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衝撃試験と自然落下試験の換算式とは？
- 衝撃試験でよく使われる衝撃値や耐衝撃強度について説明します。
- 衝撃試験と自然落下試験の換算式を含めた代替実験方法について教えます。
- 200gの製品が50Gの耐衝撃強度を確認する場合の落下高さを算出する方法を紹介します。
- その他（開発・設計）
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答えるNO.5で単位が不適切だったので、申し訳ありませんが、適当に 読み替えていただくよう、ここで訂正させていただきます。 h-kusaさんの回答を参考にさせていただいて考えた案を以下に 示します。 ・目的にあった重量、硬さを持った衝立て（落下台の代わり）を用意し、 固定できるようにする。 ・紐で吊した錘を振り子のようにして、この衝立ての片側の１点に 当てられるようにする ・錘の高さを調整して衝立てに当て、その時の衝立ての反対側の 位置ｘで加速度を計測する実験を行い、目的の衝撃の得られる 振り子の落下高ｈを求めておく ・ｘの位置に製品を衝立てに接して固定できるような装置を作る ・以上の装置で製品を変え、振り子を当てることにより各製品に 同じ条件で衝撃を与えられる おもりを当てる条件を工夫すれば衝立てでなく台として水平にし、 重力で安定する程度の固定で十分なら、固定装置は不要とすること が出来ます。（製品を置く姿勢を任意にしたい場合は適当に工夫 してください） 衝立て（台）に製品を固定することにより衝撃は事前の計測値と は異なったものになりますが、製品の重量は衝撃による台の運動に 大きな影響を与える程ではないと考えられるので無視しています。 この方法なら、製品が壁に接する姿勢は一定となり、製品が衝立て （または台）から受ける衝撃をかなりの精度で制御できるのではな いかと思います。 ５０Ｇを製品に作用させるという意味としては、製品の各位置に かかる衝撃の最大や平均と言うことでなく、例えば製品を車で運搬 する場合の荷台からの衝撃の大きさとして規定すると考えるなら、 上の方法でほぼ満足していただけるかと思っています。 私にはよく分からないので知っている人がいたら、答えて頂けた らと思いますが、製品に対する衝撃の耐性を上のような形で調べる のに、強度だけで、作用時間については制御しなくてもよい（一般 には行われていない）のでしょうか？
フジフィルムで、プレスケールと言う物を使った衝撃測定器（使い捨て）が有ると思います。 衝撃の度合いを色と発色面積で照合する物です。 これをくっつけて落として見れば大体分かると思います。 この製品は主に運搬や輸出機器等の衝撃履歴に使われる物です。 ご参考まで。
50G程度なら、加速度センサーを付けてオシロで波形みながら落下 させて衝撃力を測定するという実測をした方が早いかもしれません。 ただ、その試験の目的が開発段階の味見試験程度であれば良いの ですが（参考値だから）製品出荷試験の信頼度保証時の試験となる と、やはりきちんと衝撃試験装置でG規定した方がいいと思います。 実は、過去似たようなことを考えて、試してみた（重量は異なるの ですが）んですが、落下させる度に衝撃力が変わり、安定した力を 与えられなかった経験があります。また、バウンドなどで波形が 乱れたりします。おそらく落下試験では姿勢が完全に一定にはなら ない為ではないかと考えていますが。 参考にならずすみません。
落下試験で高さを変えるという場合、落下面に当たる直前の速度を調整できますが、 それは直接製品に対する衝撃を規定するものではなく、その他の要因も含めて 初めて衝撃が決まりますのでその要因についての規定がない限り、単純な換算は 不可能だと思います。規定されていない要因として ・落下面の性状（材質：硬さ等） ・製品側の条件 製品の性状：球／直方体、ガラス／プラスチック／金属 どのような角度で落とすか などが考えられると思います。 当然の事ながら、製品が壊れる場合全体が一律に壊れるのではなくある特定の 場所から壊れます。このことから推測できるように、５０Ｇで製品が壊れるかどうかを 議論するというのは製品の壊れ方を概略的に規定する方法なのだろうと思います。 従って、何Ｇで製品が安全という言い方が一般的に行われているなら、このような試験に おける曖昧さを排除するために、試験する際の条件の規定がどこかの示方書にあるかも知れません。 これはあくまで私の推測であり、間違いのないことを保証するものではありません。 方法として当を得ているかどうか保証の限りではありませんが、ＦＥＭコード等を採用したシミュレーションにより、 ある速度で壁に当てて製品の各点における加速度を追跡し、その最大値が ５０Ｇ（重力加速度の５０倍＝５０＊９．８＝４９０ｍ／ｓ／ｓ）になるような速度を求め、 その速度になるように落下高さを単純換算にて求めることは可能です。 参考までに、 バネばかりに一定の重さの物を一定の高さから落とした時、バネばかりが指し示す最大値は バネ定数（バネの硬さ）の平方根に比例して変わると思います。これは床が柔らかければ衝撃も 小さいという常識に合致し、落下高さだけでは衝撃は決まらない事を示す例です。
実験に使ったワークが残っていたので、実測しました。 落下高さ 荷重指示値 １０ｃｍ ３．３ｋｇｆ １５ｃｍ ４．９ｋｇｆ ２０ｃｍ ６．１ｋｇｆ ２５ｃｍ ８．４ｋｇｆ となり、当ワークでの５０Ｇ発生落下高さは約２５ｃｍという結果になりました。簡単に、落下高さ２６ｃｍで減速Ｇが５０Ｇであるとしましょう。 逆算すると、 ｖ＝√(２×９．８×０．２５) ｍ／ｓ ＝２．２１ ｍ／ｓ α＝５０ ｍ／ｓ^2 ＝２．２１^2／(２ｘ’) ｍ／ｓ^2 ｘ’＝０．０４９ ｍ ∴ α＝ｇｘ／０．０４９ Ｇ ＝２００ｘ Ｇ ｘ：落下高さ ｍ という風に、ご要望の衝撃Ｇと落下高さの関係が何だか簡単な式になってしまいました。この関係に線形性があるかどうかは分かりません(多次関数や複雑関数になるかもしれないという意味)が、あながち間違っていないものと思います。 実際のところ、製品設計する上でもこれらの数値は机上計算した上実証して、実証値に基づき図面化しているのが実情です。
kumaxaさんのご要求に基づき、書込みさせていただきます。 ここで問題となるのは、骨が何ｍｍ変形すれば折れるか、という事になるのですが、分からないため１ｍｍとして計算しました。 落下高さは１ｍだったので、 衝突時の速さ ｖ＝√(２×９．８×１) ｍ／ｓ ＝４．４３ ｍ／ｓ ∴α＝４．４３^2／（２×０．００１） ｍ／ｓ^2 ＝９８．１ ｍ／ｓ^2 と算出し、衝突時の減速Ｇは約１００Ｇであると報告しました。 後日これを実証しようと試みたのですが、ウチには１０ｋｇｆのプッシュプルゲージ(バネばかりと同じです)しかなく、仕方なくこれを用いて実験しました(本来なら減速Ｇを１００Ｇと求めた事から、１７ｋｇｆ以上の荷重が測れる秤が必要)。 １ｍ(巻きつける分少し長めに必要。何度も切れました)の糸をワークと秤に巻きつけ、ワークを落下させたところ、１０ｋｇｆの秤では案の定振り切ってしまい、１１．２ｋｇｆ(振り切り値)以上の力が掛かっている事が確認され、振り切り値が振り切り値で無いとしても(明確に１１．２ｋｇｆであったとしても)、６５Ｇ(以上)の減速Ｇが働いている事がわかりました。 という訳で、回答にはなりませんが、たかだか２００ｇｆに満たない物を机の上に置いていても、落ちれば１０ｋｇｆ以上の重さになり、怪我をする恐れがありますよ、という教訓になりました。皆さんもお気をつけ下さい。駄レスですみません。
170gのワークが足に落下したときの計算結果を 差し支えない範囲でを教えて頂けないでしょうか。 170gで○○cmの落下で○○G程度みたいなものでも構いません。 考慮すべき係数も提示して頂けると幸いです。
実のところ私も良く分からないのですが、以前不運なオペレーターが質量１７０ｇのワークを落下させ、足の小指が骨折した(安全靴の鉄板の無いところに当たってしまった)という事故が発生した時、何Ｇかかったのか計算しろと製造現場のボスに指示され、計算した時の計算式を書いておきます。 ｍα＝Ｆ (運動方程式) 両辺ｔで積分して ∫ｍｄｖ＝∫Ｆｄｔ ｍｖ１－ｍｖ０＝Ｆｔ 更に両辺ｖで積分 ∫(ｍｖ１－ｍｖ０)ｄｖ＝∫Ｆｔｄｖ (ｍｖ１^2－ｍｖ０^2)／２＝Ｆｔｖ (エネルギー方程式)…（１） ところで、 α＝ｄｖ／ｄｔ 両辺tで積分 αｔ＋ｃ１＝ｖ …（２） また、 ｖ＝ｄｘ／ｄｔ 両辺ｔで積分 ｖｔ＋ｃ２＝ｘ …（３） 今、ｖ０の速さで衝突し、速さがｖ１＝０となったと考えると、（１）式は (－ｍｖ０^2)／２＝Ｆｔｖ ＝ｍαｔｖ ∴ ｖ０^2＝－２αｘ …（４） ここで、ｖ０は（２）式から、 ｖ０＝ｇｔ＋ｃ３ …（２）’ 両辺ｔで積分 ∫ｖ０ｄｔ＝∫(ｇｔ＋ｃ３)ｄｔ ∴ ｘ０＝(ｇｔ^2)／２＋ｃ３ｔ＋ｃ４ 今、基準点の移動無しに自由落下させる事を考えると、ｃ３＝ｃ４＝０ 従って、 ｖ０＝ｇｔ ＝√(２ｇｘ０) …（２）” 以上をまとめますと、 衝突時の速さ ｖ＝√(２ｇｘ) ｇ：重力加速度の大きさ ｘ：落下距離 衝突時の加速度の大きさ（Ｇ） α＝ｖ^2／(２ｘ’) ｖ：衝突時の速さ ｘ’：衝突により発生した凹み(衝突深さ) これで計算してみて下さい(実証もしてみて下さい。係数が必要となる事も考えられます)。
補足
質問者です。回答いただきありがとうございます。 改めて質問なのですが、製品仕様で許容衝撃がxxＧとして規定された場合の、設計や検証実験では、数式のｘ'(衝突深サ)(＝ひずみ量？）を推定させてから行うべきなのでしょうか？ また、単純に許容衝撃xxＧを落下高さに換算できないでしょうか？