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歪みと応力

まず構造的なことよりも言葉の意味から明らかにしていきましょう。

文章としての意味を考えてみると、


歪みは『ひずみ』とも読めますし、『ゆがみ』とも読めます。つまり、元の形状が力で変形したようなこと、若しくは変形量を歪みと言えそうです。時空の歪みという言い回しもあります。

一方、『応力』は、読んで字のごとく『応じる力』と、外からの力に対して物体が応じる力と察することができそうです。


さて、構造力学的な定義をしますと、

歪みε=ΔL/L

応力σ=P/A,σ=Eε

という式で示します。


上式と言葉の意味を比較すると、歪みについてはその通りであると言えます。Lという元の長さに対してΔLという変形量の比率ということですね。


応力については、どうでしょうか?σ=P/Aの式から『応じる力』という意味が汲取れますでしょうか??

Pは外力を表しています。Aは面積、PをAで割るとなぜ『応じる力』となるのでしょうか?これは、単位面積当りの外力ではないでしょうか?


・・・と言う様な当たり前の式に学生時代は疑問を持っていました。でも、応じる力については、もう1つの式がありましたね。

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σ=Eε

この式を眺めると、ヤング係数Eという材料の性質を表す定数と、先程考えた歪みεの掛け算が応力となります。εは外力が作用したときの、元の形状に対する変形量との比率ですので、何かこちらの式の方『応じる力』を意味しているような気がします。


結局のところ、外力Pは部材の内部にも同様の力(内力)が作用して釣り合っているので、σ=P/Aとなるわけですが、

P(外力)=P(内力)


で全く同じ記号となります。部材に作用しているのが、外力か?内力か?ということは、最初のうちは意識していないと意外と混乱しますので、注意しましょう。

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