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応力と歪みの関係は?1分でわかる意味、関係式、ヤング率、換算、鋼材との関係

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応力と歪み(ひずみ、ゆがみ)は比例関係にあります(弾性状態のみ)。例えば、歪みが2倍になると応力も2倍になります。これをフックの法則といいます。今回は、応力と歪みの意味、関係式と換算方法、ヤング率、鋼材との関係について説明します。


応力と歪みの関係を表した図を、応力歪み線図といいます。詳細は下記が参考になります。

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


応力、歪み、フックの法則の意味は、下記が参考になります。

応力とは?1分でわかる意味と種類、記号、計算法

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

フックの法則とは何か?

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応力と歪みの関係は?

応力と歪みは、弾性領域では比例関係にあります。下図をみてください。鋼材を引張ったときの、応力と歪みの関係図です。

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


降伏点までは、直線的に応力と歪みが増加しています。この範囲では、歪みが2倍になると応力も2倍になります。これが「比例関係」です。発見者のロバート・フックになぞらえて、「フックの法則」といいます。詳細は、下記も参考になります。

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


比例関係の意味は、下記も参考になります。

比例関係とは?1分でわかる意味、グラフ、正比例との違い、負比例

応力と歪みの関係

降伏点を超えると、応力と歪みの関係は直線で無くなります。応力の低下、停滞、上昇など色々な現象がありますが、いずれも「歪みが2倍になると、応力も2倍」という関係で無くなります。


例えば上図の降伏棚をみてください。応力は1倍(値が増減しない)で、歪みが増加しています。比例関係とは言えません。


降伏点までの範囲を、応力と歪みの比例関係が成り立つ「弾性領域」といいます。降伏点を超えると比例関係が成立しない「塑性領域」です。詳細は、下記も参考になります。

弾性と塑性の性質について

応力と歪みの関係式、換算方法

応力と歪みの関係式を、下記に示します。


σ=Eε


σは応力、Eはヤング率、εは歪みです。各用語の意味は、下記が参考になります。

応力とは?1分でわかる意味と種類、記号、計算法

ヤング係数(ヤング率)ってなに?1分でわかるたった1つのポイント

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


上式は、弾性領域のみで成立します。比例関係になるか確認します。歪みεが2倍になるとき、


ε'=2ε

σ'=Eε'= 2Eε

σ:σ'= Eε:2Eε=1:2


ですね。

応力と歪みとヤング率の関係

前述した応力と歪みの関係式をみてください。


σ=Eε


ヤング率Eの形に直します。


E=σ/ε


です。ヤング率は応力をεで除した値です。数学で勉強しますが、これは比例関係にある直線の傾きに等しいです。詳細は、下記が参考になります。

比例関係とは?1分でわかる意味、グラフ、正比例との違い、負比例


下図をみてください。AとBで、直線の傾きが違います。Aの方が、傾きが緩いです。同じ応力で歪みが大きいので、「柔らかい材料」だと判断できます。

ヤング率と応力と歪み

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

鋼材の応力と歪みの関係

鋼材の応力と歪みの関係を下図に示します。

鋼材の応力と歪みの関係

まとめ

今回は応力と歪みの関係について説明しました。意味が理解頂けたと思います。応力と歪みは、比例関係にあります。関係式を覚えてください。また、鋼材の応力と歪みの関係を元に、弾性領域と塑性領域の違いを理解しましょう。直線の傾きとヤング率の関係、材料のかたさにも注目したいですね。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

弾性と塑性の性質について

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