材料力学（固体力学）：ひずみとは何か

こんにちは。応力とひずみは、物質の機械的性質を判断するときによく使う概念です。そのため前回は応力とは何かを学びましたが、今日はひずみとは何かを見ていきます。

 

 

ひずみ

一般的な直線状の棒は、圧縮や引張によって長さが変わります. 引張力を加えると長くなり, 圧縮力を加えると短くなります.

 

例えば輪ゴムは引っ張ると伸び、圧縮すると長さが縮みます。このとき、元の長さに対してどれだけ伸びたり縮んだりしたかという割合をひずみと呼びます。

 

ひずみの式

 

ひずみは単位長さ当たりの伸縮量とも呼ばれ, ギリシャ文字の ε (イプシロン)で表します.

一般に、力を加えた後の全体の長さをL、伸びた長さをdとすると、ひずみは次のように表されます:

 

ε = d/L

 

棒が引張状態にあるとき, このひずみを引張ひずみと呼び, 材料の伸縮や伸びを示します. 一方、棒が圧縮状態にあるとき, ひずみは圧縮ひずみで、棒は縮みます. 一般に引張ひずみは正, 圧縮ひずみは負で表します. ひずみ εは垂直ひずみとも呼ばれ, 垂直応力と関係します.

 

垂直ひずみは2つの長さの比なので, 単位を持たない無次元の値です. したがって、単位系に関係なく数値だけで表します。（%で表す場合もありますが、SI単位は持ちません。）

そのため、ひずみの数値は一般に非常に小さくなります. 構造材料で作られた棒は、変形時の長さの変化が小さいためです.

 

例えば, 4.0m の長さの鋼製の棒に大きな引張力が加わると, この棒は 2.8mmだけ伸びることがあります. これは、ひずみが次の値になることを意味します:

ε = 2.8mm / 4.0m = 0.0007 または 700 × 10^-6、または0.07%

 

このように、ひずみによって材料の長さの変化を測定・表現できます。以上、ひずみについての記事でした。ありがとうございました。