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機械設計エンジニアの基礎知識 | 設計・3DCAD・製図・金型等

様々な材料の応力ひずみ線図

 

 

ここまでの解説で「軟鋼」をベースに応力とひずみについて解説して来ましたが、材料によって描かれる応力−ひずみ線図は異なります。

 

 

上図をご覧頂くと分かると思いますが、硬い脆性の材料(オレンジのライン)は伸びにくいため、破断に至るまでのひずみが小さくなります。一方、柔らかく伸びやすい延性の材料(ブルーのライン)は、破断に至るまでのひずみが大きくなります。

 

脆性材料(ぜいせい)とは、字の通り「脆い(もろい)」材料のことであり、ガラスやコンクリートなどです。金属では鋳鉄が脆性材料にあたります。脆性材料は、殆ど伸びずに破断に至ります。

 

軟鋼はこれまで解説してきたとおり、降伏した後に、伸びて破断するという線図を描きます。

 

延性材料とは、字の通り「延びる」材料のことであり、アルミニウム、プラスチック、ゴムなどです。金属ではステンレス鋼が延性材料にあたります。延性材料は、十分に伸びた後に破断に至ります。

 

以上のように材料によって、描かれる線図が異なりますので、機械設計をされる際は、これらの機械的特性を良く理解した上で、材料の選定をする必要があります。

 

また、強度を考慮した設計をする際に、引張強度や降伏点等を考慮して、許容応力や安全率を決定していきますが、脆性材料や延性材料には軟鋼のような降伏点が存在しません。

 

このように降伏点を持たない材料の場合、0.2%の残留ひずみが残る状態を破壊と定義するのが一般的です。0.2%の残留ひずみとは、1000mmの長さの材料の場合、0.2%のひずみ、つまり1002mmとなります。荷重を除去した際に元の長さに戻らず0.2%のひずみ (この場合2mm)が残るということです。(これは原子間のすべりが元に戻らないことが原因です。)

 

 

従って、降伏点を持たない脆性材料や延性材料の場合、荷重を除いた際に残るひずみが0.2%となる時の応力を「耐力」と定義して、材料の強度の目安とされることが多いようです。

 

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