CAE 技術系 材料力学

5分でわかる応力。現役構造解析CAEエンジニアが解説してみた。

工学部の機械系に入学したあなたや、構造解析のCAE担当になったあなた。

応力を正しく理解していますか?
応力とは、材料の強度評価をする際に必ず知っておかなくてはいけない物理量です。
本記事では応力とは何かに解説していきます。

応力とは

応力は単位面積あたりにかかる力です。単位はPa(N/m^2)になります。
応力σ=P / A
σ:応力(Pa)、P:荷重(N)、A:断面積(m^2)です。

同じ荷重でも、断面積が小さくなると応力は増加します。
つまり、応力は断面形状に大きく依存することがわかります。

また応力は、次の式でも表すことが可能です。
σ=Eε
σ:応力(Pa)、E:ヤング率(Pa)、ε:ひずみ(無次元)

ヤング率は材料固有の物性値です。引張試験などで物性を測定します。
ひずみ ( ε=l / L ) は、基準長さ L に対する伸び量 l です。
応力は、変形量基準で表すと、ヤング率を定数として、ひずみ量に比例していきます。

応力は結果(出力)の値である

応力を入力値と勘違いしている方は多いです。
そのため、応力を直接測定することはできません。なぜなら、応力は荷重を与えた場合、もしくはひずみを与えられた際の結果です。
つまり、原因が荷重やひずみになり、結果が応力になります。
そのため、応力を測定することが可能、
とうたい文句がありますが、実はそれは不可能です。
ひずみや荷重を測定して計算して応力を算出しています。

応力はひずみや荷重の変化に対して材料内部に発生するものである

応力は、材料力学やCAEを扱う上で必須の学問です。
CAEをただ漫然と使っていた方は、
どういう意味なのか考えながら解析結果を見ると新たな側面に気が付きますよ。

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じーこ

メーカーの研究開発者 技術・サイエンスライターをしています。 ■資格 計算力学技術者 固体1,2級 国家資格 技術士補(機械) ■専門 CAE、機械系 このサイトを運営しているこーじです。 仕事の実情や、たまにためになる記事を徒然なるままに書いていきます。

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