4章はりの応力
(用語編1)
はり:
曲げ変形をする棒状部材のこと。
曲げモーメント:
外力の作用によって棒状部材が曲げ変形する場所に生じている内力モーメントのこと。
曲げ応力σ:
曲げモーメントに対応し、はりに分布する垂直応力のこと。これら分布応力による合モーメントが曲げモーメントとなる。設計では最大曲げ応力を求めることが必要であり、曲げ応力といった場合、最大曲げ応力を指すこともある。
曲げ応力の式導出のための仮定:
@ 棒の曲げ変形の場合、変形前に平面であった横断面は変形後も平面を保つ。
A はりは細い無数の繊維の束と考え、はりの各部分には軸方向の垂直応力のみ存在し、軸方向に直角な方向の垂直応力は零となる。すなわち、はりは単軸応力状態とみなす。
B 変形はフックの法則に従う。
中立軸:
はりが曲がったとき、はりの横断面上のある部分は伸び、ある部分は縮む。このとき、横断面上で伸びと縮みの境界を示す線のこと。中立軸は横断面の重心点を通る。
中立面:
中立軸を連ねた面であり、この面は伸び縮みしない。
はりの曲げモーメントによって生ずる軸方向ひずみε:
軸方向ひずみは中立軸からの距離に比例する。ε=y/r(y:中立軸からの距離、r:中立軸の曲率半径)
曲げ応力σと軸方向ひずみε(曲げひずみ)の関係:
σ=Eε=Ey/r、Eは縦弾性係数
曲げ応力:
外力の作用によって曲げ変形しているはりの各場所の曲げモーメントに対応して生ずる軸方向の垂直応力のこと。真直はりの場合、その大きさははりの横断面上で、中立軸(曲げ応力零の場所)からの距離yに比例して直線分布する。引張り応力から圧縮応力まで分布し、その合力(力の総和)は零となる。∫σdA=0