衝撃値の計算

質問

樹脂製品への許容衝撃値の計算で困っています。
高さ50cmのところから100gの鋼球を落下させた時の衝撃値(単位はGです)の計算方法を教えてください。

回答No.13

noname#230359

鋼球落下試験の実例。
　　各種乾式外壁材料の耐衝撃性評価方法
　　http://itc.cit.nihon-u.ac.jp/kenkyu/kouennkai/reference/No.38/4_kenchiku/4-065.pdf

位置エネルギー ＝ ｍ･ｇ･ｈ
が常識ながら、ここでは ｇ 重力加速度を抜いて Ｎ･? という荒っぽい単位を用いてる。そこにはＧ値も力積も登場せず。
鋼球落下試験のパラメータは、球の重さと落下高さの二つに限定され、ＪＩＳ規格などで指定するものは両者も決っており、あとは判定基準：壊れ具合を当事者で決めることだけ。

仕掛けは鋼球とメジャーがあればできる非常に簡単な試験。
設計でアレコレ悩むより実物が揃えば気楽に評価が可能な試験。結果不満足なら改良すべき方向は材力の基本知識でわかる。
この点に注目すべきです。

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
力積？　　に必須な時間をどう測る？
実際に計算も試験もやったことなくて講釈するだげでしょ。
　　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、、

いずれもヒト桁間違った値！！　とりわけ前者は！！

共振・振動・衝撃・耐震
これらをキーワードとする質問では、いつも混乱の元凶になってますよ。回答するなとは言えないが、間違いを指摘されたなら文章ひねくり廻しだけに終始せず勉強すべき。

＞そのジャッジは質問者がするもの
ガチャ（点数）を貰おうが無かろうが、それで正邪が決まるものでは無い。

（12）に絶対の推奨は『亀佐』（←検索）。嘘ついてガチャ集しても閻魔様の篩は節穴に非ず。
「No.40546 見積もりについて」なんてな創作文には質問者もどうコメントすべきか悩むだろう

古ネタ掘り起し失礼。他の方が探し訪ねられた時の参考になればと存じ

条件はそのものではないが実際の測定値がありました。

　　上記　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
　　いずれもヒト桁間違った値！！　とりわけ前者は！！

　　http://movecorp.co.jp/img/products/Fujita/Logger_G.pdf
　　・２００Ｋｇの金型をフォークリフトで早く上下　⇒ 10Ｇ

私の勘はあたってます

　　・２Ｋｇのダンボール箱を５０ｃｍの高さから落下　⇒ 150Ｇ

本件はダンボール箱梱包なしの裸で鋼球を製品にぶつけるが、軽いこともあって、150Ｇより１桁大きくなると予想します。

回答No.12

noname#230359

質問内容とは関係がありませんが、これで終わりなので記載させてください。

回答やアドバイスの内容や表現方法は千差万別。

また、受け取る側も同様に千差万別。

少しの表現の違いで質問者は理解できたり、他者は被せ記載と判断したり。

でも、そのジャッジは質問者がするもの。

引用や記載内容を質問者さんが、勘違いしないように記載している内容に対しての反論は

して下さって結構ですが、iwanaiは感情や皮肉を記載するので小生は時々ガス抜きをします。

今回は、逆になっているようですが、不必要な記載をしなければ防げた事象は変わって

いないので、お互いに慎みましょう

難しいと敢えて記載している“ヘルツの式”を用いなくても、導き出せますよ　の記載が、

“ヘルツの式”使用例の　てんこ盛り　状態となっていて、全く噛み合っていないが、…。

> それで正邪が決まるものでは無い
？？？、中国武侠ドラマ　笑傲江湖（しょうごうこうこ）でも観たら
正邪より、心が一番
南無阿弥陀仏
崇山少林寺入られた達磨大師、禅宗の祖であり小生の菩提寺臨済宗東福寺派の祖。
禅宗は、お経が無いので、iwanaiに南無阿弥陀

回答No.11

noname#230359

質問された方は必要とは思わないが、、、

→回答（10）
理解できないなら
　　CFRP積層板の低速衝撃特性に関する研究
　　http://www.ssl.mech.tohoku.ac.jp/www-j/research-j/impact_nishi-j.htm
樹脂にも適用例あります。

　　森北出版｜基礎からの衝撃工学
　　http://www.morikita.co.jp/mkj/94711.html
ぐらいは買って読むべし！

拙回答（6）は、ヘルツ式を使わないと衝突時の応力状態も反発具合も計算出来ない。しかしこれを使えという主旨でないことは明々白々。
とかく設計者は計算したがるが、強弱は言えても試験に耐えるか否かはヘルツ式云々を要し、まず出来ないしやらない。
またＧ値を求めることも適当でないという主旨です。

回答（7）がすっ飛んで（10）になってるけど、もっと冷静に論旨の展開をすべし。
静的な硬さと動的な耐衝撃性は違います！　同じなら試験なんぞ不要。

＞小生は全面的におかしいとは云っておらず
しかし、失礼ながら質問者も回答者の方も鋼球落下試験とブツの落下試験と混同した誤解があったでしょう。

以下ＵＲＬ省略。衝撃と絡めてヘルツ理論が使われてます。
　・重錘落下試験による軌道パッドの衝撃応答特性評価 - 鉄道総合技術研究所
　・衝撃時の油膜破断と接触状態
　・軌道パッドの衝撃荷重応答評価方法及びその衝撃試験装置
　・強化磁器食器の衝撃強さ評価方法と製品強さ向上に関する研究
　・ヘルツの接触公式は点接触なのに、面でぶつかる棒に使えるのか
　・四辺支持 RC 版の耐衝撃性に及ぼすコンクリート強度の影響と耐衝撃設計法
　・セラミックスの破壊学 脆性破壊のメカニズムとその評価
　・板ガラスの衝撃強度と安全性
　・振り子式衝撃試験装置の開発とその妥当性
　・低速度衝撃を受ける四辺支持RC 版の耐衝撃設計法に関する一提案

回答No.10

noname#230359

樹脂製品の質問で、樹脂のロックウェル硬さを測定する要領で、100gの鋼球を衝撃値で
押し付け、樹脂の凹み面積又は径を測定すれば、?ヘルツの接触理論?を用いなくても
塑性変形部分や弾性変形部分は判りますを記載しておりますが、何故ガラスのように硬い
耐衝撃性が弱い物を例にして、論理展開するかの意図が理解できない。

小生は全面的におかしいとは云っておらず、?ヘルツの接触理論?では引用の過去ログ等が
論理的ではなく、この質問は難しい?ヘルツの接触理論?を使用しなくてもよいと云って
いるだけですよ。

回答No.9

noname#230359

岩魚内さんの仰ることは良くわかる。。。

よく公安委員会での自動車免許の更新時などで速度の2乗に比例して衝撃力が
増すと言われて、速度が2倍になれば衝撃力は4倍になるのですと説明されるが
衝撃力をエネルギーの大きさにして表現してしているから厳密に言えば間違い
でしょうか。F=ma→Ft=mat=mv-mv0 から速度が2倍では衝撃力も同じ2倍で運動
エネルギーの差と考えれば、E=1/2mv^2-mv0＾2 で確かに速度の2乗に比例です

また衝撃力を重量でも表現されるが、これからGを使った表現であっても別に
余り不自然に感じなくなっている↓

「後席乗員がシートベルトを着用しない状態のまま車が時速４０キロで衝突す
ると、前席にぶつかる衝撃力は後席乗員の体重の３０倍にもなります。たとえ
ば、体重５０ｋｇの人なら、1.5トンの衝撃力になります」

つまり、50*30=1500kgf=1.5tf=30 G っな具合に良く使われるているのだが、
一般大衆向けには何となく重量にした方が身近で何とも判り易い気になるが
よく考えてみると・・・さっぱり分らないのだが凄い力だとは納得できるw

まぁ以前ここでも、質量と重量、力についてはN；ニュートンを使いkgfやkgw
また単に混同するような[kg]を使うことで盛り上がったことがあるのですが、
慣用的な単位と工学や物理学では確かに言われる通り分けるべきでしょうね

御二人へ
管理人さんの引用「本来の技術の森の趣旨から外れてしまう議題ですので、何卒、行きすぎた発言や他ユーザー様への根拠のない批判はご自重ください。」

回答No.8

noname#230359

回答（6）再出

→回答（4）（7）
余り迷惑を掛けないように。。。他の方も説得して欲しい。。。

硬さと耐衝撃性、、、関係は無いに近い。
むしろガラスで明かなように硬い方が耐衝撃性が弱いこと多い。フィラー強化は別として、樹脂でも硬いモノはその傾向有。
?ヘルツコーン?でその根拠示してるでしょ。そもそもがヘルツ式を理解出来てないお方なのにねぇ

鉄鋼でも　硬さと耐衝撃性（シャルピー値）はかなり反比例な関係。
このお方、硬さ － 引張強さは比例　の単細胞な屁理屈は、散々批判してきて改まったはずだが、今度は樹脂でも展開するお積りか、、、（嘆）

本質問から逸れる事項は
　　No.40426 文章における書き手の「指紋」
へドーゾ

クルマ衝突の例が出たので、違いを説明してみます。

■クルマを走らせて衝突させる場合
クルマがどのように壊れるかもあるが、搭乗者にＧがいくつ掛かるかも重要。一般的な落下試験も同じで、携帯などを落とすとき、外郭が凹もうがあまり気にせず、中身のパーツがＧを受けて機能傷害しないかを主眼点とする。

■クルマを固定し、巨大鉄球をぶつける場合
本質問に相当。
クルマがどのように損傷するかの試験。車体をガッチリ固定すれば搭乗者にはＧが及ばない。

前者では物の落下試験が簡単ながらＧ値はセンサーを付けて測らないと値は出ない。代わるものとして物を試験台に固定し外部から自在にＧ値を加えられる衝撃試験機がある。
　　http://www.yoshida-seiki.co.jp/main_product_HDST.html
　　最大2500Ｇ、印加時間と波形も可変できる

後者は破壊に要するエネルギーの大小が問題。なのでこの試験ではＧ値は意味をなしません。

回答No.7

noname#230359

回答(６)iwanai追記記載の
> 鋼球をぶつけて、鋼球は不問にし相手の傷付き具合。
> これこそ最近の質問で騒然となった?ヘルツの接触理論?を使うことになるが、相当
> 難しいです。
は、iwanaiが騒然としているのであって、また?ヘルツの接触理論?を使うことにしている
のであって、難しい?ヘルツの接触理論?を使用しなくても問題な発生しないと思います。

力積?ｔ[sec]を求めるか、衝撃荷重を直接計測するかにて、衝撃力を求めます。
そして、樹脂のロックウェル硬さを測定する要領で、100gの鋼球を衝撃値で押し付け、
樹脂の凹み面積又は径を測定すれば、?ヘルツの接触理論?を用いなくても塑性変形部分や
弾性変形部分は判ります。
詳しくは、最寄りの都道府県工業試験場でも、確認できます。

参考URL：

http://www.djklab.com/contents/exam/butsusei/rockwell/index.html http://kikakurui.com/k7/K7202-2-2001-01.html

回答No.6

noname#230359

主客が逆ではないでしょうか。
普通の衝撃落下試験は、モノを落下させて壊れないかを試験する。
衝撃力は厳密には各所で違うもののＧ値が指標。

この場合は逆にモノ固定で鋼球を落下させる試験。破壊の程度はエネルギーの大小。これはＧ値では表せません。

鋼球落下試験はＪＩＳでも規定例があり、主に液晶を含めたガラスに関するもの。樹脂でも
　　JIS K6902 熱硬化性樹脂高圧化粧板試験方法

φ５の小球試験では50Ｎとか押出すバネ力が指標
φ42.8、325?の大球試験は10?とかの自由落下高さが指標

落とした箇所の傷み具合で判定するが、設計でそれを計算で予想するのは相当難しいのでは。

鋼球をぶつけて、鋼球は不問にし相手の傷付き具合。
これこそ最近の質問で騒然となった?ヘルツの接触理論?を使うことになるが、相当難しいです。

　　http://www.cg-glass.jp/pro/sub_technique/pdf/207-211.pdf

　　http://ir.bliss.chubu.ac.jp/cgi-bin/retrieve/sr_bookview.cgi/U_CHARSET.utf-8/XC10102142/Body/link/029_Matsui.pdf
　　鋼球と梁の衝撃に関する研究では,衝突時の接触機構として静荷重時
　　におけるヘルツの接触理論の適用が可能であることが報告されている

ベアリングなどではヘルツ応力を一定と見るが、衝突は過渡現象。
しかし応力の波及する様子は同じで?ヘルツコーン?と呼ばれます。
軟らかい樹脂はガラスとはかなり違って、へこみだけで済んでも同じことです。

回答No.5

noname#230359

（１）～（３）さんさんの回答のとおりで、停止するまでの時間が分からないと正確な計算が出来ません。
「衝撃値の計算」で検索すると、九大の資料が見つかりました。
http://higgs.phys.kyushu-u.ac.jp/~koji/shougeki.pdf#search='衝撃値の計算'
Δｔの測定は（２）さんの方法が簡単と思います。ただし、測定装置は十分な
周波数特性を持った物が必要です。

お礼

ご回答有難うございます。

落下速度や衝撃までの時間が不明確でした。
皆様の意見を参考に測定方法から検討してみたいと思います。

「衝撃値の計算」も参考にさせていただきます。
有難うございました。

回答No.4

noname#230359

衝撃値の計算方法は、他の回答者さんも記載していますが、力積によって求められることが
できます。
力積の詳細内容は、この森での“力積”での過去ログ検索や“運動量と力積”でのYahoo等での
検索で確認してみてください。

さて、力積で用います?ｔ時間の係数は、他の摩擦等での計算でも用います係数と同様で、
実験によって求めます。
そして、摩擦係数と似ていて、力積での?ｔ時間係数は実験によって求まりますが、その
係数は汎用性が摩擦係数よりもなく、実際には
◆ 衝撃を受ける方の材質
◆ 衝撃を受ける方の接触部表面状態や接触部形状
◆ 落下させる物体の運動量
◆ 落下させる物体の速度
◆ 落下させる物体の接触部形状
で変化しますので、回答(３)さん記載の衝突前後の速度を画像を使って計測した数値で、
力積?ｔ時間係数を求めるか、回答(2)さんのように直接衝撃力として直に計測して、力積?ｔ時間係数を求めノウハウ係数化していくかの運用になるでしょう。

摩擦係数は係数表示がありますが、摩擦係数の運用に際しては充分な注意が必要です。
力積?ｔ時間係数は係数表示が殆ど無く、力積?ｔ時間係数(?ｔ[sec])の運用に際しては
更に充分な注意が必要です。

参考URL：

http://www.kdcnet.ac.jp/college/buturi/kougi/buturiko/mechanics/mechan3/mechan3.htm http://fnorio.com/0062impulse_&_mome

お礼

ご回答有難うございます。
大変参考になりました。

やはり、速度の実測データが必要となりますね。
まずは速度の計測とデータ化を行いたいと思います。
参考サイトも有難うございました。

過去ログも調べてみたいと思います。