静的荷重を受ける部材の強度計算方法について

質問

kougakubuです。
掲題の計算方法について質問です。
3枚のステンレス製(SUS304)の板材を用意し，1枚がテーブル，2枚が足です。これらをボルトで固定しテーブルにします。テーブルの上には５０kg程の重い機械を設置します。モーメントが釣合うように真中に機械は設置。このような静的荷重を受ける条件で部材の強度計算するにはどのような計算式があるのでしょうか？具体的には，テーブルに使用する板材の横幅は３００mm位，奥行きは５０mm位のものを使用するのですが，その時の最適な板厚を計算したいのです。なお，簡単にするため足に使用する2枚の板材の板厚も同じ値にしようと考えています。
　人命などに危険を伴う機械であるため，強度計算が必要不可欠です。安全率なども考慮すべきかと思います。どうかご教授ください。よろしくお願いします。

回答No.1

frage · ベストアンサー

●ご質問中の「強度」とは、「部材が千切れたり部材接合部が剥がれたりする、いわゆる［破壊の強度］を指す」ものと理解して、以下ご参考になりそうなことを申し上げます。要点は、「強度と剛性は別物だ」ということです。

（１）まず、強度計算の前に剛性の検討が必要だと思います。実用的な観点からは、重いものを載せたとき、脚などがヘナヘナ曲がったりしては役に立ちません。そのため、予定荷重でテーブルがどの程度撓むのかを、まずチェック（剛性の検討）するわけです。具体的には、たとえば、「予定最大荷重を加えたとき、１mm以上撓まないこと」、のような実用条件を与えて、構造や部材の寸法を決めます。実際上は、類似例から適当な構造と部材寸法を暫定的に決めて、それについて撓み検討をするのがよいでしょう。

（２）撓み量が、与えられた条件以内であるような剛性を持つ構造と部材寸法が、（１）の結果決まったら、その構造と寸法での強度（壊れてしまうかどうか）を確認します。多分、その寸法のままでも、安全率を含めて充分な強度が得られている筈です。

（３）安全率の設定には、法律規定も含めいろいろな要素がからむので、構造設計の専門家のアドバイスが必要でしょう。たとえば、誤って所定位置でないところに機械を載せたらどうなるか・機械は載せたり降ろしたりを頻繁に行うのか・部材の接合強度のばらつきはどう考えるか、など一般論としてはきりがありません。人命にもかかわる機械に使うとのことですので、これらを取捨選択するには、使い方（使われ方）も提示したうえで、専門家のアドバイスを得ることが必要でしょう。

●撓み量の計算式や強度の計算式は、私にとって専門外ですので、式の提示という点ではお役に立てません。しかし、上に述べたような考え方で、数値的にご検討されるのがよいと思います。強度だけで決めてしまうのは実用的でないので、老婆心ながら筆をとらせていただきました。例えば、手すりを考えてください。あれほど太くなくても、人間がぶら下っても切れることはないはずです。しかし、掴まえた手すりがフニャフニャしていては、（切れることが無くても）手すりとしては頼りになりません。

●計算式が提示できないという点で、「自信なし」としておきました。

以上ご参考になれば幸いです。

お礼

回答ありがとうございます。返事が遅くなり申し訳ございませんでした。おっしゃられる手順で，どうやら私にも計算できそうです。計算式は力学の参考書を見てわかりました。