FRPについての特別講義

東京大学工学部で3年生向けに開講している「構造力学」の授業の一環として行われたFRP(繊維強化プラスティック)についての特別講義をまとめました。
講義 構造力学 東京大学 工学部 強化プラスティック プラスティック FRP
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そけ @asukeiku
構造力学、FRPについての特別講義をtsudaってみます。
そけ @asukeiku
「FRP=繊維強化されたプラスチック」
そけ @asukeiku
(ちなみにFRPはfiber reinforced plasticsの略です…)
そけ @asukeiku
身の回り品の様々なものにFRPが使われています。
そけ @asukeiku
風呂桶など、あの硬いプラスチックがFRPです。
そけ @asukeiku
メトロ食堂のオレンジのトレーはただのプラスチック、青いトレーは強化プラスチックです。
そけ @asukeiku
ニンテンドーDS、一昨年まではナイロン樹脂製で割れやすかったんですが、最新版はガラス繊維が5%くらい入ってて、かなり強くなってます!
そけ @asukeiku
FRPは強いんだけど、鉄などとは性質が違うので、そのまま代替にはなりません。
そけ @asukeiku
構造物の定義:荷重を支えることを目的とする材料の集合体
そけ @asukeiku
硬さとは、変形しにくいこと。強さとは、壊れにくいこと。
そけ @asukeiku
軽いものを作りたい! って思いにFRPは応えます!
そけ @asukeiku
硬さのことを剛性といい、強さのことを強度と言います。
そけ @asukeiku
荷重の種類(モノへの力の加わり方)には、四種類あります。→引っ張り・圧縮、曲げ、せん断、ねじり
そけ @asukeiku
ある一枚の板を曲げることを考えます。その板を二枚重ねると、同じ力でも半分しか曲がらなくなります。さらにその二枚の板を重ねて接着して一枚にすると、曲がり量は1/4になります。
そけ @asukeiku
引っ張り強度の計算は簡単、でも圧縮強度の計算は一筋縄にはいかない。→例:ひも
そけ @asukeiku
スペースフレームの話。飛行機、飛行船や建物のトラス構造など。
そけ @asukeiku
モノコックの話。骨組みがなくて、卵の殻のように隔壁自体を丈夫にする構造。たとえば、プレス技術の向上により、いまの自動車は、ほとんどモノコックになっている!
そけ @asukeiku
一番世の中で使われているのは、セミモノコック。ねじれに対する力は壁が受け持ち、強い圧縮や引っ張りのの力は骨組みが受け持つ。例:飛行機、船
そけ @asukeiku
ジャンボ機の壁はわずか十数ミリ。本来ならふにゃふにゃになるが、セミモノコックによって十分な強度を得ている。
そけ @asukeiku
実は、日本の昔の和船はモノコック。樹齢何千年という大きな一本杉からできていた。現代ではとても作れない。
そけ @asukeiku
複合材料とは? →二つ以上の材料を組み合わせて作った材料。例:鉄筋コンクリート、ワラ入り日干しれんが、木材と竹を組み合わせた構造 など
そけ @asukeiku
アーチというのは、構造物に圧縮の力しかかからないようにする工夫。(曲げる力を最小限に抑えられる。)
そけ @asukeiku
近代的な複合材料→ 繊維補強されたゴムタイヤ(1888)、ガラス強化ポリエステル(1942)
そけ @asukeiku
代表的FRPに含まれる強化繊維→カーボン、ケブラー、ガラス、樹脂
そけ @asukeiku
CFRP(カーボン繊維を使った強化プラスチック)は軽くて、剛性・強度にも優れる。
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