このツールについて
安全率計算ツールは、部品がそれが支える荷重に対してどれだけ強いかを示します。材料の降伏および／または極限強さと作用応力を入力すると、降伏基準と極限基準の安全率、対応する安全余裕、目標安全率に対する合否判定を返します。すべての計算はブラウザ内でローカルに実行され、入力した内容が端末から出ることはありません。
安全率は単に強さを作用応力で割ったものです。n_yield = σ_yield / σ_applied、n_ultimate = σ_ultimate / σ_applied です。安全余裕は安全率から1を引いたもので、百分率で表されます。余裕0%は部品がちょうど限界にあることを意味します。部品が直接（垂直）応力とせん断を同時に受ける場合、ツールはそれらをミーゼス相当応力 σ_vm = √(σ² + 3τ²) にまとめ、強さをその相当値で割ります。これは延性材料の標準的な降伏基準です。また、目標安全率での許容応力（強さ ÷ 目標）も報告するので、どれだけの余裕があるかが分かります。
計算例として、降伏強さ250 MPaの鋼が100 MPaの作用垂直応力を受ける場合、安全率は2.5、安全余裕は150%です。さらに40 MPaのせん断も受ける場合、ミーゼス応力は約122 MPaに上がり、降伏安全率は約2.05に下がります。代表的な設計係数は、よく知られた静荷重で約1.5から、不確実な荷重・脆性材料・安全上重要な部品で4以上に及びます。
よくある質問
安全率と安全余裕の違いは何ですか?
安全率は強さを作用応力で割ったものです（例: 2.5）。安全余裕はその安全率から1を引き、百分率で示したものです（150%）。余裕0%は作用応力が強さにちょうど等しく、余力がないことを意味します。正の余裕は予備能力を示します。
降伏強さと極限強さのどちらを使うべきですか?
永久変形が破損とみなされる場合は降伏強さを使います。機械部品では通常こちらです。破断のみが問題となる場合は極限強さを使い、より大きな係数を適用します。ツールは両方を報告するので、用途を支配するいずれの限界にも対して設計できます。
ミーゼスのオプションはどう機能しますか?
垂直応力σとせん断応力τが同時に作用する場合、ツールはミーゼス相当応力 √(σ² + 3τ²) を計算し、強さをそれで割ります。これは延性金属に対する標準的なせん断ひずみエネルギー説の降伏基準で、単一の複合安全率を与えます。
どの安全率が適切ですか?
荷重の確実性、材料、破損の結果によります。明確な静荷重と延性金属でおよそ1.5〜2、変動荷重や衝撃荷重で2〜3、不確実な荷重・脆性材料・破損が人に危険を及ぼす場合で3〜4以上です。