材料疲労（ざいりょうひろう）
最終更新：2026/4/25
材料疲労とは、繰り返し応力が加わることで、材料に亀裂が発生し、最終的に破壊に至る現象である。
別名・同義語 疲労破壊繰り返し応力による破壊
ポイント
材料疲労は、静的な強度よりも低い応力レベルでも発生する。航空機や自動車など、繰り返し荷重を受ける構造物の設計において重要な考慮事項となる。
材料疲労とは
材料疲労は、繰り返し応力（またはひずみ）が加わることで、材料内部に微小な亀裂が発生し、それが徐々に成長して最終的に破壊に至る現象です。この現象は、静的な強度試験では予測できないため、特に注意が必要です。
疲労破壊の過程
疲労破壊は、一般的に以下の段階を経て進行します。
- 亀裂発生段階: 材料表面または内部に微小な亀裂が発生します。この段階では、応力集中部や材料欠陥が亀裂の発生源となることが多いです。
- 亀裂進展段階: 発生した亀裂が、繰り返し応力によって徐々に成長します。亀裂の進展速度は、応力レベル、材料の特性、環境条件などに依存します。
- 破壊段階: 亀裂が材料の断面積全体に達し、最終的に破壊に至ります。
疲労強度に影響を与える要因
材料疲労の発生と進展には、様々な要因が影響を与えます。
- 応力レベル: 応力レベルが高いほど、疲労破壊までの寿命は短くなります。
- 応力比: 最大応力と最小応力の比率。応力比が高いほど、疲労強度は低下します。
- 材料の表面状態: 表面粗さや残留応力は、疲労強度に大きな影響を与えます。
- 環境条件: 温度、湿度、腐食性ガスなどは、疲労破壊を促進する可能性があります。
- 材料の特性: 材料の種類、結晶構造、組成などは、疲労強度に影響を与えます。
疲労試験
材料の疲労特性を評価するために、疲労試験が行われます。疲労試験では、材料に繰り返し応力を加え、破壊までの寿命や疲労強度を測定します。一般的な疲労試験には、回転曲げ疲労試験、引張疲労試験、ねじり疲労試験などがあります。
疲労対策
材料疲労による破壊を防ぐためには、以下の対策が有効です。