フープ応力計算機

内圧または外圧を受ける円筒形または球形の構造物（圧力容器、配管など）の設計および解析において、フープ応力は重要な要素です。この応力の尺度は、このようなシステムの構造的完全性と安全性を確保するために不可欠です。

歴史的背景

フープ応力の概念は、配管、ボイラー、タンクなどの円筒形構造物の壁に作用する応力を理解し定量化する必要があることから生まれました。これは、これらの容器が加圧されたときの円筒形形状と力の分布の直接的な結果です。

計算式

圧力容器のフープ応力（HS）は、次の式を使用して計算されます。

\[ HS = \frac{P \times r}{t} \]

ここで：

• HSはパスカル（Pa）で表されるフープ応力、
• Pは容器に印加される圧力（パスカル、Pa）、
• rは容器の平均半径（メートル、m）、
• tは容器の壁厚（メートル、m）。

計算例

内圧500,000 Pa（5 bar）、平均直径1メートル、壁厚0.01メートルの圧力容器の場合：

1. 平均半径（r）を計算する：0.5 m。
2. フープ応力公式を適用する：HS = (500,000 × 0.5) / 0.01 = 25,000,000 Pa または 25 MPa。

重要性と使用シナリオ

フープ応力の計算は、構造破壊を防ぐために圧力容器のエンジニアリングおよび設計において不可欠です。これは、油ガス、化学処理、発電などのさまざまな業界で適用されており、加圧された気体または液体の貯蔵および輸送システムの安全性と信頼性を確保しています。

よくある質問

1. フープ応力は何を示していますか？

   • フープ応力は、内圧または外圧を受ける円筒の円周周りの張力または応力を測定し、応力が材料の強度を超えた場合の構造破壊のリスクを示しています。

2. フープ応力は軸応力とどう違うのですか？

   • フープ応力は円筒の壁において円周方向に作用し、軸応力は円筒の長さに沿って作用します。両方のタイプの応力は圧力容器に発生しますが、構造に異なる影響を与えます。

3. フープ応力は材料の降伏強度を超える可能性がありますか？

   • 圧力容器の設計では、計算されたフープ応力が材料の降伏強度を超えないようにすることが重要で、これにより永久変形または破壊を防ぐことができます。

フープ応力を理解し、正確に計算することは、圧力容器および配管システムの安全な設計と運用にとって不可欠です。