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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

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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

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記事を書いた人

ハナダユキヒロ／建築学生が学ぶ「構造力学」

難解な構造力学、建築構造の用語を分かりやすく解説する専門家。高等専門学校在学中から建築学生が学ぶ「構造力学」を運営。その後、国立大学大学院⇒組織設計事務所⇒弊サイト運営に従事している。

著書：「わかる構造力学/工学社」、「わかる構造力学 改訂版/工学社」

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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。※フックの法則は下記が参考になります。

フックの法則とは？1分でわかる意味、公式、単位、応力、ヤング率の関係


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？簡単な意味、剛性の計算、単位、強度との違い

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。詳細は下記が参考になります。

延性とは？1分でわかる意味、読み方、材料、脆性との関係、靭性との違い

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。下記も併せて学習しましょう。

剛性とは？簡単な意味、剛性の計算、単位、強度との違い

延性とは？1分でわかる意味、読み方、材料、脆性との関係、靭性との違い

靭性とは？靭性のある材料とは？建物の耐震性との関係

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