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材料の伸びとは?1分でわかる意味、定義、計算、必要性、絞りとの関係

伸びとは、材料に引張力を加えたときの、材料の変形量をいいます。また、材料の伸びと、材料の元の長さの比率をひずみといいます。今回は、材料の伸びの意味、定義、計算、必要性、絞りとの関係について説明します。ひずみについては、下記の記事が参考になります。

ひずみとは?1分でわかる意味、公式、単位、計算法、測定法、応力


また、材料の伸びは、鋼材の応力ひずみ曲線で上手に説明できます。下記の記事も参考になります。

応力ひずみ線図とは?1分でわかる意味、ヤング率と傾き、考察、書き方

材料の伸びとは?

伸びとは、材料に引張力を加えたときの変形量です。下図をみてください。鋼材を引っ張ると、元の長さに比べて少し伸びます。

伸びと鋼材

元の長さをL、伸びた変形量をΔLとするとき、ΔLを「伸び」といいます。また、ΔLとLの比率は、ひずみです。ひずみは、下記の記事が参考になります。

ひずみとは?1分でわかる意味、公式、単位、計算法、測定法、応力

伸びの定義と計算

伸びの定義は、引張力を加えたときの変形量です。伸びは、引張試験で実験的に求めることができます。また、計算で確認可能です。鋼材は、降伏するまでは力と変形が比例関係にあります。


これをフックの法則といい、下式で表します。


Pは引張力、kは剛性、δ伸びです。剛性kの求め方は下記の記事が参考になります。

剛性とは?本当に分かる剛性の計算、単位、強度との違い、バネ定数

よって、伸びは

で計算できますね。また、応力とひずみの関係、ひずみなどの式を組み合わせると、伸びは下式で計算できます。


Pは引張力、Lは元の部材長さ、Eはヤング係数、Aは断面積です。上式の導出は、下記の記事で説明しています。

剛性とは?本当に分かる剛性の計算、単位、強度との違い、バネ定数

伸びの必要性

鋼材はよく伸びる材料です。荷重を加えて破断するまで、よく伸びます。「よく伸びる」ときくと、欠点のように思いますが、実は利点です。


よく伸びる材料は、地震力などを効果的に吸収できるからです。伸びのある材料を、「延性」とか「靱性」のある材料といいます。下記の記事で詳細に説明しました。

靭性とは?靭性のある材料とは?建物の耐震性との関係


逆に、伸びが少なくてすぐに破断する材料を、脆性材料といいます。下記の記事が参考になります。

脆性破壊ってなに?1分でわかる意味と、脆性破壊の種類


建築物は、震度6強などを想定して設計されます。この大地震時に、地震力を効果的に吸収できる延性材料(靱性材料)を使います。

伸びと絞りの関係

伸びと似た用語に、絞りがあります。建築では、鋼材の板厚方向の延性を示す用語です。例えば、SN400CやSN490Cなど「C」のつく材料は、絞り値が規定されます。絞り値については下記の記事が参考になります。

板厚方向とは?1分でわかる意味、絞り値、ラメラテア、引張力との関係

まとめ

今回は、伸びについて説明しました。意味が理解頂けたと思います。伸びの定義、計算法を理解してくださいね。また、伸びのある材料は、延性のある材料です。それが利点だと覚えてください。建築で使う構造材料は、ほとんどが延性材料です。

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