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» 2015年01月23日 10時00分 UPDATE

甚さんの「サクッと! 設計審査ドリル」(6):安全率とは何なのか (2/2)

[國井良昌/國井技術士設計事務所(Active Design Office),MONOist]
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本当の安全率の計算方法

良

安全率って奥が深いんだ。大きく分けて、「破壊に対する安全率」と「変形に対する安全率」があるんだよ。今回は「せん断破壊」だから、【式1】を選択するね。


  • 破壊に対する安全率=(引張り強さ)/(許容応力)……【式1】
  • 変形に対する安全率=(降伏点)/(許容応力)……【式2】

 【式1】と【式2】は、とても重要な実務知識です。ここで、しっかり押さえておきましょう。そのためには、図2に載っているSS400の引張り強さや降伏点(=上降伏点)の値を代入して、実際に計算してみてください。ここであなたが実行するか・しないかで、「真の設計職人になれるか」が決まりまってしまいますよ!

yk_jindri06_02.jpg 図2 SS400における応力−ひずみ線図
良

この式は僕も知ってたんですよ。さらに、この計算方法を進化させるんですよね?


甚

ああ、【式1】と【式2】は一般的な安全率の計算式だが、これじゃ計算が不十分だ。よって、これから設計職人の実務計算を伝授するぜい!


2つある許容応力

甚

許容応力は、主に「引張り許容応力」と「せん断許容応力」の2つがある。今回は、「せん断許容応力」を求めるぜぃ。まずは、さっきの【式1】を選択して、【式3】を作る。


 せん断破壊に対する安全率=せん断強さ/せん断許容応力……【式3】

甚

さらに、【式4】のように変形させよう。


 せん断許容応力=せん断強さ/せん断破壊に対する安全率……【式4】

甚

【式4】の「せん断破壊に対する安全率」は5にしておけばいい。ちなみにオレサマの会社では、人用昇降機の場合の安全率は10以上、荷物昇降機の場合の安全率は5以上としてんだ。どうやって決めたのかは、ウチの企業秘密だから教えられねぇけどな。


エリ

んー? 「せん断強さ」の値は、どうしたらいいんですか?


甚

オイラの会社の実測値を使って計算したぜぃ! これを見てみろ(表1)。


yk_jindri06_h01.jpg 表1 安全率の計算で使用する基準応力(出典:國井技術士設計事務所のクライアント企業向け資料)

 この表1は、全ての材料に当てはまるわけではありませんが、「安全率の計算で使用する基準応力」です(注:当事務所のクライアント企業向けの情報であり、各企業や各業種においては、確認が必要です)。

 例えば、「せん断強さ」の場合は、「引張り強さ」が安全率を計算する際の基準となります。ここで言う「基準」とは、「せん断強さ=α×引張り強さ」という式を意味します。

 なお、「α」については材料で決定する値であり、実務上の経験値(実測値)が入ります。ここでは、「0.6」とします。

 通常、金属では、この式が常用されます。

   せん断強さ(τ)=引張り強さ(σB)/√3=0.6×σB

 SS400の引張り強さは、図2より450 N/mm2です。

   SS400のせん断強さ(τ)=SS400の引張り強さ/√3=0.6×450=270N/mm2

良

甚さんは、「オイラの会社の実測値」って言ったけど……、一般的な金属なら、これはミーゼス応力から導かれる理論式ですね。


解説の続きと解答は、次回!

エリ

解説、次回まで続くので、ここで関連事項をまとめておきましょう。


  1. 設計職人としての「目利き力」は13項目ある。
  2. 縦弾性係数と横弾性係数の使い方に注意。
  3. 安全率、その安全率が13項目に存在しない理由がある。
  4. 代表的な安全率が、破壊に対する安全率と変形に対する安全率。
  5. せん断許容応力=せん断強さ/せん断破壊に対する安全率
  6. 一般的な金属の場合は、「せん断強さ=0.6×引張り強さ」
  7. せん断許容応力=せん断強さ/せん断破壊に対する安全率が、【公式4】
甚

エリカちゃん、あんがとよ! 設計職人を目指すなら、「安全率の設定」は腕の見せ所だぁ。だらよぅ、設計審査の定型質問だぜぃ。少なくとも、分母と分子はキチンと答えられる準備をしておけよな!


良

縦弾性係数、横弾性係数、引張り応力、降伏点のような学術単語の理解には自信があったんですけど、いろいろなことを深く考えてなかったな。安全率のことも、軽く考えていました……反省。


エリ

安全率って、計算を誤れば社告・リコールの原因になってしまうから、しっかり計算しなくちゃいけませんね! 次回は私も頑張って勉強して計算します!


 安全率に関する質問は、設計審査の超定番です。設計職人なら、押さえておきたいところです。また設計審査員であれば、「安全率だけを質問するなら、ド素人」であることが理解できたでしょうか。

 【問題6】の解答は次回です。また、お会いしましょう。


「甚さん」シリーズ

甚さん

大学院卒だけど実務はからっきしなメーカーの若手設計者「良君」が、町工場の猛々しいおやっさん「甚さん」にしごかれ泣かされ、「設計の神髄」を習得していくシリーズ。


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設計 | 「甚さん」シリーズ | 3次元CAD



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Profile

國井 良昌(くにい よしまさ)

技術士(機械部門:機械設計/設計工学)。日本技術士会 機械部会、埼玉県技術士。横浜国立大学 大学院工学研究院 非常勤講師。首都大学東京 大学院理工学研究科 非常勤講師。

1978年、横浜国立大学 工学部 機械工学科卒業。日立および、富士ゼロックスの高速レーザプリンタの設計に従事。富士ゼロックスでは、設計プロセス改革や設計審査長も務めた。1999年より、國井技術士設計事務所として、設計コンサルタント、セミナー講師、大学非常勤講師としても活躍中。「ついてきなぁ!加工知識と設計見積り力で『即戦力』」(日刊工業新聞社)と「ついてきなぁ! 『設計書ワザ』で勝負する技術者となれ!」(日刊工業新聞社)をはじめとする多数の書籍を執筆。




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