JPH01167622A - ボルト剪断応力の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、伸縮ひずみ測定によるボルト剪断応力の測定
方法に関する。

（従来の技術） たとえば第１図のように２枚以上の板材１．２をボルト
３で接続する場合に、はとんどの場合ボルトの強度を支
配するのはボルトの剪断応力である。そこでボルト３に
かかる剪断応力（剪断力／ボルトの断面積）を測定する
ことが必要になる。

もしボルトが１本であれば、ボルトの近傍の領域Ａに第
１図に示すようにひずみゲージ６を貼りつけ、これによ
り測定される伸びひずみに板材の縦弾性係数（ヤング率
）を掛けてボルトの剪断応力を求めることができる。

しかしボルトの数が複数になり、個々のボルトにかかる
剪断力が一様でない場合には測定方法が難しい。このよ
うな剪断力の非一様性はボルトとボルト孔のはめ合いゃ
ボルト・ナンドの締結力のばらつきなどで現実には起こ
りやすい。

このように、従来、個々のボルトの剪断応力を直接側る
ことは不可能であった。ボルトのようにボルト孔とはめ
合い状態で使える剪断ひずみゲージないしひずみ計が存
在しなかったからである。

（発明が解決しようとする問題点） 測定不可能の理由は主として以下の２点である。

（１）剪断力がボルトに局部的（はとんど−断面）にか
かるためひずみゲージでは大きすぎて測定できない。

（２）第１図のような場合ボルトと板材が接触し、ボル
ト自身にひずみゲージを貼ることは困難である。

ここに、本発明の目的は、材料力学のはりの曲げに関す
る公式を援用して測定できる他のひずみ（通常ひずみゲ
ージで測定する）から剪断力を求める方法を提供するこ
とである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは、ボルトの剪断応力を測定
するにあたり、 （＋）剪断応力のかかる部分を剪断荷重に垂直方向にボ
ルト両面を平らに削ること、 （ｉｉ　）剪断応力のかかる部分にあたるボルト固定部
分のボルト孔径をボルトのたわみ代より太き（とること
によりあるいはボルト径を小さ（することにより、同部
分に曲げ応力を生じさせること、および （ｉｉｉ　）前記ボルト両面の削った面の伸縮ひずみを
、例えば、線面にひずみゲージを貼ることにより測定し
てボルトの剪断応力を求めること、から成る、伸縮ひず
み測定によるボルト剪断応力の測定方法である。

すなわち、本発明によれば、直接ボルトの剪断力ないし
剪断応力を測定するかわりにボルトの曲げの伸縮ひずみ
を測定するのであって、そのために次の手段を採る。

（１）剪断力がかかる付近をその方向に対して垂直にボ
ルトの両面を、例えば、ひずみゲージが貼りつけ得る長
さだけ削り込む、その両面は平行でかつ平坦度を出すよ
うに注意して加工する。

（２）板材の一方のボルト孔径をボルト径より太く加工
し、その隙間はボルトのたわみ代より大きくとる。他の
ボルト孔は固定状態のままとする。

（３）ボルトに剪断応力を与えて、そのときの伸縮を上
述の平行面に貼り付けたひずみゲージにより測定する。

このとき得られた伸縮ひずみから後で詳述する関係式に
よって剪断応力を計算するのである。

（作用） 次に、本発明を添付図面に関連させてさらに説明する。

第２図１Ｍ）は無負荷時のボルト接続部の断面図、同一
）と同（Ｃ１は負荷時の同じく断面図であるが、第２図
山）ではボルト孔径を拡大してないためゲージでひずみ
が測定できない、第２図ＴＣ）は本発明にかかる測定方
法を示す望ましい場合で、削り込み部は近似的に片持ば
りの曲げと考えることができる。

第２図（ａ）ないし第２図（Ｃ）のいずれの２場合でも
ボルト３の上下の削り込み面にひずみゲージ６を貼り、
伸び側のひずみ（正）と縮み側のひずみ（負）の差（ｍ
対値の和）を求める。これからボルトの削り込み面の中
立面の曲率半径を求めることができ、材料力学の公式か
ら同面の曲げモーメントと剪断力を計算することができ
、その計算された剪断力を削り込み部の断面積で割れば
剪断応力が得られる。

第３図に斜視図で示したようにボルト６にかかる剪断荷
重と垂直にかつ互に上下平行に削り込むが、この上下の
削り込み面７．７に第２図（ａ）のようにひずみゲージ
６を貼る。ひずみゲージはその有効長の平均のひずみを
与えるが、伸びは正、縮みは負のひずみであるから、第
２図山）および第４図の場合に正負相殺したひずみを与
えることになり測定上不都合である。従つてひずみゲー
ジはなるべく短いものがよく、それに応じて削り込み長
さも短くてよい。

第２図（ａｌに示したように板材の一方のボルト孔径４
を拡大しであるが、この結果、その変形挙動は同図（Ｃ
）のように片持ばりで近似できる。同図（Ｃ１の右はめ
合い部は固定、左下の力点は集中荷重と考えられる。も
し一方のボルト孔径を拡大してないと、第２図山）およ
び第４図のように伸びと縮みの相殺されたひずみを表示
することになり、どこのひずみを測っているか分からな
い。

ここに、材料力学の教えるところによると１ｉｉ　　　
　　　　ｄ”ｖ ρ　　　　　　ｄｘ’ Ｍ Ｆ＝　□　　　　　　　　　・　・　・（２）ｘ の関係がある。

ただし、 Ｍ＝曲げモーメント　（ｃｍ−ｋｇｆ）Ｅ：縦弾性係数
（ｋｇｆ／ｃｄ） ■：断面の断面二次モーメン）　（ｃ＋＊’）ρ；曲率
半径（ｃｍ） ε：伸縮ひずみ（伸び＋、縮み−） Ｖ：たわみ（ｃｍ） ｈ；はりの高さ（Ｃ−） Ｆ：剪断力（ｋｇｆ） ボルト孔径の拡大による隙間はボルトの最大たわみ量に
相当する大きさだけあれば十分である。

これは、ボルトを片持ちばりとみなすことにより、材料
力学の教えるところから容易にこの最大たわみ量は計算
できる。

曲げ試験により上下のひずみ差から（３）式により曲率
半径ρが求められ、ρより（１）式を用いて曲げモーメ
ントが得られる。他方２回積分すればたわみＶが得られ
る。積分定数は境界条件から求められる０曲げモーメン
トＭから（２）式の微分を行えば剪断力Ｆが得られ、Ｆ
を断面積で割れば剪断応力である。

なお、上記に言う「断面」は削り込み後の断面であって
、断面積は無論、断面の二次モーメントも同じである。

したがって、求めるべきボルト剪断応力は上記断面積を
補正して求める。

次に、以上の測定方法を具体的例に適用した場合につい
て説明する。

（実施例） 第２図世）および（ｅ）に示す方法によりひずみ測定を
行った。ボルト直径は６．Ｏｎ＋ｍであり、これを平坦
部厚み４．５蒙閤となるように両面を削り、その両面に
ひずみゲージを貼りつけた。ボルトのたわみ代は０．３
ｍ−と計算されたため、ボルト孔径は６．６ｍｍとなる
ようにした。第２図世）の場合にはボルト孔径は６．抛
鰯であった。

なお、実際の試験ではボルト孔径は変動させず、試験用
により細いボルトを用意するのが好ましい。

このようにして構成したボルト接続部にＣＥＪ重を連続
してかけ、そのときの伸縮応力（ｋｇｆ／ｍｍ”）の変
化をみた 結果を第５図にグラフで示す。

第５図からもわかるように、第２図世）のような加工だ
けだと、Ｃ璃重をかけたにもかかわらず、出力がＯ荷重
を示す場合もあり、測定不良を起こしていることがわか
る。

第２図（Ｃ１のような加工をすることにより正常に測定
できた。

このとき得られた伸縮応力は１０．５　ｋｇｆ／ｍｍ”
であり、これより剪断応力を計算すると１．５４　ｋｇ
ｆ／ｍａ＋”であった。

この値は実際に破壊試験によって得た値１．６１ｋｇｆ
ｌ−一２と比較するとほとんど同一であった。

（発明の効果） これまで、ボルト寸法を選択する場合、計算またはオフ
ラインの破壊テストでしかデータが得られず、適合可否
の判断を定量的にはできなかったが、本発明にかかる方
法によれば試験用ボルトを別に準備するだけでオンライ
ンで常時測定でき、したがって、本発明には設備診断技
術として顕著な効果がみられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、２枚の板材のボルト接続の側断面図；第２図
は、２枚の板材を削り込んだボルトで接続した側断面図
であって、同図（ａ）は、無負荷時で一方のボルト孔径
を拡大している場合、同図（ｂｌはボルト孔径を拡大せ
ずに負荷した場合、そして同図（Ｃ１はボルト孔径を拡
大して負荷した場合のそれぞれの変形の様子を示し； 第３図は、削り込みを行ったボルトの略式斜視図； 第４図は、第２図世）の場合にひずみゲージを貼ったボ
ルトの部分断面図；および゛ 第５図は、実施例の測定結果を示すグラフである。 １．２：板材　　　　３：　ボルト ４：ボルト孔径　６：　ひずみゲージ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ボルトの剪断応力を測定するにあたり、 （ｉ）剪断応力のかかる部分を剪断荷重に垂直方向にボ
   ルト両面を平らに削ること、 （ｉｉ）剪断応力のかかる部分にあたるボルト固定部分
   のボルト孔径をボルトのたわみ代より大きくとることに
   よりあるいはボルト径を小さくすることにより、同部分
   に曲げ応力を生じさせること、および （ｉｉｉ）前記ボルト両面の削った面の伸縮ひずみを測
   定してボルトの剪断応力を求めること、 から成る、伸縮ひずみ測定によるボルト剪断応力の測定
   方法。