剛性と強度：違いと注意すべき重要な要素

材料の強度と剛性は、製品の評価で理解する必要のある2つの重要な特性です。それらは、さまざまな目的のための材料の用途を決定する上で主要な役割を果たします。一部のアプリケーションでは、強度が高く、曲がりに強い製品が必要です。このような製品は、必要な領域に負荷を分散できる必要もあります。

多くの場合、人々はこれらのプロパティを同じものと混同します。多くの人々はまた、両方の概念を材料の硬度と混同しています。ただし、それらの間にはいくつかの違いがあります。したがって、さまざまな目的で材料を選択する際には、これらの違いを理解することが重要です。

この記事では、強度と剛性の違いとそれらの技術的特性について説明します。また、硬くて丈夫な素材を使用して完璧なデザインを作成するためのヒントも提供します。さっそく飛び込みましょう！

剛性と強度

剛性と強度は密接に関連しています。そのため、エンジニアリングに関しては、それらは簡単に混乱する用語です。一般的なスピーチでのそれらの使用は、ほとんどの人がそれらの区別を理解することを困難にします。これはまた、それに応じてそれらを分類することを非常に困難にします。どちらも抵抗感を意味しますが、剛性は強度によってさまざまな点で異なります。

強さとは何ですか？

強度は、材料が破損することなく耐えることができる応力の量の尺度です。これは、材料が破損したり永久に変形したりする前に、最大荷重を支える能力です。

材料が変形すると、加えられた力に応じて形状が変化します。したがって、強度とは、破壊することなく力に対応する材料の能力を指します。

これは、永久変形のポイントに到達する前に、材料にかかる荷重に耐える材料の容量の合計測定値です。エンジニアは、降伏応力「σy」として知られる値を強度として関連付けることがよくあります。これは、強度と剛性の違いを確立するのに役立ちます。材料の強度は、その化学組成と熱処理の結果です。

強さの種類

材料を評価するときにチェックする強度のさまざまなタイプと測定値があります。以下が含まれます：

引張強度

これは、材料が恒久的に損傷する前に、材料を伸ばしたり引っ張ったりすることができる最大量です。引張強度は、基本的に、材料がどれだけ抵抗できるかの尺度です。これは、アプリケーションでパーツがどのように機能するかを知るための便利なポイントです。

引張強度には、次の3つの主要なタイプがあります。

• 降伏強度。 これは、材料が塑性変形し始めるポイントです。
• 極限引張強さ。 これは、材料が破損することなく耐えることができる最大または最大の応力です。
• 破壊可能な強さ。 これは、破損点での強度-ひずみ曲線の強度座標を表します。

衝撃強度

衝撃強度は、変形前に材料が受けることができる衝撃または加えられた力の量の尺度です。衝撃を引き起こす荷重と材料の限界は、エネルギーで表されます。したがって、衝撃強度は、材料が変形する前に取ることができるエネルギーのレベルを測定します。

圧縮強度

名前が示すように、圧縮強度は、材料が耐えることができる最大レベルの圧縮または圧力です。これは、万能試験機を使用して測定されます。この機械は、材料に大きな負荷をかけます。

降伏強度と極限強度

名前が示すように、降伏強度は、材料が降伏して永久に変形し始める前に材料が受けることができる最大荷重です。この時点で、降伏点に到達するために最大の力が加えられると、材料が変形します。

一方、極限引張強さは、材料が伸ばされている間に耐えることができる最大の応力を指します。極限引張強さは、加えられた力に対する材料の最大の抵抗です。多くの場合、材料が恒久的に伸びたり伸びたりします。

ただし、降伏強度と極限引張強度はどちらも、変形に耐える材料の能力の指標です。

材料の剛性とは何ですか？

材料の剛性は、外力が作用した後、元の形状に戻る材料の能力の尺度です。これは、外力に抵抗し、元の形状に戻る材料の能力を指します。

これらの力には、曲げ、伸び、およびその他の形態のひずみが含まれます。材料の剛性とも呼ばれます。これが変形に抵抗する能力です。剛性は、弾性または柔軟性のある材料と密接に関連しています。材料の柔軟性が高いほど、剛性は低くなります。

一般に、剛性は、材料への負荷によって引き起こされるたわみの量の合計測定値です。エンジニアは、剛性を表すヤング率「E」と呼ばれる値を関連付けることがよくあります。

材料の特性を知ることは、部品の設計にとって重要です。高品質の部品を作成するための材料の選択について提案が必要な場合は、RapidDirectが最適なパートナーです。

剛性と強度の関係

剛性と強度の関係では、物事を混乱させるのは簡単です。材料が硬い場合、力に耐え、破損することなく荷重を支えるのに十分な強度があると論理的に思われることがよくあります。ただし、「強い」とは必ずしも「硬い」という意味ではないため、これは当てはまりません。

材料の強度とその剛性特性は直接関係していません。これは、さまざまな剛性と強度の特性を持つこれらの材料が外力にさらされたときに明らかです。硬い材料の特性により、力を加えるためにいくつかの形態をとった後、元の形状に戻ることができる場合があります。

一方、強い素材は形を変えません。力に抵抗するか、力が引張強度よりも大きい場合は永久に変形します。物理的な変形に対する抵抗は強度と剛性の両方を定義する重要な部分であるため、これは単なる論理と混同される可能性があります。ただし、強度が低いと破損しやすくなります。剛性が低いと、高荷重を偏向させる可能性があります。

強度と剛性の違いは何ですか 資料の？

強度と剛性は、材料の2つの物理的特性です。それらの大きな違いの1つは、剛性は、オブジェクトが破損することなく応力に耐える能力であるということです。一方、強度とは、応力が加えられたときに変形に抵抗するオブジェクトの能力です。

強度は、材料が破損する前（引張強度）または永久に変形する前（降伏強度）に材料に加えられる応力または力を測定します。ただし、材料の剛性は、力を取り除くと元の形状に戻るときに、加えられた力に抵抗するために材料がどのように曲がるかを定義します。

加えられた力がその引張強度を超えると、剛性の低い強力な材料が破損します。丈夫な素材は形を変えません。加えられた力がその強さを超えると、それは単に壊れて、元の形状を完全に失います。

ただし、強度の低い硬い材料はたわみます。たわみは、それに加えられる力に対応するのに役立ちます。したがって、力を取り除くと元の形状に戻ることができます。

強度と剛性を設計する際のベストプラクティス

剛性と強度は、製造において考慮すべき重要なトピックです。設計プロセスの前と全体を通してチェックしておくべき4つのベストプラクティスを次に示します。

1。 各材料に予想される応力を計算します

挫折が発生する可能性のある場所を確認するには、各材料にかかると予想される力を決定する必要があります。材料の剛性をテストする方法を知ることは重要です。これを行うには、目的の設計がさまざまな力にどのように反応するかを測定します。これを調べるために、インストルメンテーション手法を使用してモデルの動作を予測し、結果のデータを分析することができます。さらに、材料がさらされる環境に関連する代替システムのクリープと疲労の変数に注意する必要があります。

2。 選択する前にさまざまな材料でテストを実行する

外力による強度または剛性をテストするには、既知の機械的特性を持つ材料を使用する必要があります。セラミックのような材料はもろいです。それらは破壊前に変形を示しません。力を加えると、それらは急速に壊れ、永久に変形します。一方、金属は延性と脆性を備えています。延性がある場合、それらは破壊前に塑性変形を示します。脆い代替物は、降伏点を超えて力を加えると永久に変形します

3。設計を開始するときに重要な要素を特定する

設計にとって最も重要な要素とコンポーネントを特定することが重要です。これらの要因には、均一な衝撃荷重、および一定の集中荷重が含まれる場合があります。これは、CADソフトウェアを使用して設計を開発する場合、設計の初期段階で特に重要です。これは、ブロックダイアグラムモデリングとボンドグラフを使用して、これらのコンポーネントのグラフィック表現を作成するのに役立ちます。したがって、必要な剛性と強度のヒントが得られます。

4。 プロトタイピングの前にデザインの機能を確認する

エンジニアに相談して、設計を確認できます。設計のテクニカル分析を提供し、必要に応じてレビューを提供するのに役立ちます。 FEA解析を利用して、設計の形状を最適化します。次に、プロトタイプを作成する前に、数値結果が同期していることを確認します。

結論

基本的な意思決定における材料の強度と剛性の個々の役割を理解することが重要です。それらは、ハイエンド製品の生産において非常に重要な要素です。これは、生産が加えられた力または負荷に対する材料の応答に依存するためです。

強度と剛性の違いを理解するための最も信頼できる方法は、信頼できる会社と協力することです。 RapidDirectでは、さまざまな製品設計と材料間の相互作用を理解しています。また、これらの材料が地面や機器の負荷とどのように相互作用するかについても理解しています。

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