応力

応力とは、身体にかかる単位面積あたりの力で、身体の形状を変化させる傾向があります。

応力とは、粒子間の身体の内部力を測定するものです。これらの内力は、身体にかかる外力に対する反応であり、身体を分離、圧縮、またはスライドさせる原因となります。外力には、表面力または体の力があります。応力とは、身体の粒子が、粒子を隔てる虚数面を横切って隣接する粒子に及ぼす単位面積あたりの平均的な力のことである。

一軸法線応力の公式は

σ = F A {displaystyle {sigma }={\frac {F}{A}}}}}}}}。 {\displaystyle {\sigma }={\frac {F}{A}}}

ここで、σは応力、Fは力、Aは表面積である。

SI単位では、力はニュートン、面積は平方メートルで測定されます。つまり、応力は1平方メートルあたりのニュートン、つまりN/m2です。しかし、応力にはパスカルと呼ばれる独自のSI単位があります。1パスカル(記号Pa)は1N/m2に相当しますインペリアル単位では、応力は1平方インチあたりのポンドフォースで測定され、しばしば「psi」と短縮されます。応力の寸法は圧力の寸法と同じです。

連続体力学では、荷重を受けた変形可能な物体は連続体として振る舞います。したがって、これらの内力は、材料体の体積内で連続的に分布しています。(このことは、本体内の応力分布が空間と時間の部分的連続関数として表現されることを意味します)。この力は、身体の形状の変形を引き起こす。この変形は、材料が十分な強度を持っていない場合には、永久的な形状の変化や構造的な故障につながる可能性があります。

連続体力学のモデルの中には、力を変化するものとして扱うものがある。他のモデルでは、物質と固体の特性が3次元であるため、物質と固体の変形に注目しています。それぞれのアプローチによって異なる結果が得られます。連続体力学の古典的なモデルは、平均的な力を仮定しており、「幾何学的な要因」を適切に含んでいません。(体の幾何学的要素は、応力がどのように分担されるか、外力を加える際にどのようにエネルギーが蓄積されるかに重要である可能性があります)。

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図1.3 プリズム(断面積が均一な直線部材)の棒材における法線応力。棒の断面における応力や力の分布は、必ずしも一様ではない。しかし、平均法線応力σ a v g {\displaystyle \sigma _{\mathrm {avg}.}\,\!}を使用することができます{\displaystyle \sigma _{\mathrm {avg} }\,\!}

図1.2 軸方向に負荷されたプリズムバーの軸方向応力。Zoom
図1.2 軸方向に負荷されたプリズムバーの軸方向応力。

図1.1 連続体と仮定した負荷変形可能な材料体の応力。Zoom
図1.1 連続体と仮定した負荷変形可能な材料体の応力。

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図1.4 角柱棒のせん断応力。棒の断面における応力や力の分布は、必ずしも一様ではない。それにもかかわらず、平均せん断応力τ a v g {displaystyle \tau _{\mathrm {avg}.}\,\!{\displaystyle \tau _{\mathrm {avg} }\,\!}妥当な近似値だ

せん断応力

詳細はこちらをご覧ください。せん断応力

単純な応力

ある状況では、物体内の応力は単一の数値で記述できる場合と、単一のベクトル(数値と方向)で記述できる場合があります。そのような単純な応力状況としては、一軸法線応力単純なせん断応力等方性法線応力の3つがあります。

一軸正常応力

引張応力(または引張)とは、膨張につながる応力状態のことで、材料の長さは引張方向に増加する傾向があります。材料の体積は一定です。体に等しく反対の力が加わったとき、この力による応力を引張応力といいます。

したがって、一軸性の材料では、引張応力方向に長さが増加し、他の2つの方向は寸法が減少します。引張の一軸性では、引張応力は引っ張る力によって誘発されます。引張応力は、圧縮応力の逆である。

直接張力を受ける構造部材としては、ロープ、土壌アンカーボルト等が挙げられる。曲げモーメントを受ける梁には、引張応力のほか、圧縮応力および/またはせん断応力が含まれていてもよい。

引張応力は、引張強さ、すなわち応力の限界状態に達するまで増加してもよい。

一次元的な身体のストレス

すべての実物は三次元空間を占めています。しかし、2次元が他の次元に比べて非常に大きいか非常に小さい場合、物体は1次元としてモデル化されることがあります。これは、オブジェクトの数学的なモデリングを単純化します。一次元の物体には、端にワイヤーを装填して横から見たものや、面に金属板を装填して断面を間近で見たものなどがあります。

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質問と回答

Q:応力とは何ですか?


A: 応力とは、物体にかかる単位面積あたりの力のうち、物体の形状を変化させようとする傾向のあるものを指します。応力は、物体の粒子間の内部力の尺度であり、物体の粒子が、両者を隔てる架空の表面を横切って隣接する粒子に及ぼす単位面積当たりの平均力である。

Q: 外力は応力にどのような影響を与えるのですか?


A: 外力は表面力か体力であり、体の形状の変形を引き起こし、材料が十分な強度を持たない場合、永久的な形状変化や構造破壊につながることがあります。

Q:一軸法線応力の公式は?


A:一軸法線応力の公式は、σ=F/Aで、σは応力、Fは力、Aは表面積です。SI単位では、力はニュートン、面積は平方メートルで表され、応力は1平方メートルあたりニュートン(N/m2)ということになります。しかし、応力にはパスカル(Pa)という独自のSI単位があり、これは1N/m2に相当します。帝国単位では、1平方インチあたりのポンドフォース(psi)で表されます。

Q: 連続体力学は力についてどのように考えているのですか?


A: 連続体力学の古典的なモデルは、平均的な力を想定しており、幾何学的な要素を適切に含んでいません。つまり、幾何学が外力印加時のエネルギー蓄積にどのように影響するかを考慮していないのです。

Q: 物質や固体の変形を見るとき、モデルによってどうして異なる結果が出るのでしょうか?


A: 物質や固体の特性は3次元であるため、それぞれのアプローチが異なる側面を考慮することで、異なる結果を導き出すことができるのです。

Q: 連続体力学では、荷重のかかった変形体をどのように扱うのですか?


A: 連続体力学では、荷重を受けた変形体を連続体として扱います。つまり、内力は古典的なモデルのように特定の点に集中するのではなく、物質体の体積の中で連続的に分布します。

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