パラメータ設定
梁タイプ
材料1（下層）
材料2（上層）
理論・主要公式
弾性係数比：$n = E_2 / E_1$
材料2の変換幅：$b_{tr}= n \cdot b_2$
中立軸位置（底面からの距離）：
$$\bar{y}= \frac{A_1 \bar{y}_1 + n A_2 \bar{y}_2}{A_1 + n A_2}$$
断面応力（材料1）：$\sigma_1 = \dfrac{M(y - \bar{y})}{I_{tr}}$
断面応力（材料2）：$\sigma_2 = n \cdot \dfrac{M(y - \bar{y})}{I_{tr}}$
合成梁・変換断面法とは
🙋
「合成梁」って何ですか？普通の梁と何が違うんですか？
🎓
大まかに言うと、異なる材料を貼り合わせた梁だね。例えば、鉄筋コンクリート（RC）は鉄とコンクリート、バイメタルは鋼とアルミの組み合わせ。このシミュレーターでは、上の「梁タイプ」を選ぶと、代表的な組み合わせの初期値が自動で設定されるよ。操作してみると違いがわかる。
🙋
え、材料が違うと計算が大変そう…。どうやって応力を求めるんですか？
🎓
そこで「変換断面法」の出番だ。片方の材料の幅を、弾性係数の比 $n$ で拡大または縮小して、見かけ上は同じ材料でできた梁に変換して計算するんだ。このツールで「E₂」のスライダーを動かすと、右の図で材料2（上の部分）の変換後の幅がリアルタイムで変わるのが見えるよ。
🙋
なるほど！で、計算された応力は実際の設計でどう使うんですか？
🎓
各材料の「最大応力」が材料の強度（降伏点など）を超えないか確認するんだ。実務では、例えば「曲げモーメント M」の値を実際に梁が受ける荷重から計算して入力し、応力分布を見る。鋼の部分が先に降伏するか、コンクリートが先に壊れるか、このシミュレーターでパラメータをいじりながら感覚をつかめる。
よくある質問
ヤング率の単位はGPa（ギガパスカル）です。例えば鋼材であれば200、コンクリートであれば30程度を入力します。単位を間違えると変換断面の計算結果が大きく異なるため、必ずGPaで統一してください。
上側材料が極端に硬い（nが大きい）場合や、断面形状のアスペクト比が極端な場合に起こります。この場合、変換断面の図心が実際の断面範囲外に計算されるためです。材料の組合せや寸法を見直してください。
本ツールは弾性範囲の変換断面法に基づくため、ひび割れ後の非線形挙動は考慮していません。あくまで健全な断面の弾性応力分布を計算するものであり、ひび割れ状態には別途有効断面二次モーメントを用いる必要があります。
異なる材料の境界ではヤング率が異なるため、ひずみは連続でも応力は不連続になります。変換断面法では、各材料の応力を元の弾性係数で換算するため、境界で段差が生じるのが正しい挙動です。
実世界での応用
鉄筋コンクリート（RC）梁設計：圧縮に強いコンクリートと引張に強い鉄筋を組み合わせた最も一般的な構造部材です。設計初期段階で、コンクリートの圧縮応力と鉄筋の引張応力が許容値内かどうかを本ツールで簡易検討できます。
バイメタルアクチュエーター・サーモスタット：熱膨張率の異なる2種類の金属を貼り合わせた板。温度変化で曲がることを利用します。曲げ剛性や発生応力を評価する際の弾性解析に変換断面法が使われます。
CFRP（炭素繊維複合材料）-金属ハイブリッド梁：航空機や高性能自動車の軽量化部材です。高剛性・軽量のCFRPを鋼やアルミと組み合わせます。積層順序や厚さの最適化を、本シミュレーターでパラメータスタディしながら行うことができます。
CAE解析の前処理・検証：ABAQUSやANSYSで複合材料梁を詳細モデル化する前に、一次元梁理論による応力の目安を本ツールで計算します。CAE結果と簡易理論値の比較により、モデルの設定ミスを早期発見する助けとなります。
よくある誤解と注意点
このツールを使い始めるとき、いくつか陥りがちなポイントがあるよ。まず「nの値が1より大きいか小さいかで、どちらの材料を基準にするか混乱する」というのがあるね。ルールは単純で、「幅を変換したい側の材料のヤング率」を分子に持ってくるんだ。つまり、材料2の幅をn倍して材料1に合わせるなら、n = E2/E1。E2の方が大きければ幅は拡大され、小さければ縮小される。ツールではE1が下側材料で固定されているから、E2のスライダーを動かすと、上の材料の見かけの幅がリアルタイムで変わる。これを見れば直感的に理解できるはずだ。
次に「計算された応力は、そのまま許容応力と比較していいの？」という根本的な疑問。実務では絶対にダメだ。このツールで出るのは「線形弾性範囲内の理論値」に過ぎない。例えば鉄筋コンクリートは、コンクリートがひび割れると応力分布が大きく変わる（非線形挙動）。実際の設計では、こうした材料の非線形性や安全率、各種設計コード（例えば建築基準法やJSCE規格）で定められた許容値との照合が必要になる。このシミュレーターは、あくまで概念理解と初期検討のための「第一歩」だと心得よう。
最後に、「せん断応力は考えなくていいの？」という点。このツールが計算するのは曲げによる垂直応力（引張・圧縮）だけだ。特に異種材料の接着面では、曲げ応力に加えてせん断応力が重要になることが多い。例えばFRPを鋼板に貼り付ける補強工法では、この界面せん断応力がはく離の原因になる。曲げ応力の分布がわかったら、次はせん断応力や界面の力の伝達についても別途検討する必要があることを頭の片隅に入れておこう。