コンロッドの疲労解析 ～形状および材質の影響～

• 形状や材質の違いで変化する寿命を定量的に評価したい方
• より高い疲労寿命を持つ製品の検討を行いたい設計者の方

コンロッドの設計において、寿命を最大にするような形状と材料を検討したい。

（図1）のコンロッドに両振り荷重が作用する場合の応力疲労寿命を疲労解析により評価します。形状と材料の変更によりどの程度疲労寿命に影響を及ぼすのかを確認します。

（図1）解析モデル

Ansys Mechanicalの静的構造で応力解析を実施、その応力結果に基づいてnCodeで疲労寿命解析を行います。

（図2）解析システムリンク

1. 形状：A、材料：構造用鋼
2. 形状：B、材料：構造用鋼
3. 形状：A、材料：アルミニウム合金

2種類の形状を（図３）に示します。

　　　　　　　　　　　　　形状A　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　形状B

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（図3）

• 構造用鋼（SAE1045相当）
  • ヤング率：207 GPa
  • ポアソン比：0.3
• アルミニウム合金（A7175相当）
  • ヤング率：71 GPa
  • ポアソン比：0.33
• SN線図

　　　　　　　　　　　　構造用鋼　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　アルミニウム合金

エンジンのコンロッドを想定し、材料は構造用鋼とアルミ合金が割り当てられ、材料の違いによる疲労寿命の違いを評価されます。
メッシュを（図4）に示します。高次要素を用いており節点数は約9万8千でした。

（図4）メッシュ

静的構造解析の解析条件を（図5）に示します。クランクシャフトに取り付けられる側の受け部を固定し、ピストンから受ける力を想定してコンロッドの長手圧縮方向に軸受荷重を設定します。

また、（図6）にnCodeにおける荷重設定を示します。両振り荷重を想定しています。

（図5）静的構造解析条件

（図6）nCode荷重設定

• 静的構造解析後の応力分布
• 疲労解析時の疲労寿命

静的構造解析の結果を（図7）に示します。

（図7）Mechanical応力解析 相当応力結果 

左：ケース①、中央：ケース②、右：ケース③

nCodeによる疲労解析の結果を（図８）に示します。

（図8）nCode疲労解析寿命結果

左：ケース①、中央：ケース②、右：ケース③
※寿命結果の単位は[サイクル]