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2010年4月26日 (月)

構造検討色々・・・こんなトコか。

おさらい。
Xy Z Toras
「X」「Y」は弱くて使い物にならず。「Z」「トラス」は使える。

検討
Photo_3 「すじかい」
上下左右にまんべんなく応力を受けるけど、残念ながら弱い。
縦方向にしてみましたが、微妙な強さ。位置が固定出来ない。
Photo_4 「すじかい2」と「X+Y」
「すじかい」だけだと、×の面が変形するので、3角柱*4にしてみました。
そこそこ強いものの、長いパーツ*4なので、中央付近の強度が弱いです。
「X+Y」はあっけなく変形。

Photo_5 「円柱*4」「円柱*3」
手前「円柱*3」では、さっそく誤差が発生。
キツキツに設計したのに組んでみたらユルユル。
きつさに関わらず、上記「すじかい2」と同じく中央付近の強度が弱め。
それと、キツキツに作ると、外側の四角が歪みます。

奥は、円柱を縦に使ってみました。
強度は出るものの、外側の四角柱の複雑な形状には対応出来ないです。
(外側の四角柱は、便宜上単なる四角柱ですが、実際の形状は、端部が斜めになります)

※以前、ちらっと書いた上下2本づつ真ん中1本の、5本の円柱を使った構造は没。
円柱が細くて長すぎて組めませんでした。

Photo なお、オートバイのフレームに使われる「日の字構造」を紙で再現すると、三角・又は台形を2つ組み合わせた状態、が妥当。四角2つだと上記「X」と同じとなります。
ただし、ねじれに弱いです。
オートバイのように、「左右対称に作る(左右のバランスでねじれにくい?)」もしくは「トラスなどの複雑な構造の一部として使う(トラスを組むと単一部材の応力は圧縮・引張のバランスが主になる)」場合に有効で、今回の構造には使えないです。

で、基本構造の検討。
Photo以前にも書いた通り、紙の構造力学は、通常の物とは違います。
紙自体にほとんど強度が見込めないからです。

では、どんな時に強度が出るか。
上の図のように、四角・三角に組んだ物に上下から力がかかる時です。
「面」に対して「水平」に力がかかる場合です。
(引張にも強いですが、ここでは無視)

しかし、このままでは横からの力に弱い。
Photo_2 なので、箱にする。
横からの力に対しても四角柱の構造になり、おおよそどの方向からの力にも強く、変形しにくいです。
ペパクラでの設計・組立の容易さ、便利さを考えると出来るだけ正六面体に近いほうが良いでしょう。

三角柱・五角柱。六角柱は設計に不便、歪みが大きく組立も四角柱に比べるとやや面倒。
円柱は一見良さそうですが、横からの力に耐える「面」の大きさが小さくなり不利。
組立。設計時に誤差が出る、太すぎると真円から歪み、細すぎると組めない。

つまり、真四角に近い物を積み上げてく方法が一番理に適ってると考える事が出来ます。

この構造に一番近いのが「Z」です。(結果的にですが)
「Z」は上下にフタが無い(「箱」ではない)四角柱の連続ですが、外側の四角柱がフタの代わりをします。
しかも、横方向の面が存在するのでねじれにも強いです。

ちなみに、「腕」の上部には「引張力」がかかり、下部には圧縮力がかかるのですが、外側四角柱と中の四角柱の連続でこれらをキレイに消化したようです。

「トラス」が次点になったのは、単純さもありますが、もう一つ問題が。
三角柱同士をくっつけると、誤差が出るのです。

「ハニカム」はやはり「面の強度」を増す構造なので今回は使いません。
「面」ではなく、「腕」または「梁(片持ち梁)」だからです。
「円柱」のところでも触れたように、「腕」の形状も複雑ですし。

オートバイの構造は引き続き研究中ですが、モノが違いすぎてあまり使えないです。
重量物はフレームの中にあるし。
かと言って、建築の構造が使えるかと言うとこれも微妙・・・。
構造材の設計レベルでは全く使えません。

まぁ、こんなの考える事はもう無いとは思いますが。

以上。
そんなワケで「Z」でいきます。

※注意:
・上記は「構造力学」の考え方の検討にすぎず、「構造計算」をしていません。
・出来るだけ分かりやすく書いたつもり・・・ですが、全然分からないかもしれません。
すいません。
・「トラス」は、便宜上トラスと言ってるだけで、実際のトラスとは違います。
・疲れましたw

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