エンジニアのメモ帳 ～圧力容器設計などあれこれ～

圧力容器は内側からの圧力に耐えるだけでなく、外側からの圧力がかかる場合もあります。そのような圧力を外圧といいます。また、内部の圧力が負圧（大気圧よりも低い）の場合は、大気圧が外側からのかかる形となり考慮が必要になります。外圧の計算は内圧の計算とは異なる計算の仕方があり、内圧の計算よりも少し厄介です。今回は外圧に対する計算の仕方を紹介いたします。 ▼円筒胴の内圧に対する計算の仕方については以下を参照ください。 円筒胴の計算はどうやってやる？ ▼鏡板の内圧に対する計算の仕方については以下を参照ください。 鏡板の計算はどうやってやる？ トコトンやさしい圧力容器の本 （B＆Tブックス） [ 大原良友 ] 価格：1,650円（税込、送料無料)   (2023/6/18時点) 圧力容器の構造と設計新版 JIS　B　8265及びJIS　B　8267 （JIS使い方シリーズ） [ 小林英男 ] 価格：5,060円（税込、送料無料)   (2023/6/18時点) 外圧がかかるとどうなるか 内圧によって容器が破損する場合は、亀裂が生じ内部流体のエネルギーが一気に解き放たれて破裂が生じます。これはまだイメージがしやすいかと思いますが、一方の外圧に対する破損はどのようなものになるでしょうか。 外圧がかかった圧力容器はその外圧によって圧縮されます。その力に耐えられなくなった時、容器は 座屈変形 を起こして大きく凹んでしまいます。 このような座屈変形を起こさせないように、外圧に対する十分な強度をもたせた設計を行うことが重要です。 どのように検討をすればよいのか、円筒胴の場合と鏡板の場合に分けて、順番に見ていきましょう。 円筒胴の外圧に対する計算 円筒胴の外圧に対する計算は JIS B 8265の附属書E に記されています。その手順は以下の通りです。 ①外圧の計算にあたっては、まず 計算厚さtを仮定してやる必要があります 。計算厚さtを仮定後、 L/Do と Do/t を計算します。 ②図E.9を参照して、L/DOを縦軸にとります。L/DOが50を超える場合は、50を、L/DOが0.05を下回る場合は0.05をとります。 ③次に②で得られた点から水平に線を引き、①で得られたDo/tの曲線との交点を得ます。対応す

今回読んだ本は『 半導体超進化論 世界を制する技術の未来 』（著者：黒田 忠広）です。 社会にとって欠かせない存在となった半導体 コロナ禍によるリモートワークの急速な普及と、それに伴ったパソコンなどの電子機器の需要の増大や、ロックダウンなどによる工場の操業停止によるサプライチェーンの乱れなどによって、半導体が足りなくなったのは記憶に新しいかと思います。 また、半導体は最新鋭の軍事兵器にも多く使用されていて、半導体技術が兵器の優劣を決める要素であるがために、最先端の半導体を巡って、米中が熾烈に開発競争を進めてきました。 また最近はChatGPTを代表とする生成AIの急速な普及によって、世界中でAIに使用する半導体を競い合うように取り合っているようですね。 半導体はかつて「産業のコメ」と呼ばれていましたが、もはや社会にとって必要不可欠なものとなりました。 そのような背景もあって、最近は半導体に関する著書が数多く出版されていますよね。 書店に行くとほんとに多くの半導体関連の本が並んでいて、関心の高さがうかがえます。 関心を集めているのは投資家も同じで、半導体の受託製造の世界ナンバーワンであるTSMCは5000億ドルを上回っておりアジアの企業でトップ、半導体製造装置メーカーでEUV露光装置の世界シェア100%のASMLは時価総額3000億ドル超えで、日本で最も時価総額の高いトヨタ自動車（2800億ドル）を上回っています。 最近では生成AIの登場によるAI向けの半導体に適しているとされるGPUの設計の世界シェアトップのNVIDIAが時価総額が1兆ドルを超えたことで話題となりました。 GAFAMに代表されるようなIT業界が世界を席巻する中であって、ものづくりの会社でこれほどまでに大きな注目を集める業界は、半導体業界を除いて他にないのではないでしょうか。 かつてはものづくり立国であった日本は今やそこには食い込めていません。 そんな中、日本政府の強力なバックアップのもと、2022年8月に設立された半導体メーカーのラピダスです。 日本の半導体産業は世界の先端半導体市場から何世代も遅れていますが、一足飛びに最新世代の半導体を生産しようという試みです。そんなラピダスと同じ目標を掲げているのが、著者が

今回は溶接継手効率について説明したいと思います。細かな内容ですが、胴や鏡板の必要板厚を求めるのに必須な情報になります。適切な溶接継手効率の選び方について、理解していただけると思いますので、是非お読みください。 溶接の形状による分類 溶接継手効率の説明に入る前に、圧力容器の溶接にはどのようなものがあるのかを、簡単に説明します。圧力容器の溶接には様々な形状がありますが、最も重要な溶接といえる溶接は、 長手溶接 と 周溶接 でしょう。 Fig.1 溶接継手の位置による分類 長手溶接 とは、以下のFig.1のように円筒胴の断面に対して垂直な方向に行った溶接のことです。一方の 周溶接 は円筒胴の断面方向に対して行った溶接のことです。長手溶接線のことをL線、周溶接線のことをC線などと呼ぶことがあります。また、鏡板が複数の板からなる場合の継ぎ目の溶接線は、長手溶接線の扱いになります。 圧力容器の溶接はその溶接の場所によって分類がなされています。Fig.1はJIS B 8265の図3の抜粋です。A〜Eの5つの分類に分けられていることがわかります。溶接継手効率が関係するのは耐圧部の溶接のみであり、分類A〜Dが対象となります。 ではそれぞれどのような箇所に用いられるのかを見ていきましょう。それぞれの分類は、ざっくりと以下の通りです。 分類A すべての長手溶接継手 球形胴、鏡板、平鏡板、ふた板の溶接継手 全半球型鏡板と円筒胴の、円すい胴、管台等の溶接継手 分類B すべての周溶接継手（ただし全半球鏡板と円筒胴、円すい胴、管台等の溶接は除く） 分類C フランジと管台、円筒胴および円すい胴等の溶接継手 分類D 管台と円筒胴、円すい胴、鏡板等の溶接継手 分類E 強め輪、支持（スカート、サドル、レグ、ラグ等）および耐圧部材に直接溶接する非耐圧部材の溶接部 溶接継手効率とは？ そもそも溶接継手効率とは何でしょうか。先に述べた通り、溶接と一口に言っても色々な形状があります。また、溶接に欠陥がないかを調べる 放射線透過試験 を実施するか

今回は鏡板の計算のやり方について紹介したいと思います。鏡板は円筒胴と同じく圧力容器の主要な構成部材の一つですので、計算の仕方は必ず押さえておきたいところです。円筒胴の計算の仕方の紹介の際と同じく、JISに基づいた計算の仕方を紹介いたします。ASMEも考え方は同様です。 ▼円筒胴の計算の仕方については以下を参照ください。 円筒胴の計算はどうやってやる？ トコトンやさしい圧力容器の本 （B＆Tブックス） [ 大原良友 ] 価格：1,650円（税込、送料無料) (2023/6/18時点) 圧力容器の構造と設計新版 JIS　B　8265及びJIS　B　8267 （JIS使い方シリーズ） [ 小林英男 ] 価格：5,060円（税込、送料無料) (2023/6/18時点) 鏡板の計算の式 鏡板の必要板厚を求める計算式はJIS B 8265 附属書Eに記されております。鏡板の形状により計算式は異なり、以下の通りとなります。 半楕円鏡板 P : 設計圧力（MPa）,    D : 半だ円鏡板のだ円の内長径（mm）,   σ a : 設計温度における材料の許容引張応力（MPa）,    η : 溶接接手効率 K の値は以下の式によります。 皿型鏡板 P  : 設計圧力（MPa）,     D  : 皿型鏡板のフランジ部内径（mm）,   σ a  : 設計温度における材料の許容引張応力（MPa）,    η  : 溶接接手効率 M の値は以下の式によります。 半球型鏡板 P  : 設計圧力（MPa）,     Di  : 半球型鏡板の内径（mm）,   σ a  : 設計温度における材料の許容引張応力（MPa）,    η  : 溶接接手効率 次のようなケースで計算の仕方を見てみましょう。 Fig.1 検討ケース （検討ケース） ・本体設計圧力：1.0MPa ・本体内径：2000mm ・材質：SUS304 ・ジャケット部設計圧力：-0.1MPa ・鏡板形式：10%皿型鏡板 本体部には比重0.9の液体が満たされており、温度は220℃とする。 設計圧力の考え方 設計圧力の考え方は基本