鋼製円板の設計についてご教授願います。

Question

円板が面外荷重を受ける場合の最大応力や最大たわみについては、公式集等の出版物やネット上の記事も多く存在しています。
質問は鋼製の円板を許容応力度設計する場合の考え方についてです。
鋼材の許容応力度をFとした場合、単純に以下を満足する板厚を探せばいいのでしょうか。
　σmax（=σrmax）＜＝F
また、単純な形状ならばσmaxはσrになりますが、歪ゲージを貼った実験を行う場合、単にひずみεrに弾性係数を乗じたものをσrとみてよいのでしょうか。やはりσθも計測して、両者とポアソン比を使ってσrとすべきでしょうか。
よろしくお願いします。

Accepted Answer

回答(3)追記
建築基準法上短期荷重に対しては安全率1.0でいのですが、この基準を「準用」する場合に、応力の算定に不確かさが付きまとうのであれば、少なくともその不確かさの分だけ、安全率を積み増しすることが設計者の「良心」と思います。
「準用」というのは、強制法規が及ばない領域について、強制法規に準じて安全性を判断しようとするようなことを指します。

Answer

建築関係であれば、適用するルールブックは建築基準法の技術基準・・・・ということですね。
許容応力度は、SS400に対して235N/mm^2だったでしょうか？
また、安全率は短期の応力に対して1.0（マージンなし）、長期の応力に対して1.5だったと思います。
この安全率は、機械設計と比べれば、異常に小さいようにも感じます。
また、応力は計算によって照査するのであって、歪ゲージを使って実測するようなことは想定していないと思います。

前置きはさておき、建築基準法がカバーする一般の建築物の部材であって、自重、積載物の荷重、風荷重、積雪荷重、地震力など建築基準法が想定する荷重に対して、建築物（構造物）が壊滅的な破壊をしないことを目的に検証したいなら、建築基準法の一般的な基準で判断することでよさそうに思います。
しかし、想定する力の性質が異なったり、力が加わった場合の変形量を特定の基準以下に収めたいなどの要求事項があれば、判断基準は要求に応じて変化させる必要があると思います。

Answer

最大応力の検証について可能な限りの手間暇をかけて極限設計をなさりたいのか、そのような手間暇をかけずに実用設計なさりたいのかによって答えは変わってくると思います。 
実用的な設計では、回答(1)さんがお示しのように、かなり大きな（アバウトな）安全率を加味しますので、計算上の細かい差異は無視しても大局的な判断には影響しないでしょう。（ただし、法規の基準に適合するか否かが問われるような場合は、厳密に規定されている条件に従って判断してください。）

「鋼材の許容応力度」という用語についても、アプリケーションの分野や慣習によって、基準が異なる可能性があります。引張強さなのか、降伏点なのか、耐力(0.2%）なのかなど、ルールブックに書いてあることをきちんと読み取る必要があります。また、ルールブックは、製品ごとに異なる場合もありますし、公式なルールブックが存在しない場合もあると思います。という訳で、どのルールブックを適用するのかを決めないと、厳密な判断はできないということになります。

製品設計ではなく、純粋な材料力学の問題であれば、貴殿の知り得る（対処し得る）最善を尽くして応力検証をなさればよさそうに思います。

Answer

σmax（=σrmax）＜＝F
普通はここに安全率を入れます
σmax＜＝F × S
静荷重なら3～4、衝撃荷重なら12～15

鋼製円板の設計について