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比強度求める

「強度」と、一口に言っても実は種類があるのですが、ここでは、物体に力を作用させたときの最大耐力を面積で割ったものを「強度」と呼ぶことにしましょう。 いわゆる、材料の強さと考えていいと思います。この強度と物の軽さを同時に表現した概念が「比強度」です。例えば、鋼の強度とアルミの強度はほとんど同じですが、 アルミの優れている点として、比重が鋼の1/3程度であるということです。なんとなく、アルミの方が「比強度」が高そうだということが分かると思います。


比強度を求める式

ここでは、プログラムの書き方に慣れるのが目的ですので、理論的な話は抜きにして端的に「比強度」と「破断長」の公式を示します。

・比強度:「引っ張り強さ ÷ 密度」

・破断長:「比強度 ÷ 重力加速度」




早速、Fortranで書いてみる。

さて、ダウンロードしたエディタ(僕はTerapad)を開いてプログラムを書いてみます。 まだコンパイラしていません。とりあえず、「Terapad」を利用している方は

「名前をつけて保存」→保存形式を「全てのファイル」として→「○○.f90」と保存してください。

そうすると、F90ファイルが生成されます。


!比強度を計算するプログラム

program sisoku

implicit none

real h,p,m,i,j

print *, "強度(N/mm^2)を入力してください"

read *, p

print *, "比重()を入力してください"

read *, m

!比重を密度(g/cm3)に変換する

m=m

!密度の単位変換(g/cm3)→(10^-3kg/10^-6m3)

m=m*10**3

!強度の単位変換(N/mm^2)→(N/10^-6m^2)

p=(p*10**6)

!比強度を求める(N・m/kg)

h=p/m

!比強度を求める(kN・m/kg)

i=p/(1000*m)

!破断長を求める(N・m/kg)/(9.81m/s^2)→((kg・m/s^2)・m/kg)/(9.81m/s^2)→m/9.81

j=p/(9.81*m)

!破断長を求める(10^3m)

j=j/10**3

Write(*,*) ' 比強度(N・m/kg)は =',h

Write(*,*) ' 比強度(kN・m/kg)は =',i

Write(*,*) ' 破断長(km)は =',j

end program sisoku


hikyoudo.f90の説明

数値解析のプログラムをつくるときに重要なのは「単位」を合わせることです。比強度求めることは簡単で、このプログラムのほとんどが単位変換に 費やしています。教科書に載っている材料の比重や密度は「g/cm^3」で強度は一般的に「N/mm^2」で表現されますから、この単位を合わせる必要がありますね。


結果の確認

例えば、教科書に載っているような鋼の比強度やRCの比強度に関して求め、結果を比較してみましょう。


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