• ベストアンサー

熱と引っ張り力を受ける金属板の膨張代の計算方法

例えば1000mm角の鉄板を100度加熱して、更に四方向から引張力を加えた場合この板の表面積はどのようになるか教えてください。金属の線膨張係数はどのように関わるのでしょうか。

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • elbert
  • ベストアンサー率25% (95/373)
回答No.2

>厚みをZ軸、X、Yを左右、上下とすると、X方向とY方向がそれぞれ単純に線膨張するという解釈で良いでしょうか? X、Y、Z軸方向に線膨張するということでいいと思います。 >またヤング率は例えば左右に単純に引っ張れば、上下の幅は収縮するとおもいますが、この場合上下方向も引っ張り力を加えた場合の伸びはどうなるでしょうか? Y軸方向にも伸びるでしょう。Z軸方向には縮むでしょう。 具体的には、 σxがx、y、z方向に生じさせるひずみ σyがx、y、z方向に生じさせるひずみ σzがx、y、z方向に生じさせるひずみ それぞれを重ね合わせた、一般化したフックの法則から 導いてください。

その他の回答 (1)

  • elbert
  • ベストアンサー率25% (95/373)
回答No.1

100度加熱した場合の、鉄の膨張した面積を求めてください。 これは線膨張係数を使えばいいでしょう。 その状態から、力を加えて伸びた分の面積を求めてください。 これは、ヤング率、ポアソン比、厚さから求まります。 両者を足したものが、答えです。 熱の影響でヤング率は変わりますが、 100度程度であれば、常温と同じでいいと思います。

5tarou
質問者

補足

早速有難うございました。もう少し詳しく教えてください。厚みをZ軸、X、Yを左右、上下とすると、X方向とY方向がそれぞれ単純に線膨張するという解釈で良いでしょうか?またヤング率は例えば左右に単純に引っ張れば、上下の幅は収縮するとおもいますが、この場合上下方向も引っ張り力を加えた場合の伸びはどうなるでしょうか?

関連するQ&A

  • 金属の熱膨張

    銅荒引線から細く伸ばして必要な径に加工した場合、直径方向の 温度膨張はどのようになるのでしょうか?銅の線膨張係数は 16.7×10-6/Kと知られていますので、通常の場合は直径方向も 同じ膨張係数を使って良いと思いますが、荒引線から細く伸ばした 場合は、内部の分子配列が変わる為、同じ膨張係数にはならない ようにも思えます。 この辺には全く疎いので、宜しくお願いします。

  • 熱膨張係数の異なる金属材料

    こんにちは。 熱膨張係数の大きな金属材料 (例えば線膨張係数が、20や30×10-6/K) と低熱膨張(上記より1桁以上小さい)組み合わせて 使うことを考えているのですが、良い材料の組み合わせがあるのでしょうか?900℃位で使用し、 この熱膨張係数の違いでワークに圧縮力を加えて 締め付けて炉内での動きを拘束したいと 考えています。 又、熱膨張係数に異方性があると尚良いと考えています。 (縦方向に特に延びる或いは延びにくい)

  • 円筒金属の熱膨張について

    熱膨張について、ご教示願います。 温度が上昇すると円筒金属は外径、内径共に膨張しますが、 外径が膨張できない場合、膨張の仕方はどのようになりますか? 金属の種類は問いません。考え方、計算の仕方がわかっておりません。 よろしくおねがいします。 例えば 外径500mm、内径250mm、長さ1000mmの円筒金属が内径500mmのブロック内にある場合(円筒金属とブロックとの隙間は0mm、 円筒金属の長さ方向はブロック内にはない)、円筒金属の温度が20度→100度に変化し、 ブロックは金属の種類等が異なり熱膨張しないと仮定した場合、円筒金属の内径寸法、長さはどのように変化しますか? また、上記円筒金属の長さ400mmから600mmの間は円筒金属の外径が499mmでブロックとの間に隙間がある場合、円筒金属の外径は膨張できるので、 円筒金属の内径はその部分のみ変化しますか?

  • 金属を温めると伸びる?膨張する?

    科学の素養のおありの方 宜しくお願いいたします。 小4の息子の疑問です。 金属は 単純に加熱によって膨張するのではなく 膨張する方向などがあるのでしょうか? 学校で 『鉄は加熱すると【伸びます。】= 長くなります。』 だから 【鉄の輪っか】にギリギリ通っていた【鉄球(鉄球以外でも可)】は 【鉄の輪っか】だけ加熱すると 通らなくなる。 と学習しています。   調べてみると、加熱によって金属は【伸びる】ので 輪の外径も内径も長くなる。 だから 加熱した輪っか(リングは)大きくなる。 という事でしたし、典型的な小学生理科の実験の様で、家庭で検索した 小学生向けの動画でも同じ結果ですので 事実としては納得しております。 金属が(長い方向に)伸びている(短い方向には伸びない=膨張しない)性質があるというのなら 納得がいくらしいのですが、【膨張する】と考えると、輪(リング)の内径(この場合横の長さ)は長くなるから輪が大きくなるという考えは分かるのだけれど、たての長さ(厚み)も幾分かは膨張していて、たまたま 厚みと内径との長さを比較すると 厚みの膨張は微々たるものだから、輪の内径を大きくなっただけで、もし円盤にちょっとだけ穴の開いている様なリング(もう輪っかとは言いにくい 穴の開いた丸い磁石みたいな感じ)であったら その輪に通っていたものは 加熱により通らなくなってしまうのではないのか? 金属を加熱すると【伸びる】→棒が伸びていくだけで太さは変わらないのか? それとも 全体に膨張しているのだけど 太さ分の膨張は微々たるもので 長さ方向の膨張が大きいから 【伸びている】という言い方をしているだけなのか? 例えば鉄道のレールは 暑さによる膨張で曲がらない様に 隙間があいているというけれど 縦方向(長い方向)だけではなくて 太さ自体も変化しているのではないのか? 等々が 息子の疑問なのです。 宜しくお願いいたします。

  • スポンジゴムの熱膨張について

    スポンジゴムの熱膨張について教えてください。 『条件』 ・25度から200度まで加熱 ・シリコーンスポンジゴムの線膨張係数を4.5×10^-4とする ・スポンジゴムの比重を0.5とする ・シリコーンスポンジはΦ25 ・ゴム肉厚は6t(内径Φ13で、肉厚6tのちくわ状) ・長手方向の膨張はないとして、径方向の膨張のみ ・ゴムの熱膨張だけでなく、空気の熱膨張も考える ゴムの膨張だけ考えれば、線膨張係数と?Tと肉厚ででると思うのですが、 空気の膨張を考えると、どうなるのでしょうか? 初めての質問で、質問の仕方に問題があるかもしれませんが、困っています。 考え方、計算方法を教えて頂けないでしょうか?

  • アルミの膨張係数と同じ金属(合金)を探しています。

    アルミの膨張係数に近い金属を教えて下さい。 合金でも結構です。 500℃で加熱するアルミが、変形して困っています。 膨張係数が同じ位の金属で支えてやればうまく焼けるのではと思っています。 宜しく御願いします。

  • 線膨張係数の小さい金属、材料

    ある組立工程で、ジグ(φ200mmくらい)を200℃まで暖めます。(材質はSUS304です) そのときジグが熱膨張してしまい、約0.5mmくらい伸びます。 金属系でもう少し線膨張係数の小さい材質ご存知ないでしょうか? よろしくお願いします。

  • 金属の熱膨張について質問です。

    金属の熱膨張について気になることがあります。 φ1000.00mmの丸棒状の金属(鉄)を測定し、室温20度 製品温度30度だった場合、 1000*0.000011*(30-20)=0.11 約0.11mmの温度補正が必要だと思うのですが、同じ丸棒状の金属でφ500.00mmの穴が開いているパイプ状でも同じ温度補正で大丈夫なのでしょうか? 私の勘違いなのかもしれませんが、パイプ状は穴が開いてない素材より良く膨張し、収縮してるような気がします。 このまま同じ補正の仕方で加工していいのか悩んでいます。 宜しくお願いします。

  • 線膨張や熱膨張についてです

    (1)長さ1mの鋼鉄の針金の温度が10℃上昇すると何mm伸びるか? (2)鉄道のレール(鋼鉄)が夏と冬の温度差が50℃のとき熱膨張による伸びは1kmあたりいくら伸びるか? ※鋼鉄の線膨張係数は0.1322×10^(-4)とする (1)と(2)両方とも解いてみたのですが (1)の答えは0.1322mm (2)の答えは661mmで合っていますか?

  • 熱膨張係数について

    熱膨張係数について教えてください。 熱膨張係数には線膨膨張と体積膨張があり、線膨張をα、体積膨張をβとした場合に β=3αとなることまでは理解しているのですが 材料メーカの材料特性値を見にいった際に「タテ、ヨコ 熱膨張係数 14ppm/°C」と 記載している場合、これは線膨張を示しているのでしょうか? それとも体積膨張を示しているのでしょうか?