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

応力内力の単位面積あたりの値と定義されるので、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。

応力の単位

応力の単位には N/m2または、Pa(パスカル)を用いる。通常は大きな応力値を想定するので、1 [N/mm2] = 1 × 106[N/m2] = 1 [MPa](メガパスカル)が使われる。

垂直応力

丸棒に生じる内力(軸力)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垂直応力σは次式で求めることができる。この時、断面積あたりどれだけので引っ張っているか、あるいは圧縮しているかを表したものである。

垂直応力の式

垂直応力は次式で表される。

EXCELで計算する。

薄いオレンジのところに数字を入力すると、応力が計算できます。

せん断応力

物体に断面に平行な力が働くとせん断応力が発生するが、せん断応力を断面積で割った、単位面積当たりの応力を、せん断応力という。

せん断応力の式

せん断応力の次式で表される。

せん断応力の式例:リベットの応力

リベットに働くせん断応力は下記の通りになる。

共役せん断応力

せん断力モーメントは、4つの面に作用する。反時計まわりのせん断応力M1と時計まわりのせん断応力M2が生じる。これらの応力τ1とτ2は等しいため、共役せん断応力という。

ひずみ

ひずみとは、材料に加えられた応力により、変形することである。

ひずみ線図

弾性:材料は、を加えると変形するが、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:材料を加えると変形し、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