降伏強さの説明:定義、重要性、グラフ、計算方法

材料が経験するさまざまな応力を理解することは、それが製品であり、現実世界で圧力や緊張に直面したときにどのように反応するかを知るための鍵となります。どのように耐えられるかがわかっていれば、選択した素材について科学に裏付けられた安心感が得られ、壊れたり変形する前にどれだけ伸びたり、曲がったり、圧縮できるのかがわかります。この応力の範疇に含まれる便利な概念の 1 つは、降伏強度の測定です。これについては、今後さらに詳しく説明します。

降伏強度とは何ですか?

降伏強度は、材料が弾性変形から塑性変形に至る時期をエンジニアに伝えます。前者は反発すべき点であり、後者は元の形状または形状に戻れなくなる点です。これは特定の式で計算できます。これについては後ほど説明します。ただし、まず、グラフ上でどのようにプロットされるか、また応力-ひずみグラフ上に他にどのような点が存在するかを理解することが重要です。

降伏強度は 3D プリントにどのような関係がありますか?

3D プリント部品の強度は主に材料、プリント方向、プリント品質に依存するため、降伏強度は 3D プリントに関連します。 3D プリントされたパーツは、積み重ねられたプリント層を横切る方向よりも、各プリント層の面内での強度が高くなります。層間の分子結合は層内よりも弱いため、過度な力が加わると層間剥離が発生する可能性があります。より優れた層内強度を利用できるように部品を配向すると、部品の全体的な降伏強度を向上させることができます。

詳細については、3D プリントについて知っておくべきことすべてをまとめた完全ガイドをご覧ください。

降伏強度は 3D プリント材料の性能に影響しますか?

はい、3D プリント材料の降伏強度はその性能に大きな影響を与えます。降伏強度が不十分な 3D プリント部品は、アプリケーションでの通常の使用荷重下で塑性変形する可能性があります。塑性変形により、パーツの耐荷重能力が低下するだけでなく、破損が発生する可能性も高まります。

降伏強さの応力-ひずみ曲線グラフを理解するにはどうすればよいですか?

降伏強度を視覚的に表現するには、応力-ひずみ曲線上に点を配置できますが、計算してこのグラフに表示できるのは降伏強度だけではありません。以下にその外観の例を示します。また、その他の特徴についても詳しく説明します。

詳細については、応力-ひずみ曲線に関する記事を参照してください。

降伏強度の応力-ひずみグラフを説明するさまざまな方法は何ですか?

降伏点は応力-ひずみ曲線上の 1 点にすぎません。その点の周囲には、応力-ひずみ曲線から記述および測定できる他の特徴があります。これらの対象点と領域については、以下のリストで説明します。

1.降伏点

これは、塑性変形がいつ始まるかを示すポイントであり、メーカーやエンジニアは、材料が引張強度にどのように耐えられるかについてのアイデアを得ることができます。自分でプロットする場合、式を計算した後、応力-ひずみ曲線の線形部分が終了する場所と非線形部分が始まる場所にそれが存在することがわかります。興味深いことに、一部のマテリアルには2 つの要素があることにも気づくでしょう。 軟鋼のような降伏点。

2.弾性限界

この点を見ると、材料が永久変形する直前に耐えられる最大ひずみ量がわかります。応力がなくなると元の形状に戻りますが、限界を超えると変形が発生します。これは、降伏点が現れる前の、変形への道の最後の停留所です。 

3.比例制限

この点は応力-ひずみ曲線の直線部分の端にあり、応力とひずみが互いに直接比例しなくなる点を共有していることがわかります。この数値を見つけるには、弾性率とも呼ばれるヤング率を使用します。 

4.真の弾性限界

この点はあまり使用されませんが、材料の結晶構造が応力下で変化し始める時期、特に変化が起こり始める最小の応力量を示します。それがめったに示されず、あまり考慮されない理由は、それが検出するのが難しいポイントだからです。

5.降伏点の上限と下限

降伏上限は、材料の結晶格子の構造内に転位が見られ始める時期を示しますが、ひずみや使用する試験装置へのわずかな影響さえも大きく影響するため、設計やエンジニアリングの選択に関して完全に信頼できるわけではありません。ただし、より低い降伏点は、テストでの繰り返しがはるかに容易であり、ひずみ硬化が始まる直前にテスト セクションにルーダース バンドが現れる期間です。

6.オフセット降伏応力 (耐力)

これは耐力とも呼ばれ、材料の降伏強さを説明する最も一般的な方法です。応力-ひずみ曲線の直線部分に平行な線を引くと、それを見つけることができます。この点と応力-ひずみ曲線が交差する場所が降伏強度です。 

降伏強度試験におけるネッキングと破壊は何を意味しますか?

これらは曲線上の点ではなく、むしろ降伏強度の試験中に材料に起こる可能性のある事柄です。ネッキングは、ピーク工学応力レベルで破壊が発生する前に発生する変形の一形態であり、通常、材料の特定の部分に限定されます。すると骨折や断裂が起こります。ネッキングが発生すると、サンプルの面積が減少するため、応力は減少します。

降伏強度の重要性は何ですか?

降伏強度は、永久変形が発生する前に材料が許容できる最大応力を特徴付けるため、重要です。材料の降伏応力は、設計された部品または構造が耐えられる最大許容荷重を決定するためにエンジニアによってよく使用されます。材料の降伏強度を知ることで、エンジニアはより安全で耐久性のある部品を設計できます。

降伏強度の計算式は何ですか?

降伏強度を計算するには、一般に応力を決定するために常に使用される公式を利用できます。以下に、数式がどのように書かれているかを確認できます。

この式の記号 F は加えられる力を表し、A0 は試験する材料試験片の断面積です。

この値は通常、応力の SI 単位であるパスカル (Pa)、または平方インチ当たりのポンド (psi) で表されます。降伏強度は通常、σY と書きます。これは、ギリシャ文字のシグマを使用して工学応力を表し、Y は降伏を表します。 SY と書かれていることもあります。

降伏強さの単位とは何ですか?

降伏強度は通常、応力の SI 単位であるパスカル (Pa)、または平方インチ当たりのポンド (psi) で表されます。 

降伏強さの記号とは何ですか?

降伏強さの記号はσYです。ギリシャ文字の σ は工学応力を表す記号で、下付き文字の「Y」は「降伏」を意味します。場合によっては、「SY」は降伏強度を表すために使用されることもあります。

応力-ひずみグラフから降伏強度を読み取るにはどうすればよいですか?

降伏強度グラフ (応力-ひずみ曲線) を読み取るには、まず Y 軸上の応力の値を選択します。次に、Y 軸上の選択した点と応力-ひずみグラフの線の間に水平線を描きます。第三に、描いた線と降伏強度グラフの交点に印を付けます。次に、マークした点から X 軸に向かって垂直線を描きます。垂直線が X 軸と交差する点が、Y 軸上で選択した応力に対応するひずみになります。

降伏強さの例とは何ですか

多くの場合、材料を比較すると、降伏強度がどのように表され、一般的な値がどのようなものであるかについて最良のアイデアが得られます。ここではいくつかの例を示します。

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スチール: 鋼の鍛造、成形、作成方法によって異なりますが、熱間圧延された A36 鋼は 220 MPa 程度の低い値にとどまりますが、油焼き入れまたは焼き戻しされた鋼は、最大 1,570 MPa というより高い値になる可能性があります。

ステンレス鋼: ステンレス鋼の範囲は、オーステナイト系ステンレス鋼では約 250 MPa から始まりますが、析出硬化ステンレス鋼では最大 1,000 MPa の降伏強さを持つことができます。

アルミニウム合金: これらはスチールよりは低いですが、プラスチックよりは高い傾向があります。 1100 グレードのアルミニウムの平均降伏強度は約 24 MPa ですが、7075 アルミニウムの平均降伏強度は約 483 MPa です。 

プラスチック: 使用するプラスチックに応じて、可塑化 PVC などの降伏強さは 4 MPa、炭素繊維充填ポリアミドの降伏強さは 300 MPa が期待できます。

降伏強度の測定にはどのような装置が使用されますか?

引張試験機としても知られる万能試験機は、降伏強度の測定に使用されます。これらの機械は引張試験を実行します。その間、連続的に増加する引張荷重が通常は一定のひずみ速度で試験片に適用されます。荷重が加えられると、試験片が受ける応力とひずみがデジタル的に取得され、グラフ化されます。  応力は Y 軸に表示され、ひずみは X 軸に表示されます。降伏強度は、応力-ひずみグラフの直線部分から 0.2% の正のひずみで平行なオフセット線を作成することによって決定されます。オフセット ラインと応力-ひずみグラフの交点の応力が材料の降伏強さです。

詳細については、引張試験機に関する記事を参照してください。

カット・デ・ナウム

Kat de Nagam は、英国出身のライター、著者、編集者、コンテンツ スペシャリストであり、20 年以上の執筆経験があります。 Kat はさまざまな製造組織や技術組織で執筆した経験があり、エンジニアリングの世界が大好きです。執筆活動の傍ら、キャットはほぼ 10 年間パラリーガルとして活動し、そのうち 7 年間は船舶金融業務に携わっていました。彼女は印刷物とオンラインの両方で多くの出版物に寄稿しています。キャットはキングストン大学で英文学と哲学の学士号を取得し、クリエイティブライティングの修士号を取得しています。

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