どうやって調べればいいでしょうか。

質問

前にも質問したのですが、もう一度考えてみて疑問点が具体的になってきたのでもう一度お願いします。

“平行部の長さが50mm，厚さが2mm，幅10mmのダンベル型試験片に20kgの負荷を加えた時に生じる平行部の伸びはいくらになるか。鉄鋼剤，ナイロン，ポリプロピレン，ポリカーボネート，ゴムについて求めよ。またこれらの試料で，降伏を起こす試料はどれか，さらに降伏応力を調べよ。”

１、これを解くにあたって、降伏荷重というものが必要だと思うのですが、鉄鋼剤，ナイロン，ポリプロピレン，ポリカーボネート，ゴムの何を調べればいいのでしょうか。また、どのように計算すればいいのでしょうか。

２、各材料の引っ張り強度とか、伸び率が必要だというのですが、こういうのが載っている表などがあったら教えてほしいのですが・・・。

もう、かなりお手上げ状態なので、よろしくお願いします。

回答No.1

kobozu · ベストアンサー

材料の降伏点を調べればその断面積での降伏荷重は容易に計算出来るはず
ですが、単にゴムとか鉄鋼とかというだけでは範囲が広すぎで値は定まる
わけがありません。
例えば、鉄鋼の降伏点は機械構造用炭素鋼という同類の鋼でも炭素含有量に
よって弱いものでは 200MPa 程度のものから、高炭素のものでは 600MPa 程度
のものまで
ありますし、クロモリ鋼等は 800MPa 以上のものも沢山あります。
弱いもので 200MPa と書きましたが、機械構造用として立派に JIS によって
成分等の規定があるもので、その程度なので、もっと弱いものだって沢山
あります。
また、熱処理によっても大幅に機械的性質は変わるものです。
なお、鋼のヤング率に関しては鋼種がかわってもほぼ一定と扱って良いで
しょう。

つまり、設問の場合の降伏点はピンポイントで定まるものではなく、
鉄鋼ならば、降伏点はこの範囲だから設問の荷重では降伏しないとかいう
のが答えになってくるのでしょう。

また、この設問は如何にして計算に必要な機械的性質の値を自分だ探し
出せるかという事が問われていると思いますのでご自身でお探し下さい。
ゴムだって強いものもあれば弱いものもあるわけです。
規格には参考値としてしか掲載されていない場合もあるかもしれませんが、
機械的性質を探すという事はインターネットという武器があれば容易なはずです。
ご健闘を祈ります。

お礼

なるほどー、でした。この問題のポイントまで教えていただいてありがとうございました。計算で全部求まるのかと思っていたので助かりました。おかげさまで解く事ができました。＾＾

回答No.2

LCR707

伸びの大きさを求めるには、材料のヤング率[単位はPaなど]（縦弾性係数、引張弾性率とも言う）が必要です。
　また、それぞれの試験片は断面積が同じなので、引張応力も同じですが、それによって降伏を起こすかどうかは、各材質の引張強さ[Pa]（引張強度）の値と比較すればわかります。
　計算式は材料力学の基礎なので省略します。

　それぞれの材質のヤング率や引張強度を調べるのに、最も手軽なのは理科年表だと思います。質問における材質の半分以上は載っています。
　もっと詳しいのは、日本規格協会の非金属材料データブックです。鉄鋼や非鉄（アルミや銅など）以外のほとんどの材質のデータが網羅されています。ただし詳しすぎて、慣れないと混乱します。ナイロンだけでも２１種類あります。半分以上は、ガラス繊維強化型の特性ですが…。
　個別に調べる場合、鉄鋼であれば、ＪＩＳハンドブックが良いでしょう。メーカーもＪＩＳに合わせて製造しているはずですし。プラスチックの場合は、メーカーのカタログデータが便利です。例えばナイロンであれば、日本ポリペンコのサイトを見れば物性データが載っています。
　あとは、材料などの商社が出しているカタログに、よく物性比較表が載っています。白銅とかミスミなどのカタログの技術資料欄にあったように思います。大学の機械系研究室あたりなら、だれか持っているのではないでしょうか。

＃１のかたも述べておられるように、鉄鋼材料にしてもいろいろあり、引張強度が異なりますが、こういう問題では最も一般的な（言い換えれば最も安価な）材料で計算すれば良いと思います。鉄鋼ならば軟鉄（ＳＳ４００）あたりです。

お礼

ありがとうございました。やはり調べないとダメなんですね。計算で求まるのかと思っていたので見当違いでした。おかげさまで解く事ができました。