応力(stress, s, t ) 自由物体図(free-body diagram)において、外力として負荷荷重P が作用した とき、任意の切断面で力の釣り合いを考慮すると、面における単位面積あたり の内力が存在する、それを応力といい、単位は、Pa(N/m2) で表す。面に垂直 に働く垂直応力、s と平行に働くせん断応力、 t がある。 P P s t A A P P P s N m2 A 垂直応力(normal stress) P P t A せん断応力(shearing stress) ひずみ(strain, e , g ) 単位長さ当たりの長さの変化量をひずみと定義する。ひずみは任意の場所の変 形の度合いを表している。荷重を受けた軸方向には軸ひずみ(longitudinal strain)、直角方向には横ひずみ(transverse strain)が生じる。伸びに対して引張 ひずみ(tensile strain)、縮む方向には圧縮ひずみ(compressive strain)、両者を あわせて垂直ひずみ(normal strain, e)という。せん断荷重に対してはずれの相 対的変化をせん断ひずみ(shearing strain, g)と定義する。単位は無次元である。 無負荷の初期状態(a) と静的荷重P を負荷されている状態(b) である。 (a) (b) P L P L + L L 長さの変化量 e L もとの長さ フックの法則(Hook’s law) 物体に生じている応力(内力)s とひずみ e は、正比例する関係をいう。このよう な物体を弾性体といい、応力を徐荷するともとの状態に戻る性質を有している。 応力とひずみの比例定数を、弾性係数といい、垂直ひずみに対しては、縦弾性 係数(modulus of longitudinal elasticity)、E 、ヤング率(Young’s modulus)とう いう。せん断ひずみに対しては横弾性係数(modulus of transverse elasticity)、 G、 あるいはせん断弾性係数(modulus of shearing elasticity)ともいう。それぞ れは、材料固有の値をとる。単位は応力と同じ[N/m2]である。鉄鋼材料ではお よそ200GPa、アルミニウム合金では70GPa である。 s Ee , e L L0 L0 P A0 L0(1 + e ) P P L s ,e A0 L0 t Gg , E 21 G :はポワソン比 はり(beam) 棒の軸線に対して垂直に作用する荷重(load)を、横荷重といい、この横荷重を または、棒を曲げるモーメントを受ける棒をはりという。 集中荷重 分布荷重 等分布荷重 両端単純支持はり (simply supported beam) 曲げモーメント 片持ちはり (cantilever beam) たわみ曲線の基本式 (differential equation of the deflection curve of a beam) フックの法則とはりのたわみ形状の関係から導かれ、逐次積分を行うことによって はりの形状を求めることが出来る関係式である。ただし、はりのたわみの傾きが無 視できる程度に、たわみが大きくならない範囲にて適用できる。 d v M x 2 dx EI 2 x M(x) v(x) M(x) は曲げモーメント、EI をはりの曲げ剛性(E はたて弾性係数、 I は断面2次モーメント)という。
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