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材料力学 · 力に耐えるしくみ

応力で見る材料の限界

力ではなく応力で、部材がいつ伸び、ねじれ、折れるかを目で。

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01応力は単位面積あたりの内力だ
仮想切断面で面積一つ分が受け持つ内力、σ = P / A
#エレベーターケーブル#ボルト#
02ひずみは伸びの割合だ
元の長さに対する伸びの割合 ε = ΔL / L、無次元、剪断は角 γ
#ゴムひも#バンジーコード#ひずみゲージ
03弾性域では σ は ε に比例する
線図のまっすぐな部分、σ = E·ε、傾き E が剛性
#ばねばかり#鋼の梁#ギターの弦
04剪断は面に沿って滑らせる
面に平行な力、τ = V/A、剪断ひずみ γ、フックの法則 τ = G·γ
#はさみ#リベット#パンチ機
05一方向に伸ばすと垂直方向は縮む
横ひずみと縦ひずみの比 ν、体積変化 ε(1−2ν)、G = E/(2(1+ν))
#消しゴム#コルク栓#ワイン瓶
06軸を引くと δ=PL/AE だけ伸びる
部材全体の伸び δ = PL/AE、区間の和、剛性 k = AE/L
#吊り橋ケーブル#タイロッド#鉄塔
07軸をねじると剪断応力が半径に比例する
剪断応力 τ = Tρ/J 表面最大、ねじれ角 φ = TL/GJ、中空軸の効率
#ドライブシャフト#ドリルビット#ドライバー
08曲げると応力が深さに線形、σ=My/I
中立軸 0、深さに線形、σ = My/I、断面二次モーメント I、断面係数 S = I/c
#橋桁#本棚#飛び込み板
09梁に沿って V と M はどう変わるか
反力·仮想切断で V·M 線図、dM/dx = V、最大 M = 設計の急所
#バルコニー#クレーンブーム#歩道橋
10梁断面の剪断は中立軸で最大になる
横剪断 τ = VQ/It、Q は面積一次モーメント、放物線・中立軸最大、I 形鋼ウェブ
#I形鋼ウェブ#合板#釘打ち梁
11たわみは曲率 M/EI を二度積分したもの
曲率 = M/EI、EI·y″ = M を二度積分、境界条件、重ね合わせ
#たわむ棚#飛び込み板#床根太
12一点の応力は見る角度で変わる
応力要素の回転、σ′·τ′ は 2θ のサイン・コサイン、主応力面(τ=0)·最大剪断(45度)
#圧力容器#溶接継手#機体
13剪断 0 の面の垂直応力が主応力だ
σ1,2 = (σx+σy)/2 ± R、主角 tan2θp、最大剪断 τ_max = R、脆性・延性破損
#ひび割れコンクリート#折れたチョーク#パイプライン
14応力状態は円、要素の回転は円上の回転
一点の応力を σ-τ 平面の円に、両端=主応力、頂上=最大剪断、θ 回転=2θ
#地質断層#橋梁支承#トンネル覆工
15細い柱は潰れる前に曲がる
臨界荷重 P_cr = π²EI/(KL)²、細長比 λ = KL/r、端部係数 K、座屈は剛性・形状の限界
#建物の柱#足場パイプ#自転車スポーク
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