科学技術と共に歩む

本書の題名にある「衝撃」を初めて知ったのは，著者が東京工業大学機械工学科の最終学年となり，中原一郎先生の研究室に卒業研究学生として配属されたとき（1968年）のことである。著者の卒業研究課題は，「衝撃内圧を受ける異方性円筒」の応力解析を動弾性理論によって解析する，といった難問であった。当時研究室の助手であった松本浩之先生のいわれるままに数学の計算に取り組むことになったが，勉強を怠けていた著者にとっては大変な作業であった。それまで知らなかった特殊関数が出てくる長い式が多く，どのような結果を表現しているのか予測などまったくできない理論式であったが，数値計算をしてみると，不思議なことにそれらしい結果が出てきて感激したものである。

それから学園紛争の真っただ中の思いもよらない大学院への進学と，さらに思いもよらない研究室助手へと，想定外の身の丈に余る人生を歩むことになった。この間，研究内容はつねに「衝撃」であり，扱った理論は，波動方程式，あるいはベルヌーイ，オイラー，ラグランジュ，ティモシェンコなどといった，ほとんど歴史上の著名な学者の名前が出てくる世界であった。理論だけでなく，なにかと難しい衝撃の実験，さらにはブラウン管式シンクロスコープやフィルム式高速度カメラを使った計測にも取り組んだ。その後コンピュータの発達によって衝撃解析の主流となってきたのは計算力学によるシミュレーションの世界であるが，そのころには，すでに自分自身では解析をやらない年齢となっていた。振り返ってみれば，「なんと古きよき時代であったことか…」と思うこともある。

この間，47歳になったころ，思いがけず明治大学大学院機械工学専攻の学生を相手に「衝撃」を教える機会を得た（1994年）。これが著者が取り組んできた「衝撃の世界」を若い人達に伝えるきっかけとなり，さらにこの授業は，18年の長きにわたってつづくことになった。これとほぼ同じ時期に東京工業大学でも機械系学部学生に「衝撃」を講義として教えるようになり，徐々にではあるが講義ノートも蓄積していった。この講義ノートを基に教科書出版をすすめて下さる方もいたが，東京工業大学在職中には遂に実現させることができなかった。しかし，定年退職後次第に余裕ができるに従って「このままでは終われない」という気持ちが強くなり，コロナ社からの励ましもあって一念発起して講義ノートの出版に向けて精力を傾けることになった。

本書は，過去の名立たる名著，とりわけティモシェンコの著作には足元にも及ばないが，意外にも日本語の「衝撃」入門となる適当な書がなく，なんとしても世に出さねばという気持ちが掻き立てられてきた。

このような経緯からわかるように，本書は大学で初めて「衝撃」を勉強する機械系学生，あるいは物作りに携わる技術者のための入門書となるよう，意識して書いてきたものである。本編は「基礎編」と「実践編」とに分かれているが，衝撃に対する基礎的な理解は，文字どおり「基礎編」だけで十分に得られるようになっている。「基礎編」には多くの数学式が出てくるが，大学の低学年で勉強する程度の数学であるから「食わず嫌い」にならないよう願っている。衝撃は基本的に過渡応答問題であるため，全体を通して「ラプラス変換」が主流となっているので，この際ラプラス変換と仲よくなってほしい。ラプラス変換は，その逆変換が一般的に面倒なので，本書では数学的厳密さには目をつぶり，非常に限定された条件下（例えば，保存系）でのラプラス逆変換しか扱っていない。したがって，是非とも毛嫌いせずに取り組んでほしい。

また随所に「考察」を設けているが，これは当該箇所の理解を深めてもらうためのもので，是非とも飛ばさないで取り組んでほしい。あえてヒントだけで解答は載せていないが，考えることによって理解が深まるよう配慮しており，実際の講義の場面においても非常に重要と感じた内容でもある。扱っている部材としては棒と梁の衝撃応答問題が大半を占めるが，個々についてさらに高度な勉強をしたい読者には，ティモシェンコの一連の著作を参照されることをおすすめしたい。

「実践編」を読んでいただければわかるように，衝撃応答問題では，構造物に作用する荷重をいかにして正確に見積もるかが最大の課題である。これを正しく見積ることができれば，つぎのステップである応力解析は，理論をはじめさまざまな手法により求めることができる。実際の衝撃問題における見込み違いは，その衝撃荷重の大きさと持続時間の見積りを誤ったことに起因することがきわめて多い。衝撃荷重の見積りは経験豊富な技術者でないと難しいものであるが，まずは衝撃の基本を正しく身に付けておくことが重要である。本書がその入門書となることを願っている。

末筆ではあるが，本書の理論解の精度検証に関して有限要素法による解析をしていただいた伊藤忠テクノソリューションズ株式会社，ならびに根気強く担当していただいた同社の津田徹氏および東出紀子氏に深く感謝いたします。また，東京工業大学大学院学生の田中耕輔君には，理論結果だけで数値結果が不足していた多くの問題について数値計算を行っていただき，たいへん感謝している。

筆者が東京工業大学助手のころの大学院学生であった名古屋工業大学西田政弘教授からは，精密な実験結果の提供をいただき，これにより理論結果の信憑性を高めることができた。ここに深く感謝を申し上げる次第である。

2020年1月著者代表宇治橋貞幸