静荷重と衝撃荷重（ピーク値）が同じ場合の応力

質問

ある部品に下記の荷重をかける場合、どちらのほうが部品にとって厳しいでしょうか？荷重(エネルギー)を長く与え続けている①のほうが厳しいと思うのですが、どうでしょうか？
その根拠となる参考リンクなども教えていただけると幸いです。
①静荷重500Nを５秒間与える場合
　(500Nまでは10秒程度かけてゆっくり荷重を上げていく）
②ピーク値500Nの衝撃荷重を1回だけ与える場合
　（500Ｎの物質が部品に衝突した場合ではなく、
　 衝突した結果、部品にピーク値500Ｎの荷重がかかった場合です。）

※OKWAVEより補足：「技術の森( 開発・設計)」についての質問です。

回答No.2

kon555 · ベストアンサー

>>エネルギー的にはピーク値を５秒間与え続ける方が大きいと思うのですが。
　エネルギー的にはそうですが、破損・破壊に繋がるか、と言うとまた別の視点になります。
　安全係数が大きめに見積もられているのは、仰る通りバラツキ等も紙した経験則であるためと思われますが、それに加えて『応力の伝播速度』という、中々計算できない要素が関与するためでもあります。
　短時間で加わった応力は物体中を波として伝わります。波であるため、反射や屈折、干渉といった現象が内部的に発生し、応力集中が生じます。このため破損しやすくなるわけです。
(厳密に言えば個々の条件次第では破損しにくくなるケースも存在します。要はバラつきが大きくなる、と考えても構いません)
　このあたりは私も概念的な理解に留まりますので、解説については下記のページ等をご覧ください。
http://da.ms.t.kanazawa-u.ac.jp/lab/hojo/impact/chapter1.pdf
https://www.engineering-eye.com/rpt/column/2019/1025_structural.html
　ともあれ、破損については力学的なエネルギーだけで考えるべきではありません。

　書かれている内容からすると、おそらく何かしらの製品の性能評価や対策効果確認と推測します。
　試験環境的に衝撃荷重が加えられないなら、静的荷重での破損限度を測定し、それが動的荷重に対してどの程度の余裕代があるかなど、まずはデータを揃える事をオススメします。

補足

ご回答いただきありがとうございますm(_ _)m
リンク先も拝見しました。
物体内の応力の伝播ですか。勉強になります。
今回の衝撃は手で押したり、引っ張ったりを想定しているので、
モノが衝突するよりは作用時間は長く、荷重変化も緩やかですが無視はできなさそうですね。

回答No.3

lumiheart

衝撃によるガラスの割れ方
https://www.asahiglassplaza.net/knowledge/rg_knowledge/vol18/
https://www.ngci.co.jp/tech/tech_kn27.html
本件の場合は①曲げ破壊のみ想定してるみたいですが
②ヘルツ破壊が生じてない保証はあるの？
ヘルツ破壊１００％は無いにしても
ヘルツ破壊１％は有りそう？

上記はガラスだけど本件のワークは何でしょう？
鉄でも脆性破壊ってあるけど

条件次第ではピーク値50Nでも小さなヒビくらい入る可能性は消えないんでは？
で、本件の場合どれくらいの損傷までなら許容範囲とするのでしょうか？
1ミクロンのヒビは許容範囲？
それとも１０ミクロン？
https://www.tokkin.co.jp/media/technicalcolumn/2308310

補足

ご回答いただきありがとうございますm(_ _)m
ガラスではヘルツ破壊というものがあるのですね。
リンク先も拝見しました。
本件のワークはアルミ材になります。
外観上（ルーペなどは使わず）ヒビや曲げなどの破損がなければ許容としています。

回答No.1

kon555

衝撃荷重の方が厳しくなります。
　一般的に、静的荷重と比較して衝撃荷重は3〜5倍の安全率を見込んで設計します。
　これはそのまま衝撃荷重による部品の壊れやすさを示します。

　参考としては下記のページを挙げますが、例えば『静荷重　衝撃荷重　比較』のようなわーどで検索すれば、多数の技術的解説がヒットします。
https://yomoriki.com/material-mechanics/29648/#google_vignette

補足

早速ご回答いただきありがとうございますm(_ _)m
安全率を設定する場合、確かに静荷重３に対して衝撃荷重12とかにするのは一般的かと思います。
この衝撃荷重に対して安全率12と多めにとっている前提として以下の複数、またはいずれかが考えられるのかなと思っています。
これらの可能性を排除した場合はどうなのかな？という疑問です。

・繰り返しの衝撃荷重を想定している。
・500Nの物質が落下した際の荷重を想定している。
・衝撃荷重のバラツキを想定している。

質問の意図としては、事前にフォースゲージ（ピーク値表示）で
実際に荷重がかかる場面を模擬してピーク荷重を測定。
（荷重は0.5～１秒程度の荷重です。）
そのピーク値の荷重を試験品に５秒間与え続ける。という検証をしようとしています。
（検証環境の関係でピーク荷重（衝撃荷重）を与える、ということができません。）
この場合、「ピーク値の荷重を5秒間与え続ける試験」は「事前に模擬したピーク荷重の力のかかり方」と同等、またはそれ以上と言えるのかどうかがわからないのです。エネルギー的にはピーク値を５秒間与え続ける方が大きいと思うのですが。