応力集中係数計算機

応力集中係数は、形状の不連続によって部材の局所応力が公称応力に対してどれだけ高まるかを表します。定義は Kt = σmax / σnom で、σmax は形状部付近の弾性ピーク応力、σnom はその局所ピークを分解せずに計算した基準応力です。分子と分母に同じ応力単位を使うため、Kt は無次元です。係数が 2 なら局所弾性応力は公称値の二倍です。 代表的な応力集中部には穴、溝、段差、キー溝、ねじ、鋭い角、急な断面変化があります。滑らかな移行や大きなフィレット半径は一般に集中を低減します。適切な公称応力の定義は、形状と、ピーク応力の出典となる便覧、規格、有限要素モデル、試験データによって異なります。両方の値は同じ荷重ケースと応力成分を指す必要があります。例えばミーゼス応力のピークと公称軸応力を混在させると、設計上の意味が確立されていない比になる場合があります。 この計算機は既知の最大応力と公称応力から Kt を求めます。形状ごとに専用の図表や式が必要なため、寸法から Kt を直接予測するものではありません。この比は理論的な弾性応力集中を表し、そのまま疲労切欠き係数として扱うべきではありません。疲労設計では材料の切欠き感度により、有効な疲労係数 Kf が Kt より小さくなることがあります。塑性降伏によって鋭い弾性ピークが再分配される場合もありますが、適用する設計基準では降伏自体が許容されないこともあります。 Kt は局所形状の影響の把握、公称応力解析からの弾性ピーク応力の推定、形状案の比較に使えます。報告されたピークが、理想化した鋭角や点荷重による数値的特異点でないことを確認してください。有限要素解析のピーク応力を使う際は、メッシュの細分化、現実的な半径、適切な境界条件、収束確認が重要です。最終的な設計判断では材料強度、疲労寿命、荷重スペクトル、安全率、製造公差、環境、適用規格の要求を考慮してください。