塑性変形とは？弾性変形の限界を超えた変形です！

材料に大きな力を加えると、力を取り除いても元の形に戻らない変形が生じます。これが「塑性変形」です。塑性変形は弾性変形の限界を超えたときに生じる非線形な変形で、荷重を除いても永久ひずみ（塑性ひずみ）が残ります。この記事では塑性変形の定義・メカニズム・特徴を説明します。

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

1. 塑性変形とは

丸棒を引張ると、はじめは応力とひずみが線形に増加します。このときの変形が弾性変形で、荷重を取り除けば元の形に戻ります。

しかし、限界（降伏応力）を超えると線形な関係が崩れ、非線形な変形が生じます。これが塑性変形です。塑性変形が生じた後に荷重を取り除くと、応力-ひずみ関係は縦弾性係数の傾きで減少しますが、応力が0になってもひずみは0に戻りません。この残ったひずみを塑性ひずみと言います。

2. 塑性変形のメカニズムと特徴

材料をミクロに見ると、変形のメカニズムが分かります。

• 弾性変形：引張り方向に原子間隔が広がることで生じる変形。荷重を取り除くと間隔が元に戻るため、形状も元に戻る。
• 塑性変形：原子間隔が広がれる限界を超えると、原子の配置がズレることで生じる変形。荷重を取り除いても配置のズレは残るため、永久ひずみが生じる。

原子の数は変わらず間隔だけが元に戻るため、塑性変形では体積変化が生じないことも重要な特徴です（弾性変形では原子間隔の変化により体積が変化する）。

塑性変形に関連する用語も押さえておきましょう。

• 降伏：弾性変形から塑性変形に変化する現象。降伏するときの応力を降伏応力と言う。
• 加工硬化（ひずみ硬化）：塑性変形によって応力が降伏応力以上に増加する現象。

まとめ

• 弾性変形は原子間隔の変化で生じる変形、塑性変形は原子配置のズレで生じる変形。塑性変形では体積変化しない。
• 塑性変形後に除荷すると、応力やひずみは縦弾性係数の傾きで（弾性的に）減少する。応力が0になっても残るひずみが塑性ひずみ。
• 弾性変形から塑性変形に変化する現象を降伏、降伏するときの応力を降伏応力、塑性変形で応力が降伏応力以上に増加することを加工硬化（ひずみ硬化）と言う。

より詳細な説明や演習問題をYouTube動画で紹介しています。ぜひご覧ください。

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