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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

様々な応力

 

応力とは」 で引張応力について解説しましたが、引張応力が最も感覚的に理解しやすい応力です。
読まれていない方は 「応力とは」 をまずご覧ください。

 

次に、 「圧縮応力」、「せん断応力」、「主応力」 の3種類の応力について解説します。

 

圧縮応力

 

圧縮応力は、引張応力と同様に理解しやすい応力です。圧縮応力とは、引張と反対方向に力が加わったときに発生する応力のことです。

 

 

図のように圧縮方向に力を受けたときに、圧縮に抵抗する力が発生します。
その抵抗する力を断面積で割った値が圧縮応力となります。

 

計算式は引張応力と同様です。

 

圧縮応力 σ = P / A

 

P は圧縮力です。
A は断面積です。

 

かかった力を断面積で割るので、圧縮応力の単位は N/mm2 となります。

 

 

せん断応力

 

せん断応力は、これまでの応力と比較して、感覚的に理解することが少し難しくなります。せん断応力とは、例えば下図のように、ボルトの断面にかかる応力のことです。

 

 

応力値は下記の式で求められます。

 

せん断応力 τ = P / A

 

τ  はせん断応力です。「たう」と読みます。
P は荷重です。
A はボルトの断面積です。

 

このようにせん断応力は、物がズレるときに発生する応力です。

 

上記の例では単純なケースで理解しやすいですが、実はせん断応力は、物体に引張、圧縮、曲げの力を加えても発生しています。

 

例えば、地震で地面が引っ張られた場合、斜めに地面が割れる場合があります。

 

 

また、地面が圧縮された場合、地面が盛り上がります。

 

 

本を曲げると、それぞれにページが中でズレようとします。

 

 

せん断に対して、抵抗する力が発生するからです。
このズレようとする力に抵抗する力が「せん断応力」となります。

 

せん断応力は、少し難しかったかもしれませんが、理解できたでしょうか?

 

 

主応力

 

次に主応力について説明します。
下図のように、物体にせん断方向に力を加えるた場合、その物体を部分的に切り出した形状は、ひし形 に変形します。これを45度傾けた場合、左右方向は引張、上下方向は圧縮されていることが分かります。

 

つまり、せん断応力は、方向の見方によっては、圧縮応力や引張応力になるということです。

 

 

この圧縮や引張の応力が主応力となります。

 

物体に様々な方向から荷重が加わった場合においても、主応力を求めることで、引張や圧縮の応力で評価することができるようになります。

 

構造解析(シミュレーション)においても、この物体内部に発生する主応力で物が壊れる、壊れないの評価を行ったりします。

 

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