ヤング率の説明:主要な定義、代表的な値、および実際の例

ヤング率は、弾性を理解する最も簡単な方法の 1 つに対する数学的/工学的定義です。弾性とは、 材料に力が加わると形状が変化し、 力が取り除かれると元の形状/ 寸法に戻る材料の能力です。 ヤング率のすべての値は、材料の荷重挙動の弾性範囲から導出されることに注意してください。弾性範囲を持たない材料もあれば、弾性から塑性または脆性挙動に非常に急速に移行する材料もあれば、原子変位の内部プロセスが塑性相を開始する前に明確に定義された弾性範囲を持つ材料もあります。ヤング率値 (ギガパスカル、GPa) の例は、ABS (1.4 ～ 3.1 GPa)、アルミニウム (69 GPa)、ナイロン (2 ～ 4 GPa) です。

具体的には、ヤング率はワイヤ/ストランドの弾性の尺度です。より大きな断面やより複雑な断面の値を比較したり、開発することさえ困難です。しかし、これは単純な材料サンプルを相対的に分析するための優れたツールであり、たとえば、加工方法、合金化剤、熱処理などの影響を詳細に分析できます。この記事ではヤング率とは何なのかを学びます。 また、係数の計算方法も定義し、いくつかの例を示します。

ヤング率とは何ですか?

ヤング率は、断面積を考慮した、単位伸長あたりの力の尺度です。この測定は、あらゆる材料の弾性挙動を定義する体系的な方法であり、異なる材料タイプ/ファミリー間の比較が可能になります。

ヤング率の SI 単位とは何ですか?

SI 形式では、ヤング率はパスカル (Pa)、またはより一般的にはギガパスカル (GPa) を使用して測定されます。これは圧力の標準単位でもあります。

ヤング率の例は何ですか?

ヤング率の典型的な使用例は、クレーン、ケーブル カー、スキーリフトで使用されるケーブルの安全な作業限界を計算する場合です。このようなケーブルを安全に操作するには、このようなケーブルにかかる負荷の影響をよく理解することが重要です。安全な荷重がケーブルの弾性限界容量を決して超えないようにすることは、設計/運用上の重要なパラメーターであり、通常は厳格なリスク評価によって定義され、1.5 ～ 10 の FoS (安全率) が使用されます。

ヤング率の値とは何ですか?

ヤング率の値は広範囲に及びますが、依然として多くの材料の弾性能力を示すよく使用される尺度となります。ヤング率の最低値は天然ゴムなどの材料の場合で 0.01 ～ 0.1 GPa ですが、最も高い値は通常カーボン ナノチューブ材料の場合 (最大 1,000 GPa) です。他の例としては、無名の金属 (イリジウム、570 GPa など) や、ばねの製造に使用される慎重に合金化および熱処理された鋼 (最大 220 GPa) が挙げられます。

ヤング率の値はどのように表されますか?

ヤング率は圧力として表されます。メートル法では、これはパスカルまたはギガパスカル (Pa または GPa) で表されます。アメリカ/帝国単位では、圧力はポンド/平方インチ (PSI) で表されます。

ヤング率が最も高い材料は何ですか?

ダイヤモンドのヤング率は約 1,210 GPa で最も高いと考えられています。いくつかの隕石で確認されている物質は、ダイヤモンドのような炭素の同素体ですが、構造は立方体ではなく、六角形の炭素マトリックスから形成されています。ロンズデライトと呼ばれるこの素材は、ヤング率をテストできるほど大きなサンプルはまだ存在していませんが、ダイヤモンドよりも硬くて強いことが知られています。

大きなヤング率値は何を示していますか?

ヤング率の値が高いことは、材料の剛性が高く、荷重下での (弾性) 変形に対する耐性を示します。ヤング率の値が高いということは、素材が伸びにくいことを示します。

小さなヤング率の値は何を示していますか?

ヤング率の値が低いということは、材料が比較的低い荷重下で大きな (弾性) 変形を受けることを示します。このような素材は伸びやすいです。天然ゴムは非常に簡単に伸びますが、これはヤング率の値が低いことからもわかります。一部のシリコーン ゴムは、ヤング率の値がほとんど測定できないほど低く、自重で伸びます。

ヤング率記号とは何ですか?

ヤング率は大文字の E (イプシロン)、またはあまり一般的ではありませんが Y (ヤング) で表されます。

ヤング率はどのように決まるのですか?

ヤング率は、均一な断面積のワイヤ/糸/ストランドを強い点から吊り下げ、下端にそれをまっすぐにするのに十分な重量を負荷することによって決定されます。次に、重りを加え、伸びの測定を行います。材料の弾性限界を超えていないことを検証することが重要です。超えていない場合、数値にはある程度の塑性変形が含まれ、有益なテストとしては無効になります。

荷重、伸び、断面積の値から、2 つの値を計算できます。

• 応力 σ は、単位面積あたりの力として定義されます。これは、テスト対象のストランドに張力を与える 2 つの荷重値を適用し、Δ 荷重 (荷重の増加) をストランドの断面積で割ることによって計算されます。