バウシンガー効果【材料力学用語辞典】

材料力学用語辞典では、材料力学で出てくる専門用語を分かりやすく紹介しています。今回の用語は「バウシンガー効果」です。

この記事はYoutube動画で紹介した内容の概要です。詳細は動画をご覧ください。

バウシンガー効果とは

1方向に荷重をかけて材料を塑性変形させた後、逆方向に荷重をかけると、降伏応力が元の値より低下することがあります。この現象をバウシンガー効果と呼びます。例えば、はじめの引張時の降伏応力をσy、その後の圧縮時の降伏応力をσy’とすると「σy ＞ σy’」となる現象がバウシンガー効果です。

バウシンガー効果の発生原因は、塑性変形によって材料内部に生じる背応力（Back Stress）です。塑性変形が進むにつれて材料内部に背応力が蓄積され、逆方向の負荷に対してはこの背応力が降伏を助けるように働くため、見かけの降伏応力が低下します。

硬化則の使い分け

バウシンガー効果を解析で扱うには、硬化則の選択が重要です。移動硬化則は降伏曲面の中心が移動するため、背応力の効果を考慮できてバウシンガー効果を表せます。一方、等方硬化則は中心は移動せずに降伏曲面の半径が増加するため、逆方向の降伏応力も増加します。これはバウシンガー効果とは逆の現象です。

硬化則の使い分けはケースバイケースですが、目安は以下の通りです。バウシンガー効果を表す必要があり、繰り返し小さな塑性ひずみが発生する場合は移動硬化則が適します。大きなひずみが生じる変形を扱う場合は等方硬化則が適します。移動硬化則や等方硬化則では表せない現象を扱う場合は、より複雑なモデルを用います。

まとめ

• 1方向に塑性変形した後、逆方向に負荷すると降伏応力が低下する現象をバウシンガー効果という。
• 塑性変形によって材料内部に生じる背応力（Back Stress）がバウシンガー効果の原因。
• 移動硬化則を使うとバウシンガー効果を表せるが、等方硬化則では逆の現象が生じる。扱いたい現象に合わせて適切な材料モデルを選ぶことが重要。

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