ひずみとは？単位や垂直ひずみとせん断ひずみの違いをササっと解説！【3分で解説】

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今回は『ひずみ』についてサクッと解説したいと思います。

ひずみって何？単位とかどう付けたらいいの？っていう人は、ぜひ読んでみてください。すぐ読み終わります。

より詳しく『ひずみ』について知りたい人は下の記事をぜひ読んでみてください。

2021年8月31日ひずみとは？定義・記号・単位から求め方や応力との関係まで全てがめちゃくちゃ分かる解説【材力 Vol. 2-2】

圧倒的に分かりやすい材料力学３分で分かるシリーズ

ひずみとは？

垂直ひずみとは？せん断ひずみとは？

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。

垂直ひずみは引張応力や圧縮応力などの垂直応力に起因するもので、引張・圧縮負荷のほか曲げの場合にも主役になります。

一方、せん断ひずみはせん断応力に起因するもので、ねじり負荷の場合などに現れます。

ひずみの単位は？

大原則として、ひずみに単位はありません。ただ、便宜上こう表現するっていうのはありますので、垂直ひずみとせん断ひずみに分けて説明します。

垂直ひずみの単位

まず、ひずみは割合なので単位はなく、数値だけで意味が通じます。

垂直歪みの場合は、（%）をつけることもあります。例えば、ひずみ0.1というときは、ひずみ10%と同じ意味になります。

また、με（マイクロストレインと読む）という単位を便宜上使うこともあります。μというのは10^-6を表すものなので、ひずみ0.000001は1μεになります。

整理すると、下表のようになります。（単位なし）と（％）と（με）の表記でそれぞれ横に並んでいるもの同士がおなじひずみ量を表します。たとえば、ひずみ0.01＝1%＝10000μεという訳です。ちなみに、垂直ひずみの記号はε（イプシロン）を使います。

せん断ひずみの単位

せん断ひずみも同じく変化の割合を表すもので、もともとの定義からいくと垂直ひずみ同様に単位はありません。

ただ、下図に示す通り、せん断ひずみは結果的に角度のゆがみそのものを表すことになりますので、垂直ひずみのように（%）をつけたりして表現することはせず、角度の単位である（rad：ラジアン）や（°：度）を使うことになります。

せん断変形によって角度が90度からθだけ小さくなったとすると、定義からせん断ひずみは「tanθ」になりますが、θが十分小さい時はこれが角度そのもの「θ」とほぼ同じものだとみなせます。（材料力学では基本的に弾性範囲の微小な変形を扱いますので、θはものすごく小さいものとします。）

θが十分小さいときの三角比に関する近似はよく出てきますので、しっかり押さえておきましょう。このθに関する近似がよくわからない人は下記の記事で詳しく解説してますので覗いてみてください。

2020年9月22日「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】

とにかく、せん断ひずみは角度のゆがみそのものを表しますが、注意点としてはこの角度の単位が（rad：ラジアン）だということです。普通にせん断のフックの法則等でせん断ひずみを算出した場合、これに付く単位は（rad）ですので、イメージしやすく（°：度）で表現したければ（rad → °）の単位換算することを忘れないようにしましょう。

より詳しく『ひずみ』について知りたい人は下の記事をぜひ読んでみてください。

2021年8月31日ひずみとは？定義・記号・単位から求め方や応力との関係まで全てがめちゃくちゃ分かる解説【材力 Vol. 2-2】