応力-ひずみ線図について

質問

応力-ひずみ線図を見ていつも疑問に思うのですが、引張り試験機はどのように荷重を負荷しているのでしょうか？
例えば、単に荷重を大きくしていくだけでは上降伏点や下降伏点は出てこないと思うし、引張り強さから破断まで応力が低くなるのもおかしいと思うのです。
また、なぜ横軸にひずみ、縦軸に応力をとっているのでしょうか？
応力が負荷された結果としてひずみが出てくるのならば、中学、高校で習った関数の考え方だと横軸に応力、縦軸にひずみをとるような気がするですが…。

うまく説明できないのですがよろしくお願いします。

回答No.5

am3141592

最近の試験機はボールネジで駆動しているので問題ありませんが、大学の研究室に残っているような油圧式の試験機でも、油を送る量を制御することで変位制御をしています。試料が伸びると油圧は下がる方に作用するので、試験条件が適切であれば、試料が降伏した場合も油圧はそれに応じて低下するので、降伏応力が測定可能です。
歪を横軸に取るのは、歪と応力の関係が一対一でなく、同じ応力でも異なる歪の値を取る可能性があるため、応力を従属変数(縦軸)とした方が、グラフとして理解しやすいからではないでしょうか？最近は荷重も変位もセンサで電気的に変換して計算してしまうので、測定上の問題は使用者側はほとんど気にする必要が無くなったようです。

お礼

回答ありがとうございます。

>試料が伸びると油圧は下がる方に作用する
試料が伸びると油圧が少し下がり、その状態で伸びるなら再び油圧が下がり、伸びなければ伸びるまで油圧を上げるということですか？それなら降伏点が得られるのも納得することができます。

>歪と応力の関係が一対一でなく、同じ応力でも異なる歪の値を取る可能性がある
確かにそうですね。これがNo1さんの言っている、まずひずみがありきという意味なのでしょうか。

回答No.4

Willyt

>そして荷重を断面積で割れば応力も出てくるような気がするのですが…。
その荷重というのは力ですよね。これをどうやって測定するのでしょうか。力を直接測定するのはくどいようですが不可能です。試験機は一般的に油圧で荷重をかけます。その油圧をどうやって測るのでしょうか。それは液体の収縮量を測るしかなく、その収縮定数をかけてそれを力に換算するしかないですよね。力が目盛りになっていてそれを読めば直接測れたというものではないのです。それは定数をかけるという計算をメカにやらせてそれを数値で表示するようにしているだけで、計測しているのは長さなんですよ。

お礼

負荷した荷重は直接測定することは不可能で、液体の収縮量から計るのですね。
ここまでは分かったのですが、応力は直接測定できないから縦軸にとるというのがどうも理解できません。

回答No.3

oosaka_girl

変位制御　引張試験　で検索すれば色々出てくるよ。
http://www.espectc.com/jigyou/test/test01k.html
http://www.intesco.co.jp/web_public/part_html/mate-hosou.htm
要するに変位を徐々に増大させ、その変位の時点でテストピース反力と
つりあう力を計測する方法をとっているので、変位増大とともに
荷重減少が生じても変位を拘束するので不安定にならないのです。

お礼

ありがとうございます。
参考にします。

回答No.2

oosaka_girl

通常の引張り試験機では難しいかもしれないけど、
変位制御タイプであれば測定できるのじゃないかしら？

ところで、後半の質問ですがフックの法則と言うのがありまして
http://www.ishida.co.jp/rekishikan/gijyutu/hook.html
力＝ばね定数×変位
の形で定義されています。そうすると縦軸が応力度で、
横軸がひずみなのが自然に感じられますよね。

お礼

回答ありがとうございます。

変位制御タイプの試験機というのはどのように荷重を掛けているのでしょうか？よろしければ詳しく教えて頂けないでしょうかｌ？
後半の部分なのですが、確かにフックの法則に照らし合わせれば自然に感じられますね。

回答No.1

Willyt

いいところに気付きましたね。下降伏点を見つけるのはたやすいことではありません。それは極めてゆっくり加圧し、上降伏点に到達したら、これも極めてゆっくり減圧しないと実現できませんよね。熟練者ではないと無理です。私も実現したことはありません(^_^;)
応力・歪曲線は横軸に歪をとります。その理由は歪がまずありきだからです。力というのは基本単位ではなく、ＳＩ単位の場合は Kg・m/sec＾2 というディメンジョンを持った複合単位で、これは直接測定することは不可能で、その値を得るには基本単位から算出することが必要です。ですから縦軸に力をとるのです。

お礼

回答ありがとうございます。

教科書に載っているような下降伏点が表れる応力-ひずみ線図を得るのはとても難しいことなのですね。
縦軸、横軸の方なのですが、難しくてよく理解できませんでした。負荷した荷重は測定しなくても分かりますよね？そして荷重を断面積で割れば応力も出てくるような気がするのですが…。