材料（ヤング率とポアソン比）の準備

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材料（ヤング率とポアソン比）の準備

解析に必要な材料特性について説明します。

必要な材料特性は解析対象によって異なりますが、応力、振動、熱の解析の場合、下記の材料特性が必要となります。

・縦弾性係数（ヤング率）
・ポアソン比
・密度
・熱膨張係数
・熱伝導率
・比熱

そして応力解析で必要なのは上記のうち、縦弾性係数（ヤング率ともいう）とポアソン比です。

縦弾性係数（ヤング率）

縦弾性係数（ヤング率と呼ぶケースが多いためヤング率で説明）とは、物体を引っ張ったときの「応力」と「歪（ひずみ）」の関係です。
（※歪とは元の長さに対する変形量の割合のこと。詳細はこちらを参照）

例えば、軟鋼の「応力」と「歪」の関係は下図のようになります。

「歪」が小さい範囲では、物体を引っ張ると「応力」と「歪」は比例関係になります。比例関係にある範囲を「弾性範囲」といいます。

<解説>

弾性範囲における材料の変形は微小です。設計者がはじめにマスターしなければならない解析は、弾性範囲における「線形解析」です。これに対して、材料の応力と歪が比例関係にない範囲の解析を「非線型解析」といいます。

従って、ヤング率は弾性範囲における比例定数となります。
つまり、弾性範囲のグラフの傾きがヤング率です。

ゆえに、ヤング率の値によって、以下のことがいえます。

ヤング率の値が大きい　→　変形しにくい材料
ヤング率の値が小さい　→　変形しやすい材料

例えば、鉄は少しの変形量（歪）で高い応力が発生するが、ゴムは少しの変形量（歪）では殆ど応力が発生しません。

ポアソン比

ポアソン比は、引張方向に垂直なひずみと引張方向のひずみの比のことです。
ポアソン比　Υ　＝　横ひずみ　／　縦ひずみ

詳しくはこちらを参照下さい。

材料によって伸び方が異なります。したがって、材料別にポアソン比も異なります。

ヤング率とポアソン比の一覧

ヤング率やポアソン比は材料固有で値を持ちます。
以下に代表的な材料のヤング率とポアソン比の一覧を示します。

材料名	ヤング率（GPa）	ポアソン比
圧延鋼	205	0.3
ステンレス(sus304)	197	0.3
鋳鉄	152	0.27
黄銅(C3604)	98	0.33
アルミニウム	69	0.3

ヤング率の単位

ヤング率の単位には、PaやN/m²が用いられます。

<単位換算>
1Pa=1N/m²　
1MPa=1N/mm²　
1GPa=1000MPa=1000N/mm²

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