ストレスとひずみ：違いは何ですか？

ストレスとひずみは、材料が力にどのように反応するかを説明するための最も重要な概念の2つです。応力は、負荷下の材料内の単位面積あたりの内部力であり、ひずみは、適用された力から生じる材料の形状の変形または変化です。 ただし、ストレスとひずみの関係は理論をはるかに超えています。これは、健全なエンジニアリングの決定に不可欠です。それらを並べて比較することにより、材料のパフォーマンス、安全性がどれだけ安全に変形できるか、いつ失敗する可能性があるかをよりよく予測できます。この記事では、それらの定義、違い、関係、および実用的なアプリケーションについて説明します。 詳細に入る前に、ストレスと緊張に関するこの短い入門ビデオが役立つことがあります。 ストレスとは ストレスは、外部負荷に抵抗するために材料が発達する単位面積あたりの内部力です。顕微鏡的に、適用された負荷は、変形に反対し、構造を一緒に「保持」する原子間力を誘導します。この内部抵抗は、私たちがストレスとして測定するものです。 負荷の適用方法によっては、ストレスは次のように分類されます。 引張応力（σt）および圧縮応力（σc）：これらは、断面領域に垂直に作用する正常な応力です。 せん断応力（τ）：断面領域と平行に作用する接線力によって引き起こされます。 ねじれ応力（τt）：トルクまたはねじれによって誘発されるせん断応力の特定の形態。 その中で、引張ストレスは、エンジニアリング設計における最も基本的なタイプのストレスです。計算式は次のとおりです。 どこ： σ=ストレス（Paまたはn/m²;時々psi） f =適用力（n） a =力が適用される元の断面領域（m²） 材料のストレスがどのように測定されるか 直接ストレスを測定することは不可能なので、代わりに、適用された力または結果として生じる変形のいずれかを測定する必要があります。以下は、重要な測定技術の簡潔な概要です。 方法 /テクノロジー原理測定デバイス /ツール精度と精度一般的なアプリケーションユニバーサルテストマシン（UTM））測定力（f）、ストレス= f/aを計算します統合されたロードセルを備えたUTM★★★★★（高精度）基本的な材料テスト：ストレス - ひずみ曲線、機械的特性評価ひずみゲージ測定ひずみ（ε）、σ= e・ε（線形弾力性を想定）を介して応力を計算する ひずみゲージ、データ収集システム★★★★☆（高）コンポーネント応力分析;疲労評価;組み込み構造監視拡張計測定値の長さの変化、εとσを計算します接触または非接触拡張メーター★★★★☆（高）標本の引張試験;弾性弾性率と降伏ひずみの検証デジタル画像相関（DIC）光学方法は、フルフィールドの表面変形を追跡します高速カメラシステム、DICソフトウェア★★★★☆（フルフィールド）フルフィールドひずみ分析。クラック追跡;物質的な不均一性研究超音波ストレス測定ストレス下での材料の波速度の変化を使用します超音波プローブとレシーバー★★★☆☆（中程度）残留応力検出;溶接されたジョイントと大きな構造における応力監視X線回折（XRD）内部応力によって引き起こされる格子歪みを測定しますXRD回折計、専門ソフトウェア★★★★☆（高精度、表面層に局在する）薄膜、溶接ゾーン、金属およびセラミックの表面残留応力光弾性透明な複屈折材料の光学干渉フリンジを介してストレスを視覚化します偏光のセットアップと複屈折ポリマーモデル★★★☆☆（半定量的な定性）教育デモ;透明モデルにおける実験的ストレス分析マイクロ/ナノスケールの特性評価技術 EBSD、マイクロラマン、ナノインデンテーションなどのテクニックは、マイクロまたはナノスケールのひずみ/ストレスマッピングを提供します 電子またはレーザーベースのシステム、画像分析ソフトウェア★★★★☆（高精度;ローカライズされたマイクロ/ナノスケール） マイクロエレクトロニクス、薄膜、ナノインデンテーション、複合界面の動作 ひずみとは ひずみは、外力にさらされると材料が受ける相対変形の尺度です。これは、単位のない量またはパーセンテージとして表現され、元の長さ（または寸法）の長さ（またはその他の寸法）の変化を表します。 ひずみのタイプは、適用されるストレスに対応します：引張ひずみ、圧縮ひずみ、またはせん断ひずみ。 通常のひずみの式は次のとおりです。 どこ： ϵ =ひずみ（無次元または％で表されます） ΔL=長さの変化 l0=元の長さ 材料の株が測定される方法 さまざまな方法を使用して、ひずみを測定できます。最も一般的に使用される手法は、ひずみゲージと伸筋です。以下の表は、材料のひずみを測定するための一般的な方法をまとめたものです。 方法センシング原則センサー /トランスデューサー測定シナリオ備考ひずみゲージ抵抗の変化フォイルタイプのひずみゲージ静的または低周波ひずみ;一般的に使用されます業界で広く使用されています。低コスト;接着剤の結合と配線接続が必要です拡張計変位クリップオン /コンタクト拡張計材料テスト;全セクション測定高精度;動的テストや高度に局所的な株に適していませんデジタル画像相関（DIC）光学追跡カメラ +スペックルパターンフルフィールドひずみマッピング。亀裂伝播;複雑な形の標本非接触; 2D/3D変形マッピング。高価なシステム圧電センサー圧電効果圧電フィルムまたはクリスタル動的ひずみ、圧力、衝撃、振動高周波応答;静的ひずみ測定には適さないファイバーブラッググレーティング（FBG）光学（ブラッグリフレクション）FBG光ファイバーセンサー長距離にわたる分布または多重化測定EMIの免疫;航空宇宙、エネルギー、スマート構造に適していますレーザードップラー振動計（LDV）ドップラー効果LDVレーザープローブ動的ひずみ/速度測定と表面振動分析非接触;高解像度;高い;表面条件に敏感です ストレスとひずみの重要な違い 以下は、直接の概要を提供するクイックテーブルです。 側面ストレス歪み式σ= f / aε=Δl /l₀ユニットPA（n/m²）、またはpsi（lbf/in²）無次元または％原因外力ストレスによって引き起こされる変形効果内部力を生成して、外部負荷に対抗します。高すぎる場合、塑性変形、骨折、疲労障害、ストレス腐食亀裂につながる可能性があります材料のジオメトリを変更します。降伏点を超えて永続的に弾性制限で回復可能行動材料が抵抗しなければならない領域ごとの内部力。分布に応じて、圧縮、張力、曲げ、またはねじれを引き起こす可能性があります適用された応力下で材料がどれだけ変形するかを説明します。弾性またはプラスチックにすることができます ストレスと緊張が互いにどのように関連するか ストレスはひずみを引き起こします。応力 - ひずみ曲線は、適用された応力に対してひずみ（変形）をプロットすることにより、材料が徐々に増加する荷重の下でどのように変形するかをグラフ化します。その重要なポイントを確認しましょう。 1。弾性領域（ポイントO – B） […]

プラスチック製造では、熱可塑性科学と熱硬化細胞は、射出成形、CNC加工、3D印刷、および押し出しで一般的に使用される2つの主要なプラスチック材料です。どちらもポリマーで作られており、これは長くて繰り返される分子の鎖で構成されています。顕微鏡の下では、熱可塑性は絡み合った自由に流れるロープのように見えますが、熱セットはしっかりと織られたネットワークに似ています。

小型エレクトロニクスから頑丈な産業システムに至るまで、ほぼすべてのハードウェアが効果的に機能するために機械的ファスナーに依存しています。この記事では、ファスナーとその幅広い用途について詳しく説明します。詳しく見てみる準備はできましたか?以下のことを明らかにしていきましょう。 ファスナーとは何ですか? さまざまなタイプの留め具とその用途 ファスナーの製造に使用される材料 プロジェクトに適したファスナーを選択する方法 ファスナーとは何ですか? ファスナーは、2 つ以上のオブジェクトを機械的に結合または固定するために使用されるハードウェア デバイスです。これには、ねじ、ナット、ボルト、ワッシャー、リベット、アンカー、釘など、さまざまな種類の工具が含まれます。 ほとんどの留め具は、ネジやボルトなどのコンポーネントを損傷することなく、簡単に分解して再組み立てできます。それらは非永久的な関節を形成しますが、これは関節が弱いことを意味するものではありません。実際、正しく取り付けられていれば、かなりのストレスに耐えることができます。 さらに、溶接ジョイントやリベットなどの留め具があり、簡単に分解できない永久的な結合を形成します。用途に応じて、ファスナーにはさまざまな形状、サイズ、素材があり、それぞれに独自の機能と実用性があります。これらについては、次の文章でさらに詳しく見ていきます。 さまざまな種類のファスナーとその用途 上で述べたように、ファスナーにはさまざまな形式があります。各タイプは、そのデザインと機能に基づいて独自の用途を実現します。以下は、ファスナーの主なタイプ、そのサブタイプ、および特定の用途の詳細な内訳です​​。 タイプ 1: ネジ ネジは非常に汎用性の高いファスナーで、強力なグリップ力と引き抜き力に対する耐性を提供するヘッドとネジ付きシャンクを備えています。平型、丸型、六角型など、さまざまなヘッド形状が用意されており、さまざまなツールや美的ニーズに対応できます。 ボルトとは異なり、セルフタッピンねじなどの多くのねじは、事前に穴を開ける必要がなく、材料に独自のねじ山を作成できます。ドライバーや電動ドリルなどの簡単な工具を使用して簡単に取り付けることができ、締め付けにナットは必要ありません。ネジは木材、プラスチック、薄い金属など幅広い材質に対応します。最も一般的なものには次のようなものがあります。 木ネジ 名前が示すように、木ねじは通常、部分的にねじ山が切ってあり、木材を接合するために特別に設計されています。鋭利な先端と粗いねじ山を備えているため、木材に容易に浸透し、確実なグリップを提供します。 小ねじ これらのネジは木ネジに比べてネジ山が細いため、金属や硬質複合材料などの硬い材料に適しています。先端が先細りになることなく、一定のシャンク径を備えています。通常、小ねじは、事前に開けられたねじ穴に挿入されるか、ナットと組み合わせて確実に組み立てられます。 板金ねじ 板金ネジは セルフタッピングネジ 薄い金属シート (板金など) およびその他の薄い材料用に特別に設計されています。全ねじ付きシャンクと鋭利なねじ付き先端を備えているため、薄い金属にねじを簡単に切断できます。 セルフドリルねじ セルフドリルねじは、板金ねじの全ねじ設計を共有していますが、ドリルビットの形をした先端が付いています。この独特の機能により、事前に穴を開ける必要がなく、スチールやアルミニウムなどの硬い基材に直接穴を開けることができます。これらは、より厚い金属材料を固定するのに特に効果的であり、より高い効率と取り付けの容易さを提供します。 デッキネジ 主に屋内または保護された木材の接続に使用される木ネジとは異なり、デッキネジは屋外用途向けに特別に設計された木ネジです。これらは通常、ステンレス鋼、亜鉛メッキ鋼、または特別な防食コーティングが施された材料で作られています。デッキスクリューは通常、全ねじシャンクを備えていますが、温度や湿度の変動による膨張、収縮、応力に対応するために、二条ねじや特殊なねじ山を組み込んだ設計もあります。 六角ラグねじ 六角ラグネジは、ドライバーではなくレンチまたはソケットで締められるように設計された大きな木ネジです。太くて粗いねじ山と六角形の頭部を備えたこのねじは、優れたトルクを提供し、金属や木材に対して最も強力な締結具の 1 つです。これらのネジは、そのサイズと強度のため、事前に下穴をあけておく必要があります。重い荷重に耐えられるため、フレーム、デッキ、重い家具などの構造用途に最適です。 タイプ 2: ボルト ボルトはねじと同様の構造をしており、先端から雄ねじが切られているのが特徴です。ねじとは異なり、ボルトは自動ねじ切りではなく、材料にねじ山を切り込みません。代わりに、事前にタップされた穴またはナットと連携して、強力な機械的接合を作成します。最も一般的なボルトのタイプは次のとおりです。 六角ボルト 六角ボルトは頭が六角形です。この設計により、標準のレンチや電動工具を使用して簡単に締めたり緩めたりできるため、効率的な組み立てと分解が保証されます。ボルトの長さに沿って完全にまたは部分的に延びる機械ねじが付いています。全ねじボルトは強いクランプ力を必要とする用途に優れており、半ねじボルトは滑らかなシャンク部分を備えているため、横方向の荷重に耐える用途に優れたせん断強度を発揮します。 キャリッジボルト キャリッジ ボルトには、丸い凸状の金属ヘッドがあり、その後に四角い首とネジ付きシャフトが付いています。スクエアネックは材料内の所定の位置にロックするように設計されており、取り付け中にボルトが回転するのを防ぎ、安定性を確保します。これらのボルトは、主に木材フレームや家具の組み立てなどの木材用途に使用されます。 アイボルト アイボルトは、一端に円形のループ (または「アイ」) があり、もう一端にねじ付きシャンクが付いています。ねじ端は表面にねじ込まれ、ループにより物体の接続や吊り下げが簡単に行えます。これらのボルトは、重い荷物を持ち上げたり、ロープやケーブルを構造物に固定したりするなど、張力が必要な用途によく使用されます。 ソケットヘッドボルト（六角ボルト） これらのタイプの締結具は通常、打ち込みツール用の六角形の凹部を備えた円筒形の頭部を備えています。締め付けには六角レンチや六角穴付き工具を使用します。外部ドライブヘッドを備えた六角ボルトなどの従来のボルトと比較して、ソケットヘッドボルトは頭部が小さく、よりコンパクトです。この設計により、狭いスペースや限られたスペースでの高トルクの適用が可能になります。 Uボルト U ボルトは、シャンクの両端にネジが付いている「U」のような形をしています。パイプやその他の円筒形の物体に巻き付けて、パイプに永久的な損傷を与えたり、流体の流れに影響を与えたりすることなく、平らな面や構造物に固定できます。 両頭ボルト […]