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※ ChatGPTを利用し、要約された質問です(原文: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

2023/10/19 17:19

このQ&Aのポイント
  • 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。
※ 以下は、質問の原文です

ボルト首下Rによる応力集中について

2017/06/16 20:06

いつもお世話になります。
まだ設計初心者ですが、
過去の記事で色々と勉強させてもらっています。

ボルト 首下Rによる応力集中についてご教示下さい。
一般的に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するかと思います。
しかし、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。
締め付けトルクを算出するにあたってこの応力集中を考慮している様な話は聞いたことがありません。

応力集中が生じ、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。

これはつまり、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という事になるのでしょうか・・・?
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。

それともボルトは一様な引っ張り応力だから許されるのであって
曲げやねじりになると話は変わってくるのでしょうか。


ご回答いただけると大変助かります。
よろしくお願いいたします。

回答 (8件中 1~5件目)

2017/06/26 15:33
回答No.8

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

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この質問は投稿から一年以上経過しています。
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2017/06/20 22:48
回答No.7

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。

2017/06/19 10:29
回答No.6

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

2017/06/17 19:33
回答No.5

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・・・

お礼

2017/06/17 20:42

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。

質問者
2017/06/17 18:12
回答No.4

>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

2017/06/17 20:44

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。

質問者

お礼をおくりました

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