教えて！住まいの先生
Q 鉄棒と鉄パイプの強度
機械的な知識が無知な人間です。
本当の話なのか。何故そうなのか予測でも教えてください。
鉄棒と鉄パイプの強度の事ですが、たわみについての強度です。
同じ直径で同じ長さの場合は「鉄パイプ」の方が強い場合が
あるのでしょうか？
要するに曲がりやすいかどうかとの事なんですが、このような
事を耳にしました。
当然、板厚も関係すると思いますが有りえる事でしょうか。
パイプの場合は鉄その物が無垢材より固いから？？
こんな事を言っている人がいました。
くだらない内容かもしれませんが、教えて頂ければ幸いです。
本当の話なのか。何故そうなのか予測でも教えてください。
鉄棒と鉄パイプの強度の事ですが、たわみについての強度です。
同じ直径で同じ長さの場合は「鉄パイプ」の方が強い場合が
あるのでしょうか？
要するに曲がりやすいかどうかとの事なんですが、このような
事を耳にしました。
当然、板厚も関係すると思いますが有りえる事でしょうか。
パイプの場合は鉄その物が無垢材より固いから？？
こんな事を言っている人がいました。
くだらない内容かもしれませんが、教えて頂ければ幸いです。
質問日時：
2011/4/15 21:37:46
解決済み
解決日時：
2011/4/20 08:39:57
回答数： 5 ｜ 閲覧数： 32804 ｜ お礼： 25枚
共感した： 1 この質問が不快なら
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ベストアンサーに選ばれた回答
A
回答日時：
2011/4/20 08:39:57
同じ重量の材料であれば、軽量かつ強度（しなり、曲げなど剛性）があるほうが良いに決まっています。
金属棒を一般に“丸棒”と呼び、中身が無いパイプ状の物を“中空管”と呼びます。 中身が詰まっている棒と中空管との強度比較・・で言えば単純に“中身が詰まっている棒”に軍配が上がります。
ですが、パイプ（中空管）が弱いか？と言えば？ 実はそうともいえません厳密に話すと“断面2次モーメント”や“断面係数”などココでは語りつくせない長い話になります。例えば・・中身の詰まった棒１ｍで直径φ40重量10Kgあるとします。同じく中空管１ｍで直径φ80重量５ｋｇの二つの品があるとして、その曲げ応力が同じだと仮定した場合、半分の重量で同じ強度を出せる中空管の方が自重を軽く出来、効率が良いとなります。
今回の御質問は、同径、同長さですから上記当てはまりませんが、中空管は軽くできますから長さが長くなると軽量な分、たわみは減りますね？これは感覚的に判ると思いますよ。材料の自重は無視できません。丈夫に作ろうと東京タワーの材料1本あたりを倍のサイズにしたら・・重くて強度が保てなくなり更に太くして・・と悪循環になるような物です。
※そうそう、最近のバイクではアルミフレームが増えてきました。古いバイクでは鉄パイプ管でフレームを作っていました。これはもちろん、いわゆる普通の工作用パイプではなく超鋼管で強度に優れており中空にする事で軽量化を実現し加工性、製造コストを下げ、また角ではなく丸パイプであるからこその上下左右引っ張り、圧縮に強い物が製造できたのです。鉄やアルミなどは製造時に色々な特徴の物質を混ぜて合金化することで強度を出しています。また、忘れてならないのはその熱処理で加熱と冷却の具合によって内部の金属組織を組み変えて特性をかえる事ができるのです。 くだらない質問ではありませんね、良い質問です。
金属棒を一般に“丸棒”と呼び、中身が無いパイプ状の物を“中空管”と呼びます。 中身が詰まっている棒と中空管との強度比較・・で言えば単純に“中身が詰まっている棒”に軍配が上がります。
ですが、パイプ（中空管）が弱いか？と言えば？ 実はそうともいえません厳密に話すと“断面2次モーメント”や“断面係数”などココでは語りつくせない長い話になります。例えば・・中身の詰まった棒１ｍで直径φ40重量10Kgあるとします。同じく中空管１ｍで直径φ80重量５ｋｇの二つの品があるとして、その曲げ応力が同じだと仮定した場合、半分の重量で同じ強度を出せる中空管の方が自重を軽く出来、効率が良いとなります。
今回の御質問は、同径、同長さですから上記当てはまりませんが、中空管は軽くできますから長さが長くなると軽量な分、たわみは減りますね？これは感覚的に判ると思いますよ。材料の自重は無視できません。丈夫に作ろうと東京タワーの材料1本あたりを倍のサイズにしたら・・重くて強度が保てなくなり更に太くして・・と悪循環になるような物です。
※そうそう、最近のバイクではアルミフレームが増えてきました。古いバイクでは鉄パイプ管でフレームを作っていました。これはもちろん、いわゆる普通の工作用パイプではなく超鋼管で強度に優れており中空にする事で軽量化を実現し加工性、製造コストを下げ、また角ではなく丸パイプであるからこその上下左右引っ張り、圧縮に強い物が製造できたのです。鉄やアルミなどは製造時に色々な特徴の物質を混ぜて合金化することで強度を出しています。また、忘れてならないのはその熱処理で加熱と冷却の具合によって内部の金属組織を組み変えて特性をかえる事ができるのです。 くだらない質問ではありませんね、良い質問です。
質問した人からのコメント
回答日時： 2011/4/20 08:39:57
ありがとうございました。
実際は現物を作ってテストするに限ると思いますが
非常に良くわかりました。簡単な事のように思いますが奥深く難しい内容ですね。
失礼しました。
回答
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A
回答日時：
2011/4/16 08:35:37
くだらない内容
いえいえ そこそこ濃い内容だと思います。
要するに曲がりやすいかどうか
考えるに、パイプの長さが大きなウェートを占めると思います。
長さが長いと材料そのものの重さ(自重)が、曲がることに大きく貢献します。
太さにもよりますが、３ｍ程度の物を二つを並べ、端と端とで支えるようにして置いてみれば、鉄棒の方がたわむと思います。
これに力を加えていけば、鉄パイプが先に折れ曲がってしまうはずです。
たとえば、鉄パイプの中に鉄棒などを入れて曲げる時、薄いパイプと厚いパイプが有れば、ほとんどの人は厚い方を無意識のうちに選ぶはずです。感覚的には、厚い方が強いと分かっているのです。
結論 鉄棒と鉄パイプに曲げるが加わる時には、鉄棒には、中身に有る分だけ最初から余分な力が加わっているということです。
これを見落としているのではないでしょうか。
いえいえ そこそこ濃い内容だと思います。
要するに曲がりやすいかどうか
考えるに、パイプの長さが大きなウェートを占めると思います。
長さが長いと材料そのものの重さ(自重)が、曲がることに大きく貢献します。
太さにもよりますが、３ｍ程度の物を二つを並べ、端と端とで支えるようにして置いてみれば、鉄棒の方がたわむと思います。
これに力を加えていけば、鉄パイプが先に折れ曲がってしまうはずです。
たとえば、鉄パイプの中に鉄棒などを入れて曲げる時、薄いパイプと厚いパイプが有れば、ほとんどの人は厚い方を無意識のうちに選ぶはずです。感覚的には、厚い方が強いと分かっているのです。
結論 鉄棒と鉄パイプに曲げるが加わる時には、鉄棒には、中身に有る分だけ最初から余分な力が加わっているということです。
これを見落としているのではないでしょうか。
A
回答日時：
2011/4/16 07:02:02
＞鉄棒と鉄パイプの強度の事ですが、たわみについての強度です。
＞同じ直径で同じ長さの場合は「鉄パイプ」の方が強い場合が
＞あるのでしょうか？
素人なので確かな事を言えませんが、有り得るのではないでしょうか。
外荷重に対する強度については論外でしょうが、例えば垂直方向などの場合は自重を考慮する必要があります。
試しに呼び1インチ（25A、1B）の構造用炭素鋼管で厚み2.3mmとして見た所ですが、
鉄棒に対する鉄パイプの断面係数は約0.44倍となるのですが、
しかし重量は約0.25倍なので「支持物の質量が小さい効果が見事に出る」となりました。
何となくですが、洗濯物を干す物干し竿がパイプなのが理解出来そう？
＞こんな事を言っている人がいました。
外荷重以外に何を考慮したのかを聞いてみたら良かったのです。
「強度は支持物の自重も考える必要がある」と言ってくれたかもしれません。
＞くだらない内容かもしれませんが、教えて頂ければ幸いです。
なぜ軽く作ろうとするのかの質問には適切だと思います。
DIYでも他所にその重さの影響を擦り付けると、厄介な話にも至ったりするのですから。
以上、素人なりの意見です。
知恵袋トップ > 教養と学問、サイエンス > 数学、サイエンス > 工学
のカテで聞けば、もっと詳しくて適切な回答が得られるのではないかと思いますが。。。
＞同じ直径で同じ長さの場合は「鉄パイプ」の方が強い場合が
＞あるのでしょうか？
素人なので確かな事を言えませんが、有り得るのではないでしょうか。
外荷重に対する強度については論外でしょうが、例えば垂直方向などの場合は自重を考慮する必要があります。
試しに呼び1インチ（25A、1B）の構造用炭素鋼管で厚み2.3mmとして見た所ですが、
鉄棒に対する鉄パイプの断面係数は約0.44倍となるのですが、
しかし重量は約0.25倍なので「支持物の質量が小さい効果が見事に出る」となりました。
何となくですが、洗濯物を干す物干し竿がパイプなのが理解出来そう？
＞こんな事を言っている人がいました。
外荷重以外に何を考慮したのかを聞いてみたら良かったのです。
「強度は支持物の自重も考える必要がある」と言ってくれたかもしれません。
＞くだらない内容かもしれませんが、教えて頂ければ幸いです。
なぜ軽く作ろうとするのかの質問には適切だと思います。
DIYでも他所にその重さの影響を擦り付けると、厄介な話にも至ったりするのですから。
以上、素人なりの意見です。
知恵袋トップ > 教養と学問、サイエンス > 数学、サイエンス > 工学
のカテで聞けば、もっと詳しくて適切な回答が得られるのではないかと思いますが。。。
A
回答日時：
2011/4/15 23:51:05
下記の方の※からあとの記述ですがいつの頃でしょうか？
私のＣＢＲ２５０Ｒはフレームもアルミ目の字構造ですが・・・
最近は技術の粋を集めたマシン（バイク）はお目にかかりません。スティールフレームばかりです。エンジンは確かに技術アップしてます。
質問とかんけいなくって失礼いたしました。
私のＣＢＲ２５０Ｒはフレームもアルミ目の字構造ですが・・・
最近は技術の粋を集めたマシン（バイク）はお目にかかりません。スティールフレームばかりです。エンジンは確かに技術アップしてます。
質問とかんけいなくって失礼いたしました。
A
回答日時：
2011/4/15 21:51:34
曲げ強度、せん断強度にしても断面積にほぼ比例しますから・・・。
パイプの方が丸鋼より強度的に強いということはありえませんので、間違いでしょうね。
パイプの方が丸鋼より強度的に強いということはありえませんので、間違いでしょうね。
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