材料力学とは｜学ぶ内容・重要公式と構造力学との違いをわかりやすく解説

この記事の要点

構造力学と材料力学を混同している学生は多い。

構造力学は「部材に作用する力を求める」学問で、材料力学は「その力によって材料にどんな応力・変形が生じるか」を解析する学問だ。

この記事では材料力学の意味・学ぶ主要内容・構造力学との違い・重要公式とおすすめ本を解説する。

材料力学を勉強することで、断面にどのような応力が生じるか解析できます。

この記事では、材料力学とは何か、構造力学とどう違うのか、どのような公式を使うのかを整理します。

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材料力学とは、部材断面に生じる応力、変形、応力と変形の関係などの解析を学ぶ学問です（※当サイトの解釈です）。

タップできる目次

材料力学とは？

また、弾性力学の問題を２次元で考えた力学、ともいえます（弾性力学を簡単に考えた）。

今回は材料力学の意味、学習内容、おすすめの本、学習する公式について説明します。

※なお、似た用語で構造力学があります。

構造力学と材料力学の分野は、重複することもあります。

材料力学、構造力学は、下記のページで勉強できます。

構造力学の基礎

材料力学の基礎を学ぶ

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材料力学とは？

材料力学とは、物に生じる応力、変形、応力と変形の関係などを解析する学問です。材料力学を勉強することで、断面にどのような応力が生じるか解析できます。

構造計算では、各部材の応力を計算し、応力度に見合った部材の断面を選定します。部材に生じる応力度の計算、断面の性質の計算は、材料力学の勉強をしないと理解できません。

なお材料力学の内容は、構造力学と重複する範囲も多いです。下記の記事も併せて参考してくださいね。

構造力学の基礎

材料力学の学習内容

材料力学で学習する内容を下記に整理しました。

・応力、応力度の解析（曲げ応力度、せん断応力度）

・変形、ひずみの解析

・応力とひずみの関係、フックの法則

・断面の性質（断面係数、断面二次モーメント）

応力度、ひずみについては下記が参考になります。

応力度とは？種類・計算方法・応力との違い

ひずみ・ひずみ度とは？意味・公式（ΔL/L）・単位・応力との関係を解説

応力とひずみの関係は下記が参考になります。

応力ひずみ線図とは？ヤング率との関係・見方と材料別の特徴（鋼材・コンクリート・脆性材料）

建築部材は、四角形断面を使うことが多いですが、Ｈ形、Ｃ形など色々な形状の断面の性質を勉強します。断面係数、断面二次モーメントについては下記の記事が参考になります。

断面二次モーメントとは何か？

断面係数とは

材料力学で使う公式

材料力学で使う公式を下記に整理しました（下記以外にも、色々な公式があります）。

・σ＝Ｅε

・σ＝Ｍ／Ｚ（σ＝Ｐ／Ａ）

・ε＝ΔＬ／Ｌ

・ν＝εｘ／εｙ

材料力学と構造力学の違い

材料力学と構造力学の違いを下記に整理しました（当サイトの解釈です）。

・材料力学　⇒　部材断面に生じる応力、変形の解析、応力と変形の関係を解析する。

・構造力学　⇒　柱、梁など、各部材に生じる応力、支点反力などを解析する。

材料力学は、部材の「断面」に生じる応力や変形を解析する学問です。

一方、構造力学は、各部材に生じる応力や反力を解析します。

構造力学が、構造物の各部材を対象にする一方で、材料力学は部材の「断面」を対象にします。

※構造力学がマクロ、材料力学はミクロな分野ともいえます。

材料力学と弾性力学の関係

材料力学は２次元の応力や変形を勉強します。しかし、部材は３次元なので、応力や変形の関係も複雑になります。材料力学をマスターした後は、弾性力学を勉強したいですね。

材料力学を学ぶおすすめ本

建築学生におすすめしたい材料力学の本は下記です。

マンガでわかる材料力学

これならわかる図解でやさしい入門材料力学

また、下記のページもご参考にしてくださいね。

構造力学の基礎

材料力学の基礎を学ぶ

混同しやすい用語

材料力学と構造力学

材料力学は部材の「断面」に生じる応力・変形・応力とひずみの関係を解析する学問（ミクロ視点）です。

構造力学は柱・梁などの各部材に生じる応力・反力を解析する学問（マクロ視点）で、対象のスケールが異なります。

材料力学と弾性力学

材料力学は主に2次元で部材断面の応力や変形を扱います。

弾性力学は3次元で連続体の弾性変形を厳密に扱う学問で、材料力学は弾性力学を簡略化した分野とも言えます。

材料力学を整理した表を示します。

項目	内容	備考
応力	材料断面に生じる内力（N/mm2）	引張・圧縮・曲げ・せん断
変形・ひずみ	外力による寸法変化の割合	応力と線形比例（弾性範囲）
弾性係数（ヤング率）	応力÷ひずみ（E=σ/ε）	鋼材：205,000 N/mm2