塑性とは？意味・弾性との違い・塑性化・靭性・延性をわかりやすく解説

この記事の要点

塑性とは力を取り除いても変形が残る性質で、降伏点を超えると材料は弾性から塑性状態へ移行します。

塑性変形能力（塑性後の変形量）が大きい材料はエネルギー吸収性能が高く、耐震設計で重要な靭性に直結します。

この記事では、塑性とは何か、弾性とどう違うのか、靭性・延性とどう関係するのかを整理します。

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塑性（そせい）とは、物体に力を加えると変形し、力を取り除いても元の形に戻らず変形が残るような現象です。

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塑性とは？弾性との関係

一方、力を取り除くと「元の形に戻る」ことを「弾性（だんせい）」といいます。

建築物の構造部材に用いる材料は「弾性と塑性の両方の性質」を持っています。

これを「弾塑性材料（だんそせいざいりょう）」といいます。

今回は塑性の意味、靭性、延性、弾性との違い、塑性の対義語、塑性変形能力との関係について説明します。

弾性、塑性変形能力など下記も参考になります。

弾性とは？塑性との違い・例（ゴム・鋼材）・降伏点との関係を解説

弾塑性（だんそせい）とは？意味・読み方・弾性と塑性の違い・材料を解説

塑性変形能力とは？すぐに分かる意味と塑性ヒンジとの関係

塑性とは？弾性との関係

塑性（そせい）とは、

｢力を加えると変形し、力を取り除いても元の形に戻らず変形が残る｣

ような現象です。一方、力を取り除くと「変形が無くなり元の状態に戻ること」を「弾性（だんせい）」といいます。

例えば、ゴムをイメージしてください。輪ゴムに力を入れると変形はしますが、力を抜くと元の形に戻ります。この性質が弾性です。

下図に塑性と弾性を示します。

図　塑性と弾性の例

弾性の詳細は下記が参考になります。

弾性とは？塑性との違い・例（ゴム・鋼材）・降伏点との関係を解説

なお、建築物の構造部材に用いる材料は「弾性と塑性の両方の性質」を持っています。これを「弾塑性材料（だんそせいざいりょう）」といいます。

弾塑性（だんそせい）とは？意味・読み方・弾性と塑性の違い・材料を解説

代表的な材料が「鋼」です。下図をみてください。応力ひずみ線図といって縦軸に応力、横軸にひずみをとったグラフです。応力ひずみ線図の詳細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）

応力ひずみ線図

塑性と弾性をグラフで表すと「降伏点を超えるまでが弾性」で「降伏点を超えてからが塑性」の状態です。

また、弾性状態を超えて塑性状態になることを｢降伏｣と呼びます。さらに、下の図のように力を取り去っても残る歪を｢塑性ひずみ｣と呼びます。

塑性について

塑性、靭性、延性、弾性との違い

塑性と似た用語に靭性、延性、弾性があります。塑性との違いを下記に示します。

塑性　⇒　力を取り除いても変形が残る性質

靭性　⇒　材料や構造部材、建物の「外力に対する粘り強さ」のこと。

靭性の高い建物は急激な耐力低下を起こさない。

延性　⇒　材料が破断するまで、よく伸びる性質のこと

弾性　⇒　力を加えると変形し、力を取り除くと元に戻る性質

靭性、延性の詳細は下記をご覧ください。

靱性（じんせい）とは？意味・靭性のある材料と建物の耐震性・脆性との違い

延性とは？靭性・脆性との違いと延性破壊・DS値（構造特性係数）への影響

塑性の対義語

塑性の対義語は「弾性」です。弾性の詳細は下記をご覧ください。

弾性とは？塑性との違い・例（ゴム・鋼材）・降伏点との関係を解説

塑性と塑性変形能力

材料が塑性した後の変形能力を塑性変形能力（そせいへんけいのうりょく）といいます。

例えば鋼は塑性した後、十分に伸びたあと破断します。

「塑性してから十分に伸びる」とき、材料はエネルギーを沢山吸収しています。

よって鋼は塑性変形能力の高い材料です。

詳細は下記が参考になります。

塑性変形能力とは？すぐに分かる意味と塑性ヒンジとの関係

塑性と鋼の応力ひずみ線図

鋼材は塑性と弾性の性質がよくわかる材料です。下図に鋼の｢応力－ひずみ曲線｣を示します。

鉄の応力歪曲線

鋼に引張力を加えていくと、弾性域までは線形的に応力は上昇します。この材料が弾性の性質を示す限度を｢弾性限度｣と呼び、この点をE点とします。この点で荷重を取り除けば、弾性の性質により変形はおさまります。

次に、フックの法則が成立する限度を｢比例限度｣と呼び、この点をP点とします。さらに、荷重を加えると弾性状態を超えて塑性状態に移行し、降伏する点を｢降伏点｣とし、Y点で表します。

※フックの法則に関する詳細な内容は、下記が参考になります。

フックの法則とは？σ=Eε公式・単位とヤング率・応力の関係

塑性域に達すると応力は低下しますが、応力が一定となり歪だけが増加する｢降伏棚（おどり場）｣と呼ばれる区間が現れます。

さらに、そこから｢ひずみ硬化｣と呼ばれる現象が起き、応力が上昇します。さらに、力を加えると最大応力まで達し（M点）、応力が低下して破断します（B点）。

ローマ字で｢○点｣と表していますが、これは英語の頭文字をとったものです。

｢弾性｣…Elasticity

｢比例｣…Proportion

｢降伏｣…Yield

｢最大｣…Max

｢破断｣…Breaking

混同しやすい用語

「弾性」と「塑性」

弾性は力を除くと変形が元に戻る性質。

フックの法則に従う範囲の変形を弾性変形という。

「塑性」と「靭性」

塑性は力を除いても変形が元に戻らず残留する性質（永久変形）。

靭性は大変形しても急に破壊しない粘り強さで、塑性変形能力が高い材料は靭性が高い。

試験での問われ方｜管理人の一言

弾性と塑性は材料力学の基本概念です。

鋼材は降伏後も大きな塑性変形能力（靭性）を持ち、耐震設計でこの性質を活用します。

脆性材料（コンクリートなど）は塑性変形が少なく、破壊が急激です。

塑性を整理した表を示します。

項目	内容	備考
塑性変形	力を除いても変形が残る性質	永久変形ともいう
弾性との違い	弾性は力を除くと元に戻る	降伏点以下が弾性域
代表材料	鋼材（降伏後に塑性変形する）	塑性変形能力が高い