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せん断剛性とは?1分でわかる意味、計算、単位、ヤング率、曲げ剛性との関係

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せん断剛性(せんだんごうせい)とは、せん断力に対する物のかたさ(せん断変形に対する抵抗性)を表す値です。せん断剛性K=GA/Lで計算します。Gはせん断弾性係数(横弾性係数)、Aは断面積、Lは部材長さです。今回はせん断剛性の意味、計算、単位、ヤング率、曲げ剛性との関係について説明します。せん断弾性係数の求め方、曲げ剛性の意味は下記が参考になります。

横弾性係数の基礎知識と、縦弾性係数との関係

曲げ剛性の基礎知識、1分でわかる意味と計算方法

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せん断剛性とは?計算、ヤング率との関係

せん断剛性(せんだんごうせい)とは、せん断力に対する物のかたさ(せん断変形に対する抵抗性)を表しています。せん断剛性Kは下式で計算します。


K=GA/L


Gはせん断弾性係数(横方向のヤング率)、Aは断面積、Lは部材長さです。また、せん断剛性とせん断力は下記の関係があります。


Q=KΔL


せん断弾性係数、ヤング率の詳細は下記が参考になります。

横弾性係数の基礎知識と、縦弾性係数との関係

ヤング係数ってなに?1分でわかるたった1つのポイント


よって、せん断剛性Kが大きいほどせん断変形は小さく(せん断力に対してかたく)なります。下図をみてください。長方形の物体にせん断応力τが生じています。


図 せん断剛性と計算


せん断応力度、せん断変形にはフックの法則が成立します。


τ=Gγ γ=ΔL/L


γはせん断変形です(※せん断力による変形角)。また、せん断応力度は


τ=Q/A


です。


上式の関係性から、下式のようにせん断応力と変形量との関係が得られます。


せん断応力と変形量との関係式


剛性の詳細は下記が参考になります。

剛性とは?本当に分かる剛性の計算、単位、強度との違い、バネ定数

せん断剛性の単位

せん断剛性の単位は


N/mm

N/m

kN/cm

kN/m


などを使います。せん断剛性だけでなく剛性の単位の次元は「力÷長さ」です。剛性の単位は下記が参考になります。

剛性とは?本当に分かる剛性の計算、単位、強度との違い、バネ定数

せん断剛性と曲げ剛性との違い

せん断剛性と曲げ剛性の違いを下記に示します。


せん断剛性 ⇒ せん断力に対する物のかたさ(せん断変形に対する抵抗性を表す)

曲げ剛性 ⇒ 曲げモーメントに対する物のかたさ(曲げ変形に対する抵抗性を表す)


曲げ剛性の詳細は下記も参考になります。

曲げ剛性の単位は?1分でわかる意味、軸剛性との違い、梁、eiとの関係

曲げ剛性の基礎知識、1分でわかる意味と計算方法

まとめ

今回はせん断剛性について説明しました。せん断剛性とは、せん断力に対する物のかたさです。または、せん断変形に対する抵抗性を意味します。よって、せん断剛性が大きいほど「せん断変形が小さい(かたい)」部材です。せん断力、せん断弾性係数、剛性も改めて勉強しましょう。下記が参考になります。

せん断応力とは?1分でわかる意味、公式と計算法、記号、平均せん断応力

横弾性係数の基礎知識と、縦弾性係数との関係

剛性とは?本当に分かる剛性の計算、単位、強度との違い、バネ定数

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