衝撃荷重ってどうやって計算するんですか？

質問

衝撃荷重ってどうやって計算するんですか？
公式とかあるんですか？

回答No.4

do_ra_ne_ko · ベストアンサー

難しい質問ですね！

衝撃荷重そのものは、ニュートンの運動方程式を時間で積分したもので、
運動量（質量×速度）の変化が力積（力×時間）となりますが
公式で求められる場合と実験的にしか求められない場合とあります。

公式で求められるのは、曲がった配管の中を水が流れるような場合で、
この場合には配管に何トンの力がかかるか求められます。

一方で、何かに衝突した場合のように瞬間的な「衝撃力」の場合には公式は
おそらくないでしょう。その理由は瞬間的な時間のあいだに力（Ｆ）が変化しますし、
衝突している時間 （⊿ｔ） もわからないからです。

運動量の変化 （これは分かります） ＝ Ｆ×Δｔ　ですが、
衝突の間の極短い時間のあいだの　Ｆ　の変化が分からず、Δｔ　もよくわからない。

極端にいえば衝撃時間　Δｔ　を無限に短いとすれば　Ｆ　は無限に大きくなります。

自動車メーカーでは実物の自動車を衝突させて測定をしています。
搭乗者保護の観点から、自動車の一部をわざと弱くしてグニャリと壊れるようにして
Δｔ　を長くし　Ｆ　を小さくしています。

野球のバッターがボールを打つ時、運動量の変化とボールとバットが接触している
時間　Δｔ　は分かりますが、ボールとバットが接触している短い時間にボールは
もはや球状ではなく、凹んでいます。　従ってその短い間の衝撃力　Ｆ　は変化する
ので、どのような変化をするのか分からない。

バットメーカーは、ときどきバットが折れるので衝撃力については知っているはずですが
あまり公表はされていないようです。

回答No.3

mienaikuuki

衝撃荷重と言いますが動いている物体が衝突したとき衝突相手に及ぼす力という意味でしょうか？だとしたら動いている物体の運動エネルギーをどのように吸収して制止させるかと言うことなので先ず運動方程式E=0.5mv^2で移動する物体の運動エネルギーを求めます。次に衝突したときに相手側のひずみ量から荷重とひずみ量と仕事（エネルギー）の式E=FXで移動ストロークと生じる力の関係を使い運動エネルギーと仕事が等しいとして荷重を求めます。おそらくこの荷重を衝撃荷重と言いたいのだと思います。ただしこの式の関係で求める荷重は平均荷重となるので衝突した瞬間はこの倍の荷重がかかると予想されます。逆に止まる瞬間の荷重は０です。場合によってはひずみの反力でマイナスの荷重が現れるかもしれませんが．．．
減速時の加速度も同様に考えられます。

回答No.2

ninoue

基本的にはsawa001さんの回答の通りだと思われます。
素人ですが、それ以外に例えば次のようにサーチしてみると色々な計算式、考え方が見つかるようです。
"衝撃荷重　計算式"

回答No.1

sawa001

単純に言えば、衝撃加速度×衝撃を受ける物の質量です。
衝撃加速度を加速度計で測定すれば見当がつきます。

概算でいいなら、加速距離と制動距離から、エネルギーの式(E=Fs)を使って
見当をつけることもできます。

例えば100cmの高さから落した物体を、1cmで制動して完全に止める場合を考えると、
落下中には物体に9.8m/s^2の重力加速度が働きますが、
制動中には、100cm/1cm=100倍の衝撃加速度がかかります。
物体が1kgなら制動中には980N(100kgf)の衝撃荷重がかかることになります。

あるいは運動する物体を制動する時間から、運動量の式(mv=Ft)を使って見当を
つけることができます。

例えば10m/sで直線運動する1kgの物体を1/100秒で制動して完全に止める場合、
F=1*10/(1/100)=1000Nの衝撃荷重がかかります。