安全率
安全率とは、機械や構造物を安全に使うための基準である。どんなに厳密に計算しても、誤差や予想もつかない使い方、厳しい使用環境などで、予想外の負担を機械や構造物に強いることが起こりうる。機械や構造物の設計は、安全設計を目指す必要があるが、必要以上に安全率が高くなると、過剰設計となるため重量やコストなど負の部分が大きくなる。
安全率
安全率とは、基準応力を許容応力で割った次式で表される。
許容応力
許容応力とは、その材料に生じる応力の中で、許容できる最大の応力である。安全に設計するためには許容応力以下で設計すればよい。
基準応力
基準応力とは、許容応力を決める基準となる応力である。基準応力は、ガラスやセラミックスなどの脆性材料では引張り強度、鋼などの延性材料では、降伏強度や耐力を参考にすることが多い。また、繰り返し荷重を受ける箇所で使われる場合は、疲労限度、高温で使う場合は、クリープ限度など様々なファクターを考慮する必要がある。
具体例
材料A（引張強さ：600、降伏応力：400）がある。引張強さを基準として安全率4、降伏応力を基準として3とする場合を考える。
安全率の目安
安全率の決定は、たとえば、「人を支えるものは10、物を支えるものは6」とされることもあるが、実際の設計では、人の経験によるものが大きい。一部法令で決まっているものもある。一般的には、クレーンの安全率は8―10に対して、自動車や飛行機の一般構造部分は軽量化が必要なため、1.5-2.0程度が目安とされる。薬の安全率は100と大きくとられている。
コスト
高い安全率をとると、コストに跳ね上がっていく。小さなコスト高が積み重なると価格に反映されるため、注意が必要である。
検討事項例
- 荷重(静荷重、繰り返し荷重、衝撃荷重)
- 材料(延性材料、脆性材料)
- 応力(複合応力、穴、溝、切欠き)
- 加工精度(表面の仕上程度、表面処理、誤差範囲)
- 使用条件(温度、腐食性、ガス、流体)
- 保守点検・メンテナンス
ワイヤーロープの選定によると安全率の考え方
ワイヤーロープの選定から許容応力とそれに対する安全率をとって計算する。
具体例
断面積を考える
引張強度の例
参考までに引張強度の例をここにあげておく。
