エンジニアのための技術講座

ローコストオートメーション講座

掲載日:2010年11月19日

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第473回 軽量化技術-13:構造軽量化技術-軽量高強度の断面形状

 前回で「軽くて強い構造部材」の例で竹を紹介しました。この竹の中空構造が曲げの力に対して強いことを示す技術用語に「断面二次モーメント」があります。ここでは、この断面二次モーメントについて分かりやすく解説します。

(1)構造部材の強さの表現

強さの表現には次のような数種類の用語があります。

構造部材の強さ

 竹の場合は、節を持つ中空円筒構造のために大きな「剛さ」を持ち、また、円筒表面に近くなるほど緻密な組織構造となっていることから高い「靭性」も持っており、両者を合わせ持っていることから軽くて強い構造部材といえます。

(2)断面形状と曲げ強さ

 棒状の構造部材を曲げようとする力に対して、曲がりにくさを示す技術用語として、断面二次モーメント(アルファベットのIで表記します)があります。この断面二次モーメントは構造部材の断面形状で変化させることが可能です。したがって、最適な断面形状で設計することで、軽量高強度な構造物が可能となります。

断面形状 断面積( A ) 断面二次モーメント( I ) 同一面積での計算比較
四角

幅:b 高さ:h
b=31.4、h=10の時、A=314
この時、I=2,617
<下の円柱の約1/3の曲げ強さ


半径:r
r = 10の時、A = 314
この時、I = 7,850
円筒

外周半径:R
内周半径:r
R = 15、r =11.2の時、A = 314
この時、I = 27,388
<上の円柱と同じ断面積でも
約3.5倍の曲げ強さが得られる>

 色々な断面形状の場合の断面二次モーメント(I)の式が、ミスミFA標準カタログの技術データ:面積・重心・断面二次モーメント(P1-1890)に載っています。

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