建築学生が学ぶ構造力学

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比強度とは?1分でわかる意味、単位、読み方、求め方、鉄、コンクリート、木材、アルミ

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比強度とは、強度を密度で割った値です。普通、引張強度を密度で割った値を比強度とします。比強度の高い材料に、繊維強化プラスチック、アルミニウム、鋼材などがあります。今回は比強度の意味、単位、読み方、求め方、鉄、コンクリート、木材、アルミニウムの比強度について説明します。引張強度と密度の意味は、下記が参考になります。

引張強さとは?1分でわかる意味、計算法、単位、降伏点、読み方、記号

密度とは?1分でわかる意味、求め方、比重との違い、単位、読み方、水、ρ

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記事を書いた人

ハナダユキヒロ/建築学生が学ぶ「構造力学」

難解な構造力学、建築構造の用語を分かりやすく解説する専門家。高等専門学校在学中から建築学生が学ぶ「構造力学」を運営。その後、国立大学大学院⇒組織設計事務所⇒弊サイト運営に従事している。

著書:「わかる構造力学/工学社」、「わかる構造力学 改訂版/工学社」

比強度とは?

比強度とは、強度(引張強度)を物の密度で割った値です。例えば、建築物に用いる鋼とアルミの強度は同程度ですが、 アルミの比重は鋼の1/3程度です。アルミの「比強度」が高そうだと分かりますね。


地震力は、建物の重さに比例します。よって、軽くて強い材料を使えば、地震力の低減が可能です。

比強度の読み方

比強度は「ひきょうど」と読みます。似た用語に、比剛性があります。「ひごうせい」と読みます。建築物の構造材料の中では、


アルミニウム


などが、比強度の高い材料です。

比強度の単位

比強度の単位は、


mm


を使います。比強度は、強度を密度で割った値です。よって、


強度(N/m㎡)÷密度(N/mm3)=比強度(mm)


ですね。密度、強度の意味は下記が参考になります。

密度とは?1分でわかる意味、求め方、比重との違い、単位、読み方、水、ρ

強度とは?1分でわかる意味、単位、種類、応力・剛性とのの違い

比強度の求め方とfortranのプログラム例

「比強度」と「破断長」の公式を、下記に示します。


比強度 引っ張り強さ ÷ 密度

破断長 比強度 ÷ 重力加速度


色々な材料の比強度を計算で確認します。今回は、Fortranでプログラムをつくりましょう。


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


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。比強度求めるのは簡単です。本プログラムの肝は単位変換です。教科書では、材料の比重や密度は「g/cm^3」で書いてあります。ただ構造力学や材料力学では、SI単位系の「N/mm^2」を使います。この単位変換が必要ですね。

比強度の一覧、鉄、コンクリート、木材、アルミニウムの関係

比強度の例を、下記に示します。


鋼 50程度

木材 50程度

コンクリート 1~3程度

アルミニウム 50程度

まとめ

今回は比強度について説明しました。意味が理解頂けたと思います。比強度は、引張強度を密度で除した値です。比強度の意味、計算方法を理解しましょう。下記の記事も勉強してくださいね。

引張強さとは?1分でわかる意味、計算法、単位、降伏点、読み方、記号

密度とは?1分でわかる意味、求め方、比重との違い、単位、読み方、水、ρ



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