応力集中 とは公称応力と疲労強度

応力集中は、穴や切り欠き、段差などの形状変化の近くで応力が局所的に高くなる現象です。公称応力で見れば安全でも、最大応力は大きくなり得るため、破壊の起点を見落としやすい点が重要です。

参考）応力集中とは？一歩踏み込む材料力学の教室【中級編】

応力集中係数は最大応力と公称応力の比で表され、形状の影響を定量化します。疲労設計では切欠き係数も重要で、応力集中係数が大きくても疲労強度の低下が比例しない場合があります。

参考）https://www-it.jwes.or.jp/qa/details.jsp?pg_no=0040020150

角を丸める、段差をなだらかにする、穴形状を見直すといった工夫で応力集中は緩和できます。FEM解析だけで判断せず、公称応力と局所応力の見方を分けることが実務では有効です。

参考）https://d-engineer.com/zairiki/ouryokusyuutyuu.html

高い応力集中があっても、材料や応力勾配によっては疲労き裂が停留することがあります。見かけの最大応力だけでなく、繰り返し荷重と材料特性を合わせて評価する視点が欠かせません。

骨接合材、カテーテル接続部、金属部品の角部などは応力集中が問題になりやすい領域です。臨床での安全性を考えると、材料強度だけでなく形状設計と疲労評価を一体で見る必要があります。

参考）応力集中と亀裂（き裂）