タグ: 応力

機械設計マスターへの道

ばねの疲労強度と寿命の考え方：疲労破壊はどう防ぐのか？ [ばね設計の基礎④]

ばねは、機械の中で繰り返し変形しながら荷重を受け続ける部品です。そのため、多くのばねでは使用中に応力の繰り返しが生じ、疲労による破損が発生する可能性があります。疲労破壊は外観上の変化が少ないまま突然発生する …

樹脂加工

粘弾性の基本がわかる！高分子材料の力学挙動を読み解く理論と数式モデルを解説

私たちの身の回りにあるプラスチックやゴム、あるいは接着剤や塗料といった高分子材料は、金属のような固体とも、水のような単純な液体とも異なる、独特の力学特性を示します。これを「粘弾性（Viscoelastici …

機械設計マスターへの道

ばね定数とは？計算式・求め方をわかりやすく解説 [ばね設計の基礎②]

ばね設計に関する前回の記事「ばね設計はなぜ重要か？ばねの役割・種類を理解する」では、ばねが機械において果たす役割と、圧縮ばね・引張りばね・ねじりばねという代表的なばねの種類について解説しました。 ばね設計の …

化学

ガラスの強度と破壊メカニズムが基礎からわかる！評価試験の種類・方法も解説

現代のものづくりや日常生活において欠かせない素材である「ガラス」。 しかし、ガラスの強度・破壊に関する理解が浅いままでは、安全性や信頼性の高い設計は難しくなります。 そこで本記事では、ガラスの特徴・製造方法 …

化学

レオロジーとは？粘弾性・非ニュートン流体の基礎から測定方法までやさしく解説

「レオロジー」は、物質が外力を受けたときに示す「流れ」や「変形」の現象を体系的に理解するための学問です。固体と液体の両方の性質をもつ素材は世の中に数多く存在しますが、それらの挙動を解析するためにレオロジーが …

機械設計マスターへの道

降伏点とは何か？引張強さ、0.2％耐力など関連用語もこれでわかる！

当連載コラム「機械設計マスターへの道」では、弾性変形に関連する知識として、これまでにフックの法則やヤング率、比例限度、弾性限度などについて説明してきました。 今回は「降伏点」（yield point）を中心 …

機械工学

断面二次モーメントを徹底解説！基本概念から求め方・計算例までわかりやすく説明

「断面二次モーメント」は、構造物の断面の特性を表す量です。 なぜ、断面二次モーメントは曲げ剛性に関係しているのでしょうか？ 計算式で検証することで、断面二次モーメントについて理解していきましょう。 １．曲げ …

機械設計マスターへの道

ヤング率とは？式と単位、横弾性係数との関係などを解説

当連載コラムの前回「フックの法則とは？」では、機械部材内部の応力とひずみの関係を考える上で重要となるフックの法則を解説しました。 今回は、応力とひずみの関係を表す比例定数である弾性係数について、もう少し詳し …

機械設計マスターへの道

フックの法則とは？公式と考え方、応力・ひずみとの関係等をわかりやすく解説

当連載コラムでは、機械部材に発生する「応力」と「ひずみ」について解説してきました。 応力とひずみには密接な関係があります。 今回は両者の関係を考える上で重要となる弾性変形とフックの法則について簡単に解説しま …

機械設計マスターへの道

応力とは？ 引張応力/圧縮応力/せん断応力/曲げ応力の概要と求め方

「与えられた仕様と運転条件においては壊れることが無いように設計する」ということは、あらゆる機械に共通する課題です。今回は、設計する機械の頑丈さ（Robustness）を評価する上での基本的かつ重要な指標であ …

機械設計マスターへの道

き裂の進展と応力拡大係数について丁寧に解説｜疲労き裂のメカニズムと設計上の注意点がわかる！

１．き裂（亀裂）の発生 機械部材には、キー溝、段付き、などの応力集中部があります。また溶接構造では、溶接ビードと母材との境界部（止端部）などが応力集中部となります。 機械を使用して部材が負荷を受けることによ …

機械工学

スナップフィットの例で学ぶ 強度計算・応力設計のポイント｜設計者のための材料力学

１．スナップフィットと応力設計 樹脂部品では「スナップフィット」と呼ばれる簡易な組付け固定方法が多用されています。 スナップフィット組付けを行う場合は、大きなひずみ変形を起こさせる場合が多く、単純な応力計算 …

機械工学

衝撃荷重と材料の強度を考える(衝撃応力の計算、シャルピー衝撃試験)

今回は、物体が落下して他の物体に衝突するときなどのように、極短時間に加わる「衝撃荷重」によって生じる衝撃応力と材料の強度について考えてみたいと思います。 １．ひずみエネルギー、最大弾性ひずみエネルギー 断面 …

機械設計マスターへの道

焼きばめ・冷やしばめに関する必須知識と計算方法を解説！しめしろの考え方、面圧やトルクの計算例など

今回は、温度差による寸法変化（膨張・収縮）を利用して円筒形状の部品を軸部品にはめて、強固な固定状態を実現する「焼きばめ（焼き嵌め）」「冷やしばめ（冷やし嵌め）」について、考えてみることにします １．しまりば …

機械設計マスターへの道

骨組構造「トラス」と「ラーメン」を理解する [構造力学の基礎知識]

今回は、構造力学に出てくるトラスとラーメンについて解説します。 機械設計者と押さえておきたい基礎知識を確認しましょう。 １．骨組み構造と支点 複数本の直線状の部材の端部を連結して、荷重を安全に支え得るように …

機械設計マスターへの道

薄肉円筒胴と薄肉球形胴の強度計算 (必要肉厚の求め方)

今回は、ガスや液体を貯留し内面に大気圧より高い圧力を受ける圧力容器について、薄肉円筒胴と薄肉球形胴の強度（必要最小肉厚）について考えてみます。   １．薄肉円筒胴 円筒胴の内径をDi、胴の厚さをt …

機械工学

【機械設計マスターへの道】主応力とモールの応力円の求め方

当連載「機械設計マスターへの道」の第20回でで三次元応力と破壊学説について説明しました。 今回のコラムでは、その前に基本的に理解しておくべき平面応力の考え方とモールの応力円について、できるだけわかりやすく解 …

機械工学

自重による応力・ひずみと自重を考慮した平等強さの計算

当連載「機械設計マスターへの道」において、「荷重と応力、ひずみ」の関係について解説しました。 今回は、機械自体の重さ（自重）による応力とひずみについて解説したいと思います。   自重による応力とひ …

機械設計マスターへの道

熱応力の基礎知識と計算方法を解説｜線膨張係数って何？

今回は、特に使用状態における製作時（常温）からの温度差が大きい機械を設計する場合に注意が必要となる「熱応力」の基礎知識についてわかりやすく解説します。 １．熱応力とは？ 一般に物体には、固有の線膨張係数があ …

機械工学

金属材料のクリープ現象を解説！低温脆性の基本もわかる

今回は、高温域または低温域で使用される機械や機器を設計する際に、注意する必要のある材料特性についてお話しします。 １．クリープとは？ 金属材料にある応力σが作用するとき、材料の応力‐ひずみ特性に応じたひずみ …

機械工学

【保存版】機械設計者が知っておくべきSI単位の基礎知識｜換算方法・使い分けなど総まとめ！

これまで機械設計に関するコラムの中でも折りにつけ触れてきましたが、今回はあらためて「単位」についてまとめて確認したいと思います。 機械設計では、各種力学の知識をもとに、機械がその機能を発揮し、かつ安全に運転 …