ホースにかかる力

質問

曲がったホース片側をふさいだ状態で圧油を送った場合、
ホースはまっすぐになろうとします。
この力の算出方法をご教示いただきたく。

教えていただきたい理由)
内径25.4mmのﾎｰｽに300kg/cm^2の圧力がかかった場合、
pi÷4×2.54^2×300=1520kgfとなります。
しかしながら検査でﾎｰｽにﾘﾘｰﾌ圧をかけても、
手でﾎｰｽを抑えられる程度であり、
とても1520kgfも力がかかっているように思えないため。

お忙しいところ大変申し訳ありませんが、
回答よろしくお願い致します。

回答No.7

noname#230359

やはり皆さんもこの問題には悩まされるようですね、長年流体に関係してきて、やっとこの問題に対する自分なりの考え方をまとめております。
　ご参考までにその考え方を説明させていただきます。
まず、ホースを直角に曲げた場合を考えてください、曲がり部のそれぞれのホース内径に対向する壁面に掛かる圧力は、直交する外周側コーナー部を支点とするトルクとして、ホースを延ばそうとする力として働きます、これこそがホースを真っ直ぐにしようとする力です。
　実際にはそれ程の大きな力は働いていないと感じられると思いますが、それは、ホース壁面は円形であり、軸心方向の分力のみが延ばそうとする力として働くこと、また、手で曲げてみようと握る位置が結構距離があるためと考えております。
　しかし、ホースの保持強度を決めるためには、やはり現物でデータ取りされることをお勧めします。

補足

回答ありがとうございます。
専門家から回答いただけてとても助かります。
下記理解でよろしいのでしょうか？
再度回答頂けると幸甚です。
よろしくお願い致します。

例)ﾎｰｽが90°曲げで内側曲げRが10cm、外側曲げR15cmの場合

曲げRの差分力が打ち消されるので、
2×20×π-2×15×π=10π=31.4cm
軸心方向の分力が作用するので仮に幅0.1cmとすると、
31.4×0.1=3.14cm＾2
内圧が300kgf/cm^2なので、
300×3.14=942kgf
1t近く力が発生しますが握る位置が遠いからでしょうか。

回答No.6

noname#230359

あまり自信はありませんが以下のような事ではないでしょうか？
ホースに圧力をかけるとホース内体積が最大（まっすぐ）になるまで
膨張し、曲げると体積は減少します。（ホース曲がりの内側で圧縮加重を
受ける）
そうなると、圧力×圧縮方向への変位／曲げ方向への変位となるような…
実際にはホースの材質など難解な問題だと思いますので簡易測定されては
いかがでしょうか。
間違っていたらスイマセン…

お礼

回答ありがとうございます。
難しいので仰るとおり簡易測定しようかと思います。

回答No.5

noname#230359

実際は手で持っていられるので、
そんなに荷重はかからないだろうと思い投稿しました。

なら、プッシュ/プルゲージで、その荷重を測り、
貴殿のノウハウにしたら如何でしょうか？

計算で、出難いものは、行動して計測した方が良いと考えます。
<小生も、その様にしてきました>

確認での投稿でしょうか？次は、行動です。

お礼

回答ありがとうございます。
おっしゃるとおり行動してみます。

回答No.4

noname#230359

片側が塞がれているホースがまっすぐになろうとする力となると、

密閉されたホース内面すべてに同じ力が加わる
　　　　　　　　↓
材質、厚さはそこまで差がないだろうから均等に拡がる力がかかる
　　　　　　　　↓
ホースの強度と内圧のバランスが保たれたところで止まる

動的な力じゃないので単純に300kg/cm^2の圧力にホース内表面積とか。。。

お礼

回答ありがとうございます。
圧力にﾎｰｽ内表面積をかけるととても大きな力になりますので、
手でもてなくなります。
本当に難しいです。

回答No.3

noname#230359

そのゴムホースは試験されるくらいだから、密閉されている訳ですよね？
っという事はホース内面に全て均一の圧力が加わるだけだから動かないと思う
例えば湾曲した風船を膨らませても殆ど動くことはないのと同じではないか？

ただし、脈動の圧力や端部が開放ならば動的な運動エネルギーが加わるので、
その時は、真っ直ぐになろうとする力は働くと思いますが・・・意外に難しい
恐らくホース端面の面積x圧力分の力のみが真っ直ぐなろうとする力になり、
湾曲部では均一な圧力が加わるので相殺されてココでは力は働かないような

お礼

回答ありがとうございます。
片側は閉じられており油はﾘﾘｰﾌしている状態ですので、
ﾎｰｽに運動ｴﾈﾙｷﾞは加わらないはずなのです。
考えれば考えるほど力は発生しないのですが、
実際ﾎｰｽは動きます。本当に難しいです。

回答No.2

noname#230359

＞手でﾎｰｽを抑えられる
って手で栓をするというわけではないですよね
内圧は全ての方向に同様にかかっているはずなので
圧力では無く、管材によるところが大きいと思います

補足

回答ありがとうございます。
仰るとおり手で栓をするわけではなく、
ホースを外から握ることです。
圧力ではなく、管材によるところとはどういったことでしょうか？
ホースはゴムなので力=バネ定数×変位ということでしょうか？
もう少し分りやすく回答いただけると助かります。
よろしくお願い致します。

回答No.1

noname#230359

使用用途は、不明なので、簡単にアドバイスします。

ホースが軸方向に伸びようとする力
（ホースの断面積×実際の圧力）
と、そのホースの材質で、求まります。

あまり、大きな力でない且つ難解なので、簡易テストで
求めて下さい。

又は、油圧メーカーに経験値を確認して下さい。

補足

早々の回答ありがとうございます。
補足いたします。

使用用途は、
車両のシリンダホースです。
振れが大きいためクランプを追加したいと考えています。
ホースが軸方向に伸びる力は仰るとおりだと思うのですが、
質問に書きましたように計算上、
25.4mmの内径ホースに300kgf/cm^2の圧油が流れると力は1.5ｔにもなります。
実際は手で持っていられるので、
そんなに荷重はかからないだろうと思い投稿しました。
油圧メーカにも問い合わせ中ですが明確な回答がありませんので、
困っているのです。よろしくお願い致します。