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ヤング率についての質問ですが、
ヤング率は温度によって変化しないと聞いたが、最近温度の上昇と共にヤング率は小さくなるという説を見ました。
それは、何ででしょうか?全てのものとも温度に影響されますか?
そして、これに関連する資料があれば参考したいですが、よろしくお願いします。

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A 回答 (1件)

固体のヤング率は温度上昇とともに減少します。

ヤング率に及ぼす温度の影響の程度は材料によります。もう少し具体的に申しますと、原子の結合の種類によります。例えば、ダイヤモンド(共有結合)とアルミニウム(金属結合)を比べた場合、アルミニウムの方が温度の影響は大きくなります。
温度上昇とともにヤング率が減少する理由は、原子間ポテンシャルで説明されます。固体物理や金属学の教科書を参照されると、よろしいかと思います。
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この回答へのお礼

参考になりました。ご回答ありがとうございます。

お礼日時:2004/09/06 11:48

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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。

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

Q樹脂材料の曲げ弾性率について

先日、仕事の関係でプラスチックのスナップフィット
(プラスチック部品の一方と他方がパチンとはまる
爪形状です。プラモデルにもよくあると思います。)
の荷重計算をしようとしました。
その爪形状には大きなテーパがついており、
根元が太く先細だったので、
単純な梁の公式では計算できずに
excelマクロによる数値積分で
梁の曲げ微分方程式(d^2y/dx^2=-M/EI)を
解こうとしました。
-------------------------------------
一応できたので、早速荷重を計算して実測値と
照らし合わせてみようとしたのですが、
材料のヤング率(縦弾性係数)を知らないことに
気づきました。
同僚に聞いてみたところ、「曲げ弾性率」というのは
材料の仕様書に載っていると教えてくれました。
職場にある材料便覧を見ても「曲げ弾性率」は
載っていました。
この「曲げ弾性率」はヤング率(縦弾性係数)と
同じなのでしょうか。それとも違うのでしょうか。
もし違う場合、ヤング率(縦弾性係数)は
どのようにして調べるべきなのでしょうか。
似たような経験がある方がいましたら
お手数ですがご教示願います。

先日、仕事の関係でプラスチックのスナップフィット
(プラスチック部品の一方と他方がパチンとはまる
爪形状です。プラモデルにもよくあると思います。)
の荷重計算をしようとしました。
その爪形状には大きなテーパがついており、
根元が太く先細だったので、
単純な梁の公式では計算できずに
excelマクロによる数値積分で
梁の曲げ微分方程式(d^2y/dx^2=-M/EI)を
解こうとしました。
-------------------------------------
一応できたので、早速荷重を計算して実測値と
照らし合わせてみようとし...続きを読む

Aベストアンサー

結果から言うと,Eに曲げ弾性率を代入しても問題ないと思います.

引張弾性率と曲げ弾性率は測定方法が異なりますので,物性のもつ意味は違います.引張りの場合(丸棒を引っ張るようなケースです),材料内部はすべて引張応力になりますよね.

しかし,曲げの場合(板を曲げるようなケース)では,ふくらんでる面には引張応力,へこんでる面には圧縮応力がかかります.このため,例えば引張弾性率と圧縮弾性率が異なるような材料では,引張弾性率と曲げ弾性率は違ってきます.

また,少し専門的になりますが,曲げのかかる部材には,引張・圧縮応力の他に,せん断応力もかかっています.これらの効果が総合的に寄与してくるため,引張弾性率と曲げ弾性率は,「意味合いとしては」異なる物性値です.

しかし,ごく一般的なプラスチックであれば,引張弾性率と曲げ弾性率はほぼ同じ値になります.
下記などにデータが出ていますが,恐らくほぼ同等か,曲げ弾性率の方が10%程度低い値になっていると思います.
http://www.m-ep.co.jp/mep-j/tech/index.htm
http://www.mrc.co.jp/acrypet/04tech_01.html

カタログデータに曲げ試験が多い理由は,試験が簡単だからです.薄い平板の試験片が使えますからね(チューイングガムのような形状です).それに対し,引張試験では,試験片を「つかむ部分」の加工が難しく,やや複雑な形状になってしまいます.

というわけで,プラスチックの分野では,曲げ弾性率を測定して,これをEとして代用するケースが多いと思います.

ただし,圧縮やせん断弾性率が引張と極端に違う材料・・・たとえば,ガラス繊維で一方向強化したような異方性材料では,曲げ弾性率とヤング率は大きく異なります.

あと,蛇足になりますが・・・
曲げ弾性率=曲げ応力/曲げひずみ
とありますけど,前述の通り,曲げ応力や曲げひずみは一定値ではありませんので注意が必要ですね.材料内部で分布をもっています(ここが引張と違うところ).

通常は,曲げスパンL,破断荷重P,試験片幅b,厚さh,たわみxなどを用いて,
E=(P・L^3)/(4・b・h^3・x)
のような式で求めます.試験方法によっても式が違ってきますので,材料力学の教科書をお読み下さい.

結果から言うと,Eに曲げ弾性率を代入しても問題ないと思います.

引張弾性率と曲げ弾性率は測定方法が異なりますので,物性のもつ意味は違います.引張りの場合(丸棒を引っ張るようなケースです),材料内部はすべて引張応力になりますよね.

しかし,曲げの場合(板を曲げるようなケース)では,ふくらんでる面には引張応力,へこんでる面には圧縮応力がかかります.このため,例えば引張弾性率と圧縮弾性率が異なるような材料では,引張弾性率と曲げ弾性率は違ってきます.

また,少し専門的になりま...続きを読む

QNをPaに単位換算できるのか?

大変困ってます。
皆さんのお力をお貸しください。

加重単位Nを圧力単位Paに変換できるのでしょうか?
もし出来るとしたらやり方を教えてください。
具体的には30Nは何Paかということです。
変換の過程も教えていただければ幸いです。

是非、ご回答、よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

 No.1さんがおおまかに答えておられますが、補足します。
 N(ニュートン)は力の単位です。対して、Pa(パスカル)は圧力の単位です。これらは次元が違うので、単独では変換はできません。
「30 Nは何Paか」
というのはナンセンスです。
 NとPaの関係は、
Pa = N/m^2
です。質問が、
「30 NをPaを使って表せ」
というのならば、
30 N = 30 Pa・m^2
となります。m^2(平方メートル)という単位が必要になります。物理量の間の関係、
圧力 = 力/面積
および、単位の間の関係
Pa = N/m^2
を整理して覚えてください。

Qヤング率について・・・

明日、卒研発表で困っています。
ヤング率が、「伸びと力の関係から求められる定数で、その物体の歪みにくさをあらわす」だということを調べたのですが、説明しずらいので、もうすこし分かりやすい言い方をご存知の方はお願いします。

Aベストアンサー

> ヤング率について・・・

---------------
【 答その1 】

簡単に言えば「材料のたわみ難さ」のことで、普通一般においては、
【 剛性 】と言う言葉で、表現されているものである。

---------------
【 答その2 】

「加えた力を、単位(面積)で割った値」を、「応力」とし、
「伸び量を、単位(長さ)で割った値」を、「歪率」とした時、
「応力」を「歪率」で割った値が、「ヤング率」と呼ばれる値である。

---------------
【 答その3 】

材料の弾性限度内において、
「単位(面積)当たりに加えた力」を、その時点での、
「単位(長さ)当たりの伸び量」で割った値を、「ヤング率」と呼ぶ。

---------------
「 ヤング率 」
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A4%E3%83%B3%E3%82%B0%E7%8E%87
「 剛性と強さ 」
http://okweb.jp/kotaeru.php3?q=65704

> ヤング率について・・・

---------------
【 答その1 】

簡単に言えば「材料のたわみ難さ」のことで、普通一般においては、
【 剛性 】と言う言葉で、表現されているものである。

---------------
【 答その2 】

「加えた力を、単位(面積)で割った値」を、「応力」とし、
「伸び量を、単位(長さ)で割った値」を、「歪率」とした時、
「応力」を「歪率」で割った値が、「ヤング率」と呼ばれる値である。

---------------
【 答その3 】

材料の弾性限度内において、
「単位(面...続きを読む

Qヤング率、線膨張率

大学でヤング率と線膨張率の測定をやったんですけどヤング率と線膨張率は反比例している
ヤング率が大きく線膨張率が小さい材料は伸びにくくヤング率が小さく線膨張率が大きい材料は伸びやすいと先生が言っていたのですが何故ヤング率が大きく線膨張率が小さい材料は伸びにくくヤング率が小さく線膨張率が大きい材料は伸びやすいんでしょうか
わかる方いたら教えて下さい

Aベストアンサー

ヤング率は外部から力をかけた時の変形のしにくさを表す数値で、熱膨張率は温度が変わった時の変形の大きさを表す数値。
変形についての数値なのは同じですが、力と温度がなぜ関係あるのか?  ということですよね。

温度とは、分子の振動のことで、温度が高くなると振動が大きくなり、内部で発生する力が大きくなる。という考え方のようです。

たしかに、分子構造が似ている金属どうしなら
    ヤング率  線膨張率
アルミ  70    23
銅    130   17
鋼    210   11
ですが、他の物質まで比べると
木材   10    4 (繊維方向)
大理石  77    4
ガラス  80    9
反比例関係ではないですね。

Q弾性係数と硬さは無関係ということは,文献にのってる?

金属の弾性係数は硬さ(焼入れ)には関係ないと詳しい人から聞いたのですが,これが記載されてる文献が見当たりません. 知らない人は,硬さが引張強さにほぼ比例するという事実から,弾性係数も変化すると考えるらしく,いちいち議論する手間を省くためにも,それが記載されている文献のコピーが欲しいのです.
どなたかご存知ありませんか?

Aベストアンサー

鋼材の弾性係数は、加工(熱処理)方法によって 少しだけですが、変化します。 旧単位系のデータですが ご参考までに;


熱処理による炭素鋼の弾性係数の値の変化( by 本田、田中)
(縦弾性係数E、横弾性係数G の単位は kg/mm2 で記す )

C% (Si+Mn+P+S)%  900℃焼き鈍し  900℃油中冷却
                E    G       E    G
--------------------------
 0.10   0.422     20,850  8,290    19,800  8,060
 0.50   0.720     20,770  8,320    20,090  7,950
 1.02   0.517     20,350  8,330     19,490  7,930
 1.48   0.466     19,680  8,130    18,560  7,800
--------------------------
  参考 : 機械工学便覧(材料力学編)、日本機械学会

このデータを見る限りでは、900℃で焼鈍した鋼材のヤング率Eよりも 同温度で油中冷却した鋼材のEの値が、ほぼ 4~5%程度ですが 低くなっています。

でもこの程度の変化であれば、大勢には影響ないですね。

鋼材の弾性係数は、加工(熱処理)方法によって 少しだけですが、変化します。 旧単位系のデータですが ご参考までに;


熱処理による炭素鋼の弾性係数の値の変化( by 本田、田中)
(縦弾性係数E、横弾性係数G の単位は kg/mm2 で記す )

C% (Si+Mn+P+S)%  900℃焼き鈍し  900℃油中冷却
                E    G       E    G
--------------------------
 0.10   0.422     20,850  8,290    19,800...続きを読む

Qヤング率の単位について

MKS単位系では、N/m^2(ニュートン毎平方メートル)ですがこれをCGS単位系dyne/cm^2に変換したいんですが、1N/m^2=何dyne/cm^2になりますか?お教え願います。
できれば、簡単でいいので、途中式も示していただきたいです。

Aベストアンサー

1[N]=10^5[dyne]
1[m]=10^2[cm]⇒ 1[m^2]=10^4[cm^2]

です。よって、

1[N/m^2]=10^5/10^4[dyne/cm^2]
=10[dyne/cm^2]

となります。
 ヤング率の単位は[GPa]で表記されていることが多いので、[N/m^2]=[Pa]より

1[GPa]=10^10[dyne/cm^2]

と覚えておくと便利です。

Q比重の単位って?もうわけわからない・・・。

比重というのは、単位はなんなのでしょうか??
鉄の比重を7.85で計算すると考え、以下の疑問に答えてもらいたいのですが、
縦100mm・横100mm・厚さ6mmの鉄板の重さを計算したい場合、
100×100×6×7.85で計算すると、471000になります。
全部mに単位をそろえて計算すると、
0.1×0.1×0・006×7.85で、0.000471になります。

これで正確にkgの単位で答えを出したい場合、
0.1×0.1×6×7.85で、答えは0.471kgが正解ですよね?

・・・全く意味が解かりません。普通、単位は全部揃えて計算するものですよね??なぜ、この場合、厚さだけはmmの単位で、縦と横はmでの計算をするのでしょうか?

比重ってのは単位はどれに合わせてすればいいのでしょうか?

そして円筒の場合はどのように計算するのでしょうか?
まず、円の面積を求めて、それに長さを掛けるのですよね?
これは円の面積の単位はメートルにして、長さはミリで計算するのでしょうか??
わけわからない質問ですみません・・・。もうさっぱりわけがわからなくなってしまって・・。うんざりせずに、解かりやすく、教えてくださる方いましたらすみませんが教えて下さい・・。

比重というのは、単位はなんなのでしょうか??
鉄の比重を7.85で計算すると考え、以下の疑問に答えてもらいたいのですが、
縦100mm・横100mm・厚さ6mmの鉄板の重さを計算したい場合、
100×100×6×7.85で計算すると、471000になります。
全部mに単位をそろえて計算すると、
0.1×0.1×0・006×7.85で、0.000471になります。

これで正確にkgの単位で答えを出したい場合、
0.1×0.1×6×7.85で、答えは0.471kgが正解ですよね?

・・・全く意味が解かりません。普通、単位は全部揃えて計算するものですよね??...続きを読む

Aベストアンサー

#3番の方の説明が完璧なんですが、言葉の意味がわからないかもしれないので補足です

比重は「同じ体積の水と比べた場合の重量比」です
水の密度は1g/cm3なので、鉄の密度も7.85g/cm3になります
(密度=単位堆積あたりの重さ)
重さを求める時は「体積×密度(比重ではありません)」で求めます

おっしゃるとおり、計算をする時は単位をそろえる必要があります
100(mm)×100(mm)×6(mm)×7.85(g/cm3)ではmmとcmが混在しているので間違いです
長さの単位を全部cmに直して
10cm×10cm×0.6cm×7.85(g/cm3)=471g=0.471kg
と計算します(cmとgで計算しているのでCGS単位系と呼びます)

円筒の場合も同様に
体積×密度で求めます
円筒の体積=底面積(円の面積半径×半径×円周率)×高さ
です

比重=密度で計算するならば、水が1gになる体積1cm3を利用するために長さの単位をcmに直して計算してください
計算結果はgで出るのでこれをkgに直してください

最初からkgで出したい時は
水の密度=1000(kg/m3)
(水1m3の重さ=100cm×100cm×100cm×1g=1000000g=1000kg)
を利用して
目的の物質の密度=1000×比重(kg/m3)
でも計算できます
(このようにm kgを使って計算するのがSI単位系です)

0.1×0.1×6×7.85は#4の方がおっしゃるとおり
0.1×0.1×0.006×1000×7.85の0.006×1000だけ先に計算したのだと思います

#3番の方の説明が完璧なんですが、言葉の意味がわからないかもしれないので補足です

比重は「同じ体積の水と比べた場合の重量比」です
水の密度は1g/cm3なので、鉄の密度も7.85g/cm3になります
(密度=単位堆積あたりの重さ)
重さを求める時は「体積×密度(比重ではありません)」で求めます

おっしゃるとおり、計算をする時は単位をそろえる必要があります
100(mm)×100(mm)×6(mm)×7.85(g/cm3)ではmmとcmが混在しているので間違いです
長さの単位を全部cmに直して
10cm×10cm×0.6cm×7.85(g...続きを読む

Q線膨張率と熱膨張係数について

線膨張率と熱膨張係数というのは同じものなのでしょうか?
鉄の線膨張率を調べると
100K 5.6×10^-6
293K 11.8×10^-6
500K 14.4×10^-6

とでてくるのですが、293K(20℃)から373K(100℃)まであげたときの伸びはどうやって求めればいいのでしょうか?
ある一定の熱膨張係数αがあるならば、伸びは↓で求められると思うのです。
α×L(元の長さ)×ΔT(上昇温度)

質問している内容自体あまり理解していないのですがよろしくお願いします。

Aベストアンサー

熱膨張係数は体膨張係数(体膨張率も同じ)を指し、当方性を仮定できる場合、線膨張率の3倍です。

線膨張率αが温度Tの関数α(t)として与えられている場合
伸びδは
 δ=∫α(t)LdT (1)
で与えられます。積分はこの場合、293K(20℃)から373K(100℃)まで行います。α(t)の3点での値が指定されている場合、
  100K 5.6×10^-6
  293K 11.8×10^-6
  500K 14.4×10^-6
最も正確にはα(t)=aT^2+bT+c、すなわちTの2次間数で近似して、係数a,b,cを上の値から求め、これを式(1)に用いてδを計算します。すこしラフに計算するなら293Kの値と500Kの値だけを用いてα(t)=pT+q
のように一次関数近似でp,qを求めて(1)によりδを計算します。最もラフにやるにはたとえば293Kの値で計算します。
 どれを用いるかは求められている計算精度によります。


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