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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


応力とひずみ

 

ここまでに応力について解説してきました。この応力と歪は比例の関係にあります。例えば、棒を引っ張っていくと歪が大きくなりますが、それに応じて応力も大きくなります。

 

 

 

但し、応力と歪が比例するのは、歪が小さな時のみです。歪が大きくなると、後程解説しますが、比例関係を保てなくなります。
(※材料によっては比例にならないものもある)

 

応力と歪の線図は、「引張試験機」 で測定して作成することができます。材料をJISで決められたサイズにカットし、試験機にセットした後に上下方向に引っ張って測定します。

 

引張試験機で試験片に荷重を加えていくと、下図のように応力と歪が比例します。また、比例区間を超えて下図の位置まで歪が増えた区間を 「弾性域」 といいます。

 

 

そして、弾性域におけるグラフの傾きを「ヤング率(弾性率)」といい、E で表します。ヤング率は変形のしにくさを表す物性値であり、材料によって異なります。また、このように応力と歪の比が等しくなる法則を「フックの法則」といいます。フックの法則は以下の式で表されます。

 

フックの法則 σ = E × ε

 σ:応力 [N/mm2]
 E:弾性率 [N/mm2]
 ε:ひずみ

 

中学生の時に学んだ、2点を通る直線の方程式である y = ax  と同じ考え方ですね。

 

降伏点

 

応力と歪の関係は、ある一定の応力に達すると、比例しなくなります。そして、弾性域を超える限界点を、「降伏点」 と呼びます。

 

 

弾性域では、材料に加えた力を解除すると形状は元に戻ることができます。しかし、降伏点を超えると元に戻ることができません。降伏点を超えた領域を、「塑性域」 といいます。塑性域を超えて、歪を増やしていくと材料は破断します。

 

 

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