応力|荷重に対して材料内部に発生する単位面積当たりの力

応力

応力とは、単位面積あたりの内力(荷重に対して材料内部に発生する単位面積当たりの力)である。内力の単位はN、応力の単位はN/mm²である。応力は、材料の許容限度を超えると、材料の変形や破壊に至る。応力には引張り応力、曲げ応力、せん断応力、ねじり応力などがある。それぞれの応力は複合して同時に作用することもあるため、大きい方の応力のみを基準に考えてはいけない。

目次

内力

内力が同じとき、断面積が小さいと応力は大きくなり、断面積が大きいと応力は小さくなる。

応力の求め方

丸棒に軸荷重P(N)が作用する場合、丸棒の断面積をA(mm)とすると、この断面内に生ずる応力σは下記に求めることができる。

応力
応力

せん断応力

断面に平行な力が働くとせん断力が発生するが、単位面積当たりのせん断応力という。

ひずみ

ひずみ
ひずみ

ひずみ線図

弾性:材料は、力を加えると変形するが、力を取り除くと元に戻る性質がある。ひずみ線図の比例限度の部分にある。
塑性:材料は力を加えると変形し、力を取り除いても変形が残る。下降伏点以降の部分をいう。
延性破壊:よく伸びて破断することを延性破壊といい、破断に至る時間が長い材料を延性材料という。

軟鋼の応力ーひずみ線図
軟鋼の応力ーひずみ線図

部材に働く圧縮応力

クレーンや橋、建築物の設計においては、棒状の材料を結合して荷重を支える骨組構造が用いられる。結合部が、ピンでつないであれば各部材は自由に回転できるため、部材には引張力や圧縮力を受けるだけであるが、部材を溶接などで回転できないように接合すると、モーメントという回転させようとする反力を余分に生じることになる。部材の連結部を節と呼び、滑節のみからなる骨組構造をトラス構造、剛節のみからなる骨組構造をラーメン構造という。

骨組構造
骨組構造

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