衝撃応力【材料力学用語辞典】

材料力学用語辞典では、材料力学で出てくる専門用語を分かりやすく紹介しています。今回の用語は「衝撃応力」です。

この記事はYoutube動画で紹介した内容の概要です。詳細は動画をご覧ください。

衝撃応力とは・衝撃荷重による応力の求め方

衝突などで瞬間的に作用する荷重を衝撃荷重といい、そのとき部材に生じる応力を衝撃応力といいます。衝撃応力は、自動車の衝突やスマホの落下、プレス加工など様々なケースで生じます。

衝撃応力を求めるには、エネルギー保存の考え方を用います。衝突する物体が持つエネルギー（位置エネルギー＋運動エネルギー）が、全て部材のひずみエネルギーに変換されると仮定します。この仮定のもとでエネルギーの釣り合いを考えると、部材の変形や衝撃応力を計算できます。

衝撃応力の計算例

丸棒の上部に球が衝突することで棒に生じる最大応力は、上図の式で表されます。落下高さhや初速V0が大きいほど応力は大きく、最低でも静的な応力の2倍以上になることが分かります。

まとめ

• 衝突などで瞬間的に作用する荷重を「衝撃荷重」、その時に生じる最大応力を「衝撃応力」という。
• 衝突する物体が持つエネルギーが全て部材のひずみエネルギーになると仮定すると、「衝突する物体の位置エネルギー＋運動エネルギー＝部材のひずみエネルギー」となり、この関係から衝撃応力が求まる。
• 衝撃荷重や応力は、自動車の衝突・スマホの落下・プレス加工など、様々な場面で課題になる。

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