構造パラメータ
面材材料
コア材料
断面模式図
計算結果
δ_shear / δ_total
—
% （せん断寄与率）
理論・主要公式
$$\delta_{total} = \delta_{bend} + \delta_{shear} = \frac{P L^3}{48 D} + \frac{P L}{4 A_G}$$
サンドイッチ梁の等分布荷重たわみ（単純支持・集中荷重の場合）。\(D = E_f t_f d^2 / 2\) は曲げ剛性、\(A_G = G_c b d\) はせん断剛性。
$$\sigma_f = \frac{M}{t_f\,d}, \quad \tau_c = \frac{Q}{b\,d}$$
面材曲げ応力 \(\sigma_f\) とコアせん断応力 \(\tau_c\)。\(d = t_c + t_f\) はサンドイッチ全厚の代表距離、\(Q\) はせん断力。
$$\sigma_{wrinkling} = 0.5\,\left(E_f E_c G_c\right)^{1/3}$$
面材しわ座屈応力の近似式。\(E_f\)：面材弾性率、\(E_c\)・\(G_c\)：コアの弾性率とせん断剛性 [MPa]。
サンドイッチパネル解析とは
🙋
サンドイッチパネルって、軽くて強いって聞きますけど、どうやってその強さを計算するんですか？
🎓
大まかに言うと、表面の薄い板（面材）と、中の軽い芯（コア）が協力して働く構造なんだ。このシミュレーターでは、面材とコアの材料や厚さを上のメニューやスライダーで選ぶと、全体の曲がりやすさ（剛性）や、どこが壊れやすいかがリアルタイムで計算されるよ。例えば、面材をCFRPに、コアをノーメックスハニカムに変えてみると、どれだけ軽量化できるかすぐにわかる。
🙋
「コアせん断」って表示がありますけど、コアも変形するんですか？面材だけで曲がるのではないの？
🎓
そこがポイントだね！確かに面材が主に曲げに抵抗するけど、柔らかいコアを使うと、ハチミツの巣みたいに横ずれ（せん断）変形が起きて、全体がグニャっと曲がりやすくなるんだ。シミュレーターで「コア材料」を硬いバルサから柔らかいフォームに変え、「荷重P」を大きくしてみて。たわみの内訳で「コアせん断」の割合が一気に増えるのがわかるよ。実務では、軽量化のために柔らかいコアを使うと、このせん断変形が設計のネックになることが多いんだ。
🙋
破壊モードに「しわ座屈」って出てきました。普通の座屈とどう違うんですか？
🎓
普通の柱の座屈は全体がぐにゃりと曲がるけど、「しわ座屈」は表面の板だけが、コアに押しつぶされるように局所的に波打つ現象なんだ。ちょうど薄い氷の下のスポンジを押す感じだね。このシミュレーターでは、面材の圧縮応力が計算された「しわ座屈限界」の線を超えると、このモードで壊れるリスクが高まる。パラメータで「コア厚さ h_c」を極端に薄くして荷重をかけると、すぐに限界線にぶつかってしまうのが確認できる。航空機の軽量パネル設計では、この限界値を慎重にチェックするんだ。
よくある質問
面材の厚さ(t_f)、ヤング率(E_f)、面材間距離(d)が必要です。dはコア厚さと面材厚さの和です。コア自体の曲げ剛性は通常無視します。
コアのせん断弾性係数(G_c)が小さい場合や、スパン長(L)に対してパネル厚が厚い場合に影響が顕著になります。たわみ内訳グラフでせん断成分が全体の10%以上なら注意が必要です。
面材が薄く、コアが比較的硬いサンドイッチパネルに適用されます。面材の座屈波長がコア厚より十分小さい場合に有効で、コアの弾性支持効果を考慮した理論式です。
まず荷重条件（集中荷重か分布荷重か）と支持条件（単純支持か固定か）が一致しているか確認してください。次に、コアのせん断弾性係数が正しいか、面材のヤング率に異方性がないかをご確認ください。
実世界での応用
航空宇宙機体：機体の床板や舵面、ラジオームなどに広く採用されます。CFRP面材とハニカムコアの組み合わせにより、極限の軽量化と高い曲げ剛性を実現し、燃料効率向上に貢献しています。設計では、コアせん断変形としわ座屈が主要な検討項目です。
風力発電ブレード：大型ブレードの主要構造はサンドイッチ構造です。GFRP面材とバルサやPVCフォームコアを用い、軽量で巨大な翼を支えます。長大なスパンに対しては、コアのせん断剛性がたわみ性能を左右する重要なパラメータとなります。
高速船舶・鉄道車両：船体や車体の外板にアルミ面材とフォームコアを用い、軽量化による高速化・省エネと、構造剛性による振動低減を両立させています。海中や軌道上での繰り返し荷重に対する疲労強度も重要な評価ポイントです。
建築・建材：断熱パネルや軽量ドア、内装材として利用されます。スチール面材と発泡プラスチックコアの組み合わせが多く、断熱性に加えて、必要な強度と剛性を最小限の材料で達成するために解析が行われます。
よくある誤解と注意点
このツールを使い始める際、特に初心者が陥りがちな落とし穴がいくつかあります。まず第一に、「面材を厚くすれば全て解決する」という考え方。確かに面材厚さ $t_f$ を増せば曲げ剛性 $D$ は上がりますが、重さも直線的に増加します。例えば、CFRP面材を1mmから2mmに倍増させると、剛性は約4倍近く向上しますが、重量も約2倍になります。一方、コア厚さ $h_c$ を10mmから20mmに増やすと、重量増加はわずかながら、剛性 $D$ は $d^2$ に比例して約4倍に跳ね上がります。軽量化が至上命題の航空宇宙分野では、この「コアを厚くする」戦略が非常に有効なんです。
次に、材料データの「代表値」の罠。ツールでは標準的な材料特性を設定していますが、実際の材料は製造ロットや温度で特性が変わります。例えば「アルミハニカム」と言っても、セルサイズや箔厚でせん断剛性 $G_c$ は大きく異なります。シミュレーション結果をそのまま信用するのではなく、安全率を見込むか、材料メーカーの実測データシートで値を確認する習慣をつけましょう。最後に、ツールは「単純支持・中央集中荷重」という理想的な条件での計算です。実物は固定条件や分布荷重、衝撃荷重など複雑な載荷条件になります。このツールでの検討はあくまで初期サイジングとトレンド把握に使い、詳細設計では必ずFEA（有限要素解析）で全体モデルを検証するのが鉄則です。