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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、ステンレスやアルミニウム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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