第 2 章 油井管特殊ねじ継手の疲労破壊モード
2.3 実体疲労試験の方法
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表2-3 L80，P110およびQ125の化学成分（max. %表示）
Material C Si Mn P Cr Mo
L80 0.43 0.45 1.90 0.03 - -
P110 - - - 0.03 - -
Q125 0.35 - 1.00 0.02 1.20 0.75
図2-5 供試材のミクロ組織の一例（ピン材）
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試験を手動で停止するようにした．モーターの回転数は負荷する垂直荷重の大きさに応じ て83 rpm，もしくは166 rpmとした．この回転速度を試験周波数に換算すると，約1.4～2.8 Hz に相当する．
供試体の内部には約0.6 MPaの空気圧が封入されており，貫通き裂の発生により内圧が低 下し始めた時点で，試験を終了する．その試験機が停止した時点を，疲労寿命と定義した．
なお，試験機の停止後も慣性でパイプは多少回転するが，その回転数は疲労寿命には含め ていない．
図2-6 4点曲げ式回転曲げ疲労試験機の写真と模式図
2.3.2 共振型疲労試験
共振型疲労試験は，15～30 Hzまでの試験周波数が適用可能であり，4点曲げ式回転曲げ式 疲労試験よりも高速で試験を実施できることから，寿命の長い比較的低応力振幅域を対象 に適用した．この試験方法は上記利点から，鉄道車軸[5]や鉄道車輪[6]，送電線[7]など，様々 な大型の機械構造物や部材の疲労特性評価に適用されている．
図2-7に共振型疲労試験機の写真と模式図を示す．試験機は二つの支持点，モーター，死 荷重，偏心マスから構成される．偏心マスをモーターで回転させることにより，供試体に 一次の共振モードが発生し，繰返しの曲げ荷重を継手部に負荷することが可能になる．最 大曲げモーメントはカップリングの中央に負荷され，継手部を疲労破壊に至らしめる．試 験中は，サンプル自体は振動するのみで回転はしない．供試体の全長は25～30 Hzの周波数 で一次の共振モードを発生させる条件を強制振動の運動方程式から計算し，管本体外径が 177.8 mm (7 inches)のサイズについては約4.1 mとした．
試験はひずみ制御で実施し，制御用のひずみゲージは，ISO13679の試験規格[8]に則り，
カップリング端部から135.6 mm (= 3 √ ) の位置に貼付けた．ここでODは管本体 の外径，WTは管本体の肉厚を示している．ひずみゲージはカップリング両端部から当該距 離の位置で，円周方向90度ピッチの計4箇所に貼付けた．試験では，この4箇所のひずみの 平均値が目標のひずみを上回る範囲で試験を実施した．なお，4点曲げ式回転曲げ方式と同 様に，ひずみの上下限の設定は特にしていないが，モニタリングによって狙いから乖離し
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たひずみが出力された際は試験を手動で停止するようにした．
疲労寿命は，4点曲げ式回転曲げ疲労試験と同様に，供試体に封入した水の圧力約1.0 MPaが 貫通き裂の発生によって低下した時点と定義し，その際に試験を自動的に終了した．以上のように，
試験方式は寿命域あるいは応力振幅域に応じて異なるものの，疲労寿命の定義は貫通き裂 の発生で同一である．よって，本研究では両方の実験データを合わせてこの供試体のS-Nデ ータとした．
図2-7 共振型疲労試験機の模式図
2.3.3 実体疲労試験の条件
表2-4に実体疲労試験の条件を示す．L80，Q125については4点曲げ式回転曲げ疲労試験の み，P110については4点曲げ式回転曲げ疲労試験と共振型疲労試験を実施した．いずれの試 験も室温，大気中で実施した．
なお，試験機が自動停止しない場合の試験の打切り回数は1.50×107回，または2.00×107 回とし，当該回数に達しても貫通き裂がなければ，その応力振幅の最大値を疲労限度と定 義した．
表2-4 実体疲労試験の条件 (a)L80の試験条件
#1 HH-PNBN HH-PNBN 277 1.4 Rotary bending
#2 HH-PNBN HH-PNBN 293 1.4 Rotary bending
#3 HH-PNBN HH-PNBN 313 1.4 Rotary bending
#4 HH-PNBN HH-PNBN 257 1.4 Rotary bending
#5 HH-PNBN HH-PNBN 216 2.8 Rotary bending
#6 HH-PNBN HH-PNBN 235 2.8 Rotary bending
#7 HH-PNBN HH-PNBN 164 2.8 Rotary bending
#8 HH-PNBN HH-PNBN 191 2.8 Rotary bending
#9 HH-PNBN HH-PNBN 369 1.4 Rotary bending
#10 HH-PNBN HH-PNBN 159 2.8 Rotary bending Testing methodology
L80
Testing frequency A side B side [Hz]
Material Specimen No.
Configuration Stress amplitude
[MPa]
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表2-4 実体疲労試験の条件（つづき）
(b)P110の試験条件
(c)Q125の試験条件
##1 HH-PNBN HH-PNBN 280 1.4 Rotary bending
##2 HH-PNBN HH-PNBN 321 1.4 Rotary bending
##3 HH-PNBN HH-PNBN 344 1.4 Rotary bending
##4 HH-PNBN HH-PNBN 372 1.4 Rotary bending
##5 HH-PNBN HH-PNBN 217 2.8 Rotary bending
##6 HH-PNBN HH-PNBN 192 2.8 Rotary bending
##7 HH-PNBN HH-PNBN 164 2.8 Rotary bending
##8 HH-PNBN HH-PNBN 281 1.4 Rotary bending
##9 HH-PNBN HH-PNBN 279 1.4 Rotary bending
##10 HH-PNBN HH-PNBN 247 1.4 Rotary bending
##11 HH-PNBN HH-PNBN 47 25 Resonance
##12 HH-PNBN HH-PNBN 73 25 Resonance
##13 HH-PNBN HH-PNBN 63 25 Resonance
##14 HH-PNBN HH-PNBN 105 25 Resonance
##15 HH-PNBN HH-PNBN 63 25 Resonance
##16 HH-PNBN HH-PNBN 52 25 Resonance
##17 HH-PNBN HH-PNBN 84 25 Resonance
Material Specimen No.
Configuration Stress amplitude
[MPa]
Testing methodology
P110
Testing frequency A side B side [Hz]
###1 HH-PNBN HH-PNBN 321 1.4 Rotary bending
###2 HH-PNBN HH-PNBN 342 1.4 Rotary bending
###3 HH-PNBN HH-PNBN 365 1.4 Rotary bending
###4 HH-PNBN HH-PNBN 320 1.4 Rotary bending
###5 HH-PNBN HH-PNBN 295 1.4 Rotary bending
###6 HH-PNBN HH-PNBN 280 1.4 Rotary bending
###7 HH-PNBN HH-PNBN 260 1.4 Rotary bending
###8 HH-PNBN HH-PNBN 238 2.8 Rotary bending
###9 HH-PNBN HH-PNBN 235 2.8 Rotary bending
###10 HH-PNBN HH-PNBN 212 2.8 Rotary bending
###11 HH-PNBN HH-PNBN 191 2.8 Rotary bending
###12 HH-PNBN HH-PNBN 173 2.8 Rotary bending
###13 HH-PNBN HH-PNBN 171 2.8 Rotary bending
###14 HH-PNBN HH-PNBN 152 2.8 Rotary bending
###15 HH-PNBN HH-PNBN 154 2.8 Rotary bending
###16 HH-PNBN HH-PNBN 298 1.4 Rotary bending
###17 HH-PNBN HH-PNBN 299 1.4 Rotary bending
###18 HH-PNBN HH-PNBN 195 2.8 Rotary bending
###19 HH-PNBN HH-PNBN 196 2.8 Rotary bending Testing methodology A side B side
Q125
Testing frequency
[Hz]
Material Specimen No.
Configuration Stress amplitude
[MPa]
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