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衝撃試験と自然落下試験の換算式とは?
2023/10/13 03:23
- 衝撃試験でよく使われる衝撃値や耐衝撃強度について説明します。
- 衝撃試験と自然落下試験の換算式を含めた代替実験方法について教えます。
- 200gの製品が50Gの耐衝撃強度を確認する場合の落下高さを算出する方法を紹介します。
衝撃について
2002/01/21 17:04
初歩的な質問かもしれませんが、いろいろ調べても答えが
見つからないので教えてください
衝撃値でよく、xxG(ジー)と表現します。
この衝撃試験を自然落下試験に置き換えて確認をしたいのですが、
どのように換算すると妥当な値になるかがわかりません。
例えば、200gの製品が50Gの耐衝撃強度を確認する場合は、何cm高さから
落下すればいいのでしょうか?
簡易的な代替実験ですが、換算式を含めて教えてください
よろしくお願いします
回答 (8件中 6~8件目)
kumaxaさんのご要求に基づき、書込みさせていただきます。
ここで問題となるのは、骨が何mm変形すれば折れるか、という事になるのですが、分からないため1mmとして計算しました。
落下高さは1mだったので、
衝突時の速さ v=√(2×9.8×1) m/s
=4.43 m/s
∴α=4.43^2/(2×0.001) m/s^2
=98.1 m/s^2
と算出し、衝突時の減速Gは約100Gであると報告しました。
後日これを実証しようと試みたのですが、ウチには10kgfのプッシュプルゲージ(バネばかりと同じです)しかなく、仕方なくこれを用いて実験しました(本来なら減速Gを100Gと求めた事から、17kgf以上の荷重が測れる秤が必要)。
1m(巻きつける分少し長めに必要。何度も切れました)の糸をワークと秤に巻きつけ、ワークを落下させたところ、10kgfの秤では案の定振り切ってしまい、11.2kgf(振り切り値)以上の力が掛かっている事が確認され、振り切り値が振り切り値で無いとしても(明確に11.2kgfであったとしても)、65G(以上)の減速Gが働いている事がわかりました。
という訳で、回答にはなりませんが、たかだか200gfに満たない物を机の上に置いていても、落ちれば10kgf以上の重さになり、怪我をする恐れがありますよ、という教訓になりました。皆さんもお気をつけ下さい。駄レスですみません。
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170gのワークが足に落下したときの計算結果を
差し支えない範囲でを教えて頂けないでしょうか。
170gで○○cmの落下で○○G程度みたいなものでも構いません。
考慮すべき係数も提示して頂けると幸いです。
実のところ私も良く分からないのですが、以前不運なオペレーターが質量170gのワークを落下させ、足の小指が骨折した(安全靴の鉄板の無いところに当たってしまった)という事故が発生した時、何Gかかったのか計算しろと製造現場のボスに指示され、計算した時の計算式を書いておきます。
mα=F (運動方程式)
両辺tで積分して ∫mdv=∫Fdt
mv1-mv0=Ft
更に両辺vで積分 ∫(mv1-mv0)dv=∫Ftdv
(mv1^2-mv0^2)/2=Ftv (エネルギー方程式)…(1)
ところで、 α=dv/dt
両辺tで積分 αt+c1=v …(2)
また、 v=dx/dt
両辺tで積分 vt+c2=x …(3)
今、v0の速さで衝突し、速さがv1=0となったと考えると、(1)式は
(-mv0^2)/2=Ftv
=mαtv
∴ v0^2=-2αx …(4)
ここで、v0は(2)式から、 v0=gt+c3 …(2)’
両辺tで積分 ∫v0dt=∫(gt+c3)dt
∴ x0=(gt^2)/2+c3t+c4
今、基準点の移動無しに自由落下させる事を考えると、c3=c4=0
従って、 v0=gt
=√(2gx0) …(2)”
以上をまとめますと、
衝突時の速さ v=√(2gx)
g:重力加速度の大きさ
x:落下距離
衝突時の加速度の大きさ(G) α=v^2/(2x’)
v:衝突時の速さ
x’:衝突により発生した凹み(衝突深さ)
これで計算してみて下さい(実証もしてみて下さい。係数が必要となる事も考えられます)。
補足
0002/11/30 00:00
質問者です。回答いただきありがとうございます。
改めて質問なのですが、製品仕様で許容衝撃がxxGとして規定された場合の、設計や検証実験では、数式のx'(衝突深サ)(=ひずみ量?)を推定させてから行うべきなのでしょうか?
また、単純に許容衝撃xxGを落下高さに換算できないでしょうか?