疲労試験の試験片の形状（JIS規格）や加工方法について解説 | 株式会社昭和製作所試験片(テストピース)や試作・冶具製作メーカー

疲労試験片の形状（JIS規格）についてご紹介

疲労試験片の形状はJISでも規定されています。

今回は、疲労試験片とはなにか、また試験の方法や目的・種類、形状（JIS規格）に加え、弊社の実績についてもご紹介いたします。

弊社では下記のような加工に対応しております。

JIS規格の標準的な試験体の加工
研究開発途中の材料からの試験片の切り出し
お客様にとっても未知の材料への加工条件の割り出し
他社で断られた難加工材料への対応

このような多数の取り組みを行っております。

疲労試験片とは

疲労試験片は、疲労試験に用いる小片です。

疲労試験とは試験片に大きな力を加えるのではなく、一定あるいは変動する小さな応力を繰り返し加え、素材が破壊する限度(疲労限界)を調べる方法です。

多くの機械部品は、一度の静的荷重や衝撃荷重で破壊することは少なく、繰り返し荷重による疲労破壊が大部分となります。

疲労破壊の限度は機械部品を使用する環境(高温、有害ガス、塩分など)によっても大きく異なってきます。

疲労試験片を用いることで、材料や部品の疲労の特性を調べることができ、各環境下でどれだけの荷重のサイクル数に耐えることができるかなどの評価ができます。

試験の種類は荷重により、引張圧縮、回転曲げ、平面曲げ、ねじりなどに分類されます。

これらの結果は、製品の設計や材料の選定に関する重要な情報になります。

建物や機械の設計や建設・製造の際に疲労試験の結果を把握していれば、より耐久性に優れたものを作ることができます。

材料試験片の種類や形状について下記の記事にて詳しくご紹介しておりますので、是非ご参照ください。
→ 材料試験片とは

また、非破壊検査の種類や特徴についても詳しくご紹介しております。

あわせてご参照ください。

→非破壊検査の種類・特徴を試験片専門メーカーがわかりやすく解説！

疲労試験方法と試験片の形状（JIS規格）

疲労試験の実施方法や形状は、JIS規格で規定されています。

適用範囲は、繰り返し数104以上の疲れ寿命を対象として室温大気中で行う標準試験片によるものです。

JIS2273で疲労試験の全体的な通則を規定し、種類ごとに形状などの詳細なJIS規格が決まっています。

回転曲げは「JIS2274」、平面曲げは「JIS2275」、引張・圧縮は「JIS2279」などが試験の方法や形状の主要なJIS規格です。

形状は原則として、円形断面または板状のものとなります。

疲労試験の種類によって、より細かい形状が指定されています。

標準的な試験片形状のものに加え、円柱の直径が連続的に変化する「テーパ部」を備えた形状や、切り欠きのある形状、環状の半円溝を備えた形状などがあります。

疲労試験の目的

材料の疲労度(疲れ具合)に対する強度や限度、寿命を調べる為に疲労試験(疲れ試験)を行います。

事前に材料の疲労度や限界度を把握することで、建物や構造物、製品などの改良に活かされ、事故を未然に防ぐことができます。

自動車が走行する時の振動や、建物のドアを開閉する際に蝶番にかかる荷重など、構造物や製品には、さまざまな応力が繰り返しかかります。

平面曲げは平面に繰り返し応力をかけた時の疲れ限度を把握するのが目的で、同じく回転曲げでは、回転する物体を曲げる力の影響を把握します。

応力負荷を繰り返す回数は104以上と規定されており、疲労試験の試験機は、試験片が破断するまでの応力負荷の繰り返し数を求められる仕組みになっています。

疲労試験の種類と形状

疲労試験にはいくつか種類があり、それに応じて形状も異なります。

試験の基本となるものは、引張、圧縮、曲げ、ねじりです。

JIS2273が規定する試験の種類をご紹介いたします。

　両振り引張・圧縮疲れ限度＝両振り引張圧縮応力が作用するときの疲れ限度。
　片振り引張疲れ限度＝片振り引張応力が作用するときの疲れ限度。
　片振り圧縮疲れ限度＝片振り圧縮応力が作用するときの疲れ限度。
　回転曲げ疲れ限度＝回転曲げ応力が作用するときの疲れ限度。
　両振り平面曲げ疲れ限度＝両振り平面曲げ応力が作用するときの疲れ限度。
　片振り平面曲げ疲れ限度＝片振り平面曲げ応力が作用するときの疲れ限度。
　両振りねじり疲れ限度＝両振りねじり応力が作用するときの疲れ限度。
　片振りねじり疲れ限度＝片振りねじり応力が作用するときの疲れ限度。

試験片の形状は円形断面または板状で、疲労試験の種類によって形状の細部が規定されています。

JIS規格を基に疲労試験の方法や形状を一部ご紹介いたします。

【JIS規格：Z 2274 回転曲げ疲れ試験の3試験片(形状)抜粋】

標準試験片は、その形状により1～3号試験片に区分し、それらの標準寸法は、図1～図3のとおりとすると記載あります。