S20C,S35C,S45C,S55Cのそれぞれにおいて未処理,焼入れ,焼ならしの3パターンでビッカース硬さ試験(負荷荷重30kgf)を行い,実験値を得たのですが,これらの炭素鋼(未処理,焼入れ,焼ならし)のビッカース硬さの理論値というものは存在するのでしょうか?
実験値と理論値を比較したいと考えています。
何か調べ方でもいいのでご存知の方がいらっしゃったらお願いします。

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A 回答 (1件)

理論値はありません


だから「硬さ試験機」であって「硬度計」じゃないのです
あくまでも試験をしたときの硬さです
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Q炭素鋼の炭素含有量について

 炭素鋼の炭素含有量が多くなると硬さは硬くなるというのはわかるのですが、構造的にどう変化するのか教えてください。

Aベストアンサー

炭素量が増えるとセメンタイト(Fe3C)が増えます。このセメンタイトが硬いのです。ちなみにセメンタイトはフェライトとともにパーライトというものをつくり、炭素量が増えるほどパーライトが増えていくわけです。組織観察していただければわかると思いますが、炭素量が多くなりパーライトの割合が増えるとセメンタイトも同様に増えるので結果として硬くなるわけです。

Q硬さ試験

S25C,S45Cの試験片でビッカース硬さ試験、ブリネル硬さ試験、ロックウェル硬さ試験、ショア硬さ試験をしたんですがブリネル硬さとロックウェル硬さ試験の実験結果の標準偏差が7~9になりました。
実験手順を振り返っても間違った事はしていません。
考えられる誤差要因としてはブリネル硬さはくぼみの直径の測定誤差、ロックウェルは特に思い当たりません。

なぜこんなにも誤差が大きくなってしまったのでしょうか?
聡明な方よろしくおねがいします。m(__)m

Aベストアンサー

誤差の原因は実験者が一番良く分かると思います。

ただ考えられるものとして、
(1)測定誤差
(2)材料の異方性

などじゃないですか?

Q曲げ試験について

 曲げ試験のひずみ―荷重、たわみ―荷重の測定値と理論値では必ず一致しないと言うのですが、それは誤差によるものではないとしたら他に何が考えられるでしょうか?教えてください。

Aベストアンサー

chaborinさんのご質問の「理論値」の理論がどの範囲まで考えているか、によってお答えは変わってくると思います。(非弾性挙動や材料の履歴まで含めて精密に材料をモデル化すれば、理論値と測定値のずれは限り無く小さくなるのですから)

ここではchaborinさんの「理論値」が、
(1)試料の変形は、1次元の単純なはり(梁)の曲げで表される
(2)試料を構成する材料は線形(弾性)材料
なる仮定に基づいて、2点で支持して中央に荷重を与えた場合のたわみを計算した数値のことに解釈するとします。

まず(1)ですがそのたわみ量の計算においては通常
(a)断面の形状・寸法は変形によっても変化しない
(b)各断面は変形しても、傾かない
という仮定をおいて解きます。変形量が微小の場合はよいのですが、(a)(b)ともその妥当性が怪しくなってくることはお分かりかと思います。試料の上面は圧縮されるので少し太り、下面は引っ張られて痩せます。
(b)は言葉で読むと分かりにくいかも知れませんが、次のようなことです。
最初に下のように試料の側面に、鉛直な線を引いておきます。荷重をかけない状態では総ての線は平行です。

   荷重
   ↓
□□□□□□□
 ○   ○

これに荷重をかけると全体がしなり、側面に描いた線もすこし斜めに傾きます(試料の左側では右上がり、試料の右側では左上がり)。しかし一番簡単な近似ではこれを無視して解析します。(詳しくは材料力学の教科書の「はりの曲げ」辺りを読んでみて下さい)

さらに上記の解析では必ず「ヤング率」という数字を使うと思います。ご存じかと思いますがヤング率は材料によって決まる数値で、ひずみと応力の間の比例係数です。
この比例の様子を図に表すと下のようになります。

応力

│   *
│  *
│ *
│*
└─────→ひずみ

このようにひずみと応力が完全に比例する材料を「線形材料」や「(完全)弾性材料」などと呼びます。
しかし現実のの材料はひずみ-応力の関係がどこまでも比例するわけではありません。例えば下のように、ひずみが大きくなると応力とひずみが比例しなくなるのが一般的です。


応力

│      *
│   *
│ *
│*
└─────→ひずみ

このような挙動を「非線形挙動」「非弾性挙動」などと呼びます。こうなるともはや、ヤング率を定数と見なせなくなります。従って最初の仮定の(2)も怪しくなってきます。

まとめますと、単純なはり(梁)の曲げで求めた荷重-たわみの理論値は、現実の材料と
(1)はりの断面形状・寸法の変化を無視している
(2)解析の際に、はりの断面の変形に伴う傾きを無視している
(3)解析では材料を線形としているが、実際の材料は非線形の挙動を示す
という点で差異があり、その分が誤差になるということです。

chaborinさんのご質問の「理論値」の理論がどの範囲まで考えているか、によってお答えは変わってくると思います。(非弾性挙動や材料の履歴まで含めて精密に材料をモデル化すれば、理論値と測定値のずれは限り無く小さくなるのですから)

ここではchaborinさんの「理論値」が、
(1)試料の変形は、1次元の単純なはり(梁)の曲げで表される
(2)試料を構成する材料は線形(弾性)材料
なる仮定に基づいて、2点で支持して中央に荷重を与えた場合のたわみを計算した数値のことに解釈するとします。

まず(1)ですがそ...続きを読む

Q抗力係数の算出方法について

現在,大学院に進学して初めて物理を学び始めました.
いまは,水中での生物の浮力を計算するため,抗力について調べています.
抗力を計算するためには,生物の体密度・抗力係数・流体の密度・体表面積が必要だと知りました.
いまは,抗力係数を算出したいと思い,調べているのですが,どうやって計算で出せば良いのか見当がつかないです.
抗力係数の算出には,生物の体表面積・迎い角・レイノルズ数の算出が必要とのことでした.
抗力係数の算出方法をご存知の方,どうか教えて頂ければと思い,こちらに投稿させて頂きました.
物理の基礎知識が無いため何とか勉強しています.
理解していない内容の質問だと思いますが,どうぞよろしくお願い致します.

Aベストアンサー

長文で失礼します。既に回答があるように、ある程度以上の精度が欲しければ実験を行うのが普通なのではないかと思います(ただ、この場合風洞ではなく水槽になるでしょうか)。一方で、前進速度(遊泳速度) U と体長 l だけでもわかれば、計算でもある程度の予測を立てることは可能なようです。どうも "Fluid Dynamic Drag" Sighard F. Hoerner (1965) という本がこの世界では有名で、抗力係数の計算にはよく参照されているようですので、可能でしたらご覧になるといいかもしれません。
Webcat plus
http://webcatplus-equal.nii.ac.jp/libportal/DocDetail?txt_docid=NCID%3ABA04740159
Bookfinder4U
http://www.bookfinder4u.com/IsbnSearch.aspx?isbn=9991194444&mode=direct

残念ながらこの本自体は持っていないのですが、東昭『流体力学』(1993) に、この本から式と図が引用されていました。細長比(体長 / 最大直径)とレイノルズ数を元にした図を見るのが早いとは思うのですが、提示することがかなわないため、参考までに式を書いてみます。ただし、研究であれば原典に当たられるべきでしょうし、私自身がまだ勉強中の身であり、使用条件等をよく理解しているとは言い難く、不適当な式の可能性もある点にはどうか十分ご注意下さい。

C_D,W = C_f [1 + 1.5(d/l)^(3/2) + 7(d/l)^3]
ここで
C_D,W: 表面面積(濡れ面面積, wetted area)を元にした抗力係数
C_f: 摩擦抗力係数 frictional drag coefficient
d: 最大直径 diameter
l: 長さ(体長でいいと思います)length

C_f としては2通りが挙げられており、
1. sqrt{C_f} = 0.242 / log(Re*C_f)
2. C_f = 0.075 / (log(Re) - 2)^2
ここで
Re: レイノルズ数 Reynolds number

1. の sqrt はルートのことです(1. は分母にも C_f が入ってしまっていますが……)。またこの本では log と ln を区別しているようですし、Re は 10 の累乗で書かれることが多いので、log の底はいずれも 10 だと思います。

ただし、"Life in Moving Fluids, second ed." Steven Vogel (1994) によると、対象の泳ぎ方によっても抗力係数は変わってくるようですし、計算は飽くまで推定に過ぎないということのようです。逆に、この同書によると泳ぎ方が平板に近い(あまり波状にヒラヒラしないということでしょうか)ような魚の場合は推算と実測がわりとよく合う、というようなこともありました(斜め読みですが)。また同書には具体的な値がいくつか載っており、魚の値としては、
・マス trout: 0.015 (Re = 50,000 - 200,000)
・サバ mackerel: 0.0045 (Re = 100,000), 0.0052 (Re = 175,000)
・タラ? saithe: 0.005 (Re = 500,000)
が挙げられていました(いずれも表面面積による計算)。この本は --まだ全部は読んでいませんが-- 生物学と物理学・工学のいずれを背景に持つ読者をも対象としていますので、一読されてみてもいいかもしれません。

ここまでに挙げた本のほかにも、私は読んだことはありませんが "Mechanics and Physiology of Animal Swimming" と "Bio-mechanisms Of Animals In Swimming And Flying" も、もしかしたら参考になるかもしれません。また、Google Scholar や Journal of Experimental Biology 等で fish drag coefficient など、あるいは上記の魚の抗力係数のソースである Webb や Hess, Videler(いずれも人名)などのキーワードによって検索すると、色々と出てくると思います。さらに、レイノルズ数は大きく違いますが潜水艦の計算ももしかしたら使えるかもしれません(調べていません、すみません)。

ただし、ここからは想像に過ぎませんが、抗力係数の推算時には、いずれの資料でも迎え角はおそらく alpha = 0 としているのではないかと感じます(迎え角 angle of attack は alpha (α) で表されることが多いようです)。多くの魚は揚力を積極的には利用していないようですから、一様流れに対して上下対称として、揚力 L = 0 を仮定しているのではないかと思います(違っていたらすみません)。あるいは、そもそも「浮力の計算に……」とのことでしたので、以上の駄文はリソースの無駄に過ぎなかったのかもしれません。(……一応確認しておきますが、静水圧による浮力 = 静的揚力とは別の力として、流れと物体との相互作用による流体力があり、このうち、相対流れの向きと平行な成分が抗力、垂直な成分が揚力 = 動的揚力と呼ばれることはいいですよね)

なお、どんな流体力学の本にも出ているので蛇足とは思いますが、レイノルズ数 Re は、
Re = rho U l / mu = U l / nu
ここで
nu = rho / mu
├ 0 deg C の海水なら 1.838 * 10^-6 m^2/s
└ 20 deg C の海水なら 1.047 * 10^-6 m^2/s
(真水でもほぼ同じ。"Life in Moving Fluids" による)
rho:(流体の)密度 density(ρですが文字化けするかもしれないので)
mu: 粘性係数 dynamic viscosity(同じくμです。粘度とも呼ばれることがあるようです)
nu: 動粘性係数 kinematic viscosity(同じくν)
U: 流速度 velocity(注目する部分の速さ。一様流れの速度であることが多いですが、必ずしもそうではありません。V と書かれることも多いようです)
l: 代表長さ length(注目する部分の長さ。x と書かれることもあります)

私もこうしたテーマに興味があり、近い分野の研究に携わりたいと思っておりますので、勉強不足・説明不足を承知の上で、少しでも助けになればと思い、取り急ぎ投稿させていただきました。一部でも何らかの役に立てば幸いです。個人で交流することは規約違反とのことですのでメールアドレス等は記しませんが、将来それらしき論文を拝見できることを楽しみにしております。長々と失礼しました。

長文で失礼します。既に回答があるように、ある程度以上の精度が欲しければ実験を行うのが普通なのではないかと思います(ただ、この場合風洞ではなく水槽になるでしょうか)。一方で、前進速度(遊泳速度) U と体長 l だけでもわかれば、計算でもある程度の予測を立てることは可能なようです。どうも "Fluid Dynamic Drag" Sighard F. Hoerner (1965) という本がこの世界では有名で、抗力係数の計算にはよく参照されているようですので、可能でしたらご覧になるといいかもしれません。
Webcat plus
http://web...続きを読む

Qエクセルで計算すると2.43E-19などと表示される。Eとは何ですか?

よろしくお願いします。
エクセルの回帰分析をすると有意水準で2.43E-19などと表示されますが
Eとは何でしょうか?

また、回帰分析の数字の意味が良く分からないのですが、
皆さんは独学されましたか?それとも講座などをうけたのでしょうか?

回帰分析でR2(決定係数)しかみていないのですが
どうすれば回帰分析が分かるようになるのでしょうか?
本を読んだのですがいまいち難しくて分かりません。
教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるための指数表記のことですよ。
・よって、『2.43E-19』とは?
 2.43×1/(10の19乗)で、
 2.43×1/10000000000000000000となり、
 2.43×0.0000000000000000001だから、
 0.000000000000000000243という数値を意味します。

補足:
・E+数値は 10、100、1000 という大きい数を表します。
・E-数値は 0.1、0.01、0.001 という小さい数を表します。
・数学では『2.43×10』の次に、小さい数字で上に『19』と表示します。→http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%8C%87%E6%95%B0%E8%A1%A8%E8%A8%98
・最後に『回帰分析』とは何?下の『参考URL』をどうぞ。→『数学』カテゴリで質問してみては?

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%9E%E5%B8%B0%E5%88%86%E6%9E%90

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるた...続きを読む

Qヤング率が変わる原因

たとえば、銅の棒の両端を支えて、中心に力を加えるとたわみますよね?
そのときに、ヤング率が大きいと、たわみの量が少なくなりますよね?

そこで、質問なんですけど、ヤング率の値が変化する原因を教えてください。

金属の疲労が原因なのかなぁ~??って調べているんですがなかなか見つからないので、よろしくお願いします

Aベストアンサー

>そこで、質問なんですけど、ヤング率の値が変化する原因を教えてください。

どういう状況で変化するのか教えてくれると、回答がつくと思います。
今思いつくのは、塑性化が発生していることの他は(弾性範囲では)、以下のような物です。

一般に
応力=ヤング係数×ひずみ
応力=荷重/断面積
から、
荷重=ヤング係数×ひずみ×断面積
です。

一般に断面保持の仮定(断面は一定)の下で解析しますのですが、加力を続けていくと断面の減少などが起こり、断面積が変化します。
実験などでの計測ではロードセルなどで荷重を、ひずみゲージによりひずみを測定して、断面積一定の仮定からヤング係数を算出します。
つまり、断面が一定の仮定が成り立たないと、見かけ上ヤング係数が変化するような結果が得られることがあります。


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