これらの設計のヒントで応力集中を緩和する
製品チームが材料の選択プロセスを行うとき、とりわけ、最終部品の最終用途に適した機械的特性を備えた材料を探します。これにより、降伏強度を超える用途で材料が使用されなくなります。それでも、適切な材料で作られた部品でさえ時々失敗します — なぜですか?
材料が失敗する理由の 1 つは、部品の構造的完全性を損なう設計上の欠陥である応力集中です。ここでは、製品チームがストレスの集中について知っておくべきことと、思慮深い設計によってストレスを軽減する方法について説明します。
応力集中とは?
応力集中は、応力が周辺領域よりも著しく高い部品設計のポイントです。応力集中は、パーツの形状の急激な変化によって最も一般的に引き起こされます。通常、鋭い角、穴、ノッチ、または溝の周りです。
応力集中は、複雑な設計や洗練された設計の部品でも発生する可能性が高くなります。独特の幾何学的形状は部品の全体的な性能を向上させることができますが、曲がりくねった荷重伝達を引き起こし、応力集中の可能性を高めます.
K
σ最大 最大応力と σref に等しい 基準応力に等しい。不規則性がない部分の値は 1 に近く、不規則性または不連続性が最大の部分の値は 1 より大きくなります。
部品に応力が集中すると、2 つの原因で破損する可能性が高くなります。第 1 に、部品は応力集中から直接破損する傾向があり、通常はクラックが発生します。第 2 に、部品に目立った破損がなくても、応力集中により時間の経過とともに部品が弱くなるため、製品のライフサイクルが劇的に短くなる可能性があります。
ストレス集中を軽減する4つの方法
部品の寿命を延ばし、破損を防ぐために、製品チームは FEA モデルを実行して、応力やひずみの集中がないことを確認する必要があります。すべてのデザイナーと製品チームが知っておくべき 4 つのヒントを次に示します。
1.デザインに段階的な移行を含める
応力集中の最も一般的な原因は、ジオメトリの急激な変化または形状の急激な変化です。これを考慮して、設計者はフィレット半径やテーパーなどの特定の設計手段を使用して、ある形状から別の形状への移行を容易にする必要があります。パーツ設計の重要な領域を滑らかにすることで、応力の流れに影響を与え、応力が 1 か所に蓄積するのを防ぎます。
2.レリーフノッチを使用
設計者は、ノッチ付近の材料を除去して、リリーフ ノッチと呼ばれる追加の溝を作成することで、応力集中を緩和することもできます。リリーフ ノッチによって設計にジオメトリが少し追加されますが、設計者はリリーフ ノッチを使用して部品の応力線を制御できます。これらの機能は、一連の FAE 分析を通じてテストし、完成させることができます。
3. 1 つの長いノッチではなく、いくつかの小さなレリーフ ノッチを選ぶ
穴やノッチが避けられない場合は、小さなリリーフ ノッチを多数使用することをお勧めします。単一の溝を使用して不規則性を修正する以前の手法とは対照的に、このアプローチでは、意図的な各ノッチをいくつかの小さなノッチで囲み、潜在的な応力集中を滑らかにします。エンジニアは、元のノッチを維持しながら、追加の材料を除去してミニチュアのノッチを作成できます。
4.鋭角を避ける
一般的な原則として、特に内部部品の形状を CNC 加工する場合は、鋭い角を避ける必要がありますが、設計者が応力集中の機会を作成することを懸念している場合は、鋭い角も避ける必要があります。パターンで許可されている場合、設計者は常に鋭いコーナーでフィレット半径を使用する必要があります。この設計要因により、断面積が突然ではなく徐々に減少し、部品全体に応力がより均等に分散されます。
Fast Radius でストレスを軽減
設計のある点に過剰な応力が蓄積すると、応力が集中し、部品の構造的完全性が損なわれ、部品が弱くなったり、時期尚早に壊れたりする可能性があります。幸いなことに、製品チームは、前述の設計のヒントと回避策をパーツ設計に組み込むことで、応力の集中を防ぐことができます。
Fast Radius のようなグローバルな製造パートナーは、製品チームが設計を最適化して応力集中を軽減し、部品を次のレベルの機能性と美学に引き上げるのを支援できます。経験豊富なデザイナー、エンジニア、および機械工からなる当社のチームは、利用可能な最新の設計技術にアクセスでき、チームが最適なパフォーマンスのために設計を完成させるのを支援してきた数十年の経験を持っています。今すぐお問い合わせください — 新しいことを可能にしましょう。
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