質問: 許容引張応力とは何ですか? 許容引張応力とはどういうものなのでしょうか? 例えばsus316で700°C下の圧力容器で、許容引張応力は30n/mm2となっています。sus316の引張強さは700°Cで300n/mm2 つまり安全率は10としている事になります。 こういう解釈で良いのでしょうか? 許容引張応力について教えてください。
回答: >許容引張応力とはどういうものなのでしょうか? ということなので,許容引張応力の一般的な決め方及び考え方について記述します。ただ,私の専門が建築なもので,機械や容器の分野に対しては,少し,的外れの点があるかもしれません。ただ,基本的な考え方は,概ね,同じではないかと思っています。 さて, 一般に,鋼材などの材料に引張力や圧縮力などの荷重をかけると,最初は,所謂フックの法則が成り立ち,荷重とひずみが比例します。 p=k・ε それでも,載荷を続けると,比例限度を超え,荷重(p)の増加に対し,ひずみのほうが大きく増加する状態になります。この比例状態の限界点が降伏点又は降伏強度(σy)です。 この時の,降伏強度以前が弾性,降伏強度を超えると塑性となります。 その後も,載荷を続けると,そのうち破断又は破壊します。この時の破壊時の強度が破壊強度(σb)です。ここで,引張によって破壊した場合が引張強度です。ここら辺については,↓のurlの図を見たほうが分かり易いと思います。 ここで,#1さんが述べておられるとおり,例えばステンレスなどの材料の降伏強度を推定することは,なかなか困難です。↓urlの技術資料にある物理的・機械的性質を示す図を見られたら分かりますが, http://www.ssba.or.jp/ 鋼材(ss400)等は,降伏点付近で降伏棚を形成するので,この位置が降伏点だと決めやすいのですが,ステンレスの場合は,全体がなだらかな曲線になっており,どこが降伏点なのか,一目では分りません。 そこで,このような材料については,引張試験等において,載荷荷重0から徐々に載荷荷重を増加し,ある点で除荷します。除荷後の残留ひずみが1%又は2%残るときの荷重を降伏点とし,降伏強度(σy)又は基準強度(f値)とします。 建築や土木のような,比較的大きい構造物を扱う分野では,構造物が使用されている期間に数回遭遇する程度の大地震で破壊しなければよいということで,この降伏強度を短期許容応力として, σs=σy この応力以下で設計することが求められます。 また,構造物に常時作用する自重などで構成材料が降伏すると困るので,安全率を1.5培見込んで, σl=σy/1.5 を長期許容応力としています。 機械等の分野は,専門外なので,詳細は分かりませんが,例えば,エンジンのシリンダのような精密機械に1%又は2%残留ひずみを認めると,製品としてまったく役に立たなくなる可能性が大きいので,実際に弾性範囲と見做せる限界点まで低減して許容応力としているようです。 また,高圧容器などの分野でも,その分野に特殊な条件が存在するため,独自の数値が設定してあるようです。容器のsus316の場合を概算してみると,700度cでは,降伏強度(σy=106:1%又は2%セットアップ値)に対する引張許容応力(σa=30)は, σy/σa=106/30≒3.53 程度の安全率になっているようです。 因みに,安全率は,材料を主に弾性範囲で使用する分野では,破壊強度(σb)よりも降伏強度(σy)に対する安全率と考える場合の方が多いようです。 参考url:http://www.ssba.or.jp/