破断強度について（せん断ではなく引張？）

質問

設備屋なのですが、既設設備が破損したため改造すべく既設が
なぜ壊れたのか検討中です。

形状は添付の様なクレビス形状となっています。
構造は溶接ではなくCAC704の一体ものの削り出しです。

横荷重がかかるので、単純に考えるとせん断で破断するとなるのでしょうが、
添付の様に引きちぎられて破断してしまいました。
このような破断面となった場合、破断強度はせん断ではなく引張で考えれば
いいのでしょうか？
穴位置を回転中心として、力のつり合いを考え破断面に引張荷重がかかったと
考える？
それとも、せん断部の板厚が非常に厚いのに対し根元の板が薄いのと
CAC701という粘っこい材料のため引きちぎられた？
その際の計算の方法は？

どなたか知見のある方？このような破断強度を示したホームページ等ご存知でしたら
お教えください。

よろしくお願いします。

回答No.4

AoDoc

走査型電子顕微鏡で破面を観察すればどのような荷重で破壊したかたいていの場合は判断できます。材料強度を専門にしている方に相談した方が早いと思います。場合によっては目視しただけでも判断できる場合もあります。
穴の部分に何が入ってどのように固定されるのか解りませんが、見た感じでは、曲げ荷重が破壊の原因ではないかと思いますが。要するに、破壊した円孔のある部分(写真右側の部分)が片持ちばりのようになり、曲げ荷重が作用し根本から破壊したのではと思います。曲げの場合は、荷重の大きさの割にはかなり大きな応力が発生します。
下記のURLをご覧下さい。
http://ms-laboratory.jp/strength/st_top.htm

回答No.3

foomufoomu

＞文章だけで分かりづらく申し訳ありません。
すみません、さっぱりわかりません。

No.1に書いた意味はお分かりでしょうか？
現実の物体は、かならず合成応力を考えないといけないということですが。。。

また、No.2に書いたのは、添付図のように、想定破壊面（四角いリング状の面）を考え、その四角リングについてのAやZを求めて、M/ZとQ/Aの合成応力を考える必要があるという話です。
実際の破壊面は斜めになっていますが、斜めに破壊するのは、せん断を含む応力での破壊の特徴で、計算は垂直面で考えればよいです。少し中に入ったところのｂ×ｄをとるのは、いささか略算ですが。

こんなもののZの計算方法など書いてあるサイトは無いでしょうし、私も話を聞いただけではよく分からないので、構造設計の専門家に依頼されたほうがよいのではないでしょうか。

回答No.2

foomufoomu

おっと
＞それとも、せん断部の板厚が非常に厚いのに対し根元の板が薄いのと
これを見落としていました。写真も、台座に穴が開いて壊れていますね。
となると、今回は、台座と突出部の境目の四角いリング状の部分に力がかかって壊れたと考えるべきでしょう。
この場合、M/Zが台座にかかるせん断力、Q/Aが台座にかかる引っ張り力と考えないといけません。
BとDは突出部の大きさそのものでなく、破壊部分の中心ぐらいの大きさ（突出部より少し中に入った大きさ)と考えます。

お礼

foomufoomu様

早速の回答ありがとうございました。

吊ピースの様になっていますが、穴ではなくネジが切ってあり
台形ねじと接続され前後に動くようになっています。
これの上にロールが載っているのですが、使用時はネジで動かす
ことはなく固定されているのでそこを回転中心として
踏ん張りせん断と引張が掛かり破断したと考えたらいいのでしょうか？

文章だけで分かりづらく申し訳ありません。

この根元の板が非常に扱ったらせん断のみで破壊するのでしょうか？
（機械加工品なので、もちろんR5くらいは取ってあります）

回答No.1

foomufoomu

一般的に、純粋に、せん断だけ、曲げだけ、引っ張りだけ、がかかる事はまれで、たいてい、この3つの力の合成で材料に力がかかっています。
CAC701については知らないのですが、鋼材の場合は建築学会の鋼構造設計基準では（写真のようなずんぐりとした形で座屈を考える必要がない場合、1方向の力だけを考えればよい場合）
Q/As ≦ ft/√3
M/Z+N/A ≦ ft
(M/Z+N/A)^2 + 3(Q/As)^2 ≦ ft^2
Q:せん断応力　　M:曲げ応力　　N:引っ張り応力
ft:引っ張り許容応力度
A:断面積(長方形では B*D)
As:せん断断面積(長方形では B*D/1.5)
Z:曲げ断面係数(長方形では B*D^2/6)
という検討をすることになっています。

また、別の可能性として、台座部分と突出部分との境目がするどい直角になっている場合、そこで応力集中が起きて、端から割れが発生して、それが徐々に全体に伝わる、という現象が起きたのかもしれません。これはその部分を丸みのある角にすれば防ぐことができます。

他には、繰り返し応力がかかる場合は、疲労破壊も考慮する必要があります。これは疲労に強い材料を使った上で疲労による強度低減率を考えることで防げます。