伸びの説明:材料工学における定義、計算、および重要性

伸びは、張力がかかったときに材料が伸びる測定可能な傾向です。エンジニアは、標準化された試験手順とダンベル形状の試験サンプルを使用して、特定の材料の特徴的な伸び挙動を評価します。サンプルの伸びはパーセンテージで表されます。長さの増加を元の長さで割って 100 を掛けてこの値を計算します。 

伸びは材料の延性、つまり破損することなく変形する能力の尺度であるため、重要です。これは、実際のアプリケーションにおける 3D プリントされたコンポーネントの実用的な耐久性に関連するため、3D プリント可能な材料における重要な尺度です。この記事では、伸びとその重要性、および伸びの計算方法を定義します。

伸びとは何を意味しますか?

伸びとは、引張力（ひずみ）を受けたときに材料が永久に伸びる量です。これは、材料の延性、つまり応力下でどれだけ容易に変形するかを数値的に測定したものです。非常に特殊な制御条件に従って測定されるため、材料間の伸びの値を定量的に比較できます。

伸びは、サンプル材料の標準化された形状を使用して測定され、その後既知の引っ張り力が作用します。力がサンプルを破壊するのに十分な大きさになるまで、材料サンプルが伸びる長さが測定されます。

変形物理学における伸びとは何ですか?

変形の物理学における伸びは、要素が引張応力を受けたときにどれだけ伸びるかを示す尺度です。これは、元の長さに対する新しい長さの比率として表されます。

天文学における伸長とは何ですか?

天文学における伸長は、地球から見たときの太陽系の天体と太陽の間の角度の尺度です。これは、地球と太陽と比較した、太陽系内の惑星やその他の天体の相対的な位置を表します。

幾何学における伸びとは何ですか?

幾何学における伸長とは、1 つ以上の軸に沿って幾何学的形状が伸びることを指します。たとえば、2 次元平面で正方形を 1 つの軸に沿って伸ばすと、長方形になります。 3 次元空間では、立方体を 1 つの軸に沿って伸ばすと、直方体になります。この概念は幾何学的変換において重要です。

プラズマ物理学における伸びとは何ですか?

プラズマ物理学における伸びとは、核融合プラズマの形状を指します。プラズマ雲は形状を変えることができ、特定の形状の伸びは、雲の最長軸の長さと最短軸の長さの比として定義されます。プラズマ雲が長くなるほど安定性が低下し、閉じ込めるのが難しくなる傾向があるため、伸長は重要な要素です。

生物学における伸長とは何ですか?

生物学における伸長は DNA 翻訳プロセスの一部であり、DNA から転写された RNA からタンパク質が構築されます。より具体的には、伸長は翻訳の第 2 段階であり、プロセスの開始と終了の間に発生します。伸長とは、翻訳中にアミノ酸鎖が伸びることを指します。

材料の伸びを計算するにはどうすればよいですか?

材料の伸びは国際試験基準に従って計算されます。伸びを計算するための最も一般的な標準は ASTM D412 です。使用する材料サンプルの形状を指定します。この形状は、ほぼ長方形ですが、両端が (グリップ用に) 幅が広く、中央に薄いストリップがあり、引っ張ると伸びるため、ダンベルと呼ばれます。

材料サンプルを試験機で掴み、徐々に増加する引っ張り力（ひずみ）をダンベルに加えます。試験機は、ひずみの増加に伴ってサンプルの長さがどのように増加するかを測定します。このデータはグラフにプロットされます。伸びは、材料の長さの増加量を元の長さで割ったものとして計算されます。これはパーセンテージとして引用されます。 

伸びの公式とは何ですか?

伸びの計算式は、サンプルの変形 (長さの増加) をサンプルの元の長さで割って、(パーセンテージに変換するため) 100 を掛けたものです。

伸び率 =100 x ((最終長さ - 元の長さ) / 元の長さ)

または、記号を使用して記述します:

伸び率 =ɛ =(ΔL/L) x 100

伸びの単位とは何ですか?

伸びはパーセントで報告されるため、厳密には単位がありません。これは、材料の伸びが、サンプルの元の長さに対する、材料が破断したときの長さの変化の比率であるためです。比率はパーセンテージに変換されます。

伸びを表す記号は何ですか?

伸びの記号はギリシャ文字の小文字 ε (イプシロン) です。 

伸びの重要性は何ですか?

伸びに関する知識は、材料が応力下でどの程度変形するかを理解するために重要です。延性の尺度として使用できます。材料の変形と延性は、クラッシュバリアなど、ある程度の変形が予想される用途について知ることが重要です。逆に、伸びは、ドアのヒンジなど、ひずみがかかってもほとんど変形しない部品を設計する場合には重要な要素です。

3D プリントにおける伸びとは何ですか?

3D プリントにおける伸びとは、3D プリントされた材料が破損する前に耐えることができる変形量です。これは、3D プリントされたアイテムの耐久性の指標です。 3D プリントの人気の高まりにより、多くの印刷可能な材料や技術 (FDM や樹脂など) の機械的強度が低いことが浮き彫りになっています。

伸びは 3D プリント材料において重要な尺度ですか?

はい。伸びは、材料が破損することなくどの程度変形できるかに関する情報を提供するため、3D プリント材料を選択する際の重要な考慮事項です。構成材料の物理的特性によって、3D プリントされたコンポーネントの有用性が決まります。多くのアイテムは、現実の状況で実用的であるために耐久性がなければなりません。 

材料の伸びの測定に使用される装置はありますか?

はい、ASTM D412 などの国際規格に従って、材料の伸びを測定するために特別に設計された装置があります。これらの試験システムには多数のコンポーネントがあり、それぞれが特定の材料試験を目的としています。 

まず、この装置にはダンベル材料サンプルの両端を保持するグリップが付いています。次に、試験システムは伸び計と呼ばれる測定装置を使用して、増加するひずみが加えられたときのサンプルの長さの変化を測定します。環境チャンバーを備えた機械を使用することも可能です。グリップ、材料サンプル、伸び計を収納することで、環境条件 (温度など) を制御して、非常に特殊な条件下でテストします。

多くの専門サプライヤーがこれらのテスト システムを製造し、ASTM D412 などの規格に従って定期テストを実施する必要がある組織に販売しています。

伸び測定のさまざまな種類とは何ですか?

さまざまなタイプの伸び測定は次のとおりです。

1.延性

延性とは、破損することなく変形する材料の能力です。延性のない材料は脆性と呼ばれ、壊れる前にほとんど変形しません。材料の延性は、さまざまな測定によって推測できます。最も一般的なのは伸び率ですが、面積減少やカッピング テストも重要な場合があります。

2.破断伸び

破断点伸びは、材料サンプルの破断点で測定された伸びです。引張応力が材料サンプルに加わり、サンプルが伸びます。この応力が増加すると、材料の伸びは最初は弾性になり (応力が解放されると元の位置に戻る)、次に塑性になります (永久変形)。塑性伸びが発生した後も応力がかかり続けると、最終的に材料は破壊します。この時点の長さは破断点伸びであり、多くの場合、元の長さと比較した伸びの割合として表されます。

伸び率とは何ですか?

伸び率は、実際に破断する前に、材料が元の長さを超えて伸びる割合です。伸びは、材料サンプルの長さの変化として測定され、元の長さで割られ、100 を乗じてパーセンテージに変換されます。

伸び率の計算方法

伸び率は試験システムからのデータを使用して計算されます。まず、国際規格 ASTM D412 に従って、試験対象の材料を特定のダンベル形状に鋳造または機械加工します。

次に、材料のダンベルを試験機に固定し、引張 (伸張) 力を加えます。伸び計は、ダンベルの薄い部分の長さの増加を測定します。長さと引張強さの関係は、簡単なグラフにプロットできます。ダンベルが壊れるとテストは終了します。

最後に、このデータから伸び率が計算されます。全長の変化を開始長さで割った値に 100 を掛けた値が伸び率になります。