- 締切済み
アクリル板の強度について
- アクリル板の強度について全く素人の私にも分かりやすく教えてください。
- ステンレスの円筒形容器に0.5MPaの圧力をかけたいが、蓋はアクリルの板で製作したい。アクリルの板厚はどれくらい必要か。
- アクリルで製作された真空容器は見たことあるが、正圧で使う物は見たことがない。強度以外の問題はあるか。
- プラスチック
- 回答数6
- ありがとう数3
- みんなの回答 （6）
- 専門家の回答
みんなの回答
強度以外には変形に注意が必要です。 フタに圧力をかけるとご想像の通りふくらみますが、となるとステンレスの筒との合わせ面にスキマができ、その分受圧面積が増え、そこの圧もこらえる必要があります。 （ステンレス筒の端面にシールがあるとすれば、そこまで圧が伝わってます） つまり、強度計算としてはステンレスの内径の面積をこらえればいいのではなく、へたすると外径分の圧をこらえる必要があります。 （うろ覚えですが・・・ダイカストマシンも型の合わせ面にコンマ何ｍｍ？スキマがあると、が溶湯の圧力で開いてしまい、大きなバリが発生します） （従ってモデル化して計算しようにも、内径、外径が明記されてないとできません。） 回答（５）さんが挙げられた窓は、その変形をふせぐために剛性の高いわっかを介してアクリル窓を挟んでいます。 ・・・ここからはご自分でお調べになった方が身になると思います。皆さんがいろいろと参考となる情報を寄せていただいているので。 そして、 > 全く素人の私にも分かりやすく教えてください という文章は礼儀としてどうかと思います。 あと、円板に均等圧がかかる問題は、詳し目の材料力学の本に例題として取り上げられていることが多いです。ただし、（３）さんのいうような「片持ち梁」モデルではありません。 （ご興味があれば、中原一郎 著『材料力学』下巻をご参照ください。僕にはこの本が材料力学のバイブルです） 以上 しまった、これは６年前の投稿でしたか。 ・・・間違ったことを記載すると、ずっと取り消せないんだな・・・と思いました・・・ 回答（３）さん・・・ > 樹脂クリープ特性を、・・・条件を悪くし計算する ⇒そうおっしゃるなら、それは基準強さの設定に反映してください。 手持ち資料ではアクリルは引張強さ75MPa、曲げ強さ117MPaなので、あなたのいう“10.5kg/mm2”はクリープなど考えない、負荷が衝撃的でない程度の短期間の、理想条件での強度に近い値だと思います。 あと、”kg/mm2”という単位は使わない方が、あなたの説得力は増すと思います。 > 0.5MPa ⇒ 5.1kg/cm2 ⇒ 0.051kg/mm2 ・・・こういう時代に逆行する単位変換をやる方は初めてみました。 > 丸いケーキカットの如く、片持ち梁化し、条件を悪くし計算するが、 ⇒（４）さんの論破にのっかりますが、片持ち梁＝条件が悪いではありません。 「片持ち梁＝条件が悪い」というイメージが成り立つ多くの場合は、力の支点と作用点が離れるからです。あなたのモデルは力の大きさも支点からの距離も変えていないので、「片持ち梁＝条件が悪い」というイメージだけでは語れません。 なお、片持ち梁では自由端には曲げ応力はかかりません。これは“条件が悪い”ということに当てはまりますか？ > 今回の回答者さんには、意味をなさないので割愛。 ⇒回答者さんには意味をなさないかもしれませんが、このサイトの内容の真偽が問われることなので、論理的にご説明すべきと思います。
圧力容器の覗き窓自体がJISで規定されています。 まずはアクリルを窓として法的にどうなのという事になるかと思います。 労基署などにまずは確認したほうが無難ではないでしょうか。
JIS B 8266には、附属書 G（規定）「圧力容器のボルト締めフランジ」 附属書 L（規定）「圧力容器のふた板」の規定があって厳密に計算方法が確立し ているから、これは参考というよりも計算方法を此れに則れば計算書も出来る。 ちなみに近年、ボイラー構造規格もJISに準ずるというかメインがJISに変わって 来ているためExcel計算書なども最新の JIS B 8266-2010 の本文に準ずるように 書き換えなければならなくなっているので、先日、これを何とかやり遂げました Execel 化すれば誰でも容易に入力さえ間違わなければ立派な計算書を作れる。 今後、数年間は私の最新ヴァージョンがモノを言うであろうと思われます。 戻って、逆に、全くの素人でも出来てしまうところに私は凄い怖さがあります。 回答(3)のように・・・素人に近い人間が面白そうなので計算してみたでは、 プロフェッショナルの仕事としては如何なものかと思うというか無責任過ぎ。 素人に設計は出来るものではありません。厳しい言い方だがそれがプロです。 ↓の計算は強度はしか考えていないが、シール材を全く無視していて恐ろしい 圧力と容器容積の積から,PV=0.0005であるから適用外容器となろうと思われる。 つまり法的規制を受けない容器と言うことであるが,計算は↑の如くするべき。 ちなみに↓で参考までにザックリ計算すると(Ｏリングを用いることにする） http://ebw.eng-book.com/heishin/vfs/getAlias.jsp?8aaeffc8e90c1fb0c77e9b3befd8a78f σmax=3.926 N/mm2 ＜ 6.9 N/mm2 (長期設計応力）となるから t20 で行ける しかし、回答(3)の（板厚が、半分の10mmでもＯＫです）・・・あの怪しい計算 方法は全く信用がおけん。計算結果からは計算・危険係数４となります。。。 戻って JIS B 8266 附属書 G（規定）のＯリングの計算式に準ずるべきです。 回答(3)の説明である片持ち梁モデルを良く見て見たｗ そもそも片持ち梁モデルでは先端部には曲げが加わらないが、実際の円形フタの 場合には、交叉梁の如く中央で曲げモーメントが最大になるのであるからして 怪しいを通り越して全く話にもならない間違いである。これを初心者相手に何と 技術の森最高権威？の元グランドマスタとして回答していたとは呆れてしまう。 是非、謝罪と共に、二度とこのような力学系の質問には回答しないで頂きたい。 随分古い"you"の投稿から徐々に的確に間違いを正さないと気が済みません。
アクリルの物性は、以下に示すサイトで確認をして、 http://www.saitojushi.co.jp/p0521.html 曲げ強さ；1050kg/cm2 ⇒ 10.5kg/mm2 0.5MPaは、以下に資料の“国際単位系（SI）”を参照して、 http://www.nbk1560.com/technical/index.html 0.5MPa ⇒ 5.1kg/cm2 ⇒ 0.051kg/mm2 曲げは、φ100mmの円周から、中心に片持ち梁が形成と考え、円を展開しますと 梁の仕様は、元が（π×φ100mmで）314mm、長さが（φ100mm/2で）50mmの 鈍角二等辺三角形梁に、5.1kg/cm2の等分布荷重が掛かる。 <鈍角は、先にいく程負荷軽減で、その割合は16％なので、元が最大応力となる> 三角形の重心距離は 2/3であり、面積は 1/2×（314mm×50mm） ＝ 7850mm2 鈍角二等辺三角形梁に掛かるモーメントは、 距離×荷重 ＝ （50mm×2/3）×（0.051kg/mm2×7850mm2）≒ 13345kg･mm 手持ちのアクリル板は、20mmの板厚なので、 曲げ応力＝13345kg･mm ÷ （1/6×314mm×20mm×20mm） ≒ 0.6375kg/mm2 アクリルの曲げ強さ；10.5kg/mm2 ÷ 0.6375kg/mm2 ≒ 16倍（安全率） で問題がないです。（板厚が、半分の10mmでもＯＫです） ステンレスとアクリル板の間に、Ｏリング等の弾性体シールが必要と考えます。 また、強度確認計算は、これをキッカケに、検証/確認しますと、 次からは、自らで確認ができる様になるので、頑張って検証/確認して下さい。 樹脂クリープ特性を、丸いケーキカットの如く、片持ち梁化し、条件を悪くし計算するが、 経験からくる手法の一つです。 それを詳しく説明しても、今回の回答者さんには、意味をなさないので割愛。
0.5MPaの圧力は、φ100に均等に掛かる等分布荷重となります。 これは、理解ができますか？ また、その板厚は、アクリルの許容強度を用いて、計算します。 曲げとせん断ですが、φ100なので、曲げのみでＯＫと思います。 後は、その分野の専門書を確認して、基礎知識を身に付けないと、 “全く素人の私にも分かりやすく教えてください”は、無理です。 この森は、学校ではないので…。
お礼
アドバイスありがとうございます。 『曲げ』ですね。素人の私にも分かりやすかったです。 材料は手持ちの物(ｔ＝20)を使おうと思っています。 感覚的には耐圧には問題ないと思いますがアクリルに気体の圧力をかけるということに疑問をもっています。身近な物では水族館の巨大水槽くらいしか思いつかないので･･･。もっと調べてみます。
参考URLの資料に，各種の形状，固定条件の場合の応力やたわみを計算する式が載っています。また，許容応力も掲載されていますので，お試しください。 実際の設計では，金属との熱膨張の差をどのように納めるかがポイントのようです。
お礼
回答ありがとうございます。 資料を基に考察してみます。
お礼
先の回答から後は自分でと思っていましたが、 完全な回答までいただきありがとうございます。 回答の内容を自分でも検証して理解しようと思います。