許容引張応力とは何ですか？

質問

許容引張応力とはどういうものなのでしょうか？
例えばSUS316で700℃下の圧力容器で、許容引張応力は30N/mm2となっています。SUS316の引張強さは700℃で300N/mm2
つまり安全率は10としている事になります。
こういう解釈で良いのでしょうか？
許容引張応力について教えてください。

回答No.4

k_riv · ベストアンサー

＞許容引張応力とはどういうものなのでしょうか？

ということなので,許容引張応力の一般的な決め方及び考え方について記述します。ただ,私の専門が建築なもので，機械や容器の分野に対しては,少し，的外れの点があるかもしれません。ただ,基本的な考え方は，概ね,同じではないかと思っています。

さて,
一般に,鋼材などの材料に引張力や圧縮力などの荷重をかけると,最初は,所謂フックの法則が成り立ち,荷重とひずみが比例します。
P=k・ε
それでも，載荷を続けると,比例限度を超え，荷重（P)の増加に対し,ひずみのほうが大きく増加する状態になります。この比例状態の限界点が降伏点又は降伏強度（σｙ）です。
この時の,降伏強度以前が弾性,降伏強度を超えると塑性となります。
その後も,載荷を続けると,そのうち破断又は破壊します。この時の破壊時の強度が破壊強度（σB）です。ここで,引張によって破壊した場合が引張強度です。ここら辺については，↓のURLの図を見たほうが分かり易いと思います。

ここで,＃１さんが述べておられるとおり，例えばステンレスなどの材料の降伏強度を推定することは,なかなか困難です。↓URLの技術資料にある物理的・機械的性質を示す図を見られたら分かりますが，

http://www.ssba.or.jp/

鋼材（SS400)等は，降伏点付近で降伏棚を形成するので,この位置が降伏点だと決めやすいのですが，ステンレスの場合は,全体がなだらかな曲線になっており，どこが降伏点なのか,一目では分りません。

そこで,このような材料については，引張試験等において,載荷荷重０から徐々に載荷荷重を増加し,ある点で除荷します。除荷後の残留ひずみが１％又は２％残るときの荷重を降伏点とし,降伏強度（σｙ）又は基準強度（F値）とします。

建築や土木のような,比較的大きい構造物を扱う分野では，構造物が使用されている期間に数回遭遇する程度の大地震で破壊しなければよいということで,この降伏強度を短期許容応力として,
σｓ＝σy
この応力以下で設計することが求められます。

また,構造物に常時作用する自重などで構成材料が降伏すると困るので,安全率を１．５培見込んで,
σL=σｙ/1.5
を長期許容応力としています。

機械等の分野は,専門外なので，詳細は分かりませんが,例えば,エンジンのシリンダのような精密機械に１％又は２％残留ひずみを認めると,製品としてまったく役に立たなくなる可能性が大きいので，実際に弾性範囲と見做せる限界点まで低減して許容応力としているようです。

また,高圧容器などの分野でも,その分野に特殊な条件が存在するため,独自の数値が設定してあるようです。容器のSUS316の場合を概算してみると，700度Cでは,降伏強度（σy＝106：１％又は２％セットアップ値）に対する引張許容応力（σa=30）は,
σy/σa＝106/30≒3.53
程度の安全率になっているようです。

因みに,安全率は，材料を主に弾性範囲で使用する分野では，破壊強度（σB)よりも降伏強度（σｙ）に対する安全率と考える場合の方が多いようです。

参考URL：

http://www.ssba.or.jp/

お礼

大変参考になりました。
返事遅れまして申し訳ない・・・

回答No.3

sqwe-ir

あうあう。計算間違った（＾○＾；）
暗算でやったの。
ごめんなさい。

＞Ｍ６ボルトでしたら、２８MM^２X３０＝８４０N
８４０Nの力を加えると引きちぎれます。

Ｍ６ボルトでしたら、２８MM^２X３００＝８４００N
８４０Nの力を加えると引きちぎれます。

これに安全率５をかけます。８４００／５＝１６８０

更に、計算安全値２をかけます１６８０／２＝８４０

Ｍ６ボルト１本では、８４０Nに耐えられる計算になります。

検算します。８４０／２８＝３０Ｎ
正解です。
１ｍｍ＾２あたりは、安全率５、計算安全率２の仮定で、高圧容器の３０Ｎと同じになります。
（実際一般でしたら、は安全率は４、計算安全率は１．５です）

お礼

なるほど・・良くわかりました。
ありがとうございます。

回答No.2

sqwe-ir

SUS316の引張強さは700℃で300N/mm2
これで切断されます。

このまま使えば事故になります。

そこで、一般鋼材だったら安全率４をかけます。
使用目的により、４～８をかけます。

これは、
使用しているボルトの面積を計算し、引張強さをかけて計算します。

Ｍ６ボルトでしたら、２８MM^２X３０＝８４０N
８４０Nの力を加えると引きちぎれます。

これに安全率４をかけます。（ボルト４本に変更）
更に、計算安全値１，５をかけます。６本に変更。

これで計算上８４０Nの引張荷重に耐えられる事になります。

これは、戦闘機のリベットも同じで、部分的には飛行機も設計が出来る事になります。
（しませんか？）＾＾

圧力容器では、４～８の安全値を５に設定。
計算安全値１．５～２を２に設定したと思います。

圧力容器ですので、やや安全値を高めて計算した数値、
これを許容引張応力として計算し、30N/mm2
ここまでは計算上大丈夫な数値として算出した。

回答No.1

noname#113407

その考え方で良いと思います。
機械構造部位に外力が加わりますと歪が発生し応力が加わります。
この応力は弾性限度を越えてはだめですから、当該材料の弾性限度以下の許容応力を越えないように選択します。
この場合基準となる弾性限度を測定するのは難しいですから測定が簡単でほとんどの材料のそれが解っていますから引っ張り応力を許容応力の比を安全率と呼んでおります。
特に圧力容器の設計では部位が高温・高圧にさらされ過酷な条件下ではクリープにも注意が必要で安全率は高めに設定してあります。
SUS316等のオーステナイト系のステンレス製品は高温高圧の部位の材料としては有名ですね。
Crの含有量により使用圧力、温度に限度があります。

参考URL：

http://at.wxw.jp/binran/tbl/MatlAllowableTensile.php

お礼

大変参考になりました
特に参照URLにはヤング率も見る事がで来てサイコーです。