構成パラメータ
| 構成 | D (N·m) | 重量 (kg/m²) | 比剛性 | たわみ (mm) |
|---|
理論・主要公式
$$D = \frac{E_f t_f d^2}{2}+ \frac{E_c t_c^3}{12}$$
$d = t_c + t_f$（面材中心間距離）
両端単純支持の最大たわみ：
$$\delta = \frac{5 q L^4}{384 D}$$
サンドイッチ板の曲げ剛性・重量計算機とは
🙋
サンドイッチ構造って、なぜ軽いのに強いって言われるんですか？普通の板と何が違うんですか？
🎓
大まかに言うと、材料を効率的に配置する「構造のマジック」なんだ。曲げるとき、板の表面が一番大きな応力を担うんだよ。だから、薄くて高強度な面材を、厚くて軽いコアで離して接着する。これで、面材同士の距離「d」が大きくなり、曲げ剛性が$d^2$に比例して跳ね上がるんだ。このシミュレーターで、面材をCFRP、コアをアルミハニカムに設定して、コア厚さ「t_c」のスライダーを動かしてみて。剛性Dが急激に上がるのがわかるよ。
🙋
え、そうなんですか！でも、コアはただの軽い詰め物じゃないんですか？式には$E_c$（コアのヤング率）も入ってますよね。
🎓
良いところに気づいたね。確かに主役は面材だけど、コアも「せん断」を担う重要な役者なんだ。フォームコアのように柔らかいと、せん断変形が大きくなって全体がふにゃっとなる。シミュレーターで、面材は同じアルミのまま、コアを「バルサ材」から「アルミハニカム」に変えてみて。荷重「q」をかけた時の「最大たわみδ」が大きく異なるだろう？これがコアの剛性$E_c$の影響だよ。
🙋
なるほど！実務では、どうやって面材とコアの組み合わせを決めてるんですか？「比剛性」って表示がありますけど。
🎓
現場では「比剛性」（剛性÷重量）が最重要指標の一つだ。軽量化が命の航空機やスポーツ用品では、この値が高い組み合わせを探す。例えば、このツールで「CFRP/アルミハニカム」と「アルミ/フォーム」を比べてみて。CFRPは高価だけど、比剛性が段違いだろ？設計ではコストと性能のトレードオフを、こうした数値を見ながら決めるんだ。
よくある質問
コア厚みを増やすと、面材の中心間距離dが大きくなり、dの2乗に比例して曲げ剛性Dが大幅に向上します。一方、面材厚みを増やすとEf・tf・d²の項が増えますが、コア厚み変更ほどの効果は得られません。軽量化にはコア厚みを優先的に調整してください。
同じ曲げ剛性を達成するために必要なソリッド板の厚みと重量を、サンドイッチ板と比較できます。例えば、アルミソリッド板とCFRP面材＋ハニカムコアの重量差を確認し、軽量化のメリットを定量的に評価するのに役立ちます。
等分布荷重q（N/mm²）とスパン長L（mm）を入力してください。qはパネル全体に均一にかかる荷重で、例えば500N/m²の積載荷重を想定する場合は0.0005N/mm²と入力します。Lは支持点間の距離です。両端単純支持のみ対応しています。
比剛性（曲げ剛性Dを単位面積重量で割った値）が高いほど、軽量で剛性に優れた設計です。航空機や宇宙機器では最優先されますが、コストや加工性、衝撃強度も考慮する必要があります。本ツールでは数値比較が可能なので、用途に応じた最適バランスを見つけてください。
実世界での応用
航空宇宙機体：機体の軽量化は燃費と搭載量に直結します。主翼や胴体の床材、ロケットのフェアリング（先端カバー）には、比剛性・比強度に優れたCFRP（炭素繊維複合材）面材とアルミハニカムコアの組み合わせが多用されます。
輸送機器・鉄道車両：新幹線や高性能バスの床板・内装材にアルミハニカムサンドイッチが使われます。軽量で断熱性・遮音性にも優れ、高速移動時の振動低減にも貢献します。
風力発電ブレード：巨大なブレードを軽くかつ剛性高く作るため、ガラス繊維（GFRP）面材とバルサ材やPVCフォームコアが使われます。複雑な曲面形状に対応しやすく、コストパフォーマンスに優れた組み合わせです。
スポーツ用品・建築：スキー板、サーフボード、競技用自転車のフレームには、CFRPやGFRPと各種フォームコアの組み合わせが。建築では、軽量で断熱性の高い外装パネル（A2不燃フォームコア+鋼板面材など）として応用されています。
よくある誤解と注意点
まず、「コアはただ軽ければいい」という考え方は危険です。確かに軽量化は重要ですが、コアのせん断剛性が低すぎると、ツールで計算した「最大たわみδ」が実際より大幅に小さく見積もられてしまいます。例えば、長さ2mのパネルに1kN/mの荷重がかかる場合、CFRP面材/バルサコアの組み合わせでは、計算上のたわみは小さくても、実物はコアのせん断変形で「ふにゃり」と大きくたわむことがあります。実設計では、せん断変形を考慮したより詳細な計算やFEM解析が必須です。
次に、面材とコアの接着は「ブラックボックス」にしないでください。この計算ツールは完全な一体構造を前提としていますが、実務では接着層の剥離が致命的な故障モードになります。例えば、高温多湿環境下で使用されるパネルでは、面材（アルミ）とコア（フォーム）の熱膨張率の差が大きく、繰返し荷重で接着界面に応力が集中します。計算で優れた性能が出ても、接着剤の選定と施工品質が設計の生命線です。
最後に、「比剛性が最高＝最適解」とは限らない点に注意しましょう。CFRP/アルミハニカムは比剛性で圧勝ですが、コストは数十倍になります。例えば、産業機器のカバーでは、アルミ/フォームの組み合わせで十分な剛性が得られ、加工性やコストで総合優位となるケースがほとんどです。ツールで性能を比較した後は、必ずコスト、加工法、環境耐性などの制約条件に照らし合わせて判断しましょう。