When engineers talk about “stress,” they mean something very different from exam anxiety or work pressure. Here, stress is the internal force per unit area within a material. Stretch a rubber band or pull on a rope in tug-of-war, and you’re seeing tensile stress in action—the kind that makes materials elongate under load.
In this article, we explain what tensile stress is, how it differs from compressive stress and from tensile strength, the key formulas , and how Chiggo factors these considerations into real-world manufacturing.
Tensile stress describes how a material reacts when you try to pull it apart. It causes the material to elongate along the axis of the applied load. Formally, it’s defined as the applied force F divided by the cross-sectional area A perpendicular to that force.
Tensile stress is the opposite of compressive stress. Tensile stress occurs when forces act to stretch or lengthen an object, while compressive stress occurs when forces squeeze or shorten it. Imagine a solid metal bar: pull on both ends and it experiences tensile stress, elongating slightly. Push on both ends, as though trying to crush it along its length, and the bar experiences compressive stress, shortening or bulging.
These stresses can also occur at the same time in different parts of a structure. For example, when people or machines move across a concrete floor slab, the top surface of the slab is pushed into compression, while the bottom surface is stretched in tension. If the tensile stress at the bottom grows too high, cracks can appear – which is why engineers place steel reinforcement there to resist tension.
Tensile stress is the load a material is experiencing at a given moment, expressed as force per unit area. It rises and falls depending on the applied force. Tensile strength, by contrast, is a fixed material property—it’s the maximum tensile stress the material can handle before it yields or breaks.
In practice, engineers constantly compare the two. If the actual tensile stress in a part remains below its tensile strength, the part will stretch slightly but stay intact. If stress exceeds strength, failure occurs. That’s why designs always include a safety margin, ensuring real-world stresses stay well below the known strength of the chosen material.
Tensile stress measures the internal force within a material when it is stretched. It is calculated with a simple formula:
σ = F / A
Where:
This equation tells us how concentrated a pulling force is. A higher load or a smaller cross-sectional area produces higher stress. For example, the same weight suspended on a thin wire generates much more stress than on a thick cable. This is why engineers size cables, rods, or beams to keep stresses well below the safe limits of the materials being used.
But while this formula gives us the numerical value of stress, it doesn’t reveal how the material itself will respond. Will it snap suddenly, bend permanently, or spring back to its original shape? To answer that, engineers rely on the stress–strain curve.
To create a stress–strain curve, a test specimen (often dogbone-shaped) is placed in a tensile testing machine. The machine grips each end and gradually pulls them apart, stretching the sample until it breaks. During this process, both the applied stress and the resulting strain (change in length relative to the original length) are continuously measured.
The results are plotted with strain on the X-axis and stress on the Y-axis. On this curve, several key points can be identified:
Elastic Region
At first, stress and strain are proportional. This is the elastic region, where Hooke’s Law applies (σ=E⋅ε). The slope of this linear section is the elastic modulus (Young’s modulus), a measure of stiffness. In this region, the material returns to its original shape once the load is removed.
Yield Point
As loading increases, the curve departs from the straight line. This is the yield point, where elastic behavior ends and plastic (permanent) deformation begins. Beyond this point, the material won’t fully recover its original shape even if the load is removed.
Ultimate Tensile Strength (UTS)
The curve continues upward into the plastic region, reaching a peak. This highest point is the ultimate tensile strength (UTS), which represents the maximum stress the material can withstand before necking(localized thinning) begins.
Fracture Point
After UTS, the curve slopes downward as the specimen necks and can no longer carry as much load. Eventually, the material breaks at the fracture point. For ductile materials, the stress at fracture is usually lower than the UTS because of necking. For brittle materials, fracture can occur suddenly near the elastic limit, with little or no plastic deformation.
In any situation where a material is pulled, hung, or stretched, tensile stress determines whether it can safely carry the load or if it will fail. Here are some key applications and examples:
Think of a suspension bridge like the Golden Gate Bridge – those massive steel cables draped between towers are under constant tensile stress, supporting the weight of the roadway and vehicles. Engineers choose high-tensile-strength steel for these cables so they can handle heavy loads plus extra forces like wind or earthquakes without failing. Modern construction also makes clever use of tension. In pre-stressed concrete, for example, steel tendons are embedded and stretched so that the beam can safely handle loads.
Many everyday systems also rely directly on tensile stress. Take an elevator, for example: its steel cables are in constant tension, carrying not only the weight of the car but also the extra forces when it accelerates or stops. Cranes work on the same principle, using high-tensile cables to lift and move heavy loads safely. Even in something as simple as a guitar, tensile stress is at play—the tighter you turn the tuning peg, the greater the tension in the string, which raises the pitch until, if pushed too far, the string will eventually break.
In mechanical engineering, tensile stress is just as critical. Bolts and screws in an airplane or car engine work by stretching slightly—the resulting tensile stress creates the clamping force that holds parts together. If a bolt is overstressed (too much torque when tightening, or excessive load in use), it can yield and fail, potentially causing the machine to come apart. That’s why bolts are rated by grades indicating their yield and tensile strengths, and why critical bolts are tightened to specified tensions.
Knowing the theory of tensile stress is one thing, but designing parts that perform under real-world loads is another. At Chiggo, we bridge that gap.
Our team supports you across CNC machining, injection molding, sheet metal, and 3D printing, with strength considerations integrated into every stage. Whether you’re developing a prototype or scaling to production, we help you select the right material and process so your parts meet performance requirements and avoid costly failures.
The first safeguard against failure is choosing the right material. At Chiggo, every listed alloy and polymer comes with verified mechanical properties, including tensile and yield strength, backed by supplier data and, when needed, testing certifications.
This means engineers can compare options not just on cost or finish, but on proven strength under load. For instance, when deciding between aluminum 6061-T6 and 7075-T6, tensile strength becomes a critical filter,especially for brackets, housings, or other load-bearing components.
In CNC machining, the material retains its isotropic strength, so performance is usually predictable. The real risks come from design details. Sharp corners, thin walls, or sudden geometry changes can all act as stress concentrators.
Our engineers identify these issues early and recommend practical solutions—adding fillets, adjusting wall thickness, or switching to a tougher alloy. These refinements help ensure the finished part keeps its full tensile capability.
3D printed parts behave differently because their strength depends on print orientation. In FDM, for instance, bonding along the Z-axis is weaker. That means a part may fail more easily if the load is applied vertically.
Material choice and process settings also play a big role. Standard plastics like PLA and ABS are fine for prototypes, while engineering-grade nylons or carbon-fiber-reinforced polymers provide much higher resistance for functional parts. Infill, layer thickness, and build direction further affect how the part performs under load.
For metals, rapid heating and cooling during additive manufacturing create residual stresses that can warp or crack the part. Our engineers flag weak orientations and stress-sensitive features early. We may recommend reorienting the part, increasing infill, or selecting stronger materials. Where needed, post-build treatments such as annealing help relieve stress and improve stability.
In injection molding, tensile strength depends not just on the polymer itself but also on how it flows and cools in the mold. During filling, molecular chains often align along the flow path, making the part stronger in one direction but weaker in another. Uneven cooling can trap internal stresses, leading to warping, sink marks, or cracks under load.
Design details matter here as well. Thin walls, poor gate placement, or weld lines can all turn into stress points. By reviewing flow paths, wall thickness, and cooling balance early in design, our team helps reduce these risks and keep molded parts strong and stable.
In casting, tensile issues often arise during cooling and solidification. As sections cool at different rates, internal stresses can build up, causing hot tears, shrinkage cracks, or distortion.
Mold design plays a major role. Thick-to-thin transitions, sharp corners, or poorly placed risers can all concentrate stress and weaken performance. Choosing alloys with stable solidification behavior and controlling cooling rates help reduce these risks.
At Chiggo, our engineers review designs before tooling begins to spot high-risk features early. We may recommend smoother transitions, adjusted wall thicknesses, or changes to gating and riser systems to balance solidification. Where needed, we also suggest post-casting treatments such as annealing to relieve built-in stresses.
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) […]
さまざまな業界で複雑な形状や高精度部品の需要が高まり、新素材の適用も進むにつれ、従来の 3 軸加工ではこれらのニーズを満たすことができなくなりました。これに伴い、CNC(Computer Numerical Control)多軸加工技術が急速に進歩しました。現在、最も洗練された CNC マシンは、最大 12 軸の同時制御を実現できます。これらの中で、5 軸加工機が最も人気があり、広く使用されています。
3D印刷とCNC加工の最大の違いは、1つの方法がレイヤーごとに部品層を構築するのに対し、もう1つの方法は材料を除去することで機能することです。 CNCの機械加工と3Dプリントを製品用に選択する岐路に立っていることに気づいた場合は、詳細を確認してください。
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