Effects of Pitch on the Correction Factors of the Stress Intensity Factors for Semielliptic Surface Cracks in Compression Coil Springs

1. 緒 言 著者らは,これまでに等方均質性素線及び異方性素線製 引張および圧縮コイルばね中の半楕円形表面き 裂の応力拡大係数修正係数の有限要素解を求めるととも に,それらの値に及ぼす各種パラメータの影響を調 べてきた.その過程で素線に働く曲げ応力の影響が無視で きない場合が多く見られた. 一般に,コイルばねでは,ピッチの増加とともに素線に 働く曲げの効果が大きくなって,ピッチ角 a≡tan [p/ (2rR)]が 10°以上 (無次元ピッチ p/R>1.11)になると, ねじりとの組合せ効果が顕著となり,素線内の応力状態が 変化することが知られている .このように曲げの影 響が顕在化するピッチ角の大きなばねを粗巻ばねと称し, 曲げの効果が無視できるほど小さなピッチ角の小さなばね を密巻ばねと称することがある.ただし,pはピッチ,R はコイル半径である(後出 Fig. 1(a)参照). そこで,本研究では,圧縮コイルばね中の半楕円形表面 き裂の 3次元有限要素法モデルを作製し,そのモデルを使 用して汎用有限要素法(FEM)ソフト ANSYSによってコ イルばねのピッチを変化させて応力拡大係数を解析して, それらをせん断応力で正規化した修正係数を求めて,表面 き裂縁に沿う応力拡大係数の修正係数の分布,ならびに応 力拡大係数の修正係数に及ぼすコイルばねのピッチの影響 を調べることとした.