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ボルト首下Rによる応力集中について
- ボルト首下Rによる応力集中についてご教示ください。トルク法ではボルトの公称応力が降伏応力の７～８割になる様に締め付けトルクを決定しますが、首下Ｒによる応力集中係数（２～４？）を考慮するとボルトの降伏応力を簡単に超えてしまいます。この応力集中を考慮して締め付けトルクを算出すべきなのか、応力集中が生じると降伏応力まで応力が緩和されるのか、よくわかりません。
- ボルトの首下Ｒに限らず、一般的な設計においても局所的な応力集中による降伏点超えは無視できるのでしょうか。例えば、隅肉溶接の止端部に生じる応力集中も同様に無視できるのでしょうか。ボルトが一様な引っ張り応力である場合には許されるのか、それとも曲げやねじりになると話は変わってくるのか、知りたいです。
- ボルト首下Ｒによる応力集中について教えてください。トルク法においてはボルトの公称応力が降伏応力の７～８割になるように締め付けトルクを決めますが、首下Ｒによる応力集中係数（２～４？）を考慮するとボルトの降伏応力を超えてしまいます。この応力集中を考慮して締め付けトルクを算出するべきなのか、それとも首下Ｒの形状が局所的に塑性変形することで降伏応力まで応力が緩和されるのか、教えてください。
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一般のＪＩＳねじはピッチやサイズに応じて、その締め付けトルク,軸力（引張 力）を計算して強度区分や詳細寸法を決めています。不測の荷重などについて は、安全率を設定してサイズや材料（区分）を選定します。 トルク法での応力設定は締め付け時の応力を最大荷重とみなしているためです。 ねじの締め付けでは首下Ｒの応力集中係数は（２～４？）ほど大きく ならないと思います。安全率で吸収できる範囲と考えます。 この範囲では首下Ｒは検討外になります。 なおボルトとナットの異種材料組み合わせの場合ではねじ面摩擦が問題になる 場合もありますが、鉄系のねじなら、問題になるのは稀だと思います。 ただし繰り返しの曲げやねじりがボルトに加わる場合は、疲労に関する確認が 必要になります。詳細な荷重条件が分からないと、計算検討は難しいですが、 実際に折損現象が起こるような場合は部分的な解析が必要です。とくにボルト 頭部に曲げ作用が加わる場合は特に注意が必要です。 以下は一般の場合の参考です。 https://jp.misumi-ec.com/maker/misumi/mech/special/screw_basic/03.html
ボルトの応力集中と、隅肉溶接の応力集中とでは根本が異なります。 ボルトのトルクから、軸力計算をする場合、摩擦係数設定がポイントとなります。 ねじ部と首下座面で、各々摩擦係数を用います。 摩擦係数は、鉄鋼＆鉄鋼（湿潤）で、0.1～0.15を用いたり、0.3前後を用いたり、実際も変化します。 てすから、比較的大きな安全係数が設定されている。 因って、応力集中の係数を無視しても破損はないが、一般的使用方法なので、無視してもよしと考えるのが妥当。
ボルト締結は、締付けトルクを大きくすると、内力係数が小さくなるので、応力集中係数を議論しなくて良い場合があるのは確かです。 だからといって応力集中係数を無視して良い訳でてせはありません。 この本をよく読んでみましょう。 https://www.amazon.co.jp/%E9%AB%98%E5%BC%B7%E5%BA%A6%E3%81%AD%E3%81%98%E7%B5%90%E5%90%88%E3%81%AE%E4%BD%93%E7%B3%BB%E7%9A%84%E8%A8%88%E7%AE%97%E6%B3%95-VDI2230-1982%E5%B9%B4-%E6%97%A5%E6%9C%AC%E3%81%AD%E3%81%98%E7%A0%94%E7%A9%B6%E5%8D%94%E4%BC%9A/dp/B000J7JHVC/ref=sr_1_3?ie=UTF8&qid=1497835700&sr=8-3&keywords=%E6%97%A5%E6%9C%AC%E3%81%AD%E3%81%98%E7%A0%94%E7%A9%B6%E5%8D%94%E4%BC%9A
残留応力や応力集中は溶接継手の静的強度に影響を及ぼさない↓参考url 更に、過去ログに参考になりそうなものが在りましたので↓↓に貼り付けます。 仰る通り、降伏点の70％とかで締め付けトルクを設定している。にも関わらずに 応力集中を無視するようなことを何故するのだろうか。。確かに矛盾している。 先の溶接継手ならば部分的な降伏は静的強度（動的な繰り返しのない）であれば 強度に影響がないのは理解は出来るはずです。 然しながら応力集中の最も影響を受ける筈の疲労破壊を考えねばならないところ の高力ボルトで何故に此れを考慮しないのだろうかねぇ確かに不思議と言える。 でもよく考えてみると、ネジは緩むから当然ながら疲労破壊も避けられない。 緩まぬよう適正締付トルクで軸力を出せば疲労破壊が生じるというジレンマ。 これらは適正締付トルク以下でも決して緩まないネジの出現を待つ以外にない 気もします。そんなん在るわけないっと、つい最近まで私も思っていました。 常識を覆すような発明が、全く新しい突破口になるのかも知れませんね。。。 ちなみに圧力容器でSS400のボルトの許容応力は 61N/mm2 ととっても低い。 恐らくこのくらいの安全率をみなければ安全じゃないということの証明です。 235/61≒3.8降伏比でこれほどの余裕がなければ応力集中を回避できないかも ・・・長文失礼・・・
＞首下Ｒの形状が局所的に塑性変形することによって降伏応力相当まで応力が緩和される。という理解で良いのでしょうか。 それで良いみたいに読めますね。 https://www.jstage.jst.go.jp/article/jssc1994/2/5/2_5_53/_pdf ＞隅肉溶接の止端部に生じる応力集中も同様に無視できるのでしょうか。 たぶんダメでしょう。
お礼
有難うございます。 なぜボルトでは応力集中を無視できて、 溶接部は無視できないのか…難しいですね。
お疲れちゃん。 投稿よく判りません。 趣旨は締め付けトルクの算出？ 締め付けトルクVSBolt破断？ Boltは６角Bolt、強度区分は 首下Rと書いてますが不完全ネジ部は如何でもよいの。 もう少し判りやすく書いてもらえませんか。 と言う私のことは棚に上げてます。
お礼
有難うございます。 ボルトの強度計算をするにあたり、 首下Ｒによる応力集中を無視できる理由が知りたいと思いまして。 六角ボルト M16 - 8.8 あたりのボルトを想定しています。 貴重な試験データも有難うございます。 静荷重、破断に対しては応力集中は無視できる。 ただ疲労に対しては応力集中を無視できない。とよく聞きますね・・・。 真偽は不明ですが。
戦中 学徒が旋盤にてゼロ戦用のねじを加工 図面通り隅Rをつけずに加工し 首が折れるということが多発 トライ＆エラーでRをつけたというのが我師の教え 経験と勘によるもの ↑ 昔はこれでよかった ちょっと前までは 実験評価 http://www.cybernet.co.jp/ansys/case/analysis/291.html 今は解析＆実験評価 >>降伏点超えは無視 超えてはいけない(内向きの時は良い) まあ、100kgfぐらいならなーんも考えずに設計しても良いが それ以上や死人けがが起こるような設計の場合、ちゃんと考える この辺がわからないといろいろ事件になり 昔は書類送検で無罪だったが ここんとこは有罪になってしまうので ねじ一本でも簡単に設計してはいけない といっても上司はわからない ねじが関連した事故 http://zosen.blog70.fc2.com/blog-entry-158.html ↑ 派遣が設計(上司の言うことを聞いて という話をどっかで聞いた) ネジじゃないけど めきょって逝ってしまった一番最悪な事故 http://www.aec.go.jp/jicst/NC/about/hakusho/wp1996/sb1010101.htm
お礼
有難うございます。 >>降伏点超えは無視 >>>>超えてはいけない(内向きの時は良い) 降伏点は超えてはいけないのですね。 内向きの時は良いとのことですが、内向きとは何でしょうか？ 圧縮応力という意でしょうか。 しかし実際ボルトの首下は降伏点超えてしまっているんですよね・・・ ありがとうございます。 最近の締め付けトルクでは応力集中係数を考慮しても降伏応力超えないんですね。初耳です。 そうなると締め付けトルクは従来の1/3程に落とさなければいけなくなりますが、そうなると次は緩みの問題ですね・・・。
web上を検索なさったことと思いますが、参考URLはご覧にならなかった でしょうか？ 首下の径変化に伴う応力集中よりも、ボルト・ナットのはめ合い端部近傍 の応力集中が大きいとのことですが、僅かな塑性変形がおこるので 応力緩和して、ねじによる締結システムの健全性は維持できるとの回答 のようです。 首下の応力集中は、上記に比べて度合いが低いので目くじら立てて追及す る必要はないということみたいです。 ねじによる締結部分は、材料力学の一般論から外れた常識があるようです。 奥が深いですね。
お礼
ありがとうございます。 素人考えでは・・・塑性変形して応力緩和するのであれば 通常の材料力学でもわざわざ計算応力が降伏応力以下になるように設計しなくても良いのでは？と思ってしまいます。
お礼
有難うございます。 やはり疲労負荷がかかる箇所で応力集中を無視することが黙認されているのはボルトぐらいですよね…。 圧力容器 SS41ボルトの件は大変参考になりました。 正直、ボルトの計算書を客先へ提出して 応力集中を考慮しろ。と言われるとお手上げです。 トルクを落とすしか手はありませんが、 そうすると締結の摩擦力や緩みの問題で頭が痛いです。