この記事の要点
材料力学で「縦ひずみ」を引張試験から求めるとき、変形量を元の長さで割る操作は単純に見えるが、符号(引張=正・圧縮=負)を間違えやすい。
ポアソン比を計算する際は縦と横の両方のひずみが必要になる。
この記事では縦ひずみの求め方・横ひずみとの違い・ポアソン比の計算方法を例題付きで解説する。
縦ひずみと横ひずみは必ず逆符号の関係にあり、引張時は縦が伸び・横が縮む方向に変形する点を具体的なイメージで理解することが重要。
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縦ひずみの求め方は、部材の軸方向の変形量ΔL÷部材の長さLです。また、横ひずみの求め方は部材の幅方向の変形量ΔB÷部材幅Bです。
なお、縦ひずみと横ひずみの比率がポアソン比です。今回は、縦ひずみの求め方、単位、例題、横ひずみとの計算と違い、ポアソン比の求め方について説明します。
縦ひずみとは?求め方(ε=ΔL/L)・単位・横ひずみとの違い
縦ひずみの求め方は
・部材の軸方向の変形量ΔL÷部材の長さL
です。ひずみとは部材の元の長さに対する部材の変形量との比率です。縦ひずみは部材の軸方向のひずみです。
縦ひずみの詳細は下記が参考になります。
縦ひずみとは?求め方(ε=ΔL/L)・単位・横ひずみとの違い
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縦ひずみは無次元数のため単位は無しです。前述より、縦ひずみの求め方は「縦ひずみε=軸方向の変形量ΔL÷部材の長さL」です。無次元数の詳細は下記が参考になります。
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下図の例題について棒に生じる縦ひずみの値を求めましょう。
棒の元の長さが1000mm、引張力による変形量が5mmです。よって縦ひずみは
・縦ひずみ=5mm×1000mm=0.005
です。
縦ひずみと横ひずみとの計算と違いを下記に示します。
・縦ひずみ ⇒ 軸方向の変形量ΔL÷部材の長さL。部材の軸方向のひずみ
・横ひずみ ⇒ 幅方向の変形量ΔB÷部材幅B。部材の軸と直交方向のひずみ
横ひずみの詳細は下記をご覧ください。
ポアソン比の求め方は「ν=―ε'/ε」です。ε'は部材の軸直交方向のひずみ、εは部材軸方向のひずみです。ポアソン比の求め方は下記が参考になります。
ポアソン比 意味 縦弾性係数 ヤング率 材料特性 鋼 コンクリート
混同しやすい用語
縦ひずみ(ε)
部材の軸方向(荷重方向)のひずみで、ε=ΔL/Lとして求め、引張を正・圧縮を負として符号を使い分ける。
横ひずみとは方向が90°異なり、縦ひずみはヤング率Eを通じて応力σ=Eεに直結する点が横ひずみとの重要な違い。
ポアソン比(ν)
縦ひずみと横ひずみの比率ν=|横ひずみ/縦ひずみ|で定義される材料定数で、鋼材では約0.3、コンクリートでは約0.2が代表値。
縦ひずみが「変形の大きさ」であるのに対して、ポアソン比は「縦横変形の比率」という無次元の材料パラメータである点が異なる。
縦ひずみの求め方を整理した表を示します。
| ひずみの種類 | 求め方 | 備考 |
|---|---|---|
| 縦ひずみ(ε) | ε=ΔL÷L | 軸方向変形量÷元の長さ |
| 横ひずみ(ε') | ε'=ΔB÷B | 幅方向変形量÷元の幅 |
| ポアソン比(ν) | ν=|ε'÷ε| | 縦横ひずみの比率(無次元) |
今回は、縦ひずみの求め方について説明しました。縦ひずみの求め方は「部材の軸方向の変形量ΔL÷部材の長さL」です。
また、横ひずみの求め方は「部材幅方向の変形量ΔB÷部材幅B」です。縦ひずみ、横ひずみの詳細は下記が参考になります。
縦ひずみとは?求め方(ε=ΔL/L)・単位・横ひずみとの違い
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縦ひずみと横ひずみの求め方は?
縦ひずみε=軸方向の変形量ΔL÷部材の長さL、横ひずみε′=幅方向の変形量ΔB÷部材幅B。
元の長さ1000mm、引張による変形量5mmの棒の縦ひずみは?
縦ひずみ=5÷1000=0.005。
ポアソン比の求め方と、鋼材・コンクリートの代表値は?
ν=|横ひずみ/縦ひずみ|(ν=−ε′/ε)で求める。鋼材は約0.3、コンクリートは約0.2。
