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縦ひずみの求め方|横ひずみとの違いとポアソン比の計算方法をわかりやすく解説

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?

縦ひずみの求め方


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。

縦ひずみの求め方

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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縦ひずみの単位は?

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。

無次元数とは?意味・単位・種類(レイノルズ数など)・無次元量との違いを解説

縦ひずみの計算の例題は?

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。

縦ひずみの計算の例題

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?

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。

横ひずみ度とは?縦ひずみ度・ポアソン比との関係と計算

ポアソン比の求め方は?

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)

まとめ

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

横ひずみ度とは?縦ひずみ度・ポアソン比との関係と計算

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理解度チェック

Q.

縦ひずみと横ひずみの求め方は?

答えを見る

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。

Q.

元の長さ1000mm、引張による変形量5mmの棒の縦ひずみは?

答えを見る

縦ひずみ=5÷1000=0.005。

Q.

ポアソン比の求め方と、鋼材・コンクリートの代表値は?

答えを見る

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。

ハナダユキヒロ

この記事を書いた人

ハナダユキヒロミツメラボ

設計事務所に7年勤務。2010年より「建築学生が学ぶ構造力学」を運営(16年以上)。著書「わかる構造力学」「わかる構造力学(改訂版)」(工学社)。

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