疲労による寿命診断
設備の寿命を決める重要な要因のひとつが「疲労」です。
クリープは「時間で進む損傷」、腐食は「環境で進む損傷」でしたが、
疲労は、「繰り返し」で進む損傷です。
疲労とは何か
材料は、一度大きな力を受けただけでは壊れなくても、小さな力でも繰り返し受けると、やがて壊れることがあります。
たとえば、
• 薄い金属板を何度も曲げると折れる
• 針金を何度も曲げると突然切れる
こういった現象が疲労です。
ポイントは、1回では問題ない力でも、回数を重ねると壊れるという点です。
疲労は「回数」で評価する
疲労の評価では、「どれくらいの応力で、何回繰り返すと壊れるか」を整理します。
ここで使われるのが、S–N曲線です。
• S：応力（Stress）
• N：繰り返し回数（Number of cycles）
つまり、
「この応力なら、何回で壊れるか」
を示した関係です。
疲労限という考え方
疲労の大きな特徴は、「疲労限」があることです。
ある一定以下の応力なら、理論上いくら繰り返しても壊れないという境界です。
たとえば鋼材などでは、
• 高い応力 → 少ない回数で破壊
• 低い応力 → 長い時間もつ
• さらに低い応力 → 破壊しない（疲労限以下）
という傾向になります。
一方で、疲労限を示さない材料もあるので注意が必要です。
寿命はどうやって決めるか
疲労による寿命の求め方は、比較的シンプルです。
1. 設備にかかる応力を把握する
2. それが疲労限より上か下かを確認する
そして、
• 疲労限以下
→ 理論上は寿命は無限（疲労では壊れない）
• 疲労限以上
→ S–N曲線から「破壊回数」を読み取る
つまり、
破壊に至る回数＝寿命
として評価できます。
実機ではどう使うか
発電プラントなどでは、
• 起動・停止
• 負荷変動
によって、繰り返し応力が発生します。
そのため、
• 1日の起動回数
• 年間の運転回数
といった情報から、
「あと何回の運転で寿命に達するか」
という形で寿命を評価します。