引張試験【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「引張試験」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。

引張試験の装置

引張試験とは、材料を引張ることで縦弾性係数、降伏応力、強度など様々な材料物性を測定する試験です。引張試験装置は、剛性の大きい筐体、上下に移動するアクチュエータ、荷重を測るロードセル、試験片を固定するチャックなどで構成されます。

引張る方法は、大きく分けて変位制御と荷重制御の2種類があります。変位制御は変位を制御するので、アクチュエータの速度が意図せずに変わることはありません。一方、荷重制御は荷重で制御するので、試験片が破断して荷重が低下すると、荷重を増やそうとしてアクチュエータの動きが急に速くなります。アクチュエータの動作範囲を制限したり、破断を検知したら止める設定などをしないと、暴走することがあるので気を付けてください。

ダンベル試験片

引張試験に用いる試験片には、チャックした位置で破壊しない、測定したい位置の応力やひずみが求まる、測定したい材料で作れる、などの条件が必要です。チャックした位置は変形拘束や応力集中が生じて材料の特性を評価し難いので、中央部を細くしたダンベル形状（ダンベル試験片）が多く用いられます。細い中央部で応力が大きくなり、チャック部より先に中央で破断させることができます。

板やシート状の材料はダンベル形状に切り出し、ブロック状の材料は丸棒試験片にするなど、材料の形状に応じて試験片形状を選択します。引張試験片の試験片形状はJIS規格などが用意されているので、規格通りの形状が作成できる材料はそれに従います。難しい場合は、材料の制約に合わせて試験片形状を工夫する必要があります。

余談ですが、本チャンネルの案内役で、筋トレの負荷を考える動画ではモデルにもなっている「ダンベル君」は、胴体が引張試験用のダンベル試験片という設定です。材料力学において、ダンベル試験片はこのくらい身近な存在だと思ってもらえると嬉しいです。

まとめ

• 引張試験機は、剛性の大きい筐体、移動するアクチュエータ、荷重を測るロードセル、試験片を固定するチャックなどで構成される。
• チャック部での破壊を防ぐために、試験片はダンベル形状が用いられることが多い。
• 引張試験には変位制御と荷重制御がある。荷重制御はアクチュエーターの速度が急変することがあるので要注意。

YouTube動画でより詳細に説明しています。ぜひご覧ください。

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