荷重制御型や変位制御型の負荷【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「荷重制御型と変位制御型の負荷」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。

荷重制御型と変位制御型の負荷とは

物に作用する負荷は、荷重制御型と変位制御型の2種類に分けられます。荷重制御型は荷重の大きさが決まっている負荷で、重力・圧力・遠心力などが代表例です。変位制御型は変位の大きさが決まっている負荷で、熱変形や強制変形などが代表例です。

どちらの負荷も一見は同じように変形が生じますが、応力の発生原因が根本的に異なります。この違いを理解することで、応力を効果的に低減する方法が分かります。

応力低減方法の違い

荷重制御型と変位制御型の負荷では応力の発生原因が異なるため、応力を低減する方法も異なります。例として、長さL、幅B、高さH、縦弾性係数Eの片持ち梁の先端に負荷が作用して曲げ変形するときを考えます。荷重制御型では、長さLを小さく、幅Bや高さHを大きくすることで応力を低減できます（縦弾性係数Eは無関係）。一方、変位制御型では、長さLを大きく、高さHを小さくし、縦弾性係数Eの小さい材料を用いることで応力を低減できます（幅Bは無関係）。

特に、長さLと高さHでは応力低減の方向が真逆になります。荷重制御型と変位制御型を混同して設計変更すると、狙いと反対の効果になることがあります。負荷の種類を正しく見極めることが重要です。

まとめ

• 物に作用する負荷には、荷重が決まる荷重制御型と変位が決まる変位制御型がある。
• 荷重制御型と変位制御型の負荷では、応力の発生原因が異なるので、応力低減の方法も異なる。応力低減の方法が逆のケースもある。
• 荷重制御型の負荷には重力・圧力・遠心力などがあり、変位制御型の負荷には熱変形・強制変形などがある。

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