CAE 技術系

現役工学系CAEエンジニアが応力-ひずみ線図を5分で説明してみる

CAEの構造解析に必要な物性の一つに応力ーひずみ線図があります。
延性材料と脆性材料でその線図は大きく異なります。

この線図が何を示しているかを理解しなければ、設計活かすことはできません。
今回は応力ーひずみ線図について説明していきます。

延性材料の応力-ひずみ線図

延性材料の応力-ひずみ線図の概略図の例を示します。
応力ひずみ線図は横軸にひずみ、縦軸に応力をとります。この線図は、荷重の増加に伴い、降伏点を境に弾性域から塑性域に変化します。そして、引張強さで最大応力を示し、最後に破断します。

初期の傾きが変化するまでは弾性域です。また、傾きはヤング率Eを示しています。弾性域は、力をなくすと元の形に戻る変形範囲です。形状記憶合金の多くは、この範囲内で使用しています。

グラフの傾きが変化する点は降伏点といいます。延性材料でも、上降伏点を過ぎた後、いったん応力が減少し上昇する材料もあります。この時の極小値を下降伏点といいます。
どちらの材料も、降伏点を超えると塑性変形の範囲内です。塑性変形は、力を除荷しても元の形に戻らない変形領域です。
降伏点を超えた後の、応力の最大値を引張強さといいこの応力は極大点です。さらに引っ張ると破断します。

脆性材料の応力-ひずみ線図

脆性材料の応力-ひずみ線図の概略図の例を示します。脆性材料は、弾性材料と異なり降伏点を過ぎるとすぐ破断することが多いです。また、明確な降伏点を持たずに破断することもあります。そのため、脆性材料を設計に盛り込む場合には、応力設計は重要な事項です。

まとめ

延性材料と脆性材料では、応力-ひずみ線図は大きく異なります。特徴は、降伏点(降伏応力)を超えたらすぐに破断するかどうかです。
CAEの評価基準の一つは降伏応力です。

この線図を理解し、正しい知識で構造解析スキルをしようしていきましょう。

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