弾性限界とは何ですか？

材料の弾性限界は、土木、機械、および航空宇宙のエンジニアリングおよび設計において重要な考慮事項です。 弾性限界は降伏点とも呼ばれ、永久変形する前に材料に加えることができる応力の上限です。 この制限は、ポンド/平方インチ（psi）またはニュートン/平方メートル（パスカル（Pa）とも呼ばれる）で測定されます。

弾性限界は、材料の弾性の関数です。 弾性とは、荷重または応力が取り除かれた後、材料が元の形状または寸法に戻る能力です。 応力または荷重が加わると、すべての材料が変形します。 ひずみは、材料に応力がかかっているときに発生する変形量の尺度です。

材料が低応力にさらされると、弾性ひずみが発生します。 応力が除去されると消え、材料は元の状態に戻ります。 塑性ひずみは、弾性限界を超える応力で発生します。 塑性ひずみを受ける材料は、応力が除去された後、完全には回復せず、元の寸法に戻りません。

このプロパティは、スプリングの例を使用して説明できます。 バネの一端に重りを掛け、反対側を固定すると、バネが伸びます。 少しの重量を加えてから取り外すと、スプリングは元の長さに戻ります。 バネに過度の重量がかかると、永久に変形し、重量が取り除かれたときに元の長さに戻りません。 重りによる応力が弾性限界を超えたため、バネは塑性変形しました。

材料には、加えられる応力と結果として生じるひずみとの間に測定可能な関係があります。 この関係は、応力-ひずみ曲線でプロットできます。 応力-ひずみ曲線の勾配は、弾性ひずみが発生する領域で一定です。 弾性限界は、加えられた応力が永久変形の開始を引き起こし、応力-ひずみ曲線の勾配が変化する点です。

すべての材料に弾性限界があるわけではありません。 延性は、完全に破損する前の永久変形の量の尺度です。 鋼や真鍮などの延性材料は、最終的な破損が発生する前に大量の塑性変形を経験します。 ガラスやコンクリートなどの脆性材料は、塑性変形をほとんどまたはまったく示さず、応力の限界値に達した直後に完全な破損が発生することがよくあります。 このため、一般に脆性材料には降伏点がありません。