機械加工品(ピン)のせん断について教えて下さい

　　　　　　┌─┐　　　　　　φ16mm　　　
　　　　　　│　│　　　　　　　　　　加工したピン　　　　　
　　　　　┌└─┘┐　　　　　φ32mm
　┌───┴───┴───┐
　└───────────┘　溶接した鉄板


にて、溶接した鉄板にφ32mm程度の穴が明く問い合わせですね。

鉄板が非常に薄い場合と、破断がφ32mmかその周囲の特定ポイントから、徐々に広がり、
穴が明く。
又は、ピンをねじって、ねじりせん断で穴が明く場合があります。


スポット溶接の簡易試験にナゲット試験があります。
これは、例えばスポット溶接した二枚の薄い鉄板を、捲るように剥がし前述様に徐々に
破断させ薄い鉄板側に穴を明ける。
又は、鉄板をねじり、穴を明ける。

そうすれば、溶着面より、円周の破断面の方が弱く、溶接部の信頼性が簡易的に確認できる。
そして、残ったナゲット径を測定するより、穴を測定する方が簡単なので、その穴径で
ナゲット径を測定し、スポット溶接の簡易確認をします。

それに良く似て内容ですね。
URLも確認してください。

ピンのφ32mmで厚み5mmの処には、φ16mmの穴は明くことは、厚みが5mmなので考えられない。
1mmや0.5mmならあるかも。

破断は、一番弱い部分から発生します。
φ16mmの断面積は、π/4(φ16mm)^2＝200mm^2
φ32mmに穴が明く場合、例えば板厚が極端に0.5mmとすれば、φ32mm×π×0.5mm＝50mm^2
で、面積的には1/4なので、φ16mmにねじり応力を掛ければ、溶接部が強度的に大丈夫なら
φ32mm＆ｔ＝0.5mmのピン部分にφ16mm程度の穴が明くことが予想されます。

ですが、実際はφ32mm＆ｔ＝5mmなので、円周面積はφ32mm×π×5mm＝500mm^2なので、
2.5倍あり、破断するならφ16mmとφ32mmの段差部分が、φ16mm断面積で穴が明かずにです。

t5のプレート部がせん断するか、φ16のピンの根元がせん断するか？

t5のプレート部の断面積　　5×π×16＝302mm2
φ16のピンの根元の断面積　π×16×16/4＝201mm2

ごく単純に考えれば、プレート部の断面積よりもピンの根元の断面積の方が
小さいので、5円玉のように穴が開く破壊モードよりも、ピンの根元が折れる
破壊モードの方がおきやすいように想像します。

前記の延長線上で考えれば、プレート部の厚さが3mmだったら、5円玉のよう
に穴が開く破壊モードが起こりそうです。

実際に旋盤加工ができる環境にあれば、理屈で考えるより、端材を使って
実験するほうが手っ取り早い案件のように思います。

＞実験するほうが手っ取り早い

t5のプレートとφ16のピンとすると、人力で破断させるのは少々苦しいで
しょうから、1/2～1/5程度のサイズのサンプルを作れば、人力で破断させる
ことができるようになると思います。