仮想切断面とは？1分でわかる意味、断面力の計算、応力の求め方との関係

この記事の要点

仮想切断面とは、断面力を求めるために部材を仮想的に切断した面です。この考え方を使うことで、軸力・せん断力・曲げモーメントなどの断面力を計算できます。

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仮想切断面とは、仮想的に部材を切断した面です。応力を求めるとき必要な考え方です。応力は、部材の内部に生じる力です。目で見えることは無いです。よって、部材を「仮想的に切断して」、内部に生じる応力を算定します。今回は、断面力、応力の意味を理解すると、よりスムーズに読めます。下記の記事が参考になります。

断面力とは？1分でわかる意味、種類、計算、応力との違い、例題

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仮想切断面とは？

仮想切断面とは、仮想的に部材を切断した面です。応力は、部材内部に生じる力です。よって、目に見えません。部材内部で、どのような力が生じているのか、仮想的に部材を切断して確認するのです。ただし、応力算定に慣れると、仮想切断面が無くても理解できます。

部材断面に生じる力（断面力）の求め方は、下記が参考になります。

断面力とは？1分でわかる意味、種類、計算、応力との違い、例題

仮想切断面と断面力の計算

部材を仮想的に切断すると、仮想切断面がみえます。仮想切断面には、軸力、せん断力、曲げモーメントが生じていると仮定します（実際に生じる応力が０だとしても、仮定します）。下図をみてください。仮想切断面に生じる応力を仮定しました。

仮想切断面と断面力

仮想切断面に生じる断面力は３種類あり、切断面に対して右側、左側で生じる方向が違います。これは、切断面に対して「正」と考える方向を定義するためです。下記に整理しました。

軸力　⇒　断面を引張る方向を正とする

せん断力　⇒　断面を右下がりの平行四辺形にする方向を正とする

曲げモーメント　⇒　断面を下側凸にする方向を正とする

上記の通り、正とする方向を定義すると、切断面に対して右側、左側で断面力の方向が反転します。

部材の仮想切断面を考えることで、断面力の算定が理解しやすいです。断面力の求め方は、下記の記事が参考になります。

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仮想切断面と応力の求め方との関係

仮想切断面を考え、作用する応力を仮定することで、応力計算が簡単になります。なお、応力と断面力は同じ意味です。応力の意味は、下記の記事が参考になります。

応力とは？1分でわかる意味と種類、記号、計算法

構造力学では、断面に作用する応力を「断面力」ともいいます。断面力の計算方法は、下記の記事が参考になります。

断面力とは？1分でわかる意味、種類、計算、応力との違い、例題

混同しやすい用語

仮想切断面

応力を計算するために部材を仮想的に切断した面です。実際に切断するわけではなく、断面力を求めるための概念上の面です。

断面力

仮想切断面に作用する内部の力です。軸力・せん断力・曲げモーメントの3種類があり、仮想切断面を設定することで計算できます。

試験での問われ方｜管理人の一言

仮想切断面を使った断面力の計算は構造力学の最も基本的な手法です。慣れてくると直感的に断面力を求められるようになります。

まとめ

今回は仮想切断面について説明しました。意味が理解頂けたと思います。仮想切断面は、部材を仮想的に切断した面です。仮想切断面を考えることで、断面力をイメージしやすいです。慣れないうちは、仮想切断面を考えて断面力を求めましょう。ただし、慣れると仮想切断面を定義しなくても計算可能です。断面力の求め方は下記の記事が参考になります。

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