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応力-ひずみ線図を見ていつも疑問に思うのですが、引張り試験機はどのように荷重を負荷しているのでしょうか?
例えば、単に荷重を大きくしていくだけでは上降伏点や下降伏点は出てこないと思うし、引張り強さから破断まで応力が低くなるのもおかしいと思うのです。
また、なぜ横軸にひずみ、縦軸に応力をとっているのでしょうか?
応力が負荷された結果としてひずみが出てくるのならば、中学、高校で習った関数の考え方だと横軸に応力、縦軸にひずみをとるような気がするですが…。

うまく説明できないのですがよろしくお願いします。

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A 回答 (5件)

最近の試験機はボールネジで駆動しているので問題ありませんが、大学の研究室に残っているような油圧式の試験機でも、油を送る量を制御することで変位制御をしています。

試料が伸びると油圧は下がる方に作用するので、試験条件が適切であれば、試料が降伏した場合も油圧はそれに応じて低下するので、降伏応力が測定可能です。
歪を横軸に取るのは、歪と応力の関係が一対一でなく、同じ応力でも異なる歪の値を取る可能性があるため、応力を従属変数(縦軸)とした方が、グラフとして理解しやすいからではないでしょうか?最近は荷重も変位もセンサで電気的に変換して計算してしまうので、測定上の問題は使用者側はほとんど気にする必要が無くなったようです。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

>試料が伸びると油圧は下がる方に作用する
試料が伸びると油圧が少し下がり、その状態で伸びるなら再び油圧が下がり、伸びなければ伸びるまで油圧を上げるということですか?それなら降伏点が得られるのも納得することができます。

>歪と応力の関係が一対一でなく、同じ応力でも異なる歪の値を取る可能性がある
確かにそうですね。これがNo1さんの言っている、まずひずみがありきという意味なのでしょうか。

お礼日時:2007/08/16 16:44

>そして荷重を断面積で割れば応力も出てくるような気がするのですが…。


その荷重というのは力ですよね。これをどうやって測定するのでしょうか。力を直接測定するのはくどいようですが不可能です。試験機は一般的に油圧で荷重をかけます。その油圧をどうやって測るのでしょうか。それは液体の収縮量を測るしかなく、その収縮定数をかけてそれを力に換算するしかないですよね。力が目盛りになっていてそれを読めば直接測れたというものではないのです。それは定数をかけるという計算をメカにやらせてそれを数値で表示するようにしているだけで、計測しているのは長さなんですよ。
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この回答へのお礼

負荷した荷重は直接測定することは不可能で、液体の収縮量から計るのですね。
ここまでは分かったのですが、応力は直接測定できないから縦軸にとるというのがどうも理解できません。

お礼日時:2007/08/16 16:22

変位制御 引張試験 で検索すれば色々出てくるよ。


http://www.espectc.com/jigyou/test/test01k.html
http://www.intesco.co.jp/web_public/part_html/ma …
要するに変位を徐々に増大させ、その変位の時点でテストピース反力と
つりあう力を計測する方法をとっているので、変位増大とともに
荷重減少が生じても変位を拘束するので不安定にならないのです。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
参考にします。

お礼日時:2007/08/15 22:25

通常の引張り試験機では難しいかもしれないけど、


変位制御タイプであれば測定できるのじゃないかしら?

ところで、後半の質問ですがフックの法則と言うのがありまして
http://www.ishida.co.jp/rekishikan/gijyutu/hook. …
力=ばね定数×変位
の形で定義されています。そうすると縦軸が応力度で、
横軸がひずみなのが自然に感じられますよね。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

変位制御タイプの試験機というのはどのように荷重を掛けているのでしょうか?よろしければ詳しく教えて頂けないでしょうかl?
後半の部分なのですが、確かにフックの法則に照らし合わせれば自然に感じられますね。

お礼日時:2007/08/15 16:12

いいところに気付きましたね。

下降伏点を見つけるのはたやすいことではありません。それは極めてゆっくり加圧し、上降伏点に到達したら、これも極めてゆっくり減圧しないと実現できませんよね。熟練者ではないと無理です。私も実現したことはありません(^_^;)
応力・歪曲線は横軸に歪をとります。その理由は歪がまずありきだからです。力というのは基本単位ではなく、SI単位の場合は Kg・m/sec^2 というディメンジョンを持った複合単位で、これは直接測定することは不可能で、その値を得るには基本単位から算出することが必要です。ですから縦軸に力をとるのです。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

教科書に載っているような下降伏点が表れる応力-ひずみ線図を得るのはとても難しいことなのですね。
縦軸、横軸の方なのですが、難しくてよく理解できませんでした。負荷した荷重は測定しなくても分かりますよね?そして荷重を断面積で割れば応力も出てくるような気がするのですが…。

お礼日時:2007/08/15 16:02

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QNをkgに換算するには?

ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?一応断面積は40mm^2です。
1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?
ただ、式の意味がイマイチ理解できないので解説付きでご回答頂けると幸いです。
どなたか、わかる方よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kgfです。

重力は万有引力の一種ですから、おもりにも試験片にも、地球からの重力はかかります。
しかし、試験片の片方が固定されているため、見かけ、無重力で、試験片だけに40kgfの力だけがかかっているのと同じ状況になります。

試験片にかかる引っ張り力は、

40kgf = 40kg×重力加速度
 = 40kg×9.8m/s^2
 = だいたい400N

あるいは、
102グラム(0.102kg)の物体にかかる重力が1Nなので、
40kg ÷ 0.102kg/N = だいたい400N


>>>1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?

いえ。
1kgf = 9.8N
ですね。


>>>一応断面積は40mm^2です。

力だけでなく、引っ張り応力を求めたいのでしょうか。
そうであれば、400Nを断面積で割るだけです。
400N/40mm^2 = 10N/mm^2 = 10^7 N/m^2
1N/m^2 の応力、圧力を1Pa(パスカル)と言いますから、
10^7 Pa (1千万パスカル) ですね。

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kg...続きを読む

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Aベストアンサー

●二つの材料強度
 金属材料の機械的特性のうち、一般に強度と呼ばれるものには
 ・引張強度
 ・降伏強度
 この二つがあります。

 引張強度はその名のとおり、引張荷重を上げていくと切れてしまう破断強度です。
 いわば最終強度です。

●降伏強度とは
 さて、ある材料を用意し、引張荷重を徐々にかけていくと、荷重に比例して
 ひずみ(伸び)が増えていきます。
 ところが、引張強度に達する前に、荷重とひずみの関係が崩れ、
 荷重が増えないのに、ひずみだけ増えるようなポイントが現れます。
 これを降伏と呼びます。

 一般に設計を行う場合は、降伏強度に達することをもって「破壊」と考えます。
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 引張強度>降伏強度>許容応力度

●0.2%ひずみ耐力
 普通鋼の場合は降伏点が明確に現れます。
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 そこで、このような明確に降伏を示さない材料の場合、0.2%のひずみに達した強度を
 もって降伏点とすることにしています。

●二つの材料強度
 金属材料の機械的特性のうち、一般に強度と呼ばれるものには
 ・引張強度
 ・降伏強度
 この二つがあります。

 引張強度はその名のとおり、引張荷重を上げていくと切れてしまう破断強度です。
 いわば最終強度です。

●降伏強度とは
 さて、ある材料を用意し、引張荷重を徐々にかけていくと、荷重に比例して
 ひずみ(伸び)が増えていきます。
 ところが、引張強度に達する前に、荷重とひずみの関係が崩れ、
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Aベストアンサー

NO.1 です。

>その「参った!」が感覚的によく分からないんです。
「応力が下がる」っていう状態がどういうことなのかがよくわかりません。。。


上降伏点を過ぎると、材料の組織の中で元に戻ることのできない破壊がはじまるのです。それで、単位面積当たりの「がんばり力」が急激に減り、結果的に全体でのがんばり力も下がって伸びだけが大きくなるということです。がんばり力=単位面積での応力の全面積分 です。


>応力という概念に対する理解が足りないのでしょうか。
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NO.1 です。

>その「参った!」が感覚的によく分からないんです。
「応力が下がる」っていう状態がどういうことなのかがよくわかりません。。。


上降伏点を過ぎると、材料の組織の中で元に戻ることのできない破壊がはじまるのです。それで、単位面積当たりの「がんばり力」が急激に減り、結果的に全体でのがんばり力も下がって伸びだけが大きくなるということです。がんばり力=単位面積での応力の全面積分 です。


>応力という概念に対する理解が足りないのでしょうか。
どのテキストを読んでも「部材内部...続きを読む

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延性のある材料を引張試験にかけると材料にネッキングが生じますが、これは何故なのでしょうか?
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Aベストアンサー

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あると、そこは応力が高いものだからよけい変形する(細長くなる)、
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何かのはずみで他の部分よりもよけいに変形した部分は、断面積は
減少してより応力が高くなりますが、それを補うくらい材料の強度が
自動的にあがります。これが加工硬化。
金属材料のもっとも優れた特徴の一つです。

但し材料は加工硬化でいくらでも強度が上がるわけではなく、
だんだん、その強度の増加加減は減ってきます。
変形による断面積減少に、加工硬化が追いつかなくなった時点で
材料はくびれ始める、ネッキングを生じることになります。

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事務計算で小数点以下何桁というのが重要であるように、技術計算ではこのように有効数字を揃えたい場合が多いと思いますので、どなたかご存じの方、お教えください。
なお、指数形式では似たような結果になりますが、わかりにくい表示なので使いたくありません。
よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

◆こんな方法もありますよ
=ROUND(A1,2-INT(LOG(ABS(A1))))

★「0」を考慮すると
=ROUND(A1,2-INT(LOG(ABS(A1)+(A1=0))))

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参考URL:http://www.eng.u-hyogo.ac.jp/msc/msc12/HIT/html/tests/stress-strain.html


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