材料強度学の目的 機械とは… 外部から力を加えて、人に有益な仕事をするシステム 環境 力 材料 材料力学 ~ 弾性が条件。線形 フックの法則 ~ F = kx → σ=Eε 材料強度学 材料の破壊までを考える。 弾性変形 + 塑性変形 を合わせた挙動を考える必要がある。 機械・構造物の破壊事例(1) 機械・構造物の破壊事例(2) 1999年11月15日、ロケットH-IIの8号機の打ち上げ 液体水素をエンジン燃焼室に供給 するポンプの羽根部 羽根部(a-2)の破断面で観察され たストライエーション 機械・構造物の破壊事例(3) 機械・構造物の破壊事例(4) 機械・構造物の破壊事例(5) 機械・構造物の破壊事例(6) 第一章 材料の弾性と塑性 1.1 材料の弾性挙動 1.1.1 垂直応力とせん断応力(1) P σ [Pa] A 1.1.1 垂直応力とせん断応力(2) P τ [Pa ] A 1.1.2 垂直ひずみとせん断ひずみ 引張りによる変形 ε λ …変形量 λ L L…基準長さ せん断による変形 γ λ' L tanφ λ' …変形量 λ' γ L L…基準長さ 1.1.2 垂直ひずみとせん断ひずみ 縦ひずみ(軸方向) ll ε l 0 0 横ひずみ(直径方向) d d ε' d 0 ポアソン比 ε' ν ε 0 1.1.3 フックの法則 σ Eε E:縦弾性係数(ヤング率) G G:横弾性係数 1.3 材料の塑性挙動 (弾性変形と塑性変形) 弾性域 加工硬化 塑性域 応力 σ P 引張強さ 負荷 徐荷すると元の形に戻る 徐荷 ひずみ ε 塑性ひずみ (1)弾性変形 × 弾性ひずみ P (2)塑性変形 徐荷しても変形が残る 1.3 材料の塑性挙動 1.3.1 材料の機械的性質 上降伏点 σLU 弾性限度 σE 引張り強さ σB B 引張り荷重 P 公称応力 σ U 踊り場 E × T 元の断面積 A0 P 公称応力 σ= P A0 破断応力 σF 比例限度 σP 下降伏点 σLY 公称ひずみ ε 軟鋼の公称応力‐ひずみ線図 0.2%耐力、伸び(率)、絞り 0.2%耐力 σ 0.2%の塑性ひずみを生じる応力 (降伏現象を示さない材料) σ0.2 伸び(率) φ E L L 100% L f 0 0 1 E : ヤング率 平行 0.2% 絞り ε ψ A A 100% A 0 f 0 降伏現象を示さない多くの金属材料の 工業上応用にて使用。 1.3.2-1.3.3 対数ひずみ 引張り荷重 P 対数ひずみ dl L ε d ε ln L0 L0 l L0 L L L0 A0 L A Y σY=Y+Cε 応力 σY=Y 応力 応力 対数ひずみ σY=Cε n Y ひずみ (a) 完全塑性体 ひずみ (b) 線形硬化塑性体 ひずみ (c) 非線形硬化塑性体 まとめ 弾性変形 徐荷すると元の形に戻る 塑性変形 徐荷しても変形が残る 延性材料 弾性変形後、大きな塑性変形を示し破断 (例) 軟鋼など多くの金属 脆性材料 塑性変形をほとんど示さず破断 (例) ガラス、セラミックス、ねずみ鋳鉄など ※ 第一章のキーワード 弾性変形、塑性変形、延性材料、脆性材料、降伏応力、引張強さ、伸び、絞り
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