技術士一次試験 機械部門 令和7年 Ⅲ-8 解答・解説|薄肉円筒圧力容器のひずみ

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令和7年度 技術士第一次試験 機械部門 専門科目 Ⅲ-8 問題文 両端を閉じた薄肉円筒圧力容器に内圧が作用するときの円周方向ひずみと軸方向ひずみを求める問題
技術士一次試験 機械部門 令和7年 Ⅲ-8 解説 正答② 円周応力と軸応力を求め平面応力のフックの法則からひずみを導く

正答

② εθ=(2−ν)pr/(2Et)、εz=(1−2ν)pr/(2Et)

解き方のポイント

薄肉円筒圧力容器の定番問題です。応力を求めてから、平面応力のフックの法則でひずみに直すという2段構えで解きます。

まず応力です。円周方向(フープ応力)は σθ=pd/(2t)=pr/t、軸方向は σz=pd/(4t)=pr/(2t) です。円周応力は軸応力のちょうど2倍になる、と覚えておくと確認に使えます。

次に平面応力状態のフックの法則を使います。半径方向の応力は無視できるので、

εθ=(1/E)(σθ−νσz)=(1/E){pr/t−ν・pr/(2t)}=(2−ν)pr/(2Et)

εz=(1/E)(σz−νσθ)=(1/E){pr/(2t)−ν・pr/t}=(1−2ν)pr/(2Et)

ポアソン比νを掛ける相手を取り違えると①④⑤にたどり着きます。「そのひずみを求めるときは、直交方向の応力にνを掛けて引く」と手順で覚えてください。

この問題で問われている知識

薄肉円筒圧力容器/フープ応力σθ=pr/t/軸応力σz=pr/2t/平面応力/ポアソン比ν

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