技術士一次試験 機械部門 令和7年 Ⅲ-2 解答・解説|不静定問題と変形の適合条件

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令和7年度 技術士第一次試験 機械部門 専門科目 Ⅲ-2 問題文 剛体床上の2本の棒に剛体板を載せ荷重を加えたとき各棒に生じる応力を求める問題
技術士一次試験 機械部門 令和7年 Ⅲ-2 解説 正答③ モーメントの釣り合いと変形の適合条件を連立して棒1と棒2の応力を求める

正答

解き方のポイント

力の釣り合いだけでは解けない不静定問題です。釣り合い式と変形の適合条件を連立させる、という手順を覚えてください。

まずA点周りのモーメントの釣り合いを立てます。PL=−a(A1σ1)−b(A2σ2) …①

次に変形の適合条件(幾何学的整合性)です。剛体板はA点を中心に角度θだけ傾くので、棒1と棒2の縮み量には ΔL1/a=ΔL2/b=θ という関係が成り立ちます。…②

②にフックの法則 ΔL=σL/E を代入すると σ1h/(E1a)=σ2h/(E2b) となり、σ2=σ1・E2b/(E1a) …③ が得られます。

①と③を連立すれば σ1=−E1aL・P/(A1E1a²+A2E2b²)、σ2=−E2bL・P/(A1E1a²+A2E2b²) です。分母がa²とb²になる点が、他の選択肢との見分け方になります。

この問題で問われている知識

不静定問題/変形の適合条件(幾何学的整合性)/フックの法則 ΔL=σL/E/モーメントの釣り合い

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