部品強度についての調査と算出方法
- 部品の強度の調査を求められており、材料強度についての知識がないため困っています。
- 片持ち梁状態のS45C材料の1.3mm×20mmの断面形状の部品に静的荷重1000kgfが加わる場合、破損せずに耐えられるかどうかを算出したい。
- 考え方を学びたいので、途中計算式なども明示していただけると助かります。
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部品強度について
現在、部品の強度の調査を求められていて困っております。 自分は全く材料強度について知識がない為（独自に調べてはみましたが）どうして良いのか・・・。 下の条件で材料の強度を算出したいと思っております。 ・片持ち梁状態 ・材料：S45C ・断面形状：1.3mm×20mm ・加重：A部に静的荷重1000kgf A部 1000kgf ↓ | -------------------------------| | | | | | ←---------20mm------------→| | | | | -------------------------------| | | 解りにくいですが・・・上図のような感じです。（画面奥行き方向に1.3mm厚みがあります。） この時にこの部品は破損せずに耐えられるのでしょうか。 ※素人故、情報が足りないかもしれませんが、そこも含めて御指導願いたく思っております。誠に勝手ですが、考え方を学びたいので、途中計算式など明記していただけると助かります。
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回答（5）に追加します。破断応力と記述したのは材料の引張り応力です。 基準とする応力は設計意図により異なります。通常は機械設計において 引張り応力／安全率＝使用応力を基準とします。安全率は変形を許さない レベルであれば２程度,荷重条件が厳しく応力集中などがあれば３～８位の レベルに置きます。５で取れば概ね疲労限度以下の設定になります。 例えばＳ45Ｃの引張り強度を600MPaとすれば,安全率５における使用応力は 120MPaとなります。
材料力学の公式では集中荷重を受ける矩形片持ち梁の場合下記となります。 たわみ δ＝4P・L^3／〔E(b・h^3)〕 応力 σ＝6P・L／(b・h^2） 記号は添付公式を参照下さい。 P＝1000kgf，L＝20，E＝21,000kgf/mm2,b＝1.3,h＝20mmを代入すると σ＝230kgf/mm2となり,S45Cの破断応力をはるかに超える結果となります。 何キロの荷重に耐えるかは他の回答者の方が記述されているので,省略しま す。提示の梁構造がどういうモデル(計算上のみ？)なのかはわかりませんが, ｔ1.3の板材に荷重を均等に与えるのは難しいと思います。実際の部品として お考えなら座屈等の検討も必要です。
簡単な、基本的強度計算です。 この問い合わせと併行して、貴殿でも材料力学の 教本で確認してみて下さい。 計算事例を基に、数値代入を変えるだけで確認できる レベルの内容です。
計算するまでもなかった･･･orz 想像してみましょう ものさしがあります 現場で使う差し金の厚みが1.3mmぐらいです 壁に取り付け20mm飛び出させます 集中加重で1000kgf＝1tかけます もちません ちなみに構造解析してみた 20x50x1.3 100kgf で 先端部が安全率1以下でした 応力は345Mpa なので 破壊しますね 50kgf で安全率 4程度 でした 応力は17.2MPa でした 静加重であまり繰り返さないところならもちそうです もちろんねじれた時点で回答１のように計算するまでもなく 50kgfでも壊れそうです 構造解析なので計算法（考え方）が違います http://images.google.co.jp/images?um=1&hl=ja&safe=off&rls=GGLD%2CGGLD%3A2003-44%2CGGLD%3Aja&q=%E6%A7%8B%E9%80%A0%E8%A7%A3%E6%9E%90&btnG=%E3%82%A4%E3%83%A1%E3%83%BC%E3%82%B8%E6%A4%9C%E7%B4%A2 構造解析の例
お礼
御回答有難うございます。 上記の条件でもちそうに無いのは感覚的に解っていたのですが、、、 御指摘の20ｘ50ｘ1.3で100kgf、50kgf、での計算はどのような式で求められますか？ 自分が計算すると・・・・ σ＝最大曲げモーメント／断面係数 断面係数 ＝（1.3ｘ50^2）／6 最大曲げモーメント ＝100（or50）×20 で計算して 100kgfのとき 36.2MPa 50kgfのとき 18MPa になってしまいます。 考え方違いますか・・・。 また、安全率（基準強さ／許容応力）の”基準強さ”とはなにを意味するのでしょうか。（引張強度の事ですか？）
この手の問題は典型的なもので，必ずと言っていいほど材料力学の教科書に載っています。 考え方を学びたいということであれば，まず材料力学の教科書を購入するべきだと思いますよ。ネットでも調査できます。 (でも「片持ち梁」っていう言葉は御存知なんですよね？) 片持ち梁に加えて，「断面二次モーメント」「断面係数」「曲げ応力」「降伏点」「疲労限」辺りで検索されてはいかがでしょうか。 まさしくその「キーワード値をどのように使用すれば良いのか？」が教科書に書かれているはずです。各キーワードについて計算されたとのことですが，このような問題は，そのまま例題や章末に出ていませんか？ そのままじゃなくても，9割方同じとか。 また，私が挙げたキーワードのうち，どれを計算したのでしょうか？ このキーワードの中には，ほぼ答えと言っていいものが含まれていますが・・・ もう少し教科書を読むことから始められてはいかがでしょうか。考え方を学びたいのであれば，ここからきっちりと始めることをお勧めします。
お礼
早々の御回答ありがとうございます。 実は、材力の教科書を購入し、読んではみたものの、ご指摘いただいたキーワードは勿論、引張力、弾性係数、ポアソン比など様々なキーワードが錯乱し、混乱していた状態でした。また、それぞれの値も算出してみました。（正解かどうか不安ですが、、、） どのキーワード値をどのように使用すれば良いのか？という所が今回の趣旨でした。
単純な片持ち梁なので，応力は単純に式に数値を代入するだけで求められますが， t1.3×20の断面形状では，ねじれ変形が生じるとあっけないほど簡単に破壊 してしまうと思います。 t1.3方向の剛性を上げるようにしないと，実用にはならないように思います。 片持ち梁 座屈 などのキーワードで検索してみてください。」
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