ストレス
応力は、物質にかかる力を物質の断面積で割ったものとして定義されます。
ストレス
力
初期断面積
ひずみ
ひずみは、加えられた応力の結果としての材料の変形または変位です。
ひずみ
新しい長さ
初期の長さ
ヤング率
ヤング率は、18 世紀の英国の医師で物理学者であるトーマス ヤングにちなんで名付けられた数値定数です。縦方向に引き伸ばされたり圧縮された後に元の長さに戻る金属棒など、一方向のみに引張りまたは圧縮を受ける固体の弾性特性を表します。ヤング率は、縦方向の張力または圧縮を受けたときに、長さの変化に耐える材料の能力の測定値です。弾性率として知られるヤング率は、縦方向の応力をひずみで割った値に等しくなります。張力がかかっている金属棒の例では、この記事で応力とひずみについて詳しく説明できます。
ヤング率の式
断面積 A の金属棒の両端に力 F を加えると、バーが元の長さから伸びる 
新しい長さに 
. (同時に、断面は収縮します。) 引張力を断面積で割った商、または F/A が応力です。長さの変化、 
、元の長さで割った値 
は、ひずみまたは相対変形です。 (強さに次元はありません。)
数学的には、ヤング率は次のように表されます:
ヤング率 (E) =
これはフックの弾性の法則の特定の形式です。
ヤング率は E で示されます。
ヤング率の計算
ヤング率の計算は、加えられた力、材料の種類、および材料の面積に基づいています。媒体の応力は、加えられた力を断面積で割った値に比例します。さらに、歪みは、元の長さと比較した材料の長さの変化を考慮に入れます。
開始するには、物質の開始長を決定する必要があります。マイクロメートルで材料の断面積を決定します。次に、同じマイクロメートルを使用して、物質のさまざまな直径を測定します。次に、さまざまなスロット付き質量を使用して、加えられた力を計算します。
バーニア スケールを使用して、コンポーネントの長さが異なるため、コンポーネントの長さを計算します。最後に、加えられた力に関連してさまざまな長さのメトリックをプロットします。 E =引張応力/引張ひずみ =(FL) / (A * L の変化) はヤング率の式です。ここで、F は加えられた力、L は初期の長さ、A は面積、E はヤング率です。パスカル (Pa) で。
ヤング率の応用
ヤング率の計算を使用して、引張試験は材料の剛性を決定するのに役立ちます。輪ゴムを例にとってみましょう。輪ゴムを伸ばすと、輪ゴムに力がかかります。輪ゴムは最終的に曲がったり、変形したり、壊れたりします。
引張試験では、さまざまな素材の弾性をこのように評価します。この分類は、主に弾性挙動と塑性挙動を区別します。その結果、元の状態に戻るのに十分なほど変形すると、材料は弾性になります。一方、材料の塑性挙動は、不可逆的な変形を示します。
材料に大きな力がかかると、極限強度の破断点が発生します。材料が異なれば、ヤング率の値も異なります。たとえば、ナイロンは実験的な引張試験で 48 メガパスカル (MPa) というより大きなヤング率を持ち、強力な要素を作成するのに適した材料であることを示しています。アルマイド、ガラス繊維強化ナイロン、カーボンマイドはいずれもヤング率が 70 MPa であり、より頑丈な部品に適しています。これらの材料と引張試験は、最新の医療技術で安全なインプラントを製造するために使用されています。
ヤング率の特徴
エンジニアリングで最も重要なテストの 1 つは、物体または材料がいつ曲がったり壊れたりするかを判断することです。これを示す特性がヤング率です。
引張応力の比率 ( 
) から引張ひずみ ( 
) はヤング率 (E) として定義されており、伸縮性と屈曲性を示す材料特性です。
いくつかの材料の応力-ひずみ曲線は、かなり異なっているように見える場合があります。脆性材料は、大きな応力に耐え、ほとんど伸びず、すぐに壊れるため、非常に強いです。プラスチック素材は特に耐久性はありませんが、多くのストレスに耐えることができます。ヤング率は、応力-ひずみ図の線の勾配で表されます。
材料の機械的特性の研究は重要です。材料の挙動を理解し、新しい製品を作成するのに役立つからです。既存のものを改善します。
マイクロスケールでは、多くのものは生物学的微粒子と非生物学的微粒子の両方で構成されています (例:薬理薬、生殖療法、組織工学) (例:化学、農業、家事)。機械的特性を理解することで、製造および処理における挙動を予測できるため、性能の可能性を最大限に引き出すことができます。
材料のヤング率は、熱にさらされたときにどのように反応するかを予測するために知っておくべき重要な特性です。力。これは、建物、橋、自動車など、私たちの環境にあるほぼすべてのものにとって重要です。
物質のヤング率は、すべての材料の不変の基本特性です。一方、温度と圧力は重要な役割を果たします。材料の剛性は、ヤング率 (または弾性率) によって定義されます。別の言い方をすれば、どれだけ簡単に曲がったり伸びたりするかです。
結論
加えられた力またはモーションにより、線形モーション システムのすべてのコンポーネントに何らかの負荷がかかります。コンポーネントの機械的特性は、これらの負荷に対するコンポーネントの反応を定義します。
さまざまな材料の応力-ひずみチャートは、非常に異なるように見える場合があります。脆性材料は、大きな応力に耐えることができ、あまり伸びず、すぐに壊れるため、頑丈です。延性材料の応力とひずみの関係は、弾性領域では線形ですが、最初のターンオーバー (弾性限界) で線形性が崩れ、材料は元の形状に戻ることができなくなります。
究極の引張強度は 2 番目のピークであり、材料が以前にどれだけの応力に耐えることができるかを示しています速報。プラスチック材料は特に強いわけではありませんが、大きな応力に耐えることができます。応力-ひずみプロットの線の勾配によって、ヤング率が決まります。
