材料の強度【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「材料の強度」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。

強度とは

材料に負荷をかけていくと、ある限界を超えたところで破壊が生じます。この材料が破壊する限界を「強度」と言います。強度は応力の単位（Pa、MPa など）で表され、強度より大きな応力が生じると材料は破壊します。

ゆっくりとした一定の速度で棒を引張るとき、応力は時間とともに増加し、弾性変形の範囲を超えて塑性変形が始まり、最終的に破断します。この様にゆっくりとした（静的な）負荷で破壊するときの強度を「静的強度」と言います。静的強度は、引張試験などで計測できる最も基本的な強度です。

「静的強度以下の応力であれば破壊しない」と考えたくなりますが、実際には負荷のかけ方によって材料はより低い応力でも破壊します。次のセクションでは、静的強度以外の強度を紹介します。

強度の種類

静的強度よりも小さい負荷であっても、何度も繰り返し加えると破壊することがあります。この強度を「疲労強度」と言います。繰り返しの回数が多いほど疲労強度は小さくなり、橋・自動車・パソコンなど繰り返し負荷を受ける多くの製品で課題になります。

また、静的強度より小さい負荷であっても、長時間かけ続けることで破壊することがあります。この強度を「クリープ破断強度」と言います。クリープ現象は高温で生じやすく、飛行機のエンジンや発電所のタービンなど、高温下で長時間負荷がかかる機械で特に課題となります。

一方、ゆっくりした負荷ではなく瞬間的に大きな衝撃を受けるケースでは、静的強度より大きな負荷で破壊することがあります。このときの強度を「衝撃強度」と言い、一般的に破断に要するエネルギーで評価します。自動車の衝突やスマートフォンの落下などを想定した設計では衝撃強度が重要になります。

これら以外にも材料の強度は様々あります。使用環境や負荷に対応した強度を用いてください。

まとめ

• 強度：負荷によって材料が破壊する限界。強度を超える応力が生じると破壊する。
• 静的強度：ゆっくりとした（静的な）負荷で破壊するときの強度。引張試験などで計測できる基本的な強度。
• 疲労強度：静的強度より小さい繰り返しの負荷で破壊する強度。繰り返し回数が多いほど小さくなる。繰り返し負荷を受ける多くの製品で課題。
• クリープ破断強度：静的強度より小さい長時間の負荷で破壊する強度。高温環境（飛行機のエンジン・発電所のタービンなど）で課題。
• 衝撃強度：瞬間的な負荷で破壊する強度であり、一般的にエネルギーで評価。衝突や落下が想定される製品で課題。

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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