剛性と強さの違いについて教えてください!

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A 回答 (4件)

1)剛性:



・「剛性」は「弾性」と不可分の概念です。弾性は材料力学的には「ヤング率」とポアッソン比で表わされます。

・ヤング率とは、平たく言えば「バネ定数」のようなものですが、「バネ定数」はバネの長さや太さに依存するのに対して、ヤング率は物質に対して一意に決ります。「物質の伸び縮みのし易さ」と思っていいでしょう。

・ポアッソン比とは物質をある方向に引っ張ったり、伸ばしたりした時、横方向にどのくらい変形するかの度合いです。

・結局、「剛性が高い」とは、「変形しにくい」、「弾性が低い」ことと同じです。変形し易いものの代表がゴムです。変形しにくい物の代表がガラスなどです。金属はガラスよりも変形し易いです。

(2)強さ:

・物体に負荷を掛けて行くと、ある限度(=降伏点)までは負荷を取り除く(=除荷という)と、元の状態に戻りますが、降伏点を超えると、針金か飴を伸ばしたように変形し、除荷ても元の状態に戻りません。これを「塑性」と言います。車の外板や缶飲料の缶などのプレス加工はこの性質を上手く利用している訳です。塑性を持った材料でももっと凄い負荷をかけると「破断」します。

・これに対して、塑性変形せずにいきなり崩れてしまう材料もあります。そのような性質が「脆性」のはずですが、これは扱った経験がありません。

・「強さ」だけでは厳密な言葉ではないですが、「引っ張り強さ」に関してならキチンとした定義があります。(理科年表参照)

・工学系の現場で使われる「強さ」とは、普通、「弾性を保っていられる応力が高いこと」として使われているように思います。(自信なし)

・ナイロンなどは、剛性は低いが「強い」材料の典型ではないでしょうか?
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参考にしてください。



剛性について。 剛性と靱性を比較して考えてみましょう。
コンクリートの柱と、鉄骨の柱を想像してみてください。

コンクリートは、堅く変形をほとんど許しません。剛性がある。靱性が無い。
鉄は、弾力性がありある程度変形します。   剛性が無い。が、靱性がある。

単純に強さとは?と言うのは色々なので説明できません。
剛性に対して強いのか、靱性について強いのか?などなど。

剛性・靱性・脆性・塑性・弾性など、関連した言葉を平行して調べていくと、理解が早いと思います。
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goo の大辞林第二版(参考 URL)での検索結果によると,



■ごうせい がう― 【剛性】
 物体に外力を加えて変形しようとするとき、物体がその変形に抵抗する程度。特に、ねじれ・ずれに対する弾性をいう。

これと 00seven さんの参考 URL の記述を組み合わせると,

剛性:
物質が硬いか柔らかいか。つまり,物質に力が加わった時に変形しやすいかどうか。

強さ:
物質が壊れやすいかどうか。

いかがでしょうか。

参考URL:http://dictionary.goo.ne.jp/cgi-bin/jp-top.cgi
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参考URLにちょっとだけ載っています。



うまくいえないけど、固いんだけど「パキッ」って割れちゃうもの(高野豆腐とか?)は、「剛性は大きくて、強さは小さい」となるのではないでしょうか。

参考URL:http://webclub.kcom.ne.jp/mb/makino/words/stiff. …
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Q薄膜のたわみによるヤング率変化について

薄膜のたわみによるヤング率変化について
質問させてください。

例えば、A4サイズの紙の短い辺の片端だけを持つと、
重力によって紙は当然ペロンと下に曲がります(たわみます)。
しかし、長い方の辺にすこしだけ力を加えてたわませると、
その紙は下にたわまなくなり、重力に抵抗できるようになります。
厚みなどのパラメータは変わりませんので剛性変化というよりも、
ヤング率が変化したと考えられると思います。
また、この現象は金属膜でも同様に確認できます。

さて、この現象をどのように理解したらよろしいでしょうか?
長辺方向の変形による、ヤング率の変化
(いわゆる微分剛性やストレススティフニング)でしょうか?
みなさまご教授ください。

Aベストアンサー

>アーチ構造にして見かけ上の剛性が変化した場合、
>同じだけたわませるにはより応力が必要になると
>考えてよろしいでしょうか?

いえ、アーチは応力がそもそも発生しにくいのです。
より大きな応力ではなく、より大きな荷重が必要と言った方がいいでしょう。
ウィキペディアの図を借用して解説しますが、
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%94%BB%E5%83%8F:Arch_action.png
アーチはその形状から曲げモーメントを軸力に変換します。

曲げモーメントが作用した場合、軸力が作用するのに比べ、多大な応力が発生し、
これが大きなたわみを生み出します。
ところが、アーチ形状では、曲げモーメントが発生しにくいため、
そもそも応力があまり発生しない構造といえます。
これは剛性というより、形状によって発生する断面力に差異があると考えてください。

Q剛性の強さ

直方体の金属部品を加工して、なるべく軽くて剛性の高いものを作りたいのですが、やはりその場合はレールのような形が最もふさわしいのでしょうか?

もし他にもあれば、ご教授のほうお願いしますm(__)m

Aベストアンサー

 "剛性の強さ"は曲げ剛性のことと思われますが、傾向を知りたいのか、設計加工したいのかによりかなり異なります。
 材料力学の教科書で、高さ100mm程度の寸法で、同じ断面二次モーメントの場合、溝形>I形>長方形>正方形>円形の順に軽くなると計算していたのを記憶しています。

 素材から加工して作る場合には、計算するしかありません。断面の形状、高さ、幅、使い勝手などの条件のもとに、

?同じ断面二次モーメントの条件で、各部の寸法を変えてパソコンでプログラムして最小断面積になる形状・寸法を探す。

?断面積を一定の条件で計算し、断面二次モーメントの最大なものを探す。

とするしかないと思いますが、結構面倒です。
 おおよその傾向として、鋼材メーカーのカタログで同程度の寸法のものを比較することも出来るかも知れません。

Q伸び剛性と曲げ剛性

一辺が50cmの正方形断面を持つ鋼鉄の伸び剛性と曲げ剛性は下の値で合ってますか?

鋼鉄のヤング率E : 206*10^5[N/cm^2]
断面積A : 25*10^2[cm^2]
断面二次モーメントI : 52*10^4[cm^4]

伸び剛性 EA : 5*10^10[N]
曲げ剛性 EI : 1*10^13[N*cm^2]

大雑把な値を使ったので、正確な値とは大分違うと思うのですが、大体合っているかどうか知りたいです。
どなたか教えてください。
あと伸び剛性と曲げ剛性の単位も自信がないので間違っていたら教えてください。

Aベストアンサー

あってます。
必要ある場合は、有効数字を意識して下さい。

Q電束密度(電界の強さ)と、平行板コンデンサの電界の強さ

電束密度(電界の強さ)と、平行板コンデンサの電界の強さ

Aベストアンサー

回答としては、両者に違いはありません。
どちらで算出しても、電界の強さは同じです。
コンデンサーの電界の計算の場合は、電極間の電位差と極板間の距離がわかるのであれば、E=V/dで算出すればいいわけです。
コンデンサーの電極間に直列に誘電率の違う誘電体が挟まれている場合は、誘電体間の電位差が異なりますから、電束密度が一定である事を利用して、誘電体間の電位差を計算して、コンデンサー内の電界の強さの勾配を計算できます。
電極の電荷量と誘電体の誘電率が与えられている場合は、電束密度から電界の強さを算出する事しかできません。
つまり、計算しやすい方法を選べば良いと言う事です。

Q見かけのヤング率について

化学系学科の大学4年に在籍するものです。雑誌会にてカーボンナノチューブのヤング率測定に関する文献を読む予定なのですが分からないことがあるので教えてください。

この論文ではTEM内でナノチューブをピエゾ素子と連動したカンチレバー(片持ち梁)で押して、その力と変位の関係からナノチューブのヤング率を求めています。

問題はその計算の式なのですが、
E=fl^3/3yI
E:見かけのヤング率
f:ナノチューブ先端にかかった荷重
l:ナノチューブ固定端からナノチューブ先端までの長さ
y:ナノチューブ先端の変位
I:カーボンナノチューブの断面二次モーメント
と記述してあります。

ここでEを”見かけのヤング率”としている理由に関して論文中では、
『ナノチューブの断面は定義しにくいためパイプと仮定し、断面係数を変形に因らず一定とみなしている。今回求めたヤング率はこの効果(断面係数一定)を含み、曲げ剛性を示しているので【見かけのヤング率】と呼ぶ。』
とあります。

(1)パイプと仮定したら断面係数を変形に因らず一定とみなせるのですか?
(2)断面係数を変形に因らず一定とみなすと具体的に何を無視して計算することになるのでしょうか?現実とどうかけ離れるのでしょうか?
(3)断面係数を変形に因らず一定とみなすことと曲げ剛性との関連は?

以上三点お願いします。どれか1つでもかまいません。
長文失礼しました。

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Aベストアンサー

パイプの断面係数を理解されたらとりあえず解決するかも。
工学部でしたら、石を投げたら機械系の学生に当たるとおもいますので、謝りがてら聞いてみましょう。

Q剛性の変化による影響について教えてください。

静解析について勉強中です。
まだまだ、素人なのでイメージがわかない為教えてください。

下図のような構造体の場合(簡単で済みません)
●▲■★:物体
-:梁
として

ケース1
●-------▲-------■-------★
↑                                  ↑
強制変位を入力                         完全拘束

ケース2
●-------▲-------■-------★
↑          ↑                      ↑
強制変位を入力  剛性2倍                  完全拘束

物体「▲」の剛性を上げることで、物体「■」付近の応力の影響はどうなりますか?

Aベストアンサー

当然小さくなります。

ただ、単に▲の剛性が2倍になったというだけでは、その影響度合いは不明です。

Q剛性について

学生です。

実験するにあたって初期剛性を実験地と計算値で比較するのですが、なぜ計算値のほうが大きい値になるのでしょうか??

また初期剛性はどのような式で計算できますでしょうか??

P=kδのkが初期剛性ならば、k=EIであらわされるとなっていましたが、EIとは曲げ剛性のことではないのでしょうか??この場合、初期剛性=曲げ剛性なのでしょうか?

せん断剛性は考慮しなくてもいいのでしょうか??
またせん断剛性はどのように表されるのでしょうか??

Aベストアンサー

>コンクリートゲージをせん断変形方向に貼り付けて、載荷した場合、せん断ひび割れ応力(変形量からの変換値)よりも高い応力までひび割れが発生しなかったです。

回りくどい表現で申し訳ありません。
申し上げたいのは、ポアソン比測定のための供試体、なんでも構わないです500×500の平板状のもの。これに、せん断変形を加えて得られたポアソン比に基づいたせん断剛性(=A)。
これと、実大耐震壁で試験を行い、この際のコンクリート歪から逆算されるポアソン比(=B)は、理論上は同じになるはず。
しかし、AとBは同じにならず、B>Aとなることがある。
すなわち、耐震壁周囲の境界梁、寸法効果をどうしても加味しなければ、設計に応用できる結果が得られない。
ということをです。

せん断剛性は、たしか、
G=E/2(1-γ) では。
γ;ポアソン比

単純に、
>初期剛性=曲げ剛性+せん断剛性
です。
これは、間違っていないと思います。
初期に限らず部材の応力と変形は、曲げとせん断の総和だと思います。

しかし、実験では、変形量しか判らないので、
曲げ変形 と せん断変形
を分離して考えないとなりません。
しかし、これは大変難しいから耐震壁では、あえてせん断破壊させてませんか?
といいますか、曲げ破壊する耐震壁は、低耐力で頭うちするんで意味が無いのでしょうか?
(自分でも、こんがらがってきました・・・)

で、またはじめに戻れば、
計算による曲げ剛性とせん断剛性、これと実験での結果との比較を行う。
これが実験を行う意味の全てではないか、私は考えます。
(計算どおりの剛性評価=変形量評価=耐震性能評価 が、可能であれば、世の中、”推定式”なるものは無い)

わたしも考え続けます・・。

>コンクリートゲージをせん断変形方向に貼り付けて、載荷した場合、せん断ひび割れ応力(変形量からの変換値)よりも高い応力までひび割れが発生しなかったです。

回りくどい表現で申し訳ありません。
申し上げたいのは、ポアソン比測定のための供試体、なんでも構わないです500×500の平板状のもの。これに、せん断変形を加えて得られたポアソン比に基づいたせん断剛性(=A)。
これと、実大耐震壁で試験を行い、この際のコンクリート歪から逆算されるポアソン比(=B)は、理論上は同じになるはず...続きを読む

Qヤング率と曲げ強さの違い

お世話になります。歯科の研修会講義の中で、現在使用している歯科材料のヤング率をすべて調査発表する事になりました。一つ一つメーカーに質問しているのですが、返事が有りません。材料に添付されています使用説明書には、ヤング率を載せているものが一つだけ有りました。が求め方が分かりません。一例を上げますと説明書には、耐力770MPa、伸び7%、硬さ305HVと有ります。これは歯科用金属で金12,0%、銀48,2%、パラジューム20,0%、銅17,7%、その他2,1%となっております。このような学問を全く勉強して来ていませんので、出来るだけ簡単にヤング率の求め方を教えてください。よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

ヤング率とは何か、耐力、伸び、硬さとは
1の方がおっしゃっているとおり、提示されたデータからヤング率を求めるのは不可能です。

合金のヤング率はそもそも計測するもので計算するものではないという認識です。
一つ一つ。すでにご存知のことも多いかと思いますが、解説しますと、

HVとはビッカース硬さといい、表面硬度です。表面に規定のダイヤモンドをあてて圧力を掛け、どれだけ押し込めたかを変形部の面積で評価します。

耐力、伸びは、弾性限界を表し、これも試験機で計測します。
一定の大きさ形状の試験子に力を掛けていくと徐々に伸びが発生します。
力が一定以下の場合、力を掛けるのをやめると試験子は元の大きさに戻ります。これは弾性変形。
一定以上になると試験子は元の大きさに戻れなくなり(塑性変形)、更に掛けていくと千切れます。
このとき、塑性変形が始まると引っ張っている側に返ってくる応力が急に落ちますので、それで試験機は耐力と伸びを判断します。

そしてヤング率
ヤング率は弾性変形が起こっている際の、荷重と変化量の比例率です。
合金では元の金属の配合からでは求められないので試験して計測します。
ちょうどいい資料がありましたので貼り付けておきます。
www.iic-hq.co.jp/library/pdf/043_05.pdf

ヤング率のデータが欲しいなら供給者にテスト結果をもらうか、自分でテストするしかないと思います。

ヤング率とは何か、耐力、伸び、硬さとは
1の方がおっしゃっているとおり、提示されたデータからヤング率を求めるのは不可能です。

合金のヤング率はそもそも計測するもので計算するものではないという認識です。
一つ一つ。すでにご存知のことも多いかと思いますが、解説しますと、

HVとはビッカース硬さといい、表面硬度です。表面に規定のダイヤモンドをあてて圧力を掛け、どれだけ押し込めたかを変形部の面積で評価します。

耐力、伸びは、弾性限界を表し、これも試験機で計測します。
一定の大きさ形状の...続きを読む

Q剛性について簡単に教えてください

剛性と比剛性との違いを教えてください。
お願いします。

Aベストアンサー

 補足です。
 ある物体に力がかかったときの変形のしにくさ。
 力pを加えたときの変位をδとすると、変形のしにくさの尺度は
 p/δ である。
 とお答えしましたように、変位が少ない=小変形 ならこの値
 p/δ は大きくなります。(剛性が高い:分母が小ですから)
 この回答で何か変でしょうか?
 比~ とは何かを一定にしたときの相対値で、ここでは、物体の変形が一定
 として、そのために加える力の大きさの比をいいます。
 ただ、強度と変形の相関はかなり問題があります。つまり、
 強度=硬さ=もろさ
 変形=柔らかさ=粘り強さ
 なんか、日本刀の解説みたいになりましたけど。
 だから、真の強度は、復元力を含んで(粘り強い)、変形しにくいのですが。
 

Q円形コイルから少し離れたところの磁界の強さの出し方を教えてください。

半径0.06m、巻き数50回、電流5Aの円形コイルの、軸上OP=8cmの距離にある点Pにおける磁界の大きさと向きを求めなさい。
という問題なんですが、

Oの磁界の強さH=N*I/(2r)より、2.08*10^-3[A/m]と出たんですが、

Pの磁界の強さの出し方を教えてください。

軸上OPというのは、xy軸に円形コイルを置いたときのz軸上にある点Pだと思ってください。

Aベストアンサー

そうですか。ちなみにH~の~はベクトルの矢印をあらわています。
線素ベクトルds~の部分の電流による微小磁界ベクトルdH~は(ΔH~と書いてもよいが。ds~もΔs~と統一する)
dH~=(NI/4π)(ds~×r~)/r^3となり、これを円Cの全周にわたって積分するとH~=∫[c]dH~となるわけです。

うまく説明できませんが、円の中心の磁界が計算できたのですから、電流の微小線素が作る中心よりbだけ離れた位置の磁界の大きさは同様に計算できます(距離だけ異なる)。この磁界で中心軸方向の磁界だけをもとめればよい。これはsin,cosで簡単に求められます。これに全周長をかければよいです。


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