「壊れない機械」を設計する方法 〜応力集中による強度低下への影響を克服しよう！〜

機械設計者必見！ 概略検討に必要な知識として、
強度検討に必要な応力の計算式について解説！

セミナー講師

TMEC技術士事務所　技術士（機械部門）　遠田 治正 氏

セミナー受講料

43,000円（消費税込）

セミナー趣旨

機械設計における強度にかかる仕様は、破壊から構造を守るうえで最も重要です。
ただ、機械設計者が強度評価を行う場合、まずは概略検討により「壊れそうか」「壊れそうもないか」を判断してから詳細検討に入る必要があります。しかし、ここでの検討で求められる材料力学の知識には、あまり高度な内容を必要とせず、また、多くの場合はCAE などのツールに依存せずに手計算で済むのが普通です。

本講座では、概略検討に必要な知識として、公称応力・力の流線などを用いた強度評価の手法を解説します。また、弾性破壊（脆性破壊、高サイクル疲労、衝撃破壊、亀裂先端などの破壊現象）に焦点を当て、「壊れるか」「壊れないか」の判断を素早く行うための材料力学を詳しく解説します。さらに、安全率の設定方法やCAE を使わずに応力集中係数の見積もる方法なども解説します。

なお、応力状態の力の流線による定性的な傾向の把握および妥当性検証は、「すばる望遠鏡」をはじめ多くの機器で実証済みのメソッドであり、“壊れない（破壊しない）” 機械を短期間で効率よく設計するための効果的な手法です。

機械設計での強度に関係する仕様は、破壊から構造を守るうえで最も重要です。
このため機械設計者は、まずは概略検討により「壊れそうか」「壊れないか」を判断し、「壊れない」という確証を得てから詳細な設計に入る必要があります。特に応力集中が起きる位置では、強度が低下するために、その影響については念入りに行わなければなりません。

このような検討で求められる材料力学の知識は非常に難しそうに見えるのですが、実はあまり高度な内容は必要としないのです。計算式などは多くの場合材料力学の初級で習うものを使えば良いので、CAE などのツールに依存せずに手計算で済むのが普通です。

本講座では、概略検討に必要な知識として、強度検討に必要な応力の計算式について解説します。また、応力集中による強度低下の影響が強く現れる弾性破壊現象（脆性破壊、高サイクル疲労、衝撃破壊、亀裂先端などの破壊現象）に焦点を当て、「壊れそうか」「壊れないか」の判断を設計の初期段階で素早く行うための方法について詳しく解説します。さらに、安全率の設定方法やCAE を使わずに応力集中係数を見積もる方法、力の伝達の様子を水の流れに例えて応力の大小を知る力の流線などについても解説します。

なお、力の流線による定性的な傾向の把握および妥当性検証は、「すばる望遠鏡」をはじめ多くの機器で実証済みのメソッドであり、“壊れない（破壊しない）” 機械を短期間で効率よく設計するための効果的な手法です。

セミナープログラム

1. 材料力学と強度設計の考え方
   1. 強度設計の考え方
   2. 強度の評価に影響を及ぼす因子
      ① 発生応力(基準応力)
      ② 強度低下率
      ③ 強度の限界値
      ④ 安全率
   3. いろいろな破壊現象と強度の指標(限界値)
   4. 強度の限界値の入手方法
2. 応力について
   1. 応力…機械装置の破壊で重要なのは垂直応力
   2. 発生応力を求めるための簡単な計算式
   3. ひずみ、ポアソン比とフックの法則
   4. 簡単な式を使った簡単な強度評価方法
   5. 主応力と相当応力について
3. 力の流線について
   1. 力の伝達と水の流れの似たところ
   2. 力の流線でわかる応力の大小
   3. サン・ブナンの原理
4. 応力集中と応力集中係数α
   1. 応力集中係数αの定義
   2. 応力集中の発生要因と特異点
   3. 応力集中と力の流線の関係
   4. 応力集中部からの破断面の推測の仕方
   5. 応力集中係数αの上限値の見積り方
5. 応力集中が強度低下に及ぼす影響と切欠係数β
   1. 寸法効果について
   2. 切欠係数(強度低下率)βの定義
   3. 切欠係数βと応力集中係数αの関係
   4. 特異点での強度の把握の仕方
6. 安全率
   1. 安全率の定め方
   2. 安全率の影響因子
   3. アンウィンの安全率〜１００年前の遺物
7. まとめ

付録

1. 強度の限界値と変動係数の入手方法・推定方法
   1. 静的強さ
   2. 疲労強度(疲れ強さ)
      　(1)疲労限度
      　(2)S-N線図
   3. 樹脂の疲労強度
2. 耐力の定義の0.2％塑性ひずみの根拠
3. 設計時に発生応力を耐力以下に押える意味は？
4. 材料力学の基本的な用語

参考書籍
　日刊工業新聞社「強度検討のミスをなくす CAEのための材料力学」遠田 治正 著