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応力集中の考え方とは？
- 応力集中とは、特定の箇所で応力が集中することを指します。機械設計において重要な概念です。
- 組合せ応力とは、複数の力が同時に加わることによって生じる応力のことです。
- 組合せ応力を算出する際には、ねじり応力と曲げ応力の各係数を考慮し、主応力とせん断応力を算出します。
- 機械設計
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小生は、退職者です。 このサイトには、Dr.の方もいらっしゃるかもしれませんが、利用していました図書の１つを記述致します。ご参考になれば幸いです。なお現在本図書は絶版です。県立図書館等公共図書館、高専、大学の図書館をご利用ください。 古書は、絶版ですので、高価です。 機械要素の設計基準 宗孝 日刊工業新聞社（1983/11発売） 同 著者で入手可は下記です。内容は、上記には及びません。 徹底理解のための機械設計技術入門マニュアル ご参考まで。
曲げやねじりは、構造上又は計算上から、表面を最大応力は走ることになります。 この表面が荒れていたり（表面粗さが悪るかったり）、凸凹があったりすると、スムーズに 力が走りません。 これによって、応力集中が発生します。 それと、曲げ応力とねじり応力の組み合わせ応力との関係はありません。 別々に考えてください。
応力集中を考慮しなくてはならないのは疲労強度を考慮しなければならない時 であるから、質問の真意は「静ねじりを受け、繰り返し回転曲げを受ける軸」 と考えてしまうことにします（交番ねじりとは考えないことにする・・・） ※一時的な場合や塑性変形させる場合、応力集中は余り意味がありません まづ、疲労計算と従来の軸の強度計算を混同して考えないようにすることです 安易に組み合わせ応力で算出せず疲労強度の方を必ず考えなければなりません ・・私も気になり少し検索してみたが↓の文献は参考になりそうな気がします これによれば回転曲げ疲労限度は精々10％程しか増加しないようですね・・・ つまり一般的な伝動軸の強度計算での疲労強度を基準強度とした計算をすれば 良いのだろうと思います。しかし実際のところは切欠き溝形状などによっては 理論的に疲労限界を想定することは難しいから実験に頼らざるを得ないかもね 勘違いしてはならないので一応。。。 繰り返し曲げとねじりを受ける組み合せ応力の疲労強度式はあります↓ https://www.jstage.jst.go.jp/article/jsms1963/29/319/29_319_334/_pdf 「国立国会図書館デジタルコレクション」で「応力集中」で検索した↓が・・・ 多くは限定が付いていてネット上で見られるものはほんの僅かしか無かった。 図書館まで足を運ばざるを得ない。ネット化が進めば便利に成ります。 地方に居ると、国会図書館に行くような出張があるととても嬉しい。 古い書籍や文献も著作権が生きているのかな？できれば公開希望。 http://dl.ndl.go.jp/search/searchResult?pageNo=1&searchWord=%E5%BF%9C%E5%8A%9B%E9%9B%86%E4%B8%AD&featureCode=books&viewRestrictedList=0%7C2%7C3&facetOpenedNodeIds=
最大応力さえ求まれば良いのですから， 「ねじり応力・曲げ応力に各係数を考慮し、 組合せ応力として主応力・せん断応力を算出する」 で出ます。 ただ，ちょっと書き方が心配ですから，くどくなりますが手順を書いておきます。 (1)公称曲げ応力に曲げの応力集中係数を掛けて，最大応力σz,maxを求める。 （この時，形状によっては，軸方向の応力σz,maxのほかに，周方向応力σθ,maxを考慮する必要があるかも知れない。それは，応力集中の参 考書に載っているはず。） (2)公称捩り応力に捩りの応力集中係数を掛けて，最大応力τmaxを求める。 (3)σz,max，τmaxから合成応力（＝主応力）を計算する。（σθ,maxが無視できなければ，これも加えて主応力を計算する。） それから，(1)の回答者さんの回答で，組合せ応力には相当応力を使うようにとのコメントがありますが，これについてひと言。 軸の曲げ＋捩りの合成応力に相当応力を使うのは，計算結果を自部門以外に出さない場合に限ります。 なぜなら，軸の曲げ＋捩りの合成応力は主応力で計算することになっているからです。 このことはどんな材料力学のテキストにも掲載されていますし，50年以上も前からこの合成法の規格になっています。 一方で，フォンミーゼスの相当応力という概念は登場したのが20世紀半ばで，普及してからはまだ30年程度です。 いくらフォンミーゼスの相当応力が合理的だからと言っても，先に決まっていた規格には勝てないし，また規格と異なることを勝手にしてはいけないのです。 この点，勝手な判断をしないように注意しましょう。 規格というものは，たとえ間違っていても，優先されるべきものなのですから。 要するに，軸の組合せ応力値の計算結果を顧客への提出資料などに使用する場合には，相当応力ではなく，主応力でなければなりません。 それにしても… 「組み合わせ応力で算出した応力値に係数掛け合わせ」 って，どんな係数を掛けるつもりですか？？ そんな係数，どこにも載っていないですよ…(--;
切り欠きなどの形状変化がある場合は 実応力を求めるのにモデル計算値に 係数をかけて補正します。つまり、実応力＝形状係数(応力集中係数)×応力計 算値になります。応力計算値は複合荷重の場合、組み合わせ応力(相当応力)で す。機械学会で切り欠き材の回転曲げ疲労などのデータが紹介されていますの で、その試験条件などを参考にされるとよいでしょう。以下参考サイトです。 http://homepage2.nifty.com/ty-1999/keisansiki/moment-01.html http://four-leaf-clover-and-lucky-bee.com/rotor/desgin_shaft_stress.html http://mobile.civil.kitami-it.ac.jp/newhttp/structural_analysis/20080509_5.pdf
