効くのは弾性率。梁の理論。硬い設計。
硬い構造のための材料選定。剛性は弾性率と断面二次モーメントの積です。弾性率の高い材料を使えば、薄くても硬い構造が作れます。
剛性を重視した材料選定
弾性率の順に、セラミック、鋼、チタン、鋳鉄、アルミ、マグネシウム、エンジニアリング樹脂、そして汎用樹脂。
基本方針。
基準となる弾性率
身近な材料では炭素鋼の弾性率が最も高い。
制振
鋳鉄は振動をよく抑え、しかも相応の剛性を保ちます。
硬くて軽い
チタンの弾性率は鋼の55％、密度は56％。
軽いが剛性は低い
アルミの弾性率は鋼の35％。
最も軽く、Eは低い
密度は最も低いが、弾性率も低い。
異方性
複合材の剛性は繊維の向きによります。
最も硬い樹脂
PEEKはエンジニアリング樹脂の中でも最も硬い部類です。
E = 8〜12 GPa
ガラス繊維は樹脂の弾性率を三倍にします。
建築
建築規模で使える硬い材料。
よくあるご質問
弾性率の順に、セラミック、鋼、チタン、鋳鉄、アルミ、マグネシウム、エンジニアリング樹脂、そして汎用樹脂。
質量あたりの剛性を表す指標です。鋼とアルミはほぼ横並びで、ベリリウムと複合材が最も高い。
寸法は三乗で効き、弾性率よりはるかに大きい。厚さを倍にすれば剛性は8倍、材料を替えても効果はせいぜい3倍です。
炭素繊維は繊維方向に硬く、直交方向に弱い。釣り合いを取るには45度と0/90度を組み合わせて積層します。上位の用途です。
無充填ではPEEK、PEI、PSUが最も硬い。ガラス繊維入りなら3〜5倍、炭素繊維入りならさらに上です。
硬い金属では鋼が最も安い。アルミは安いが硬さは劣ります。複合材は高価ですが比弾性率が高い。
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