応力比
応力比Rは、繰返し荷重における最小応力σ_minと最大応力σ_maxの商である。平均応力状態を特徴づける：R = -1は完全両振り荷重、R = 0は完全片振り引張荷重を意味する。溶接部材では、残留応力が局所的なRを増加させ、許容疲労強度を低下させる。
物理化学的作用機構
振動荷重がかかると、応力は上限値 σ_max と下限値 σ_min の間で周期的に変動する。応力比 R = σ_min / σ_max（符号付き）は、この変動が平均応力の周りでどの程度の大きさかを表す。R が負の場合、応力は方向を変える（引張-圧縮の交番）。R がゼロまたは正の場合、応力は引張または圧縮の範囲に留まる。R が大きくなるほど、同じ振動幅でも平均応力は高くなる。これが疲労き裂の進展を促進するのは、き裂先端の除荷が少なくなるからである。
溶接における冶金学的関連性とリスク
溶接部は冷却後に高い引張残留応力を含み、それが降伏点近くに達することがある。この残留応力は運転荷重と重畳する。その結果、溶接部の局所的な応力比は明らかに上方に移動する。たとえ部材が外見上 R = -1 で検査されても、臨界となる溶接部の領域はしばしば R ≈ 0.3 から 0.5 で振動する。これにより疲労限度は著しく低下する。真の局所 R が過小評価されると、溶接止端部で早期にき裂が発生する。特に高張力鋼や厚板で顕著である。
現場の実践と指示事項
応力比は常に部材の実際の荷重履歴から求め、理想化された仮定から求めてはならない。残留応力除去を行わない溶接構造物では、寿命計算において少なくとも R = 0.5 を設定する。たとえ外部荷重が交番してもである。溶接止端部のグラインダ仕上げ、ショットピーニング、または TIG 後処理によって、局所的な引張応力ピークを低減する。これにより平均応力と実効 R を下げる。重要な部品では、実残留応力を X 線回折法または穿孔法で測定し、実際の R を求める。