せん断ひずみ・せん断変形って何？垂直ひずみとは違うの？単位とか求め方は？
こういう疑問を持っている人のために、せん断ひずみについてサクッと解説していきます。
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Contents
せん断ひずみ・せん断変形とは？
ひずみとは、材料の変形量の大きさを表す指標ですが、絶対量ではなく変化の割合を表していることに注意しましょう。
ひずみには『垂直ひずみ』と『せん断ひずみ』の２種類があります。『垂直ひずみ』とは伸びたり縮んだりするような変形のことで、『せん断ひずみ』は四角い形状のものが角度が歪んで形状が変わるような変形のことです。
垂直ひずみは引張や圧縮のような垂直応力に起因するもので、せん断ひずみはその名の通りせん断応力に起因して発生します。（＊厳密には見る方向・角度を変えれば垂直ひずみはせん断ひずみにもなります。この辺は応力変換やひずみ変換のところで詳しく説明したいと思います。）
せん断ひずみは、せん断応力によって形状のゆがみが生じるときの変形量を示しています。
せん断ひずみは記号γ（ガンマ）を用い、その定義は下図の通りです。
定義としては上のように表せますが、材料力学で扱う変形量はものすごく小さいので、よく出てくる角度に関する近似を利用できる。よく出てくる角度に関する近似とは以下のようなものだ。
この角度に関する近似を利用すると・・
となり、結局せん断ひずみγ は角度変化そのものを表すことになります。このとき重要なのは、この角度変化の単位は（°）ではなく（rad）であるということです。
この辺の角度近似に関することを疑問に感じる人は、以下の記事にわかりやすくまとめているので、ぜひ読んでみてほしい。
「sinθをθで近似する」ってどうしてそうなるのか詳しく説明します。【番外２】
せん断ひずみは厳密には変化の割合を表しているので単位はありません。
しかし、材料力学で扱うのは原則として弾性変形範囲であり、その変形は極めて微小です。そのため、上で説明した通り角度に関する近似が成り立つため、せん断ひずみは角度変化そのものを表すことになります。
結果として、一般的にはせん断ひずみには角度の単位である（rad）が付くことになります。
角度の単位（rad）について、よく分からないという人は以下の記事も読んでみてください。
角度の単位（rad：ラジアン）とは？（°：度）やdegへの変換は？【番外１】
せん断ひずみも垂直ひずみと同様に、応力との間に一定の関係を持っており、それがせん断のフックの法則です。
形は通常のフックの法則と同じで、ヤング率すなわち縦弾性係数だった部分が横弾性係数になるだけです。
弾性変形の範囲に限られますが、このフックの法則を使って下図のようにせん断ひずみを求めることができます。
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