メカニック・ストレインの種類
ひずみの説明
ひずみとは無次元的な変形の尺度であり、基準長さに対する材料体内の粒子間の相対的な変位を表す。外力を受けたときに、材料がどれだけ伸びたり縮んだりするかを数値化します。
ひずみの種類
引張ひずみ
引張ひずみは、材料が引き伸ばされたり伸びたりしたときに発生します。力が加えられた方向に沿って長さが増加するのが特徴です。
圧縮ひずみ
圧縮ひずみは、材料が圧縮されたり短縮されたりするときに起こります。圧縮力の影響下で長さが減少します。
せん断ひずみ
せん断ひずみとは、材料の表面に平行に力が加わり、層が相対的に滑ることによって生じる変形です。
体積ひずみ
体積ひずみとは、一様な圧力を受けたときの材料の体積の変化のことで、すべての寸法に影響します。
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ひずみの種類 |
内容 |
一般的な用途 |
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引張ひずみ |
材料の伸縮 |
ケーブル製造、橋梁 |
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圧縮ひずみ |
材料の圧縮または短縮 |
柱、建物の支柱 |
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せん断ひずみ |
力の方向に平行なすべり変形 |
せん断継手、機械歯車 |
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体積ひずみ |
一様な圧力下での体積変化 |
水力学、材料試験 |
ひずみの単位
ひずみは無次元量であり、単位はありません。ミリひずみ（mε）のように比率やパーセンテージで表されることが多く、1mε＝10-³ひずみとなります。
応力とひずみ
応力とひずみはどちらも材料に加わる力に関係しますが、異なる側面を表しています：
応力とは、外部から加えられる力によって生じる材料内の単位面積当たりの内部力のことです。応力は、外部から加えられる力によって生じる材料内の単位面積あたりの内部力であり、パスカル（Pa）などの単位で測定されます。
ひずみは、加えられた応力によって生じる変形や変位を測定します。無次元であり、応力に対して材料がどれだけ変形するかを示します。
ひずみに影響を与える要因
材料のひずみには、以下のようないくつかの要因が影響します：
- 材料の特性：材料の特性：材料によって弾性率や延性が異なるため、力を受けたときのひずみの大きさに影響します。
- 温度：温度が高くなると、材料はより柔軟になり、ひずみに対する反応が変化します。
- 負荷の速度：急激な荷重は、緩やかな荷重と比較して異なるひずみ挙動を引き起こす可能性があります。
ひずみ力学の応用
- 構造工学：ひずみ力学は、建物、橋、その他の構造物が破壊することなく変形に対応できるように設計する際に役立ちます。
- 材料試験: ひずみ計測は、新しい 合金や複合材料の開発時に材料の強度と延性を試験する上で非常に重要です 。
- 製造： 鍛造、押出、圧延などの工程では 、材料を効果的に成形するために制御されたひずみに依存しています。
- 故障解析：ひずみを理解することは、特に材料が過度の塑性変形や破壊を起こした場合に、材料の故障原因を特定するのに役立ちます。
よくある質問
応力とひずみの主な違いは何ですか？
応力は材料内の単位面積当たりの内部力を測定し、ひずみはその応力による変形や変位を定量化します。
なぜひずみは無次元と見なされるのですか？
ひずみは元の長さに対する変形の比率であり、単位を相殺し無次元化します。
材料の引張ひずみはどのように測定するのですか？
引張ひずみは、材料が伸びる際の電気抵抗の変化を検出するひずみゲージを使用して測定するのが一般的です。
ひずみはプラスにもマイナスにもなりますか？
はい、引張ひずみは正の値で伸びを示し、圧縮ひずみは負の値で圧縮を示します。
材料のひずみ量にはどのような要因が影響しますか？
材料の特性、温度、力を加える速度が、材料のひずみ量に影響を与える主な要因です。
