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ヤング率

投稿日:2019年7月24日 更新日:

 

ヤング率について調べました。

ヤング率とは弾性率の種類のひとつで、引張弾性率や縦弾性係数とも呼ばれているようです。

弾性率(英語: elastic modulus)は、変形のしにくさを表す物性値であり、弾性変形における応力とひずみの間の比例定数の総称である。弾性係数あるいは弾性定数とも呼ばれる

(中略)

弾性率は、弾性変形における応力とひずみの間の比例定数(応力/ひずみ)であり、加えられた外力(応力)を分子、応力によって引き起こされたひずみを分母とした商である。

弾性率 = 応力/ひずみ

(中略)

弾性変形は伸長(または圧縮)変形、剪断変形、体積変形の3つの種類に分けられ、従って弾性率も3種類ある。それぞれひずみの定義は異なる。

  • 引張弾性率 :引張力や圧縮力などの単軸応力についての弾性率。ヤング率(縦弾性係数)。
  • 剪断弾性率 :せん断力についての弾性率。剛性率(ずり弾性率・横弾性係数・せん断弾性係数・ラメの第二定数)。
  • 体積弾性率 :静水圧(直角3方向の力)についての弾性率。

(ウィキペディアより抜粋)

 

ここまでの内容をヤング率についてまとめると、

(E:ヤング率,σ:応力,ε:ひずみ)

ここでは、応力(σ)は単位断面積当たりの力、ひずみ(ε)は物体に外力を加えたときに現われる形や体積の変化した値を指す。

で表され、Eの値が大きいほど一方向の応力に対して物質が変形し難い、ということを表しています。

確かに式からは、ある物体に一定の力(σ:応力)を加えた場合に、変化量(ε:ひずみ)が少ないほどEの値が大きくなることが読み取れます。

また、ヤング率について、

ヤング率(英語: Young's modulus)は、フックの法則が成立する弾性範囲における、同軸方向のひずみと応力の比例定数である。

(ウィキペディアより抜粋)

とあります。

フックの法則は、橋元の物理で勉強しました。

:弾性力,:ばね定数,:ばねの自然長からの伸び(又は縮み)

フックの法則が成立する弾性範囲とは、ばねを伸ばした(又は縮めた)後に元のばねの自然長に戻る範囲、つまりヤング率においては、ある物体に一定の力(σ:応力)を加えた後の変化量(ε:ひずみ)から物体が元に戻る範囲であると考えられます。

ついでに、フックの法則の式にヤング率の式で使われている記号(E:ヤング率,ε:ひずみ,σ:応力)をそれぞれ当てはめてみると、がε(ひずみ)、がσ(応力)、がE(ヤング率)に相当すると考えられるので、σ=Eεとなり、ヤング率と一致することが分かります。

 

特許とヤング率との関係は?

特許庁のデータベースを使ってヤング率を検索してみると、出願された特許としてはヤング率を物質評価に使用しているものが多い印象ですが、この他にヤング率の測定方法として出願されているものもありました。

また、特許関連だけでも様々な物質、分野で使われていることから、ヤング率は商品開発において重要なパラメータの一つであるということが言えそうです。

 

 

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