せん断弾性率（剛性率）
せん断弾性率の紹介
せん断弾性率は剛性率とも呼ばれ、せん断応力下での材料の変形に対する抵抗力を表す基本的な特性です。せん断応力とその結果生じる材料のせん断ひずみの関係を定量化します。
金属はその優れた機械的特性により、様々な産業で広く使用されています。金属のせん断弾性率は、建設、自動車、航空宇宙産業など、せん断力を受ける用途において、その性能を決定する上で重要な役割を果たします。
せん断弾性率に影響する要因
金属のせん断弾性率には、温度、合金組成、微細構造特性など、いくつかの要因が影響します。これらの要因を理解することは、特定の用途に材料を調整するのに役立ちます。
温度
温度が上昇すると、一般的にせん断弾性率は低下し、金属はより延性的になりますが、剛性は低下します。
合金組成
合金元素の違いにより、せん断弾性率を高めたり低くしたりすることができ、材料特性のカスタマイズが可能になります。
せん断弾性率の用途
1.構造工学：せん断弾性率は、風力や地震力によるせん断応力に対する材料の耐性を評価することで、建物、橋梁、耐震構造物の設計に役立ちます。
2.機械部品：バネ、ショックアブソーバー、ギア、ベアリングの設計に不可欠であり、永久変形することなくせん断力を吸収または耐えなければならない。
3.材料試験：金属、ポリマー、複合材料などの材料がせん断によってどのように変形するかを評価し、製造における品質と性能を保証するために使用される。
4.地盤工学：地下材料のせん断弾性係数を分析することにより、建設や基礎における地盤の安定性を評価するために重要。
5.航空宇宙・自動車工学：自動車のシャーシや 航空機の翼がせん断応力に耐えられるよう設計し、剛性、安全性、性能を確保するのに役立つ。
6.製造：金属成形や プラスチック成形など、せん断力を受けて材料を成形し、製品の品質を最適化する工程で重要。
一般的な材料のせん断弾性率
一般的な材料のせん断弾性率（G）の値の表です。せん断弾性率は、材料のせん断変形に対する抵抗力の尺度であり、材料の剛性と関連しています。
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材料 |
せん断弾性率 (G) [GPa］ |
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鋼 |
80 - 85 |
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26 |
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銅 |
47 |
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42 |
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コンクリート |
10 - 20 |
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木材（木目に平行 |
0.5 - 2 |
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ゴム（天然 |
0.001 - 0.01 |
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ガラス |
30 - 40 |
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鉄 |
80 |
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青銅 |
30 - 40 |
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鉛 |
0.015 |
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プラスチック（ポリエチレン |
0.5 - 1 |
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30 - 50 |
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ガラス繊維 |
25 - 40 |
詳しくはスタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）をご覧ください。
よくある質問
せん断弾性率とは何ですか？
せん断弾性率は、せん断応力下での材料の変形抵抗能力を測定し、材料の剛性を示します。
なぜ金属ではせん断弾性率が重要なのですか？
せん断弾性率は、様々な用途で構造的完全性を確保するために重要な、せん断力に対する金属の挙動を決定します。
温度は金属のせん断弾性率にどのような影響を与えますか？
一般的に、温度が上昇するとせん断弾性率は低下し、金属の剛性は低下します。
合金元素は金属のせん断弾性率を変えることができますか？
はい、異なる合金元素は金属のせん断弾性率を高めたり、下げたりすることができ、材料特性を調整することができます。
せん断弾性率はどのように測定するのですか？
せん断弾性率は、材料に既知のせん断応力を加え、その結果生じるせん断ひずみを測定し、応力とひずみの比を計算することによって測定されます。
