塑性変形【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「塑性変形」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。

塑性変形とは

材料に荷重を加えると、はじめは応力に比例してひずみが増加する弾性変形が生じます。弾性変形は原子間隔が変化するだけで、荷重を取り除けば変形は完全に回復します。しかし応力が降伏応力を超えると、原子配置がズレることで生じる塑性変形が始まります。塑性変形すると荷重を除去しても変形が残り、元の形には戻りません。

応力-ひずみ曲線では、降伏応力より低い領域が弾性変形域、超えた領域が塑性変形域です。多くの機械や構造物では使用中に塑性変形が生じない様に設計されます。一方、塑性変形を許容する製品では、降伏後の塑性変形の挙動を考慮して設計されます。また、金属のプレス加工・鍛造・引き抜き加工などでは、塑性変形が積極的に利用されています。

塑性ひずみとは

塑性変形が生じた状態から荷重を減らすと、応力とひずみは弾性変形で減少するので勾配は縦弾性係数（ヤング率）になります。そのため、応力が 0 になってもひずみはゼロには戻らず、ひずみが残ります。この残留するひずみを塑性ひずみと言います。塑性ひずみは永久変形の大きさを表す指標です。

まとめ

• 弾性変形：原子間隔の変化で生じる変形。荷重を除くと元に戻る。
• 塑性変形：原子配置のズレで生じる変形。荷重を除いても変形が残る。
• 塑性変形が生じた後に荷重を減らすと、応力やひずみは弾性変形で減少する。そのため、応力が 0 になってもひずみは残る。このひずみが塑性ひずみ。

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