対衝撃荷重の強度設計

質問

前回質問した内容が不十分なので、再開しました。
申し訳ございません

マグネシウム合金のはりは両端支持のモデルにおいて、中央部に鉄の塊を落としても、折れないという設計したいです。座屈・変形してもOK　衝撃は一回きり

鉄は6.8㎏、落下高さは0.5ｍです。Ｇセンサーを貼り付けて、加速度と時間ｔから衝撃荷重を算出して、3ms間最大衝撃荷重4000Nの山状グラフでした。

自分の考え：マグネシウム合金は脆性材料なので、引張強度を超えたら、折れるとみなして、両端支持はりに4000N静荷重をかけ、はり外周の引張応力はせん断応力を超えないように肉厚したいと思います。

4000Nの静荷重で妥当ですか、一般は静荷重をして、動荷重知らない場合は式を用いて、動荷重を算出するが、今は動荷重と荷重時間がすでに分かっているので、一瞬の4000Nに対して、静荷重をどう設定すればよいか？　同じ4000Nでちょっとやりすぎた感じがある

ぜひ皆さんの知恵を貸してください
ほかの考え方もあれば、ぜひぜひ

回答No.4

ohkawa3

回答(2)再出
梁の設計では荷重に対して梁材に加わる応力が一定となるように設計する場合でも、そのプロポーションにある程度の自由度があります。薄肉で梁成を高く設計した場合、梁の剛性（ばね定数）は大きく、梁の質量は小さくなります。逆に、梁成を低く設計した場合は、梁の剛性（ばね定数）は小さく、梁の質量は大きくなります。
梁の剛性が大きい場合は、鋼球の衝突に対して、急ブレーキをかけることになるので、減速度が大きくなり、衝撃力は大きくなる傾向があります。梁の剛性（ばね定数）を試算して、簡単なモデルを当てはめて試算した結果、記載なさった4000Nという値は、相当に剛性の高い梁に鋼球が衝突する場合に相当するようです。
逆に剛性が低い梁では、鋼球の衝突を柔らかく受け止めるので、衝撃力は4000Nよりも低下する方向です（約65%となる試算例がありました）。この値で梁を再設計すれば、断面形状をある程度縮小することが可能と思います。

一般論ですが、和歌山の水管橋の落下事故をみればわかるとおり、極限設計の方向を採用するとロバスト性が低下して、わずかな欠陥で大事故を起こす可能性があることをご記憶頂ければと思います。

回答No.3

lumiheart

＞中央部に鉄の塊を落としても、折れないという設計したいです。
これは所謂、破壊試験ですか？
試験品は廃棄ですか？
それとも外販する製品ですか？
外販する製品の場合、内部にクラック等の欠陥が生じてない事の証明は？

＞座屈・変形してもOK　衝撃は一回きり
これから抜き取り検査で試験品は廃棄すると憶測できるけど

ただ単に試験品が破壊して飛び散らない最小寸法にしたいって話？

例えば
厚さ１．０ｍｍでは折れるけど、１．１ｍｍにしたら曲がるけど折れない
スマホとかノートＰＣの筐体設計そんなのを狙ってる？

回答No.2

ohkawa3

衝撃荷重のピーク値に相当する静荷重を加えた場合に、材料の許容応力度を超えないように梁の形状・寸法を設計する方法は、実用的な設計法と思います。
＞鉄は6.8㎏、落下高さは0.5ｍです。Ｇセンサーを貼り付けて、加速度
＞と時間ｔから衝撃荷重を算出して、3ms間最大衝撃荷重4000Nの山状
＞グラフでした。
ただし、上記のように考えている衝撃力は、鉄球の落下と、それを受け止める梁の弾性（ばね性）等によって変化するので、実際に設計した梁において再検証して、設計にフィードバックすることが適切と思います。
また、用語に対する印象の問題かもしれませんが、「座屈」とは一般的には致命的な大変形を起こす現象を表すので、梁が大きく曲がって、支点から落下することが想定されます。したがって、座屈を許容する設計はあり得ないと思う次第です。

回答No.1

hahaha8635

数値出てるんだから
それの2倍ぐらいでいいような気がするが
安全性の問題とコストだけの問題