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ヤング率の求め方とナイロンの含め方について
- ヤング率の求め方は、引張り応力を引張りひずみで割る方法です。
- 鋼材にナイロンを被覆した材料のヤング率を求める際、ナイロンを含めるべきか否かについて判断が難しい状況です。
- 複合材であっても、ナイロンを含めた全断面積での計算が正しいと考えています。
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＞ヤング率＝引張り応力／引張りひずみ ナイロンなどでは式は殆ど用をなしません。ヤング率の値が変化してしまう。 ヤング率が変わらないのは石、セラミックとかの硬い材料と金属では鉄鋼。純アルミ、純銅、鉛・・・それに柔らかいプラスチックはダメ。 ＞引張りひずみ＝伸び量／試験片の測定長さ 実際のグラフは http://knowledge.yasojima-proceed.com/archives/2007/04/q_30.html 冒頭の大グラフと??のグラフは直線部分があるから、その区間でのヤング率は一定。 ナイロンは記載無いが??のトレンドと思しき。直線らしき区間も無い。 しかし、プラスチックのデータ表をみるとヤング率が記載されている。その測り方はＪＩＳで定まっていて JIS K7161 プラスチック－引張特性の試験方法 第１部：通則 10.3弾性率の計算 引張弾性率＝（σ2－σ1）／（ε2－ε1） σ1：ひずみε1＝0.0005において測定された引張応力 σ2：ひずみε2＝0.0025 〃 〃 試験開始の初期の区間を定めて計算している。最大値とみてよい。 このＪＩＳに前記グラフの少し判りやすいものが出ているので『JIS検索』で閲覧してみてください。 実用に供するには区間拡大が必要。するとヤング率の値は何分の一にしなければならない。 ＞回答（２） ヤング率へのナイロンの寄与分は6％程度 これでも意味薄いが、更に薄まって・・・考えるの面倒・・・
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思う事を羅列します。順番がおかしいかもしれませんが容赦下さい。 ?まず等方性が失われるので、弾性テンソルは81個の成分を持ちます。これを対称を考慮して幾つに減らせるか検討下さい。異方性材料なので、どの方向の計算が必要かにより必要な弾性テンソルの成分が格段に少なくなります。 ?ナイロン等エンプラの「引張り弾性率」は鋼等に比べて非常に小さく引っ張り試験で求められません。結果「曲げ弾性率」とよばれる値が使われていると思います。この場合も、鋼とナイロンの弾性率の倍率は断面積比よりも大きいのではと思います(計算してみて下さい。)。そうであればナイロンは無視しても良いのでは？ ?どのように引張り試験をするか分かりませんが、両端を板等に固定して鋼とナイロンを同じ歪引張ったとりしても、ポアソン効果による幅方向の変形は測定できますか？鋼の線形限界歪は０．００２程度ですが、大きな力が必要でしょう。その中でナイロンに使われる力はほんのわずかで、その程度の変形でナイロンの幅方向が大きく測定出来る気がしません。 ?ナイロンのs-s曲線は非線形であり、最初の部分の初期弾性率(接線)が通常使われます。従って、鋼と歪レベルで計算すると両方が線形範囲と考えられるかもよく検討下さい。 従って私の推測は?となります。
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ありがとうございました。 参考にさせて頂きます。
お問い合わせのような複合材の場合、 求めたヤング率をどのように使うか次第と思います。 複合材を用いたシステムの挙動を解析するときに、材料の内部構成には立ち 入らずに、外形寸法に対する応力と歪みの関係が求められるならば、全断面 積と変形量の関係でヤング率を求めればいいと思います。
お礼
ありがとうございました。
引張試験でのヤング率計測は誤差が大きく、JIS規格でも他の計測方法を 推奨しています。 ヤング率は鋼材206GPaに対しナイロン3～7GPaと、30倍以上違います。 断面積比はおよそ１：３であっても大半の荷重は鋼材で負担すると予想でき ます。 ＞複合材であってもナイロンを含めた全断面積での計算が正しいように思う のですが、・・・ 被覆した材料との結合強度の問題があると思いますが、複合部材としての ヤング率の計測値を表示するなら、私も全断面積での計算に賛成です。 例えば荷重Pを加えたとき、鋼材とナイロンのヤング率をそれぞれEs＝50En， En、全断面積の1/4をAとすれば Ps／(AEs)＝Pn／(3AEn) (Ps＋Pn)/4A＝Ps(1＋3En/Es)/4A＝Ps(1＋0.06)/4A と計算できます。ヤング率へのナイロンの寄与分は6％程度と予想できます。 >回答欄の式中のPsとPnは何を指すのでしょうか？ 鉄とナイロンの分担する荷重をそれぞれPsとPnとしました。
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ありがとうございました。 寄与率と言う考え方もあるのですね。 参考にさせて頂きます。 ありがとうございました。 寄与率と言う考え方もあるのですね。 参考にさせて頂きます。 ちなみに回答欄の式中のPsとPnは何を指すのでしょうか？
鋼材とナイロンの接触方法の記述がないのですが、フリーと仮定します。 ます、鋼材にナイロンを被覆パーツに負荷が掛かります。 その負荷は、貴殿が記述した内容に沿って、鋼材とナイロンの反力で均衡するポイントで 維持されます。 そこのポイントの応力で、歪みが発生します。 以上が基本です。 が、細長いパーツでは、特にナイロン側の座屈等で、ナイロンが反力を維持できる 形状かの確認が必要です。 無理なら、鋼材のみでの計算になります。 （ケースバイケースとなります）
お礼
ありがとうございます。 参考にさせて頂きます。
お礼
ご教授ありがとうございました。 参考にさせて頂きます。