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耐荷重及び溶接部の引っ張り強度の計算式
- 直径7.0ｍｍの軟鋼材（ＳＳ４００）の”Ｌ形”形状のアームの先端に何Ｋｇの集中荷重が掛かった時に塑性変形をおこすのでしょうか。
- また、”Ｌ形”形状のアーム部の90度曲げの間に対角線で7.0ｍｍのＳＳ４００の補強バーを溶接してあります。30ｍｍの溶接部の許容引っ張り荷重はいくらになるでしょうか。
- 計算式及び計算結果を教えてください。
- 機械設計
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多分、条件は下図の内容と推測します。 ↓ 荷重 _____________250mm_________________________ |╱ | 42mm |______________________________╱ ← 板厚7mm、幅30mmの板 | 面取り5mmが2箇所 固定 150mm →| 面取り5mmの対角は約7mm さて、塑性変形を起こす集中荷重は、塑性変形を起こすポイントを確認する 必要が先ずあります。固定の方法の詳細仕様を確認しないと正確な事は言え ませんが、φ7mmで長さ250mm部の先端から100mmの所と推測します。（板厚 7mmで幅30mmの補強板エンド部分） 計算は、SS400の降伏点245N/mm2以上を使用して、σ＝Ｍ／Ｚで求めます。 245N/mm2＝（集中荷重[N]×100mm）÷（π/32×φ7mm^3）となり、 集中荷重[N]＝245N/mm2×（π/32×φ7mm^3）÷100mm＝82.5Nから塑性変形 が始まりますが、顕著に判るのは、SS400の引張応力400N/mm2で計算した 集中荷重[N]＝400N/mm2×（π/32×φ7mm^3）÷100mm＝135Nからです。 また、溶接部の引張応力の計算は、このパターンは引張応力が殆ど掛から ない構造となっているので、計算は不要です。
厳密には溶接構造を施したフレーム構造で力学的な解析すべきですが,簡単の ため片持ちはりを想定して話しをします。荷重をＰkgfとします。 固定部の根元には曲げモーメントが加わります。このときの 最大応力σ＝Ｍ/Ｚ＝250Ｐ/33.7 kgf/mm^2で与えられます。ここにＺ：断面 係数です。σ＜降伏応力Ｙ(28～30 kgf/mm^2）なら,塑性変形を起こさずに すみます。溶接部の許容引張り荷重とありますが,荷重は引張り方向ですか？ 補強バーで構成する三角部分は丸棒に比較して十分剛性が高いので,補強バー が,溶接箇所に働くモーメントを保持すると仮定します。溶接部のモーメント はＭｗ＝100Ｐkgfmmです。σｗ＝Ｍｗ/Ｚ＝100Ｐ/33.7＜Ｙなら，塑性変形を 起こさないことになります。溶接部より固定部強度が問題になります。 以上は概算です。精度が必要なら厳密な解析が必要です。 はりの計算公式を添付しておきます。
お礼
緊急な出張のため今日、内容を確認した次第です。お礼のご返事が遅くなり大変申し訳ありませんでした。 内容を確認した上で、シュミレーションモデル等で実際にテストをしてみたいと思います。その折には又ご教授の程宜しくお願い申し上げます。 まずはお礼まで。