鉄で出来た画像の形状の強度を教えて下さい。

質問

強度計算などの知識が全くありませんので、教えて下さい。
材質は鉄で、画像の形状です。各長さは手書きの通りです。
（市販のアングルなどに使う鉄と同じです）
画像の形状のモノの隙間に、仮にマイナスドライバーのようなものを差し込んで、
（仮のマイナスドライバーは曲がったり折れたりしないものとします。）
矢印の方向へ こじるとします。
最終的には、斜線部にクラックが入ると思いますが、
それはどのくらいの力の時でしょうか？（逆に、どのくらいの力まで耐えられますか？）
およそで結構です。
このような場合、数値（何Kgの力が加わった時）などで表すのでしょうか？
宜しくお願いします。

回答No.5

foomufoomu · ベストアンサー

400 (N/mm^2) は鋼の引っ張り強さです。とりあえず単位は気にしないで、材料の性質をあらわす固有の定数と考えてください。
前に書いた式は、力Pを求めるのでなく、力Pが作用したとき壊れるかどうかを検討する式です。
もう一度式だけを抜き出して描くと

P(N)・・・これが問題となる力です。
M = L * P (N*mm)
σ = M / Z (N/mm^2)
鋼など粘りある材料　Z = 幅 * 厚さ^2 / 4 (mm^3)
銑鉄など粘りない材料　Z = 幅 * 厚さ^2 / 6 (mm^3)
σ＞引っ張り強さ　なら壊れる

なお単位N(ニュートン)は力の単位です。今は力の単位にkgは使いません。
（新計量法により、違反すると50万円以下の罰金です。）
9.8N=1kg　の関係があります。

質問の図には L の長さが書いてないのですが、30mmとすると
材料が鋼の場合
P= 100kg = 980 N の場合は
M = 30*980=29400
Z = 9*9^2/4= 182
σ = 29400/182 = 162
となって 400を超えないので、破壊しません。

なお前は書きませんでしたが、鋼はσが240N/mm^2(ぐらい)を超えると急に変形が大きくなります。
安全に使いたいなら、これを超えないようにしましょう。
（銑鉄の場合はこのような性質はありません）

お礼

更なる質問に対しての御回答有難う御座います。
丁寧な説明で本当に感謝しています。
このたびは有難う御座いました。

回答No.4

foomufoomu

工学では初歩の問題で、わりあい簡単に求めることができます。
下図の赤色で示したのが曲げ応力の分布で、これが最大の部分で曲げ破壊が起きます。
下図では3つMが書いてあるのが最大部分でこの部分のMはどれも同じです。
計算方法は、

P 下図の部分にかかる力(N) 9.8N=1kg
M 曲げ応力　= L * P (N*mm)
σ 引っ張り応力度　= M / Z (N/mm^2)
鋼など粘りある材料　Z = 幅 * 厚さ^2 / 4 (mm^3)
銑鉄など粘りない材料　Z = 幅 * 厚さ^2 / 6 (mm^3)
(質問の図の奥行きが幅です)
で、σが材料の引っ張り強さを超えると曲げ破壊が起きます。
引っ張り強さは、ざっと、
よくある鋼　400 (N/mm^2)
銑鉄鋳造など　50 (N/mm^2)
程度で考えておけばよいと思います。

お礼

とても詳しい御回答、そして、
図面まで描いて説明して頂き有難う御座います。

これだけ説明して頂いたにもかかわらず
理解できたかというと・・・です。
スミマセン。。（単位とかもさっぱりです）
ですが、丁寧に回答してくださったということはよく分かります。
感謝します。

＞よくある鋼　400 (N/mm^2)
とのことですが、「何キロの力」とかに変換する事は出来ますか？
無知でスミマセンm(_ _)m

回答No.3

gisahann

強度計算はナンセンスと思います。
どのような加工で造られるのか？　使用目的が分かりませんが・・・
何回も使用される場合、疲労でクラックが生じるのは、幅の狭い溝部の奥の形状や
仕上げ面の状態により雲泥の差が出ます。

また、強度を表す方法として実際に潰れるまでの力ではなく、一般的には使用に際しては
その安全率を考慮して許容される荷重で示すのが妥当です。

従って何個かの試作品を作り、それを１回の力で破壊した時の約１/４くらいに設定しておくのが良いと考えます。

お礼

大変参考になる御回答有難う御座います。
試作品を作る前に、ある程度の強度を知りたかったもので・・
有難う御座いました。

回答No.2

qwe2010

市販のアングルに使う鉄では、クラックは出来ません。
軟らかくて粘りがあるために、上下が曲がって隙間が広がります。

斜線部にクラックを入れる場合は他の所より幅を狭くする必要があります。
又堅くてのびのない材質が求められます。

お礼

御回答有難う御座います。
アングルのような鉄ではクラックは入らないんですね。
そうしましたら、曲がり始めるのは
どのくらいの力が加わった時でしょうか？

有難う御座いました。

回答No.1

Gletscher

答：　わかりません

そもそも「鉄で出来た絵」ってなんですか？
鉄を掘って版画板のように絵を描いたものでしょうか？

鋼板の種類は何でしょうか？
炭素鋼板？　珪素鋼板？
SPHC？　SPHC-P？　SPCC？　亜鉛メッキ鋼板？　ジュラルミン？

まず、材質を明確にして、その硬度から、力のモーメントで計算すれば良いと思います。中学校で習いましたね？
http://www.crane-club.com/study/dynamics/moment.html

お礼

御回答有難う御座います。

＞そもそも「鉄で出来た絵」ってなんですか？
材質は鉄で、画像の形状です。

＞鉄を掘って版画板のように絵を描いたものでしょうか？
おそらくGletscherさんは私の意図するものを
分かった上でおっしゃっているのだと思います。
知識を持っている方からすれば、
色々と突っ込みたいんでしょうが、
分からない素人が質問しているので、
あまり上げ足を取るような回答はどうかと・・

有難う御座いました。