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その40:最新型飛行機の構造材料

複合材料は、性質の異なる2種類以上の材料を組み合わせて、材料のもつ特性を生かし、単一の材料だけでは得られない特性をもたせた材料であります。例えば、鉄筋コンクリートも複合材料の一種です。コンクリートは圧縮力には非常に強いですが、引張力には極めて弱い性質をもっています。そこで、引張力に強い鉄筋を入れると、圧縮力にも引張力にも耐えられるというわけです。
複合材料は、母材と強化材からできているため(上記の例でいえば、母材がコンクリートで強化材が鉄筋です)、不均質や異方性という性質があります。異方性というのは、引っ張る方向によって性質(剛性や強度など)が異なることです。それに対して、金属材料や高分子材料は、どの方向に引張っても性質は同じなので、等方性といわれます。さらに、複合材料の最大の性質が、比強度,比剛性が非常に高いということです。比強度は強度を比重量(質量密度×重力加速度)で割った値で、比剛性は縦弾性係数(ヤング率ともいわれ材料によって決まっている値です。この値が大きければ大きいほど、変形しにくい材料ということになります)を比重量で割った値です。
最近では、飛行機,自動車,鉄道車両などの構造材料は、できるだけ軽くて強い,変形しにくいということが求められているため、これまで使用されてきました金属材料は次々とこの複合材料に置き換えられています。

提供:工学部
機械システム工学科
中井賢治先生

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