極限引張強さ

材料の強度に関する知識, 特に金属, ほとんどの工学分野において極めて重要です. すべての測定値の中で, 極限引張強さ (UTS) 最も頻繁に参照される. 材料の性能を評価する場合、この概念は非常に重要です. UTS とは、材料が破断することなく引張力に耐える能力を意味します。. ほぼすべての製品やワイヤーなどの付属品に適用可能, ロープ, そして金属フレーム. この記事は極限引張強度に関するものです (UTS).

極限引張強さの定義

UTS は材料を伸ばすときに使用される力です. 負荷軸に沿ったサイズが増加します。. 引張応力は、材料の断面の面積に対する比率で作用する力として表されます。.

𝐹: 弾性ロッドに適用される F を断面積で割った値

𝐴: ロッドの垂直方向の等しい力 A.

延性のある材料は通常、負荷に耐えることができますが、, 一方で, 脆い材料は、その能力を発揮する前に破損する可能性があります.

引張力が加わった場合, いくつかの引張特性を評価できます:

• 弾性率: 応力の変化と対応するひずみの変化の比率. 弾性率とも呼ばれます. EM は、通常、弾性変形中のひずみに対する応力の尺度です。, 応力-ひずみグラフから測定.
• 極限引張応力 (UTS): 指定された材料を必要な時点でテストできる最大応力レベル. 通常、引張試験を行うときに測定されます. したがって, 材料を伸ばすことができる最大値は、既知の UTS の点までです; 亀裂が生じる可能性があります.
• 弾性率: この比率は、材料のヤング率の 2 倍に対する引張応力として表されました。.
• 破壊応力: 破壊応力, 「σₓ」として表されます, 破損が発生する直前の亀裂点における最大応力です。. 原則として, 応力 = 適用応力/材料の断面積として計算されます。. 一般的に, FS は psi ポンドまたは平方インチあたりのトンで測定されます.

UTS は、引張試験で得られる破壊時の最大応力を決定します. 特定の材料がさまざまな用途にどのように、またはどのように反応するかを定義します。. さらに, UTS は、荷重下で実行される材料の挙動を決定する基本的な特性です。.

応力-ひずみ図上の UTS

応力-ひずみ曲線は 4 つの主要な領域に分割できます。:

比例制限

比例制限は、材料がバネのように動作する領域です。. ここで発生した変形は回復可能です. 上の図で影付きの領域は、応力とひずみの相関関係を定義するフックの法則に従ってフック領域として知られています。.

収量制限

材料が比例限界に達したとき, その場合、それは収量制限ゾーン内にあります. ここ, 永久変形が起こる. いずれの場合も, 引張力が無負荷または逆転される; 素材は元のサイズに戻りません.

ひずみ硬化領域

引張応力が高くなると、材料はさらにひずみ硬化領域に達します。 応力-ひずみ曲線. 特定のセクションは、材料の結晶の性質を変えるため注目に値します。. 意図した応力は材料の微細構造を変化させるのに十分なものです. また, 素材の弾力性が高まります.

ネッキング領域

ミクロスケールで, 材料はネッキング段階に入る前が最も強くなります。. しかし, ネッキングが始まると, それは弱まり始める. ネッキングは断面の局所的な減少によって特徴付けられます. 後はネッキング, 材料は破壊に近づく. この段階では, より大きな負担でより少ないストレスを提供します. 応力は単位面積あたりの力として定義されるため、, 骨断面領域の限界により応力が高くなります. 亀裂が検討中の要素の断面に広がるまで、材料は劣化します。, そして要素は役に立たなくなります.

曲線上の UTS 領域

ひずみ硬化領域からのネッキング領域の始まりが材料の UTS を定義します. ただし、これは材料が最大ひずみ硬化に達した場合にのみ適用されます。. また, 最高の安全荷重をサポートできる.

極限引張強さはどのようにして決定されるのか?

UTS は材料試験所で実施される試験から決定されます。, 高度な検査機器を備えています. いつもの, 応力はさまざまな方法およびさまざまなレベルで試験片に加えられます.

試験方法

TS測定前, エンジニアは材料を引張試験機に安全に置きます. 一般的に, これらの機械は試料を 2 つ以上の接触点で保持します. 次に、試験片に一定の力を加えて、以前に使用した衝撃力よりも遅い速度で試験片を引っ張ります。.

試験を監督するエンジニアは、試験片が破損するか塑性変形するまで、応力-ひずみ曲線上の材料挙動のいくつかの側面を観察して文書化します。. これらのテストは複数の目的に役立ちます, 含む:

• 製品開発に使用する適切な材料を選択するシリーズ.
• 実用化における材料挙動の予測.
• 特定され合意された要件および品質特性の順守レベルのモニタリング.

新製品のテスト

これらのテストを実施しながら, エンジニアは材料の特性に関する具体的な情報を求めています, 含む:

• 最大荷重: 材料が比例して、またはひび割れすることなくサポートできる最大荷重.
• 延性: 小さな個々の破片に破壊される前に、試験片がどの程度変形できるか.
• 曲げる: 材料の片側を破壊することなく曲げる能力, 向こう側, または両方.
• 伸長 %: その特徴は、, 弾性が高く、押すと柔らかくなる素材です。.

テスト中に収集されたデータは、メーカーがプロセスでどの材料を使用するかを決定するのに役立ちます. 引張強さは 3 つの主要な方法で測定されます:

• 降伏強さ: 材料が不可逆的に変形する前に材料が受けることができる応力の最大量の尺度. 降伏点の増加は、元の形状に戻れない応力を示します。.
• 究極の強さ: 単位体積あたりの最大重量として定義されます。, 材料は張力がかかった状態でも耐えられる. 前に示したように, UTS は、オブジェクトがいつでも処理できる負荷を、オブジェクトの対応する構成の面積で割ったものとして定義できます。.
• 破断強度: BS, 材料が劈開せずに応力に耐えられる最後の段階です。.

引張強さの理解が重要な理由?

材料の引張強度を理解することは、用途の安全性にとって極めて重要です. 引張強さが低い材料を選択すると破損が発生する可能性があります. 設計段階では, エンジニアは降伏強度に細心の注意を払っています. 降伏強度は、部品が満足のいく永久変形を起こす応力限界として定義されます。. 極限引張強さについては, 材料が壊れるまでの材料の強度です. 例えば, 積雪量が多い場所では屋根が曲がる可能性があります. 引張強度を超えると構造が破壊される可能性が高くなります.

引張強さと比較. 降伏強さ

引張強さと降伏強さはエンジニアリング範囲の 2 つのパラメータです. 降伏強度は通常、エンジニアによる製品設計に使用されます。. したがって、, リスクを軽減するために, 負荷はこの制限を下回る必要があります. 材料に常にかかる最大荷重は、その降伏強度を決して超えてはなりません.

必要な横断面の量を特定する必要があります. 適用できる最大荷重は、部材の材料特性と形状によって決まることが判明しました。. ソリューションを最適化するには, 構造上の安全性を高めるために安全係数が含まれています. この係数は通常、次の間で変化します。 1.5 そして 2. 2 番目の値は、最大負荷にこの係数を乗算して取得されます。. これにより、予期しない負荷や潜在的な材料欠陥が考慮されます。.

極限引張強度を考慮した設計は変形の可能性を意味します. 材料は、使用への適合性を定義する特徴を失う可能性があります. ナイフやスパナなどの特定の工具はひずみ硬化されています。. このプロセスにより、破損する前の極限引張強度値に近い値まで強度が向上します。.

さまざまな材料の極限引張強さと密度

以下の表は、いくつかの材料とその密度とともに極限引張強さを示しています。エンジニアリングでどの材料を使用すべきかを確立するには、次の情報が不可欠です。.

結論

UTS はエンジニアリングにおいて非常に基礎的なものです. さまざまな用途に合わせた材料の選択に役立ちます. UTS の知識は安全性とパフォーマンスの保証に役立ちます. 金属は通常、高い引張強さの値を持っています. それにもかかわらず、, カーボンファイバーなどの非金属部品はそれらを大幅に上回ります. これは、材料の選択が重要であることを示しています. 建設中であっても、他のアイテムを使用していても, UTSを知ることは非常に重要です. ついに, UTS に関する十分な知識があればこそ、使用時にアイテムの信頼性と耐久性が高まります。. お問い合わせ 詳細については.