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車の疲労破壊について

投稿日:2015年5月24日 更新日:

「疲労」というとなんとなく人間くさい感じがしますが、人間の疲労はひと休みすると疲れはとれて元の状態に回復します(なかには回復しない人もいますが)。しかし、金属の疲労のほうはいくら休ませても回復することはありません。

自動車の強度に関係する部材は、エンジンにしろサスペンションにしろ車体にしろ、同じような荷重を何万回も繰り返し受ける部品がほとんどですから、その応力(断面積当たりの荷重)があるレべルを超えていると、応力を受けるたびに金属は少しずつ疲労して、ついには破断してしまいます。疲労破壊は、高速増殖炉「もんじゅ」で流量計のステンレス製のケースが金属疲労で破壊したとして問題になったあの壊れ方です。

溶接部は、熱によって材料が変質したり、断面も急変したりしているので、応力集中をおこしやすく疲労破壊の起点の要注意箇所の筆頭です。たとえばボディ・コン(ボディ・コンストラクション車体構造、またはボディ・コンプリート車体完結。一般に、ドアやボンネット等のルーズ・パーツは含みません)は何枚もの鉄板をプレスし、それをスポット溶接して組み上げていますから、見方を変えると、バネとマス(質量)でできている振動体のようなもので、もともと振動しやすく、その振動はスポット溶接部の疲労を促進し、これがクラックへと発展していくのです。

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応力を何回も受けてしまう場合など

今日の自動車は一発の大荷重によって壊れることはなくなりましたが、疲労破壊のほうは完全になくなったとはいえません。それは車の走り方や荷重の推定を見誤ったときや、エンジンや車輪が出す振動に共振したときや、大荷重がかかった後の振動のダンピング(減衰性振動を継続させないで早く小さくする性質)が悪く振動が長引いた結果、同じような応力を何回も受けてしまう場合などに問題になりやすいわけです。

疲労破壊も、応力が、あるレべル以下に収まっていれば、何万回繰り返されても永久に破断することはないので(これを疲労限以下といいます)、自動車の強度部材はすべてこの疲労限以下の応力になるように設計するわけです。疲労は確実に蓄積されていくので、自動車としては疲労強度は大変重要な問題であるわけです。

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