基礎科目・力学
材料の性質と引張試験
3問H29・R4・R5
引張試験の言葉（伸び・弾性・塑性・引張強さ）と、疲労・クリープ・応力集中など金属の基本的な性質の空欄補充です。
よく出る形
- 引張試験の文の空欄（伸び・弾性・塑性・引張強さ）。ほぼ同じ文が出る
- 金属材料の性質の空欄（疲労・クリープ・縦弾性係数・応力集中）
- 引張試験の文は，定番の形で出る。金属の性質の問題は，年ごとに問われる言葉が変わる
覚えること
- 引張試験では「荷重−伸び線図」を描く。荷重と組にするのは伸び，応力と組にするのはひずみ
- 応力 ＝ 荷重 ÷ もとの断面積（公称応力）。ひずみ ＝ 伸び ÷ もとの長さ
- 弾性：力を取り除くと完全に元に戻る性質
- 塑性：割れたりはしないが，力を取り除いても元に戻らない性質
- 延性：切れずに長く伸びられる度合い
- 脆性：ほとんど塑性変形せず，くびれもできないまま，もろく壊れる性質（鋳鉄・ガラスなど）
- 引張強さ：最大荷重をもとの断面積で割った値（公称応力の最大値）
- 降伏点がはっきりしない材料（アルミニウム合金など）は，0.2％の永久ひずみが残る応力（0.2％耐力）を降伏点の代わりに使う
- くびれの後は，公称応力は下がるが，実際の断面積で割る真応力は一般に増え続ける
- 加工硬化：塑性変形が進むほど，変形に必要な応力が増える現象
- ポアソン比：横のひずみと縦のひずみの比の大きさ。金属はおよそ0.3
- 疲労：小さな力でも何度も繰り返すと壊れること。平均応力が引張側ほど，少ない回数で壊れる
- S-N曲線（応力振幅と，壊れるまでの繰り返し数）：鋼はある振幅より下でほぼ水平になる。この応力が，何回繰り返しても壊れない応力の上限（疲労限度）
- クリープ：一定の荷重をかけ続けると，時間とともにひずみが増えること。高温で目立つ
- 縦弾性係数（ヤング率）E が大きいほど変形しにくい（ε ＝ σ/E）
- 穴や段差など形が急に変わる所では応力集中が起き，公称応力より大きな応力が出る。相当応力（von Mises 相当応力）も大きくなる。応力集中係数 ＝ 最大の応力 ÷ 公称応力
解き方
- 空欄ごとに，上の言葉の意味と文を照らし合わせる
- 確かな空欄から，選択肢を消していく
- 例：「荷重を除いたとき完全に復元する性質を イ，復元しない性質を ウ」なら，イは弾性，ウは塑性
- 数値例：E ＝ 200 GPa（＝ 200,000 MPa）の鋼に 100 MPa の応力なら，ε ＝ 100 ÷ 200,000 ＝ 0.0005。E が半分の 100 GPa なら，ε は2倍の 0.001
ひっかけ
- 弾性と塑性を逆にしない
- 「復元しない性質」を延性としない（延性は伸びる度合い）
- 最大荷重のときの応力を「疲労限度」としない（正しくは引張強さ）
- クリープは，引張強さの大きい材料や低い温度で起きる，としない（高温で目立つ）
- 縦弾性係数が大きいほどよく伸びる，としない（変形しにくい）
- 脆性材料が大きくくびれて伸びる，としない（ほとんど伸びずに壊れる）
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- 平成29年度引張試験と材料の機械的特性