ステンレスパイプの強度２

質問

外形径48mm　厚み2mmのSUS304のステンレスのパイプを垂直に、Ｒ（芯）：１２０で曲げたものの強度について質問です。
垂直関係にあるパイプの二つの部位の延長線が垂直に交わるところを中心に考えると、
そこから、45cm離れたところに17．5kgの荷重をさらに曲がる方向へ加えた場合、不可逆性の変化は生じるでしょうか？
それでも曲がるなら、9kgではどうでしょうか？

また、垂直ではなく、角度を鈍角の135°曲げたものの場合は中心から70cm離れたところで、もう片方のラインに平行に１７．５kgの荷重を曲がる方向にかけた場合はやはり曲がるでしょうか？
それでも曲がるときは９kgではどうでしょうか？

回答No.1

esaomann · ベストアンサー

ステン管にそうしたサイズがあったか定かではありませんが、径48.0、厚2.0ですと断面性能はＩ=7.66cm4、Z=3.14cm3位になるようです。
これを片持ち梁として考えるとL0.5mで35Kg程度の荷重なら十分耐えられます。
ただし、ここでは曲げ加工したものを想定されているのですから、単純に片持ち梁に置き換えるわけにはいきません。加工部位に「不可逆性の変化は生じるか」という点については曲げ半径や加工方法によっても変わってくるでしょうし、おそらく実験的にデータを集めて検討しなければならないのではないでしょうか？研究者レベルではどうかわかりませんが、私のようなレベルでは「曲げ加工された材の強度計算の公式」のようなものは見たことがありませんね。

どのような使い方をされるのかわかりませんが、文面だけみると先端側の45cmを曲げ加工した支柱のようなものを考えられているのでしょうか？
そうだとしたら、強度的に最も不利になるのは曲げ加工した部分ではなく、それを支持もしくは固定した支柱基部ということになるのではないでしょうか。荷重が支柱の面内にあるのではなく、跳ねだした梁先端（45cm）にかかるのであれば、偏心による回転モーメントが発生しますから、通常であれば支柱基部にもっとも大きな負担がかかるはずです。

私は設計者ではないので自信はないのですが・・・
管芯で材長を考えた時、曲げ半径120mmですと90度曲げに要する材長は約190mmです。T字、もしくはL字の溶接継手に比較して70mm材長が長くなりますから、荷重位置が450mmでも520mmの片持ち梁として考え、さらに適当な安全側の係数（例えば2とか）を乗せれば一応の目安になるのではないでしょうか？
支柱全体として考えた時も、基本的には支柱基部で支持された片持ち梁として考えれば良いです。

余談ですが、ロールベンダーのような機械で曲げ加工をしますと、加工部位に応力が残るのが普通です。90度まで曲げ加工したのち荷重をかける時、さらに強く曲げる方向より、曲げを伸ばす方向に力を加える方が、より小さい力で質問者様のいう「不可逆性の変化」が生じます。