6 つの一般的な材料強度試験

材料の強度は、さまざまな応力や条件下で材料がどのように動作するかを決定する上で極めて重要な役割を果たします。.

建物を設計する場合でも、, 機械の部品, または構造全体, 力が加わった状態で材料がどのように機能するかを知ることが重要です.

さまざまな種類の強度を測定するために、さまざまな種類の材料試験が使用されます, 各テストは独自の目的を果たします.

以下は 6 つの一般的な材料強度試験です。, 彼らの方法論を強調する, 主要な測定値, とアプリケーション.

1. 引張試験

引張試験は、材料の機械的特性を評価するために最も広く使用されている方法の 1 つです, 特に伸びや引っ張りの力に耐える能力.

この試験では、材料サンプルに徐々に増加する引張荷重を加えます。 (通常はダンベルのような形をしています) 壊れるまで.

加えられた荷重を記録することで, 弾性率, 降伏強さ, 抗張力, 延性, ひずみ硬化特性, ヤング率, ポアソン比も計算できます.

試験は引張試験機を使用して行われます, 万能試験機とも呼ばれる (UTM).

測定された主要パラメータ:

• 降伏強さ: 材料が塑性変形し始める応力点 (永久変形). 例えば, 低炭素鋼用, 通常、降伏強度は約 250 MPa.
• 極限引張強さ (UTS): 材料が破損する前に耐えることができる最大応力.
  鋼鉄, 例えば, 以下の範囲の UTS を持つ可能性があります 400 MPaから 700 MPa 合金に応じて.
• 弾性率 (ヤング率): 弾性領域内の応力とひずみの比, 材料の硬さを示す. 鋼用, ヤング率は通常、 200 GPa.
• 伸長: 材料が破断するまでの長さの増加率. 伸びの高い材質, ダクタイル鋼など, 以上伸びる可能性がある 10% 失敗する前に.

構造コンポーネントに使用される材料には引張試験が不可欠です, 金属などの, プラスチック, および複合材料.
現実世界の用途において張力下で材料がどのように動作するかについての貴重なデータを提供します。, 橋のケーブルから飛行機のコンポーネントまで.

2. 圧縮試験

圧縮試験では、圧縮力、つまり材料を押したり絞ったりする力に耐える材料の能力を評価します。.
この試験は脆性材料に特に役立ちます, コンクリートなどの, セラミックス, そしていくつかの金属.

このテストでは, 材料サンプルを圧縮試験機に置きます, 材料が変形するか破損するまで荷重がかかる場所.

測定された主要パラメータ:

• 圧縮強度: 破損が発生する前に材料が耐えることができる最大圧縮荷重.
  例えば, コンクリートの圧縮強度は通常、 20-40 MPa, 一方、高強度コンクリートはそれを超える可能性があります 100 MPa.
• 圧壊強度: 脆性材料が圧縮下で破壊する点.
  これはセラミックや鋳物などの材料に当てはまります。, 延性材料に比べて比較的低い圧縮力で破損する可能性があります.

圧縮試験は建設および土木工学において特に重要です, コンクリートや鉄骨柱などの材料が大きな荷重を支えるように設計されている場所.

このテストにより、材料が破損することなく重い構造負荷に耐えられることが確認されます。.

3. 疲労試験

疲労試験は、周期的または反復的な荷重を受ける材料にとって重要です。, 機械に見られるものなど, 自動車部品, そして飛行機.

材料は多くの場合、高レベルの応力に耐えることができますが、積み込みと積み降ろしを繰り返すと破損する可能性があります。.

疲労試験では, 材料は、最終的に破損するまで繰り返し応力サイクルにさらされます。.

テストは現実世界の状況をシミュレートします, 部品が時間の経過とともに負荷の変動を受ける場合, 自動車のエンジン部品や航空機エンジンのタービンブレードなど.

測定された主要パラメータ:

• 疲労強度: 材料が破損するまでに指定されたサイクル数に耐えることができる最大応力.
  例えば, 自動車部品の鋼部品の疲労強度は約 250 MPa.
• S-N カーブ (ストレス vs. サイクル数): この曲線は、加えられた応力と材料が破損するまで耐えられるサイクル数との関係をプロットしています。.
  チタン合金のような材料は、疲労強度が高いことで知られています。, 航空宇宙用途に適したものにする.

疲労試験は、コンポーネントが周期的なストレスを受ける業界では不可欠です, 自動車を含む, 航空宇宙, と製造業, 部品が故障することなく数百万回の荷重サイクルに耐える必要がある場合.

4. ねじり試験

ねじり試験では、材料がねじれや回転の力に耐える能力を測定します。. 素材の一端が固定されている, もう一方の端にトルクがかかります, ねじれる原因となる.

このテストにより、材料のせん断強度についての洞察が得られます。, 塑性変形特性, 回転応力への応答.

測定された主要パラメータ:

• せん断強度: せん断力に耐える材料の能力. 例えば, 鋼鉄のせん断強度は通常約 300 MPa, 一方、アルミニウムのような柔らかい材料はせん断強度が低い場合があります。.
• ねじり弾性率: 材料のねじれに対する耐性, これは、シャフトなどの回転部品に使用される材料の全体的な剛性を決定するのに役立ちます。.
• 塑性変形: 材料が破損する前の永久的なねじれまたは変形の程度.
  延性のある材料は破損する前に大きなねじれが発生します, 一方、脆性材料はわずかな変形ですぐに破損します。.

ねじり試験は、シャフトなどのコンポーネントに使用される材料を評価するために重要です, ボルト, 機械内で回転力を受けるパイプや, 自動車, および航空宇宙用途.

5. ニックブレイクテスト

ニックブレーク試験は、主に溶接継手の強度を評価するために使用される特殊な衝撃試験です。.

溶接部分に小さなノッチが発生します, その後、サンプルに衝撃力を与えます。.

通常、破壊は溶接継手で発生し、材料の破壊の仕方によって溶接の品質がわかります。.

測定された主要パラメータ:

• ウェルド強度: これは、衝撃による破壊に耐える溶接継手の能力を測定します。. 強力な溶接部は最小限の破壊と最大限のエネルギー吸収を示します。.
• 衝撃靱性: 破損する前にエネルギーを吸収する材料の能力. 高い靭性を備えた材料は、過酷な条件下でも脆性破壊に耐えます.

このテストは、構造の完全性を溶接に依存する業界にとって不可欠です。, 造船などの, 工事, およびパイプライン製造.

6. クリープ試験

クリープ試験は、長期間にわたる一定の荷重下で材料がどのように変形するかを評価します。, 特に高温では.

長期応力にさらされる材料用, 発電所や航空宇宙エンジンなど, クリープ挙動を理解することが重要です.

テスト中, 材料は高温で一定の応力にさらされます, そして変形量 (クリープ) 時間の経過とともに測定される.

測定された主要パラメータ:

• クリープ速度: 時間の経過に伴う応力下での材料の変形率. ジェット エンジンで使用される超合金などの材料は、多くの場合、高温での性能を確保するために非常に低いクリープ速度を持っています。.
• クリープ強度: 高温での持続的な応力下での変形に耐える材料の能力.
• 時間 - 温度 - 変化 (TT) 曲線: この曲線は、温度と時間が材料のクリープ速度にどのように影響するかを示しています.

クリープ試験はタービンなどの高温用途では特に重要です, エンジン, と原子炉, 材料が故障することなく長期にわたる熱的および機械的ストレスに耐える必要がある場合.

結論

これら 6 つの強度テスト - 引張, 圧縮性の, 倦怠感, ねじれ, ニックブレイク, およびクリープ — さまざまな種類の応力下で材料がどのように機能するかについての重要な洞察を提供します.

各テストは独自の目的を果たします, 材料の張力に対する耐性を評価するかどうか, 圧縮, 周期的ストレス, ねじり力, または高温変形.

これらの試験を通じて材料の長所と短所を理解することで、, エンジニアは、特定の用途向けの材料を選択する際に、より多くの情報に基づいた意思決定を行うことができます.

安全の確保, 耐久性, 幅広い業界にわたる信頼性.

 

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