ボルトのせん断強度を計算するには？

ボルトのせん断強さとは、横方向の外力を受けたとき、破断することなく最大せん断力に耐える能力のことです。ボルトのせん断強度の計算方法、規格、具体的な数値について説明します。

まず、ボルトのせん断強度の計算式は、W=P/F=P/abで、Pは破断荷重（N）、Fはオーバーラップ面積（cm^2）、aはオーバーラップの長さ（cm）、bはオーバーラップの幅（cm）です。これは、ボルトのせん断強度がそのサイズと形状に関係していることを意味しています。これらのパラメータを測定し、上記の式を適用することで、ボルトのせん断強度を計算することができます。

次に、ボルトのせん断強度は、その材料等級にも関係しています。例えば、等級4.8のボルトのせん断強度は引張強度の約半分ですが、等級12.9のボルトのせん断強度は900MPaです。これは、等級によってせん断強度の規格が異なることを示しています。

さらに、ボルトのせん断強度の設計値は、接続試験の統計データによって決定されるため、実際に使用されるボルトのせん断強度は、特定の条件や試験結果によって異なる可能性がある。

ボルトのせん断強度を計算するにはどのような方法がありますか？

ボルトのせん断強度の計算方法には、主に有限要素解析と実験試験がある。

有限要素解析 は、力を受けた材料や構造物の挙動を、数学的モデルを構築して予測する方法である。実際に破壊することなく、ボルトのせん断性能を評価することができる。この方法は、純粋なせん断力を受けるボルトの抵抗挙動をシミュレートし、耐荷重性能を検討することで、ブラインドボルトのような特定の種類のボルトの設計や最適化に利用することができる。

実験的試験で評価 ボルトに実際に荷重をかけ、ボルトの破壊モードを観察することによって、ボルトの実際のせん断強度を直接反映することができる。

これら2つの手法の適用場面には、それぞれ重点が置かれている。有限要素解析は、ボルト設計の初期段階に適しており、さまざまな設計スキームがボルトのせん断性能に与える影響を評価する必要があるほか、設計プロセス中にボルトの性能を予測し、最適化する必要もあります。

実験試験は、製品開発の後期に適用されることが多く、設計の正確性と信頼性を検証し、ボルト製品が実際の用途で要求される性能を満たすことを確認するために使用されます。

作用せん断力を受けるボルト接合

図1-8に示すように、この接続は、打ち抜かれた穴を通して使用荷重Fに抵抗するボルトを使用します。各ボルトが受ける作用荷重が等しいと仮定すると、各ボルトが受けるせん断力はFとなります。

したがって、ボルトロッドと穴壁の間の圧縮強度条件は

ボルトのせん断強度の条件は以下の通りである：

式の中で：

Fはボルトに作用するせん断力をニュートンで表す；

d₀ はボルトのせん断面の直径を表し、ボルト穴の直径とみなすことができる；

[τ]はねじの許容せん断強度を表し、単位はMPaである。

どこでだ：

[S]_τ は表1-9の安全係数である；

L_分 は、ボルトロッドが穴の壁に圧迫される最小の高さをミリメートル単位で表す。

設計中、L_分 iはボルトロッドのせん断面の数を表す。図1-1bではi=2、図1-8ではi=1。

ボルトに要求されるせん断応力は、通常60Mpaとして選択される。

使用条件に応じてボルトのせん断強度を調整する方法

実際の用途では、使用条件に基づいて特定の要件を満たすようにボルトのせん断強度を調整するには、いくつかの方法があります：

適切なボルトタイプを選択する： 使用シーンに応じて、高力ボルトと普通ボルトを選択します。高力ボルトは、橋梁や鋼構造物など、重要な構造物の接合に適しており、接合部の信頼性や安全性を確保する必要があります。普通ボルトは、一般機械設備や家具などに広く使われています。

ボルトのせん断応力を計算する： F = A × (F / A)の式から簡略化すると、ボルトのせん断力はボルトが受ける力に等しくなります。このステップにより、ボルトが特定の荷重に耐えられる最大せん断力を把握することができ、その後のボルト選定の基礎となります。

ボルトの変形性を考える： ボルトせん断コネクタの変形能力不足の問題に対処するため、高い変形能力を持つせん断コネクタを使用して性能を高めることができる。この設計により、強度をそれほど犠牲にすることなく、ボルトの適応性と信頼性を向上させることができる。

安全率を調整する： ボルトの強度や予想される使用条件によって、安全率を適切に調整する必要があります。例えば、許容せん断応力Ítは、せん断応力を安全率で割って算出することができます。安全率を調整することで、安全性を確保しながらボルトの性能を最適化することができます。

環境要因を考慮する： 風力発電で使用されるような過酷な環境に長期間さらされる高強度ファスナーについては、その保守条件や安定性に特に注意を払う必要があります。この場合、ボルトの耐食性や耐久性を高めるために、特殊な材料やコーティングが必要になることがあります。

技術的な手順に従う： 鋼構造物の高強度ボルト接合部の技術的手順を参照すると、コーティングの摩擦面やその滑り抵抗係数を増加させる、引張接合部やエンドプレート接合部を増加させるなどの対策は、ボルト接合部の性能と信頼性を効果的に向上させることができる。