ねじり定数計算機
部材がねじりに対しどれだけ抵抗するかを示す形状係数「ねじり定数 ($J$)」を計算します。
ねじり定数 (J) とは?
ねじり定数(Torsional Constant, $J$)は、部材の断面形状によって決まる、ねじり変形のしにくさを表す幾何学的定数です。単位は長さの4乗(例: $\text{mm}^4$, $\text{m}^4$)です。
円形断面の場合
円形(中実・中空)断面の場合、ねじり定数 $J$ は「断面二次極でモーメント ($I_p$)」と等しくなります。
- 中実円形: $J = I_p = \frac{\pi d^4}{32}$
- 中空円形: $J = I_p = \frac{\pi (D_o^4 - D_i^4)}{32}$
非円形断面 (長方形など) の場合
長方形などの非円形断面では、ねじり定数 $J$ は断面二次極モーメント $I_p$ とは等しくなりません。ねじり時に断面が平面を保たず反る(ワーピング)ため、補正係数が必要になります。
長方形 ($a > b$) の近似式:
$J \approx \beta \cdot a \cdot b^3$
ここで $\beta$ は形状係数で、アスペクト比 $a/b$ によって変化します(約 0.14 ~ 0.33 の範囲)。
何に使うの?
ねじり角 $\theta$ を計算する基本式で使用します。
$\theta = \frac{T \cdot L}{G \cdot J}$
- $T$: トルク
- $L$: 部材の長さ
- $G$: 横弾性係数(剛性率)
- $J$: ねじり定数