角パイプ片持ち梁の許容加重とたわみ量

Question

無限大の強度を有する完全剛体壁面に溶接された、
断面サイズ40mmX40mm、長さ300mmの角パイプ片持ち梁の先端に200Kgの集中荷重をかけたいのですが、可能でしょうか？【Ｑ１】

可能な場合、角パイプの厚みおよび材質は何でしょうか？また、たわみ量はどの程度でしょうか？（あまり高価な材質でない方がありがたいです。）【Ｑ２】

全周溶接の場合と両サイド溶接のみの場合とでは、強度差はどの程度でしょうか？【Ｑ３】

製作を依頼する場合、どういったところにお願いすればよいでしょうか？【Ｑ４】

経験者の方が居られましたら、よろしくお願いいたします。

Answer

□40xt3.2と仮定すれば
Z1=5.356x10^3 mm3 となる
σb=200*9.80665*300/5356=109.9 N/mm2 < 156 OK？
・・・せん断応力は此処では面倒なので省きます・・・

溶接脚長を仮に5とすると
□47x□40の断面のノド厚での断面積となる
従って
Z2=8.226x10^3 mm3 となる(Z2>1.5*Z1)
σw=200*9.80665*300/8226=71.6 N/mm2 < 140 OK？
＋＋＋＋＋
ちなみに脚長を回答(2)のように3mmとするならば
□44.2x□40の断面のノド厚での断面積となる
従って
Z2=4.39x10^3 mm3 となり
σw=200*9.80665*300/4390=134.1 N/mm2 < 140 OK
τw=200*9.80665/(40^2-33.6^2)=4.2 < 80 OK
σwe=(134.1/140)^2+(4.2/80)^2=0.93 < 1.0 OK

しかし疲れ強さや衝撃荷重を考慮した場合には
十分な脚長とは言えないし少ないビードでは、
却って施工も難しい。また「すみ肉」も不安が残る。
やはり重要な部分は開先を取り完全溶け込みとしたい。
＋＋＋＋＋
どうせ計算してあげるならば、最低これくらいが必要。
計算してみましたなどという無責任な投稿はダメだろう？

私は、計算して見せてあげることも稀には必要だと思う。
しかし嘘や誤回答のまま残してはいけないと思っています。
以上・・・参考まで

こんなんササっと出来ないようでは、実務では使えない設計士となるだろう。

たわみ量はどの程度でしょうか？【Ｑ２】・・・。！・・・・・・・・・・

Answer

まず【Ｑ３】について・・・
荷重の条件にもよりますが、両サイド溶接のみである場合、応力集中が発生して強度が格段に落ちる危険性があります。
（完全剛体という仮定を無視してますが、角パイプの溶接相手の剛性が低いとありえます。）

そしてＱ１については、判断基準をどう定めるかが大事であり、それは各社で定めるノウハウ的なものだと思います。
Ｑ２も、たわみをいくつ以内に押さえたいかはむしろ設計における入力条件です。（もちろん出力になることもありますが）

全般的に専門書で語れるようなものでなく、各分野によって異なる、実地の知識が必要な質問だと僕は思います。
実務に従事されている方のご意見は、「この質問は本だけでは回答できない」というものじゃないでしょうか・・・

Answer

> 断面ｻｲｽﾞ40mmX40mm、長さ300mmの角ﾊﾟｲﾌﾟ片持ち梁の先端に200Kgの集中荷重をかけたいのですが、
> 可能でしょうか？

のｽﾀｰﾄ内容からの展開は、一流設計士？の持ち分より、機械工学の一般教養で、
学校で習う内容が大部分。

それを、一流設計士？の内容を持ち出すと、かえって混乱のもと。

Answer

古い質問で閉じられて居なかった。あの"方"の間違いを訂正して歩いている。

片持はりの許容たわみは、クレーンではスパンの2/100以内のたわみという規定
が参考にはなるが、より厳しいのは鉄骨梁の片持ち梁では1/250 以下の規定有り
要は強度よりも剛性(振動など）計算の方が問題になることが多いのだが、今回
の質問はスパンと言っても300mmしかないのでは・・・意味が余り無いかもん

荷重点には難しく言うなら角パイプの局部座屈つまり、部分的な潰れを考慮する
必要がある。また屋外か屋内かも分らないし実際の設計では錆も考慮しないと
なりません。そう言った意味から如何にも素人っぽい質問には違いない。

溶接部の強度計算をしたことも無い人間には怖くて教えられたものではないが、
＞無限大の強度を有する完全剛体壁面に溶接された・・・何とも、大袈裟かつ
試験問題みたいだが・・・
ヒントだけ。断面二次モーメントは、溶接部にだって適用できるのであるから
厳密にその応力を計算することが出来るし、計算書だって提出可能である。

以上は2流以上？の一人前の機械設計士でなければ解けないだろうと思われ
る。ちなみに我社では私以外には、できないだろうと思う。。。
高専を出ても努力無しでは、全く進化せず役立たずのダメ設計士になります。

【Q3】について、誰も明確な回答をされていなかったようなので2流の私が投稿

Answer

【Q1】
　40?×40?、長さ300?であれば、材料がＳＳ系以上かニッケルクロム
　鋼材以上の強さであれば問題ないと思います。
　計算式は【Q2】

【Q2】
　片もち梁の計算は以下のようになります。
　変位量＝-（Ｗ×Ｌ^3)／(3×E×Ｉ)　式１）
　　Ｗ：集中荷重、Ｌ：長さ、Ｅ：材料の縦弾性係数、Ｉ：断面二次ﾓｰﾒﾝﾄ
　Ｉ＝（ｂ×Ｈ^3）×1／12
　　ｂ：幅、Ｈ：高さ　　　　　　　　式２）

式１）と式２）から
　　ＳＳ４００　：０．４?
　　ＳＮＣ２３６：０．４?
　　アルミニウム合金：1?

です。よって材料によっても変わります。
　　　　上記の式から、材料を変えてみて下さい。

【Q3】
　上記はあくまでも一体ものとの計算ですので、全周溶接と仮定して
　います。全周溶接でない場合は当然上記より変位量も大きくなり、
　両サイドの溶接部にも荷重が集中すると思います。

【Q4】
　なんともいえませんので、Webでいろいろ探してあたってみては

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