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HOME日経ものづくり 2013年2月号 > 構造物の良否が直観的に分かる 力の流れを可視化する「U*」

日経ものづくり 2013年2月号

構造物の良否が直観的に分かる 力の流れを可視化する「U*」

【第2回】伝達経路を定義する

  • 高橋邦弘●慶應義塾大学名誉教授
  • 2013/01/25 16:35
  • 1/1ページ
R&Dコースは、2013年1~4月号では「構造物の良否が直観的に分かる 力の流れを可視化する『U*』」をお届けします。構造物に掛かる力がどこを伝わるのかを明らかにする最新の構造計算手法について解説します。構造物の構想設計段階で、より合理的に負荷を支える構造を決定するのに役立つ方法です。

剛な部分を通って支持点へ向かう

 力の流れ、すなわち構造物の内部の荷重伝達を検討することは、構造計算の結果がなぜそのようになっているかの理由(Awareness)を探る意味で重要である。本コラムの第1回(前回)では、幾つかの具体的な構造物を例に、力の流れとその構造の良否について、直観的な説明をした。今回は、この力の流れ、すなわち荷重の伝達を厳密に定義し計算する手法について解説する。

 その前に一度、構造物を検討する際に用いる指標の変遷を振り返りたい(図1)。人類が構造について考え始めてからしばらくの間は、“変形”を主要な指標としてきたであろう。近世になって“応力”の概念が導入され、今では変形と応力が構造検討の主な指標となっている。ただし、その構造になぜそのような変形あるいは応力が生じたのかというAwarenessを示すことは難しい。

 構造解析の手段としては有限要素法(FEM)が代表的だが、これも変形と応力に関する計算手法であり、Awarenessを導く解析手法とは言えない。最適化(Optimization)、すなわち構造計算を繰り返し行うことによって、ある判定基準の下に最も望ましい構造に到達してゆく手法は、最近の重要な研究課題である。しかしこの手法もまた、なぜその結果が最適なのか、Awarenessについての問いに答えることはできない。

 これらを示す指標の1つとして、構造内部の力の流れを示す指標U(Ustar、ユースター)1、2)の導入が有効である。
〔以下、日経ものづくり2013年2月号に掲載〕

図1●構造物を表現する指標
図1●構造物を表現する指標
変形のみを指標としていた時代の後、応力も指標とするようになったが、その応力がなぜ生じるかを示す指標はなかった。

高橋 邦弘(たかはし・くにひろ)
慶應義塾大学名誉教授
1967年慶應義塾大学工学部卒業、1973年工学博士(慶應義塾大学)。日産自動車勤務を経て1975年より慶應義塾大学。2010年名誉教授。専門は自動車車体の構造解析、および極性物質の連続体理論。指標Uの開発は本文中にも記載のある、工学博士の山名正夫氏による指導が発端。