溶接したパイプを持って、物体を持ち上げるときの溶…

質問

溶接したパイプを持って、物体を持ち上げるときの溶接部応力について

コの字型の板金加工品にパイプを溶接して、1対ものにした部品があります。
これに重りをのせてパイプを握ってもちあげるという動作をするとします。
実際は取手をつけますが、パイプを補助的に使うということもあると考えています。

50Kgの物体を持ち上げるときに両端の溶接がとれないようにパイプ、脚長を決めたいと考えています。

＜横から見た図＞
| P |
| ↑ |
|－－－－－－－－－|
|← 　L →|
| |
－－－－－－－－－－
＜上から見た図(手前方向に持ち上げる)＞
－－－－－－－－－
　| |
| |
|　　 　　　　|
| |
| |
－－－－－－－－－

・単位　すべてmm
・梁：SUS304丸パイプ　外形D1　内径D2　×2
・スパン　L
・両端は全周溶接（隅肉脚長h）

まず曲げ応力を計算してみました。

σ1＝Ｍ／Ｚ

M:PL/8
Z:（π/32）×（D1^4-D2^4）/D1

次に溶接部での応力を計算してみました。機械設計便覧を参考に

σ2＝5.66M/（πh（D1^2-D2^2））

で計算しました。

実際に使おうとするパイプの寸法を入力したのですが、σ1とσ2は違う値になってしまい、どちらの応力を使えばいいかなど、どうすればいいかわからなくなりました。

計算で出た値は最大応力になるので、安全率をとってそれを許容応力（σ1が1000なら500）にして、再計算すればいいのでしょうか。

溶接個所は4か所ありますが、1本で持つこともあると考えて1本に荷重がかかるもの（溶接個所は2ヶ所）として考えています。

よろしくお願いします。

アドバイスも頂き、計算を進めていきました。
また、下記HPも読むことによって、以下の計算式にしてみました。

＜計算式＞
http://www-it.jwes.or.jp/qa/details.jsp?pg_no=0010020110
＜許容応力値＞
http://www.nmri.go.jp/eng/khirata/design/ch04/ch04_03.html

σ1＝Ｍ／Ｚ

M:PL/4
Z:（π/32）×（D1^4-D2^4）/D1

σ2＝4P/πh（D1^2-D2^2）

σａ＝１８４（N/mm^2）、τａ＝１４７（N/mm^2）

上記の値をエクセルを使って計算することにしました。
許容応力ついては安全率を見る必要があるかとは思いますが、方向は見えてきた気がします。

回答No.1

noname#230359

>1本で持つこともあると考えて1本に荷重がかかるもの
パイプ１本で荷重を受けると仮定すれば、最大曲げモーメントM:PL/8→PL/4
ではありませんか？
σ1＝Ｍ／Ｚ　は最大曲げモーメントＭが加わるパイプ材に生じる最大曲げ応力。
σ2＝5.66M/（πh（D1^2-D2^2））は　パイプにねじり回転モーメントMを加え
たときのパイプ隅肉溶接部に生じるせん断応力です。
σ1とσ2は　物理的な意味が違います。

>50Kgの物体を持ち上げるときに両端の溶接がとれないようにパイプ、脚長を決めたい

σ2は荷重Pに対する純せん断応力を考え、σ1とσ2の合成応力に対し安全になる
ように設計すれば良いと思います。σ2＝4P/（πh（D1^2-D2^2））
合成応力　σ＝√(σ1＾2＋σ2＾2）となります。

お礼

要素奇知様、ありがとうございます。

ご教授いただいた内容をもとにもう1度計算してみます。