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小型ライトプレーンの胴体をカーボンシートで補強した場合の効果(曲げ強度の増加)を調べて見ました。
幅4mm厚さ5mmのバルサ棒そのまま、片面補強、両面補強の場合の曲げ強度を比較測定しました。バルサ棒の片端を固定し、固定位置から30cmの位置に54.65グラムの荷重をかけ、その位置でのバルサ棒の曲がりを測定しました。補強に使ったカーボンシートは厚さ0.20mm・幅1.8mm長さ30cmのものです。接着剤はスティックのり(小西のハイスティック)を使用しました。両面補強後の重量増加はカーボン0.23グラム、接着剤0.06グラム程度です。
バルサの上下面は上下反転した時の効果の差を明らかにするために一方をA面、他方をB面と呼びます。測定結果(30cm位置の曲がり)は以下の通りです。
補強なし A面上の場合 37mm
補強なし B面上の場合 38mm 平均37.5mm
A面のみ補強 A面上の場合 24mm
A面のみ補強 B面上の場合 25mm 平均24.5mm 37.5/24.5=1.53
両面補強 A面上の場合 16mm
両面補強 B面上の場合 15mm 平均15.5mm 37.5/15.5=2.42 24.5/15.5=1.58
平均すると補強なしの場合に比べて片面補強で約1.5倍、両面補強で約2.4倍の曲げ強度増になります。あるいは片面補強で1.5倍増、両面補強で更に1.5倍増になると言えます。
補強なし・A面のみ補強・両面補強のいずれの場合でもA面を上にしても、裏返してB面を上にしても曲げ強度は殆ど同じです。補強なし・両面補強の場合にこうなるのと当然ですがA面のみ補強の場合裏返しても差が無いのは注目に値します。胴体の上下何れかの片面だけ補強なら、どちら側を補強しても曲げ強度に差はないと言うことです。
ものが曲がると内側では圧縮・外側では伸長がおこり中心部では長さは不変で曲がりだけが起こります。バルサ棒を片面だけ補強した場合は
カーボンの耐伸長強度+バルサの耐圧縮強度=カーボンの耐圧縮強度+バルサの耐伸長強度
(A面上) (B面上)
の関係が成立するということでしょう。
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