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GFRPの曲げ強さと引張強さの相違について
初めて質問します。 複合材料の勉強をしています。 ロービングクロスを積層したGFRPを作成して曲げ試験したところ、積層枚数を増やすごとに、曲げ強さが２～３倍大きくなりました。積層数を増やせば、耐荷重は大きくなるのは分かりますが、なぜ曲げ強さが大きくなるのでしょうか。ちなみに、同じように作成したGFRPを引張試験したところ、引張強さは積層枚数により変わることはありませんでした。 どなたか詳しくお教えください。
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- drmuraberg
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- drmuraberg
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曲げ試験と引張試験で、力が試験片にどう掛かるかを考える必要が有ります。 曲げ試験では、試験片の中立軸（伸縮しない中心線）の上側（荷重側）は 引張力を受け、下側は圧縮力を受けます。 これに対し、引張試験では試験片はその軸方向の引張力だけを受けます。 ロービングクロスを積層したGFRPの積層枚数を増やすごとに試験片の厚みは 増し、中立軸から試験片外縁部までの距離は大きくなります。 曲げ変形に対する伸びと圧縮の抵抗は、同じ曲げ量でも中立軸から離れる ほど大きくなり、これが積分され測定されます。 結果として曲げ強さも大きくなります。 これに対し、引張の場合は、積層枚数の増大に応じ同じ量の変形に必要な力は 増大しても、厚みを考慮して面積で割ると引張強さは変わりません。 これはGFRPに限らず、材料一般に成り立ちます。 材料力学で、矩形梁の剛性を示す断面二次モーメントが縦長の梁ほど大きく なるのも同じ原理です。
補足
ご回答ありがとうございました。 引っ張りと曲げの違いは何となく分かりましたが、下記の回答についてもう少し詳しく（できれば曲げ強さを求める式と関連して）教えてください。 ＞曲げ変形に対する伸びと圧縮の抵抗は、同じ曲げ量でも中立軸から離れるほど大きくなり、これが積分され測定されます。結果として曲げ強さも大きくなります。 材料力学の本では、曲げ強さσ＝Ｍ／Ｚ（＝ＦＬ／４Ｚ）とあります。 Ｆ（最大荷重）、Ｌ（スパン）、Ｚ（断面係数） 式において不明な点は、厚みが増す（つまり、断面係数は大きくなる）と、曲げモーメント（Ｍ）はさらに増加するため、曲げ強さは大きくなる？・・・自分でも説明になってないような気がします）
補足
過去問を拝見しました。 「断面形数が大きくなれば、（最大）曲げ応力が小さくなる」というっことであれば、『積層の厚みが増すと断面係数は大きくなり、曲げ応力は小さくなる』と読み替えれますよね。 では、厚みが増すほど、曲げ試験の数値σは小さくなるということでしょうか。結果では数値が大きくなっているのでその点で矛盾してしまいます。曲げ強さと試験結果の数値（大小）は正比例なのか反比例なのか。根本的に大きな誤解をしているのでしょうか。