極限引張強度または単純に引張強度は、物体/材料/構造が引き伸ばされたり、引っ張られたりすることなく耐えることができる最大応力の尺度です。
極限引張強度とは?
材料の引張り特性は、材料に加えられた張力にどのように反応するかを示します。ご想像のとおり、大きな力がかかると壊れる素材もあれば、伸びたり物理的に変形したりする素材もあります。非常に鋭く壊れる材料は、「脆性破壊」を受けると言われています。
一方で、引っ張ったり引っ張ったりすると大きな応力に耐えられる素材もあります。 「究極の引張強度」(または UTS) という用語は、材料が伸びたり、伸びたり、引っ張られたりする前に処理できる最大応力を指すために使用されます。
2 本の万力で引っ張ることで試験片に張力を加え、試験片が破断するまで引き伸ばします。破砕する前に耐える最大応力は、究極の引張強度です。(写真提供:Kerina yin / Wikimedia Commons)
多くの場合、単に引張強度 (TS) または極限強度と短縮されますが、極限引張強度は、材料を破断点まで引っ張るのに必要な力を定量化します。
応力が適用されたときの延性材料の挙動
多くの材料は線形弾性挙動を示します。つまり、力がかかると (一時的に) 変形しますが、力がなくなると元の形状に戻ります。材料のこの弾性挙動は通常、特定の点 (「降伏点」と呼ばれる) まで続き、その点までは、荷重を取り除くとすべての変形が元に戻せます。
降伏点を超えると、延性材料 (鋼など) の変形は「塑性」です。塑性変形したサンプルは、荷重または応力が取り除かれても元の形状とサイズに完全には戻りません。
引張試験
したがって、未知のサンプルの材料タイプを大まかに決定するために、極限引張強度または UTS が (テストが容易なため) 品質管理に使用されます。
サンプルの UTS の決定 (つまり、引張試験) は非常に簡単です。これには、断面積が固定された小さなサンプルを使用し、サンプルが壊れるまで一定のひずみ速度で張力計を使用して引っ張ることが含まれます。応力 - ひずみ曲線 (上記のグラフを参照) の最高点が最大引張強度です。
UTS は集中的な特性であるため、その値は試験片のサイズに依存しません。ただし、材料の温度や試験環境、試験片の表面欠陥の存在、試験片の準備など、他の特定の要因によって異なります。
引張応力試験後の丸棒試験片 (写真提供:Sigmund / Wikimedia Commons)
究極の引張強度単位
引張強度は応力の測定値として定義され、単位面積あたりの力として測定されます。 UTS の SI 単位はパスカルまたは Pa です。通常はメガパスカルで表されるため、UTS は通常メガパスカル (または MPa) で表されます。米国では、UTS は多くの場合、1 平方インチあたりのポンド (または psi) で表されます。
いくつかの一般的な材料の極限引張強度
材料の極限引張強度は、破壊に対する最大の抵抗力です。ご想像のとおり、材料の引張強度は、アプリケーションでの性能を示す重要な測定値です。そのため、合金や金属の特性を記述する際に UTS が広く使用されています。
以下に、いくつかのマテリアルの UTS の値を示します:
表でわかるように、コンクリート (「硬い」物体) は、ゴム、大理石、さらには人間の皮膚よりも UTS 値が低くなります。予想通り、ダイヤモンドは最下部近くに表示され、炭素の同素体であるグラフェンは最下部に位置し、UTS 値が最も高くなります (表を参照)。
