衝撃時の荷重が知りたい
- １００ｋｇの箱を５段重ねた状態で、同じ重さの箱を５段目の上から高さ５０ｃｍの位置で落下させた場合、最下段に加わる荷重は何ｋｇになるか知りたいです。
- １００ｋｇの箱を５段重ねておきます。その上に同じ重さ大きさの１００ｋｇの箱を５段目の箱の上から高さ５０ｃｍの位置で落下させた場合、最下段に加わる荷重は何ｋｇになるでしょうか？
- ５段の箱の上に５段目の箱を高さ５０ｃｍの位置から落下させると、最下段に加わる荷重は何ｋｇになりますか？
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衝撃時の荷重が知りたい
１箱１００ｋｇで（寸法は５０ｃｍ×５０ｃｍ×高さ３０ｃｍ）箱を５段重ねておいて、その上に同じ重さ大きさの１００ｋｇの箱を５段目の箱の上から高さ５０ｃｍの位置で落下させて重ねた場合に最下段に加わる荷重は何ｋｇになりますか？
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回答（4）追記 もし宜しければ、皆様に同様なモデルを使って試算して頂ければと存じます。 仮定の不確かなことで数値を出してしまうことはやるべきでないという意見です。 約18.6kN（約1900kgf)という結果 回答者はこの３桁の数字を既に <詳細な情報> と理解されてますよ。 勿論私は電気的シミュレーションのアウトラインしか知らず実際にやる能はありません（機械系と電気系の相似回路で減衰は電気抵抗に置換可能？しかし値を幾らにする？） それと貴殿との議論を深めたく、再三『文章における書き手の「指紋」』にお誘いしてますが何故避けてこられたのでしょうか？
基本的には、力積で求めます。 そして、力積の係数は、反発係数から求めます。 もし、箱が木材なら、木材の（表面）反発係数を調べます。 計算手法は、“材料名 反発係数”にて、反発係数を先ず調べ、 その後から、力積係数を算出し、計算します。 “木材 反発係数”で検索しますと、ヤフー＊＊＊で、簡易的な式が掲載されていますが、 下記URL２段をじっくり確認した後に、ヤフーを確認した方が賢明です。 時間と金が有るなら、重量計でトップ重量が記録できる物か、 クレーンの重力計を利用し、スリングの輪っかの中で実験をし、スリングを天秤に、 両側を5mm程度空く環境での実験が最適でしょう。 クレーン重量計は、表示が記録できるタイプを。 それか、ダンプの積載重量計を利用するかですね。 回答（５）＆（７）のiwanaiは、相手にしないことだね。 万能衝撃値測定器の試作みたいなものでの提案に喰いつくは、ナンセンス。 万能って云っても、測定範囲はありますが、力積係数が異なった物の測定や 力積係数の算出は、理論的には可能かな？
回答（4）への疑問 箱のつぶれによって衝撃を吸収しますので今回の計算では、 箱１個あたり100kgfの荷重で2mm弾性的につぶれると仮定しました。 それでは肝心の減衰要素が入らないのでは? http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=277232&event=QE0004 回答（13） No.24401 衝撃加速度の計算方法 （１０ｃｍ高さから落下） 結果は、多くても300kg×1.2 程度でしょうか No.38781 固有振動数の算出 地震の震源と考えて、、、共振時にはその２倍が掛かるとしての簡易計算、、 ５段も重ねるなら、むしろこのはいかい暴論の方が近いのでは。 鋼球落下はもっとも単純で式もあるが、それでさえ計算値の信頼性は低く試験結果を参照してどうこうするのが常識。 本件のような複雑をきわめる課題に単純化した計算で値を出してしまうことには甚だ疑問。数値は一人歩きするゆえ、上記トンデモはいかい者と同じことをやってるような気がしますが。。。
下図のようなモデルを作って、数値計算してみました。 ■ ←質量（100kg) ↓ 0.5mの自由落下 ＜ ＜ ■ ←質量（100kg) ＜ ＜ ←ばね（2mm圧縮＠100kgf） ■ ＜ ＜ ■ ＜ ＜ ■ ＜ ＜ ■ ┳┳┳┳┳ ←剛体の床 上図のようなモデルの最上部に、質量100kgの剛体が、0.5mの自由落下速度 に相当する3.13 m/sで衝突した場合について、電気回路に置き換えて、 回路シミュレータ（フリーソフト）で数値計算してみました。 先の回答者さんがご指摘の通り、箱のつぶれによって衝撃を吸収しますので 今回の計算では、箱１個あたり100kgfの荷重で2mm弾性的につぶれると 仮定しました。 計算結果、一番下の箱の上側に加わる力のピークは、衝突から87ms後に 約18.6kN（約1900kgf)という結果でした。 100kgfで5mmつぶれると仮定すると、 衝突から137ms後に約11.5kN（約1170kgf)という結果でした。 上記のモデルは、計算を楽にするために、単純化してあります。 また、箱のバネ性について、ばね定数の数値的な妥当性だけでなく 弾性的「＝変位と力が比例する」と仮定したことも議論の余地があると 思います。従って、計算結果の約18.6kN（約1900kgf)という値は、 ある特定条件における試算結果であり、条件次第で、大幅に変化する 可能性があることをご理解頂きたいと存じます。 先に示したシミュレーションは、最上段の箱に加わる衝撃力よりも最下段の 箱に加わる衝撃力が大きい結果となりました。 先に示したモデルでは、各段に衝撃エネルギーを吸収する要素を組み込んで いないので、衝撃波のエネルギーは減衰することなく最下段に伝わり、 剛体床で衝撃波が反射することによって、最下段に加わる衝撃力が最大と なる結果が得られたように考察します。 衝撃力を受けた際の箱のつぶれ方を、弾性的ではなく、エネルギーを消費 しながら潰れるモデルを採用すれば、結果が異なる筈です。 実際に採用される箱を、どのようにモデルとして表現したら適切であるか 所要の情報が得られない状態では、前の回答者さんがご回答のとおり、シミ ュレーションの結果と、実際の挙動を合致させることは困難が予想されます。 しかしながら、衝撃力が伝達する物理的モデルを仮定して、現実の挙動と 合致するようにモデルを改良していくことは、貴殿（貴社）の設計力を 向上させることですから、目先の結果だけにとらわれずに、中長期的に 取り組む課題となさることをお勧めしたいと思います。 回答(4)さんのご指摘・・・「減衰要素を考慮していない」 私の試算した結果は、ご指摘の通り、減衰要素を考慮しておりません。考慮 していないことは明記し、数値的な結果は、特定の条件の試算結果である旨 お断りしました。ご質問者さんには、回答が不明確であり、数値解について 難解な印象を与えてしまったように思います。 ご懸念の通り、減衰要素を考慮しない場合、衝撃を受けたあとの振動が減衰 する時間は再現できません。 しかしながら、衝撃を受けた直後（システムの応答周期より十分に短い期間） に関しては、定性的に妥当な結果を導いてると考えています。 今回モデル化した、“ばね”と“質量”からなる多段システムに衝撃力を 加えた場合の計算は、私にとっても初めてのことです。 複数段伝達した後の衝撃力は、減衰度の影響を大きく受けますが、最初に 衝突した部位の衝撃力は、衝突する物体の力積（質量×速度）を、 “ばね”と“質量”からなる多段システムの衝撃力に対する“特性インピ ーダンス”で割ることで求められることが、感覚として把握できました。 衝撃力に対する“特性インピーダンス”は、1段あたりの（質量×ばね定数） の逆数の平方根として計算できます。 もし宜しければ、皆様に同様なモデルを使って試算して頂ければと存じます。
基本的に計算は無理 安全率で普通見る 通常3倍 しかしお相撲さんのトイレの便座はこれでは壊れるので 5倍になってる 機械設計では衝撃加重はx10で考えることが多いが コストと見た目でものすごいことになるため 抑えることが多い その場合設計の責任 耐震偽装はこれを偽装した また打ち所もあるので https://www.google.co.jp/search?q=iphone+%E6%B6%B2%E6%99%B6%E5%89%B2%E3%82%8C&hl=ja&rlz=1T4GGHP_jaJP618JP618&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=QSZoVZOBGczq8AXosYKgAw&ved=0CDoQsAQ&biw=1274&bih=558 iphone 液晶割れ ↑ 設計上十分安全率を見ている が一番大きいファクターなので 計算しても無駄 やるなら 実験や物理シミレート
お礼
アドバイスありがとうございました。
回答（1）資料の如く計算は簡単。但し衝撃が収まるまでの時間、または振幅が判らないと。。それが難しいです。 それと値で判ってもブツが耐えるか否かは別問題。 梱包設計のプロなら実績からかなり予測する。 なので衝撃落下や輸送時の振動がどうなるかはブツにセンサーを取付けて測ることが現実的。 振動・衝撃が記録できる Gショック レコーダー http://www.movecorp.co.jp/Products/SRIC/G-MEN.html さらに簡易な ショックウォッチ ラベル http://www.syougekikenchi.com/products/label.html ビデオで落ちる時間を測る方法もあるが少し高速型が必要。 ５段重ねなので落ちるのと最上段が同程度にヤラレ、それで衝撃エネルギーが吸収され下なほど緩やか。 また箱は頑丈な木箱プラ箱よりも段ボールなど柔く潰れやすいほど中のブツは保護される。
お礼
現実的なご回答ありがとうございました。
残念ながらそれだけの情報では計算できません。 http://movecorp.co.jp/img/products/Fujita/Logger_G.pdf 最下段の下の床の材質や箱の材質で大きく変わります。
お礼
ありがとうございました。リンク資料がとても参考になりました。
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お礼
ありがとうございます。 一寸難しくてなかなか理解できませんが、詳細な情報をありがとうございました。