金属の融点

剛性の弾性率と呼ばれることもあるせん断弾性率は、せん断力にさらされたときに材料がどれほど硬くなるかを測定する基本的な材料特性です。日常的には、ある部分が別の部分に平行にスライドすると、変化を形作る物質がどれほど耐性があるかを説明します。この記事では、せん断弾性率、それがどのように計算されているか、それが他の弾性係数とどのように比較されるかを、それを明確にするための実際のエンジニアリングの例を説明します。 せん断弾性率とは何ですか？ 図では、ブロックは下部に固定され、力Fは上面に平行に適用されます。この力は水平変位Δxを引き起こし、ブロックは斜めの形状に変形します。傾斜角θは、形状がどれだけ歪んでいるかを記述するせん断ひずみ（γ）を表します。 せん断応力（τ）は、力が作用する表面積Aで分割された適用力です。 τ= f / a せん断ひずみ（γ）は、ブロックの高さに対する水平変位の比率です。 γ=Δx / L（小角の場合、ラジアンのθ≈γ） μまたはSで示されることもあるせん断弾性率（g）は、このタイプの歪みに対する材料の耐性がどれほど耐性であるかを測定します。せん断ストレスとせん断ひずみの比として定義されます。 g =τ /γ=（f / a） /（Δx / l）=（f・l） /（a・Δx） SIシステムでは、せん断弾性率の単位はPascal（PA）であり、1平方メートルあたり1つのニュートン（n/m²）に等しい。 Pascalは非常に小さなユニットであるため、固体材料のせん断弾性率は通常非常に大きいです。このため、エンジニアと科学者は通常、Gigapascals（GPA）でGを発現します。ここで、1 GPA = 10〜Paです。 せん断弾性率 以下の表は、一般的な材料の典型的なせん断弾性率を示しています。 材料せん断弾性率（GPA）アルミニウム26–27真鍮35–41炭素鋼79–82銅44–48鉛5–6ステンレス鋼74–79錫〜18チタン（純粋）41–45コンクリート8–12ガラス（ソーダ - ライム）26–30ウッド（ダグラスファー）0.6–1.2ナイロン（未熟練）0.7–1.1ポリカーボネート0.8–0.9ポリエチレン0.1–0.3ゴム0.0003–0.001ダイヤモンド480–520 これらの数字は、剛性がどれだけ異なる材料が異なるかを示しています。金属は、数十のギガパスカルにせん断弾性率を持っている傾向があります。セラミックとガラスは同様の範囲にありますが、コンクリートはやや低いです。プラスチックには通常、約1 GPA以下があります。さらに柔らかいのはゴムとエラストマーであり、せん断弾性率はメガパスカルの範囲にのみです。最上部では、ダイヤモンドは何百人ものギガパスカルに到達し、最も硬い既知の材料の1つです。 高せん断弾性率を持つ材料は、変形またはねじれを強く抵抗します。これが、橋、建物、航空機のフレームなどの構造に鋼とチタンの合金が不可欠である理由です。それらの剛性は、梁とファスナーが重い負荷の下で曲げたりせん断したりしないようにします。ガラスとセラミックは、脆弱ですが、比較的高い弾性率を持っていることからも恩恵を受けます。レンズや半導体ウェーハなどのアプリケーションで正確な形状を維持するのに役立ちます。非常に高いせん断弾性率を持つダイヤモンドは、大きな力の下でもほとんど弾性ひずみを受けません。これが、ダイヤモンド切削工具が鋭いままである理由です。 一方、柔軟性が利点である場合、低せん断弾性率を持つ材料が選択されます。ゴムやその他のエラストマーは、振動ダンパー、アザラシ、および地震ベースのアイソレーターに使用されます。これにより、柔らかさが簡単にせん断し、エネルギーを吸収できるためです。ポリエチレンやナイロンなどのポリマーは、柔軟性と強度のバランスをとっています。そのため、軽量構造と衝撃耐性部品で広く使用されています。木材のような天然素材でさえ、強い方向性の違いを示しています。穀物全体で、そのせん断弾性率はそれに沿ってはるかに低く、ビルダーはせん断力の下での分割を避けるためにこれを説明する必要があります。 せん断弾性量計算 さまざまな試験方法を使用してせん断弾性gを決定することができ、選択は材料と静的値または動的値が必要かどうかに依存します。金属およびその他の等方性固体の場合、一般的なアプローチは、ロッドまたは薄壁のチューブでの静的ねじれテストです。ねじれの角度と適用トルクの勾配により、Gが与えられます。ASTME143は、構造材料の室温手順を指定します。 動的測定のために、ねじれ振り子を使用できます。標本質量システムの振動期間を測定し、（複雑な）せん断弾性率に関連付けます。 ASTM D2236は、プラスチックのこのアプローチを説明するレガシー基準です。 繊維強化複合材料の場合、ASTM D5379（IOSIPESCU）やASTM D7078（V-Notched Rail Shear）などのVノッチングメソッドで面内せん断弾性率が得られます。 ASTM D4255（レールせん断）は、ポリマーマトリックス複合材料にも広く使用されています。 ASTM A938は、ねじれ性能（延性など）を評価することを目的とした金属ワイヤのねじれテストであることに注意してください。 Gを決定するための標準的な方法ではありません。 Gが直接測定されず、他のデータから計算される場合があります。等方性材料の場合ヤングモジュラスeポアソンの比率ν、 g = e […]

エンジニアが「ストレス」について話すとき、それらは試験不安や仕事の圧力とは非常に異なるものを意味します。ここで、ストレスは材料内の単位面積あたりの内部力です。輪ゴムを伸ばすか、綱引きでロープを引っ張ると、緊張したストレスが動作しているのが見られます。 この記事では、引張応力が何であるか、圧縮応力や引張強度、重要な式、およびChiggoがこれらの考慮事項を現実世界の製造にどのように考慮するかとはどのように異なるかを説明します。 引張応力とは何ですか？ 引張応力は、材料がそれを引き離そうとするときにどのように反応するかを説明します。それにより、材料が印加された荷重の軸に沿って伸びます。正式には、適用された力fを断面領域で割ったものとして定義され、その力に垂直です。 引張応力と圧縮応力 引張応力は、圧縮応力の反対です。力は、力がオブジェクトを伸ばすか延長するように作用するときに発生しますが、力はそれを絞ったり短くしたりするときに圧縮されます。固体の金属バーを想像してください：両端を引っ張ると、緊張したストレスが発生し、わずかに伸びます。まるでその長さに沿って押しつぶすようにするかのように、両端を押して、バーは圧縮されたストレス、短縮、または膨らみを経験します。 これらのストレスは、構造のさまざまな部分で同時に発生する可能性があります。たとえば、人や機械がコンクリートの床スラブを横切って移動すると、スラブの上面が圧縮に押し込まれ、底面が張力が伸びます。底部の引張応力が高すぎると、亀裂が現れる可能性があります。そのため、エンジニアは緊張に抵抗するために鉄の補強材を置きます。 引張応力と引張強度 引張応力材料は、単位面積あたりの力として表される特定の瞬間に経験されている荷重です。適用された力に応じて上昇し、落ちます。抗張力対照的に、固定された材料特性です。これは、材料が降伏または破損する前に処理できる最大引張応力です。 実際には、エンジニアは2つを常に比較しています。部分の実際の引張応力が引張強度を下回っている場合、部品はわずかに伸びますが、そのままのままです。ストレスが強度を超えると、障害が発生します。そのため、設計には常に安全マージンが含まれており、実世界のストレスが選択された材料の既知の強度をはるかに下回っていることを保証します。 引張応力式 引張応力は、材料が伸びるときに内部力を測定します。単純な式で計算されます。 σ= f / a どこ： σ=引張応力（Pascals、MPA、またはPSI） f =適用力（ニュートンまたはポンド） a =横断面積（mm²またはin²） この方程式は、引っ張り力がどれほど集中しているかを教えてくれます。より高い負荷またはより小さな断面積は、より高い応力を生成します。たとえば、薄いワイヤに吊り下げられた同じ重量は、厚いケーブルよりもはるかに多くのストレスを生成します。これが、エンジニアがケーブル、ロッド、または梁のサイズをサイズして、使用されている材料の安全な制限をはるかに下回るストレスを維持する理由です。 しかし、この式はストレスの数値を与えてくれますが、材料自体がどのように反応するかは明らかにしません。突然スナップしたり、永久に曲げたり、元の形状に戻ったりしますか？それに答えるために、エンジニアはストレスとひずみ曲線に依存しています。 ストレス - ひずみ曲線を理解する 応力 - ひずみ曲線を作成するために、テスト標本（多くの場合、ドッグボーン型）を引張試験機に配置します。マシンは各端をつかみ、徐々にそれらを引き離し、サンプルが壊れるまで伸びます。このプロセス中、適用された応力と結果のひずみ（元の長さに対する長さの変化）の両方が連続的​​に測定されます。 結果は、X軸にひずみとY軸にストレスをかけてプロットされます。この曲線では、いくつかの重要なポイントを特定できます。 弾性領域 最初は、ストレスとひずみは比例します。これは、Hookeの法則が適用される弾性領域（σ=e≤ε）です。この線形セクションの勾配はです弾性率（ヤングモジュラス）、剛性の尺度。この領域では、荷重が削除されると、材料は元の形状に戻ります。 降伏点 負荷が増加すると、曲線は直線から出発します。これは、弾性挙動が終了し、プラスチック（永久）変形が始まる降伏点です。この点を超えて、荷重が削除されていても、材料は元の形状を完全に回復することはありません。 究極の引張強度（UTS） 曲線はプラスチック領域に上方に続き、ピークに達します。この最高点は、究極の引張強度（UTS）です。これは、ネッキング（局所的な薄化）が始まる前に材料が耐えることができる最大応力を表します。 破壊点 UTSの後、曲線は標本の首が下に傾斜し、それほど多くの負荷を運ぶことができなくなります。最終的に、材料は破壊点で壊れます。延性材料の場合、骨折のストレスは通常、ネッキングのためにUTよりも低くなります。脆性材料の場合、骨折は弾性限界近くで突然発生する可能性があり、プラスチックの変形はほとんどまたはまったくありません。 引張応力の実際のアプリケーション 材料が引っ張られたり、ハングしたり、伸びたりする状況では、引張応力が負荷を安全に運ぶことができるか、失敗するかを決定します。いくつかの重要なアプリケーションと例を次に示します。 橋と建設 ゴールデンゲートブリッジのようなサスペンションブリッジを考えてください。塔の間に覆われた巨大なスチールケーブルは、一定の引張応力下にあり、道路と車両の重量を支えています。エンジニアは、これらのケーブルの高張力強度鋼を選択して、重い荷重に加えて風や地震などの余分な力を失敗させることなく処理できます。また、現代の建設は緊張を巧みに利用しています。たとえば、プリストレスのあるコンクリートでは、鋼腱が埋め込まれて伸びているため、ビームが荷重を安全に処理できるようにします。 ケーブル、ロープ、チェーン 多くの日常のシステムは、引張ストレスに直接依存しています。たとえば、エレベーターを取り上げます。そのスチールケーブルは一定の張力であり、車の重量だけでなく、加速または停止するときに余分な力を運びます。クレーンは同じ原則に基づいて動作し、高張力ケーブルを使用して重い荷重を安全に持ち上げて移動させます。ギターのような単純なものでさえ、引張ストレスが機能しています。チューニングペグをよりタイトにするほど、ひもの張力が大きくなります。 機械とボルト 機械工学では、引張応力も同様に重要です。飛行機または車のエンジンのボルトとネジは、わずかに伸びています。結果として生じる引張応力は、部品を保持するクランプ力を作成します。ボルトが過度にストレスをしている場合（締めたときにトルクが大きすぎる、または使用中の過剰な負荷）、それは降伏して失敗する可能性があり、潜在的にマシンがバラバラになります。そのため、ボルトは収量と引張強度を示すグレードによって評価され、重要なボルトが指定された緊張に引き締まる理由です。 引張ストレスをチグゴの製造サービスに統合します 引張ストレスの理論を知ることは1つのことですが、実際の負荷の下で実行される部品の設計も別です。チグゴでは、そのギャップを埋めます。 私たちのチームは、CNCの機械加工、射出成形、シートメタル、3D印刷であなたをサポートし、すべての段階に強度の考慮事項が統合されています。プロトタイプを開発するか、生産に合わせてスケーリングするかにかかわらず、適切な素材とプロセスを選択して、パフォーマンスの要件を満たし、費用のかかる障害を回避します。 材料の選択 障害に対する最初の保護手段は、適切な材料を選択することです。 Chiggoでは、リストされているすべての合金とポリマーには、サプライヤーデータに裏打ちされた引張と降伏強度などの検証済みの機械的特性があり、必要に応じて認定をテストします。 これは、エンジニアがコストや終了だけでなく、負荷の下で実証済みの強度でオプションを比較できることを意味します。たとえば、アルミニウム6061-T6と7075-T6を決定する場合、特にブラケット、ハウジング、またはその他の荷重含有コンポーネントの場合、引張強度は重要なフィルターになります。 CNC加工 […]

超高層ビルの桁からジェットライナーの翼まで、すべての設計された構造は、安全かつ効率的に機能するための物質的な剛性に依存しています。ヤング率 - 弾性領域でのストレスに対するストレスの比率は、その剛性の普遍的な尺度です。ヤングモジュラスを理解することにより、設計者は、梁がどれだけ曲がりくねるか、シャフトが負荷をかけられているかを正確に予測でき、過剰構築なしで安全性を確保します。この記事は、ヤングモジュラスを示しています。