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材料力学では、まず材料の応力と変形の関係を勉強します。応力、変形は材料の最も重要な性質だからです。今回は材料力学で勉強する応力の意味、応力の一覧、計算方法、せん断、降伏との関係について説明します。※建築学科では、「構造力学」の授業で、材料力学の応力を勉強することも多いです。応力の意味、応力と変形の関係は、下記が参考になります。
応力ひずみ線図とは?1分でわかる意味、ヤング率と傾き、考察、書き方
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材料力学は、材料に生じる応力や変形、破壊性状などを勉強する学問です。応力の意味や性質は、最も基本的な内容です。
応力とは、材料内部に生じる力です。応力は外力と釣り合います。「内力」ともいいます。下図をみてください。棒を両側から引っ張ります。引っ張る力は「外力」です。棒に外力が作用すると、棒の内部には、外力と釣り合う「応力」が生じます。
上図の応力を、引張応力といいます。材料に生じる応力は、引張応力だけではないです。色々な応力に対して、材料が壊れないよう設計します。
なお、応力と似た用語で、応力度があります。応力の意味、応力度との違いは下記が参考になります。
応力の一覧を下記に整理しました。
引張応力 ⇒ 材料を引っ張る応力
圧縮応力 ⇒ 材料を圧縮する応力
曲げ応力(曲げモーメント) ⇒ 材料を曲げる応力
せん断応力 ⇒ 材料をずらす応力
ねじれモーメント ⇒ 材料をねじる応力
引張応力、圧縮応力の意味は、下記が参考になります。
圧縮応力とは?1分でわかる意味、求め方、記号と符号、引張応力との違い
曲げ応力は、引張応力と圧縮応力を組み合わせた応力です。曲げ応力の意味は、下記が参考になります。
曲げ応力とは?1分でわかる意味、公式と演習問題、単位、曲げ応力度
せん断応力は、材料をずらす応力です。ハサミはせん断応力を利用して、物を切っています。せん断応力の意味は、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
ねじれモーメントは、材料をねじる応力です。ねじれモーメントの意味は、下記が参考になります。
ねじりモーメントとは?1分でわかる意味、公式、単位、トルクとの関係、h鋼
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前述した応力の計算方法(公式)を紹介します。
引張応力と圧縮応力は、外力と同じ値になります。外力がPのとき、材料に生じる応力Nは、
N=P
です。ただし、圧縮応力と引張応力で応力の向きが違います。建築で習う材料力学では、引張応力は「正(+)」の値とします。よって、圧縮応力は、
N=-P
です。
曲げ応力とせん断応力は、梁や柱に生じる応力です。両者の応力は、荷重条件や支持条件により計算方法が異なります。下図のような、単純支持梁の場合、曲げ応力とせん断応力は下記です。
曲げ応力(曲げモーメント) ⇒ PL/4
せん断応力 ⇒ PL/2
梁に生じる曲げ応力、せん断応力は下記が参考になります。
ねじれ応力の計算式は、力のモーメントの式と同様です。よって、下式で計算します。
ねじれモーメント ⇒ P×L
Pは外力、Lは腕の長さ(スパン)です。ねじれ応力の求め方、考え方は下記が参考になります。
ねじりモーメントとは?1分でわかる意味、公式、単位、トルクとの関係、h鋼
材料に生じる応力が徐々に大きくなると、ある時点で、材料が変形しやすくなります。この現象を降伏といいます。
建築物の構造計算では、材料が降伏しないよう設計します(降伏を考慮した設計もある)。これを許容応力度設計といいます。許容応力度設計の意味は、下記が参考になります。
今回は材料力学で勉強する応力について説明しました。意味が理解頂けたと思います。材料力学で、応力や変形との関係は最も基本的なテーマです。建築学科では、構造力学でも勉強します。材料に生じる応力の求め方を覚えましょう。また、応力と応力度の違いを理解してください。下記も併せて参考にしてくださいね。
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