剛性解析の結果の正否と考え方について
- 強度解析ができるツールを使って、ある部品の形状について検討をしていますが、材料力学の知識が足りず困っています。
- 図の形状において、1kNの負荷がかかる場合における解析結果について議論しています。薄肉の場合と肉厚の場合で応力分布が異なるため、どちらが強度が高いのかについて意見が分かれています。
- 形状によって相対的な強度の変化を知りたいという要望があります。また、Rの付け方によっても応力の変化が異なるため、R1.5とR5の付け方が異なることについても資料の提供を求めています。
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剛性解析の結果の正否と考え方について
現在、強度解析ができるツールを使って、ある部品の形状について 検討を行なっているのですが、なにぶん材料力学の知識が足りず 困っております。 http://pc.gban.jp/?p=37457.png 簡単にぺイントでかいたもので申し訳ないですが、ご存じの方がいましたら ご教授願いないでしょうか？ 図は、例えば、垂直に交わるS45Cの材料があるとして 左図は、そのスミ部に、R1.5のボールエンドミルで加工するとして 右図は、側面からR５のドリルで逃げを作るとします これに図のように１ｋｎかけた場合 解析結果が、右図の薄肉のほうが応力集中せず 肉厚な左のほうが応力集中して強度が弱くなりました。 しかし、「肉薄で強度が高いのはおかしいといわれました。」 私は右図のほうが応力が分散して強いと思っていますが いかがなものでしょうか？ケースバイケースかもしれませんが どういった考えで、どのへんを勉強すれば ちゃんとした説を持って主張できるのか教えてください。 寸法等入っていませんが形状によって相対的にどうなのかが知りたいです。 いずれは、手計算でちゃっちゃとできるようになりたいですが、 今は時間がありません・・・・ みなさんのおかげで、Rによる応力の変化は分かるようになって来ました。 ただ R1.5とR5では、Rの付け方が全く違うということです。 【１】外に小さなRをつける 【２】うちに大きなRをつける Rの大小、付ける位置がちがう。この場合の理解ができる 資料があればよろしくお願い致します。 いろいろな資料をありがとうございました。 土日にしっかり勉強すれば今の資料だけでも答えを導き出せるかもしれません。 沢山のご回答ありがとうございました。 こんなに親身に教えて下さいまして感謝いたします。 自分なりに結論が出たので、締め切らせて頂きます。
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お問い合わせの文章の中で、色々な言葉が登場しています。 「剛性」「剛性解析」 「強度」「強度解析」 「応力」「応力集中」 「ちゃんとした説を持って主張」するには、このような言葉の概念を正確に 把握して、言い表したいことに対して、適切な言葉を使うことが重要と感じ ました。 想像するに、使っていらっしゃるツールは、応力分布を計算するようなもの でしょう。L形部材の所定の位置に1kNの力を加えた場合の応力分布を計算 したところ、隅r1.5の場合よりも、r5ドリルの方が隅角部に発生する応力が 小さいという結果が出たものと思います。 この結果の解釈については、まずは、回答(1)さんの示した「応力集中」 「切り欠き係数」として、納得しておくのが適切と思います。 では、「剛性」や「強度」と「応力」との関係はどのように整理すればいい でしょうか？ 「剛性」とは、力を加えた場合の変形のしにくさを表す概念です。 「強度」とは、使用される場面次第で差異がありそうですが、どれだけ大き な力に持ちこたえるかを表す概念と思います。もう少し突っ込むと、力が 加わったときに壊れるか壊れないかという判断基準と、力を取り去ったとき に、元の寸法を維持しているかという判断基準があります。 お問い合わせの場合、 1)「剛性」は、隅r1.5の方が高いでしょう。(加わる力が比較的小さいとき) 2)力を取り去ったときに、元の寸法を維持しているかという判断基準による 「強度」は、r5ドリルの方が高いでしょう。 3)壊れるか壊れないかという判断基準による「強度」は、材料の性質次第で 優劣が入れ替わるでしょう。 脆性材料では、降伏点を超える応力が加われば一気に壊れますが、延性材 料では、塑性変形することで持ちこたえる状況が起こります。 何をもって強さ・強度と判断するかによって、解析結果の使い方は変化する 可能性があることを確認なさることが望ましいと思います。 隅角部の応力集中だけを簡易的に比べたいなら、 他の回答者さんが示している資料で、外に小さなRをつけるとして R1.5とR5の場合を比較すればいいでしょう。 なお、L形部材の外形寸法は、R1.5とR5の場合で共通ですが 腕の太さは、R5の方が3.5mm細いものとして扱うことにします。
その他の回答 (5)
おれもおれもおれも・・・私は、一目で右図の方の応力が少なくなると判った 何故なのかと言われても少し困るが、何処かの文献の絵を記憶していたようだ 確か、穴を開けただけの応力逃がし穴？だったかなぁそんなのも有ったかもん 沢山の資料が揃ったようなので、私は頭の中の資料をちょっぴり紹介しますね ↓参考URLにある、図 ａ，b,c,d とあるのですが ａ の段付き隅肉 R の指示方法は以前からある方法で応力集中を逃がすとされて おり、今回の問題に幾分か近い意味がある。ｂ は、おまけだが、場所的に R を 大きくできない時に使った楕円隅 R ですが、これも知らないと使えないかも さて、c は、弊社の熟練設計士に未だに段付き部とキー溝をワザと？一致させる 方がいらっしゃる。一般に隅 R の３倍程度キー溝始めの距離を私は離します それは当然ながら段付き部とキー溝底部の応力集中が合流してしまい危険この上 ないからなのです。従って、止むを得ない場合に限り、d のようにするけど 更に、ここの所、応力集中の強度について岩尾内さんが盛んに取り組んでいる のですが、確かに疲労強度の場合は、特に応力集中を重視しなければならない ことは明らかだろうが、例えば一般の疲労限界に達するまでに行かない回数の 応力であったとしても私ならばより壊れない安全な機械設計を目指してしまう スマートで見た目も美しい研ぎ澄まされ限界ギリギリの完璧にみえる機械より 見た目が悪くても長期に渡り壊れないものの方がエンドユーザーには喜ばれる ものであることを知っている。但しコスト意識も大事であると十分理解してる 強度とは一過性のものか？私は、機械設計においては、そのようなものは無い のではと思う。但し、建築などでは短期荷重という言い方もされているようだ ただ、試験片とか破断テストなどは、勿論、まったく別次元だろうと言えます ＞後の先アフターユーさんへ ＞御免なさい。バグって二重アドバイスになりました。 バグでは無く、恐らくcgiを使ってサーバと直接更新する為に時間差というか タイムラグが生じるのだろう。その時に待ち切れずに再度クリックしてしまうと 「二重投稿」になることが多いのだと私は理解しているので、かなり待ちますw しかし性格的には滅法、気が短いw 例えば、商社に電話して担当者が不在で、 「少々お待ち下さい」と言われて・・・30秒だけは、いらいらしつつも待ちます が、それ以降は、即、切り飛ばしますwしかも「何が、少々だー！」と言いつつ そういえば、この所、ここのサイトってChoromeで固まってしまうことが多い怒
- 参考URL：
- http://loda.jp/mcnc/?id=414
再出です。 > みなさんのおかげで、Rによる応力の変化は分かるようになって来ました。 > ただ、R1.5とR5では、Rの付け方が全く違うということです。 > 【１】外に小さなRをつける > 【２】うちに大きなRをつける > Rの大小、付ける位置がちがう。この場合の理解ができる > 資料があればよろしくお願い致します。 の【１】外に小さなＲをつける は、隅肉溶接ビードのような形状ですか？ 【２】うちに大きなＲをつける は、貴殿が提示のURLに示す図形状と判るのですが。 解析結果を信じて、【１】と【２】の色々なパターンを確認するのが早道ですよ。 それともう一つ関連要因があります。 それは、Ｒの表面状態/表面粗さにも影響があるからです。 小さな凸凹にも応力集中が掛かるからです。前出で、 > 図のように１ｋｎかけた場合には、表面に一番大きい力が走ります。 > そして、その特性は、Ｒか小さい＝変化が激しいほどブレーキ(抵抗)がかかり、 > 応力が集中し易くなります。 > また、その逆で、Ｒか大きい＝変化が緩やかほどブレーキ(抵抗)がかかり難く、 > 応力が集中し難くなります。 と記述しましたが、その考え方が表面粗さでも使用できます。 昔、ホンダがＦ１に参戦していた頃、ホンダの社員がエンジンの部品を一つ一つ愛情を込めて ピカピカに磨きあげる話しは有名だったが、それはエンジンが美しく見えるの他に、前述の内容 効果もありでしていたことです。 軽くてしかも丈夫なエンジンを作る上でのまさに最終仕上げなんですよ。 解析のURL資料でも、 http://jikosoft.com/cae/engineering/strmatf08.html#hyoumen ( ↑ 表面粗さの影響 ) の如く記述していますので、参考にして下さい。 http://www.jae.co.jp/gihou/gihou32/pdf/g_02.pdf ( ↑ １．まえがきの中段付近での記述である ) 従来研究で主にコントロールされてきた算術平均粗さ（Ｒａ）や最大高さ（Ｒｙ）ではなく、 表面での応力集中を制御するという全く新しいプロセスです。 応用としても、摩擦・摩耗が関連する機械部品の耐久性向上など幅広い分野で期待できます。 とかです。≪“表面粗さ 応力集中”のネット用語検索で、他にも色々と拾えますよ≫ 土曜日、日曜日のネタが増えますがね。
強度解析の答は合ってるようです。一般的にはメッシュの議論必要。 「肉薄で強度が高いのはおかしいといわれました。」 ここで 応力集中係数の大小、強度 がゴッタ煮になってます。 応力集中係数は今回のような丸穴で考えると最大 ×３（以下これで代表） しかし刀で突き破ったような鋭い形状では、数式上のハナシなら無限大。 http://www.cis.kit.ac.jp/~morita/jp/class/FracStrength/6.pdf 最大応力＝丸穴を除いた断面積の平滑形状の応力 × 応力集中係数 なので、指で弾くだけで破壊する？ 局部の応力が×３になっても、少し離れると逆に低くなって、トータルは変わらない。 応力集中の考慮を要するのは繰返し疲れ強さ。それは局部から破壊が始まるので×３にしなければならない。 強度というとき、単発荷重での破壊をイメージすることが多く、それには×３を掛けてはならない。 その違いが当サイトでも議論沸騰。
お礼
沢山の参考文献をありがとうございます。 印刷して土日に勉強させて頂きます！！
整理します。 ★ 左図は、そのスミ部に、R1.5のボールエンドミルで加工する これに図のように１ｋｎかけた場合、解析結果が、肉厚な左のほうが応力集中して 強度が弱くなった ★ 右図は、側面からR５のドリルで逃げを作る加工をする これに図のように１ｋｎかけた場合、解析結果が、右図の薄肉のほうが応力集中せず 強度が強くなった ですね。 これは、図のように１ｋｎかけた場合には、表面に一番大きい力が走ります。 そして、その特性は、Ｒか小さい＝変化が激しいほどブレーキ(抵抗)がかかり、 応力が集中し易くなります。 また、その逆で、Ｒか大きい＝変化が緩やかほどブレーキ(抵抗)がかかり難く、 応力が集中し難くなります。 以上が、原因です。 参考に、集中応力関連のURLを記しますので、Ｒか小さい/小さい＝変化が激しい/緩やかの 比較と、切欠き係数の比較をして納得下さい。 御免なさい。バグって二重アドバイスになりました。 過去ログの“曲げの応力集中係数を教えて”をアップしようとしたが、必要なくなった。 他の回答者さんの記述はある意味、矛(ほこ)盾(たて)となっています。 そして、小生の説明は、ケースバイケースで考えないと、判らなくなる内容/根拠の説明です。 エネルギー(動力) → 力×速度又は(移動距離÷時間) → 応力×塑性変形量の内容と、 塑性変形しても断面積が殆ど変わらずに同じ応力を受けれるし、塑性変形量も微量なので、 目で見ての判断がつき難い内容の説明です。 過去ログの“曲げの応力集中係数を教えて”へは、極端な例を大げさに表現し、判り易く しております。
整理します。 ★ 左図は、そのスミ部に、R1.5のボールエンドミルで加工する これに図のように１ｋｎかけた場合、解析結果が、肉厚な左のほうが応力集中して 強度が弱くなった ★ 右図は、側面からR５のドリルで逃げを作る加工をする これに図のように１ｋｎかけた場合、解析結果が、右図の薄肉のほうが応力集中せず 強度が強くなった ですね。 これは、図のように１ｋｎかけた場合には、表面に一番大きい力が走ります。 そして、その特性は、Ｒか小さい＝変化が激しいほどブレーキ(抵抗)がかかり、 応力が集中し易くなります。 また、その逆で、Ｒか大きい＝変化が緩やかほどブレーキ(抵抗)がかかり難く、 応力が集中し難くなります。 以上が、原因です。 参考に、集中応力関連のURLを記しますので、Ｒか小さい/小さい＝変化が激しい/緩やかの 比較と、切欠き係数の比較をして納得下さい。 Ｒか小さい/小さい＝変化が激しい/緩やかの比較と、切欠き係数の比較をして納得下さい。 ↓ 訂正 Ｒか小さい/大きい＝変化が激しい/緩やかの比較と、切欠き係数の比較をして納得下さい。
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- 締切済み
- 機械設計
補足
>>1)「剛性」は、隅r1.5の方が高いでしょう。(加わる力が比較的小さいとき) >>2)力を取り去ったときに、元の寸法を維持しているかという判断基準による 「強度」は、r5ドリルの方が高いでしょう。 このお話には非常に納得が行きました。 ただ、今回周りに納得してもうには、R1.5とR5では Rの付け方が全く違うということです。 下の回答者様のデータも見させて頂きましたが、 あくまで、同じRの付け方をRを大きくするか小さくするかでの変化で 今回のような 【１】外に小さなRをつける 【２】うちに大きなRをつける こういった場合のデータがどこを参考にすれば良いんおかわかりません。