引張応力の説明:定義、公式、単位、および実際の例

引張応力は、材料の強度と現実世界の負荷に耐える能力を理解する上で不可欠な概念です。材料の断面積に対する伸張力の比率です。この記事では、引張応力の定義、公式、計算時の測定単位について説明します。

引張応力とは何ですか?

引張応力は、材料に作用する伸張力とその材料の断面積の比です。物体に張力を加える単位面積当たりの力です。引張応力は、標準化された材料試験で測定され、引張強度、つまり材料が破損する前に耐えることができる最大応力を示します。これは材料の選択における重要なパラメータであり、材料に伸びる力が作用するとき、言い換えれば、物体が「張力」を受けているときに発生します。

引張応力はいつ発生しますか?

引張応力は、伸びる力が材料に作用するとき、つまり物体が張力を受けているときに発生します。

材料に引張応力が作用する場合、何を計算できますか?

引張応力が材料に作用すると、結果として次のような重要な特性が多数計算されます。

1.弾性係数

弾性率は、単位体積あたりの材料に弾性的に蓄えられるエネルギーの量です。弾性は、弾性限界の前 (材料が塑性変形し始める前) の、引張応力-ひずみ曲線の曲線下の面積として計算されます。エネルギーは力 (応力) と距離 (ひずみ) の積として計算できるため、弾性は応力下にある材料に蓄えられたエネルギーを示します。弾性率は具体的には単位体積当たりの値です。

2.弾性率

弾性率は弾性率またはヤング率とも呼ばれ、材料に引張応力を加えることで計算できます。弾性率は、引張応力と縦方向のひずみ (伸び) の比です。弾性部における引張応力曲線の傾きとして計算されます。弾性率は、特定の引張応力を受けたときに材料が受けるひずみの大きさを推測します。

3.破壊応力

破壊応力は、材料が破壊（破壊）される引張応力です。引張応力試験では、破壊応力は、試験終了時に破断が発生したときに記録される応力です。延性材料の場合、材料サンプルにネッキングが発生するため、破断時の応力は極限引張応力よりも低くなります。

4.極限引張応力

極限引張応力は、材料が破壊する前に耐えることができる最大引張応力です。試験中 (フックの法則に従って)、応力は弾性変形領域における材料のひずみ (伸び) に比例します。ひずみが増加すると、材料は塑性変形 (不可逆的) を始めます。最大引張応力は塑性変形のある点で材料に発生します。これが極限引張応力です。この点を超えてひずみが増加すると、引張応力は破断するまで低下します。

引張応力の計算式

引張応力の公式は単に面積にかかる力であり、次のように記述されます。

σ =F/A

引張応力は、張力を受けている材料の断面積に加えられる伸長力の比です。

引張応力の単位とは何ですか?

引張応力の単位はパスカル (Pa) です。これは圧力と同様、面積にかかる力です。したがって、引張応力は圧力と単位を共有します。したがって、単位は N/m2 または psi として表すこともできます。一般的な材料の引張強さの大きさにより、最も一般的に使用される単位は MPa (1 x 106 Pa) です。

引張応力記号とは何ですか?

引張応力の記号はギリシャ文字の小文字シグマ σ です。

引張応力の計算方法

引張応力を計算するには、まず次の式から始めます。

σ =F/A

引張応力は、加えられた引張力を断面積で割ったものとして計算されます。 2 番目のステップは、材料に作用する力をニュートンまたはポンド力で確立することです。 3 番目のステップは、力が作用する断面積を計算することです。これは特に、引張応力の方向に対して垂直な領域です。物体に作用する引張応力による物体の変形の可能性を考慮することが重要です。張力により材料が伸び、その結果材料が薄くなり、断面積が減少します。したがって、理想的にはストレス下で測定する必要があります。最後に、力を断面積で割ることにより、引張応力が計算されます。

引張応力曲線を理解するにはどうすればよいですか?

引張応力曲線を理解するには、まず曲線がどのように作成されるかを学ぶことが重要です。ダンベル (またはドッグボーン) 形状の試験対象の材料を、両端を掴む機械に置きます。その後、グリップがゆっくりと離れ、材料のひずみ (変位) が増加し、応力が生じます。材料が破壊するまでひずみを増加させ、全体の応力を測定します。応力とひずみの関係がプロットされ、絶えず増加するひずみが X 軸に、結果として生じる応力が Y 軸に表示されます。

次に、引張応力曲線には特定すべき重要なポイントがあります。以下の図 1 を参照してください。