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。
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
会社で利用する主な材料は、リストにしておきます。多くの場合は、同じ材料が使われます。
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