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材料力学で勉強する応力とは?1分でわかる意味、一覧、計算、せん断とは、降伏との関係

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

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

材料力学で勉強する応力とは?

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。

材料に作用する応力

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

応力度の基礎知識、応力度の種類と1分でわかる応力との違い

応力の一覧

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、下記の記事が参考になります。

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、下記の記事が参考になります。

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、下記の記事が参考になります。

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、下記の記事が参考になります。

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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応力の計算方法

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

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

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、せん断応力は下記の記事が参考になります。

梁の反力と、演習問題から学ぶ計算方法

ねじれ応力

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、考え方は下記の記事が参考になります。

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

応力と降伏の関係

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、下記の記事が参考になります。

許容応力度計算が簡単にわかる、たった3つのポイント

まとめ

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。下記の記事も併せて参考にしてくださいね。

応力とは?1分でわかる意味と種類、記号、計算法

応力度の基礎知識、応力度の種類と1分でわかる応力との違い


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