係がありますか？

はい、ある程度です。

耐久限度は通常降伏応力の割合として表され、鋼の場合、典型的な値は1/2（50％）です。これは確かに一般的な低合金、中炭素鋼、すなわちあなたが合理的にシャフトに選ぶかもしれない種類の鋼のための合理的な仮定です。

実際、多くの実用的な目的のために動的荷重を考慮するためにあなたが使用する安全率はとにかくこれと同じかそれ以上になるでしょう、それでそれはしばしば鋼の制限要因ではありません。

同様に、高性能で高度に最適化された設計では、耐久性ストレスを絶対的な制限とは見なさず、単に疲労寿命を考慮して部品を設計する必要があります。

そして、非常に重要な部品については、表面仕上げ、表面処理、製造プロセス、そして疲労寿命を計算する際の最小半径など、係数の表が存在するという点で非常に詳細な設計を考慮する必要があります。

エンジニアリング設計において一般に、最適化は部品が受ける実際の実世界の負荷についてますます自信をつけるプロセスであり、非常に利益の減少に左右されるプロセスであり、一般的な目的のためにそれはしばしば賢明で実用的を選ぶケースであるあなたが自信を持つことができる安全性の要因。

OPのコメントに対する返答

それはほとんど経験的です。疲労の難しさは、それが局所的なストレス上昇者に大きく依存しているということです。バルク材としての鋼材は疲労の影響をあまり受けませんが、材料の降伏応力を超える表面の欠陥付近や、複数サイクルにわたる加工硬化など、局部的な応力集中を容易に生じます。

これは違います まさに 理想的な条件であっても非常に低い耐久限度を持っていると言うアルミニウムの疲労と同じメカニズム。

実際の工学における多くのことと同様に、それは与えられた文脈のために働くことが知られている経験的係数に帰結する。

ウィキペディアあたり：

鋼の限界の典型的な値は、最大引張強度の1/2、最大290 MPaです。

https://en.wikipedia.org/wiki/Fatigue_limit

そのような経験則に頼るかどうかは、アプリケーションによって異なります。

提供された表に基づくとそうではないと思われる ここに 。この関係は材料依存性が強く分析的に計算できないように思われます。

鋼は、引張強度の1/2に等しい非常に信頼性の高い耐久限度を持つ金属の中で比較的ユニークです。鋳鉄は確かにこの機能を持っていません。ニッケルとコバルトの合金はそれを持っているかもしれませんが、限られたデータがあります。疲労試験クーポンは、応力集中がなく滑らかです。それらが決して包含を含まないと言うのではありません。したがって、疲労試験は可能な限り最高の価値をもたらします。実社会のコンポーネントには通常、さまざまな応力集中装置があります。これらの応力集中剤の厳しさを決定するのは建築者の義務です。 「耐久限度」とは、ストレスサイクルの数が無限大に近づくことを意味します。