このツールについて
薄肉圧力容器応力計算ツールは、内圧を受ける円筒形または球形容器の膜応力を求めるか、逆に選んだ許容応力が必要とする壁厚を計算します。応力モードでは内圧、内径、壁厚を入力し、壁厚モードでは圧力、直径、許容応力、継手効率を入力します。圧力はMPa、bar、psiで、寸法はmmまたはインチで指定できます。すべての計算はブラウザ内でローカルに行われます。
薄肉円筒（直径対厚さ比が約20超）では、周方向応力は σ_h = p·r / t、軸方向応力はその半分 σ_l = p·r / 2t で、rは内半径、tは壁厚です。球では膜応力はあらゆる方向で p·r / 2t です。必要壁厚を解くと、円筒では t = p·r / (S·E)、球では t = p·r / (2·S·E) となり、Sは許容応力、Eは溶接継手効率です。本ツールはASME式の最小値、円筒では t = p·r / (S·E − 0.6p) も報告します。これは圧力が内半径ではなく平均半径に作用することを考慮したものです。直径対厚さ比が20未満になると、薄肉仮定がもはや成り立たず、厚肉（ラメ）解析が必要であることを示します。
計算例として、内径500 mm、壁厚6 mmの円筒が2 MPaの内圧を受ける場合、周方向応力は 2 × 250 / 6 ≈ 83.3 MPa、軸方向応力は約41.7 MPaで、直径対厚さ比は83と十分に薄肉です。これらの公式は膜（端部、ノズル、支持から離れた部分）挙動のみを扱います。不連続部での局部曲げには追加解析が必要です。
よくある質問
周方向応力と軸方向応力とは何ですか?
周方向（円周）応力は円周に沿って作用し、円筒を長手方向に裂こうとします。p·r/t に等しくなります。軸方向応力は軸に沿って作用し、p·r/2t、すなわち周方向応力のちょうど半分です。だから加圧された管は、より応力の高い周方向に沿って長手に裂けるのです。
薄肉仮定が有効なのはいつですか?
薄肉膜公式は、内径が壁厚の約20倍を超え、応力が壁を通じてほぼ一様なときに正確です。その比を下回ると半径方向応力と厚さ方向の変化が効いてくるため、代わりに厚肉ラメ解析を使うべきです。
継手効率とは何を意味しますか?
継手効率Eは、溶接部が母材板より弱いことを考慮します。非放射線検査の溶接で約0.7から、全放射線検査の継目で1.0までの範囲です。必要壁厚はEで割られるので、効率が低いほど同じ圧力と許容応力に対して厚い壁が必要になります。
なぜASMEの壁厚は単純式と異なるのですか?
単純式は内半径を使いますが、ASME式 t = p·r/(S·E − 0.6p) は圧力が壁を横切って作用することを補正し、応力を平均半径に近い位置で参照します。低圧では両者はほぼ一致しますが、圧力が許容応力に近づくにつれてASME値がわずかに大きくなります。