強度計算について

質問

1枚板の両端を支えたときの耐荷重が100kgだとします。
この1枚板の幅を半分にしたとき、耐荷重は増すと思うのですが、簡単に算出できるものですか？

簡単にできるとき→算出方法を教えていただけますか。結果だけでも構いません（4倍になる、など）。

簡単にはできないとき→参考URLなどを教えていただければ幸いです。

回答No.1

noname#208392 · ベストアンサー

幅というのは、板を支えている支点の間の距離ということですね？
これを半分にすると耐荷重は倍になります。例えば、真ん中に100kgの錘を置くような場合の話ですが。
ただ、多くの場合、耐荷重よりたわみの方が先に不都合になるんです。棚の板に重いものを置くでしょう？すると、壊れないけれども、下にたわんで棚として役に立たなくなりますね。長さが半分になると、たわみは1/8になります。

こういうのは、簡単に計算できます。一般に「梁の公式」と呼ばれるものがあるのです。
この↓サイトには、いろんな梁の公式が集められています。
http://www.ads3d.com/i/tb/tb.htm
上で、私の書いたゴタクはこれ↓によります。（以下、ここの公式で説明します）
http://www.ads3d.com/i/tb/t001.htm
この↓サイトでは、計算してくれます。
http://www.ogawasekkei.co.jp/dougu/tanhari.html

ただ、読み方にすこしコツがいります。Mとあるのは、モーメントのことです。多分何がモーメントなのがご存じないでしょうが、何でも構いません。とにかく、梁の公式で求めたモーメントが小さいほど、材料にかかる負担が小さくなります。
100kgの荷重をかけた場合、Mcを見てもらうと、長さが半分ですと働くモーメントが半分になりますから、耐荷重が倍、つまり200kgまでいけるということになります（cの添え字は、中心の点cに荷重をかけたとき、を意味します）。

δとしてあるのがたわみです。δc長さlの３乗に比例しているでしょう？だから、長さが半分になるとたわみは1/8なのです。

Rというのは、せん断力といわれるものですが、まぁ、ふつうはモーメントで先に壊れるから、あまり考えなくていいでしょう。
この力は板の長さに関係ありません。もちろん、きちんと設計するときはせん断力も検討します。

ここまでは、ご質問の答です。
でも、ここまで計算できたら、実際どれくらいの荷重までもつのか計算したくなりますよね・・・・・・

モーメントを断面係数で割ると曲げ応力度が求まります。
断面係数とは、梁（今の場合は棚の板）の断面の形に関係する係数で、こういうふうに↓公式に当てはめて計算できます。
http://www.fujimfg.co.jp/benri/kansei-m01.htm
曲げ応力度が何なのかはどうでもいいです。とにかく、材料にかかる負担の大きさです。この曲げ応力度を、材料の許容曲げ応力度と比べます。
許容曲げ応力度とは、「ここまでは負担をかけていいよ」という技術基準のことです。この数字もどこにでも転がっています。
例えば木材の場合↓
http://www.joto.com/fj/forum/0601/database01.html
長期の許容曲げ応力度と比べてください。計算して出した曲げ応力度が、材料の許容曲げ応力度より小さければOKです。

たわみは、材料のヤング率（E）と断面二次モーメント（I）が必要なのですが、
ヤング率→http://www.wood.co.jp/exmk/index8.html
断面二次モーメント→http://www.fujimfg.co.jp/benri/kansei-m01.htm（前掲）
というふうに、これもどこにでも転がっています。

さ、これであなたも構造屋さん(￣ー￣)ｖニヤリッ

回答No.2

AoDoc

曲げモーメントM,断面の幅b,高さhのとき断面係数Z=(bh^2)/6,生ずる応力σ=M/Zとなり、荷重が同じであれば曲げモーメントMも同じですから、幅b/2になれば生ずる応力は2倍となり、耐荷重は半減します。
板の長さLを半分の意味ですと、両端支持の単純はり、はりの長さLの中央に集中荷重Pが作用するとき最大曲げモーメントはM=PL/4となり、生ずる最大応力は、σ=M/Z=PL/4。長さをL/2に取れば応力はσ/2になり、耐荷重は2倍になります。
難しい問題ではありませんので、材料力学で記載されている公式の導き方を理解してください。あと、はり、集中荷重等の用語も慣例的に使用されますので、専門用語を使うことも相手に意味を伝えるのには大切です。