弾性係数 (ヤング率) の単位
弾性係数 (ヤング率) の種類と単位について詳しく見る前に、この非常に重要な機械特性の幅広い定義について説明します。
弾性率の基本的な定義
「弾性率」としても知られ、材料の弾性変形に対する抵抗力を表す測定値で、すなわち、次のとおりです。 つまり、「伸縮性」です。
弾性率は、弾性変形する領域の応力-ひずみ曲線の勾配で与えられます (下記参照 – 「降伏強度」前の直線部分)。 A less stretchy (or stiffer) material has a comparatively high modulus of elasticity, whereas a stretchy or springy substance has a lower one.
The elastic modulus is often represented by the Greek symbol lambda, λ. It takes the form of stress divided by strain, thus:
λ= stress/strain
- Stress is defined as the force that causes the deformation divided by the affected area.
- Strain is defined as the displacement of the particles of the substance relative to a specific length.
Types of modulus of elasticity
There are 3 main types of elastic modulus:
- Young’s modulus
- Shear modulus
- Bulk modulus
These are the elastic moduli most frequently used in engineering.
弾性率の単位に入る前に、それぞれの種類とその使い方を見てみましょう。
「ヤング率」
「弾性率」というと、ほとんどの人がこれを指します。 引張力が加わったときに、材料が所定の軸に沿って変形する量を表し、引張弾性率とも呼ばれます。
ヤング率は、物質が長くなったり薄くなったりする傾向として単純化できます。
これは、引張応力を引張歪みで割ったもの (または応力と歪みの比) として定義され、計算では E と示されます。
ヤング率の主な用途は、引張で発生し得る伸びや圧縮で発生し得る縮みを予測することです。 これは、たとえば構造工学で梁や柱を設計するときに役立ちます。
せん断弾性率
材料のせん断弾性率は、その剛性を表す尺度です。 ある軸に平行な力が、摩擦のような反対側の力によって満たされるときに使用されます。
せん断弾性率は、せん断応力とせん断ひずみの比として定義され、記号G、Sまたはμで示される。
せん断弾性率は、接触している 2 つの材料が反対の力を受ける、つまり擦り合うような計算で最もよく使われます。
体積弾性率
体積弾性率は熱力学的特性であり、物質の圧縮に対する抵抗力に関係します。
これは、相対的な体積の減少に対する圧力の増加の比率として定義されます。
圧縮された流体の特性を調べるときによく使われます。
弾力性はどのようにして決まるのか
ここでは、弾性体の中でもヤング率に焦点を当てます。
最も一般的な測定方法は、引張試験、曲げ試験、固有振動数振動試験を適用する方法です。
最も一般的な測定方法は、引張試験、曲げ試験、固有振動数検査の適用です。曲げ試験と引張試験は、フックの法則の適用に依存しており、静的方法と呼ばれます。
静的な方法は、測定可能な平行または垂直な力を加え、長さの変化または変形量を記録することによって実施されます。
弾性率の単位
弾性率の単位は圧力単位で、応力 (圧力単位) をひずみ (無次元) で割ったものと定義されます。 一般的にはSI単位であるパスカル(Pa)か、業界や地域によってポンド毎平方インチ(psi)が使われることが多い。
材料の弾性率 (ヤング率) の値のいくつかの例は次のとおりです。
- ゴムは非常に弾性が高いため、ヤング率は 0.01 ～ 0.1 GPa と低くなっています。
- ダイヤモンドは剛性が高いため、1050 ～ 1200 GPa の高いヤング率を持っています。
- Carbyne は既知の最も高いヤング率 32100 GPa で、現時点で最も弾性が低く、最も剛性の高い材料であることがわかります。