耐力とは何か?降伏点とは何か違うの?
こんな疑問を持ってる人のために、耐力と降伏点の違いや耐力の定義についてサクッと解説します!
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耐力とは?
耐力とは、降伏点と同じものと考えてもあまり支障ありません。つまり、(おおざっぱに言うと)弾性範囲の限界を表す応力で、これ以上の負荷がかかると塑性変形が起きてしまうような応力のことです。
ではなぜ降伏点ではなく、耐力というものが存在するのか?これについては、この下の項目で詳しく説明します。
ちなみに、耐力を表す記号はσ0.2(あとで説明するように0.2%塑性ひずみが一般的によく使われます)、単位は応力と同じく【MPa】、英語ではProof stress(プルーフストレス)と言います。
さて、なぜ降伏点ではなく耐力が存在するのか?
それは炭素鋼を除く多くの材料において、応力ひずみ曲線上に明確な降伏点が現れないためです。
下図の右側のグラフのように、ステンレス鋼や非鉄金属系の材料では炭素鋼のような明確な降伏点が現れません。こうなると、弾性変形の限界を表す応力として明確な基準を設けるのが難しくなります。
そのため、このような降伏点が存在しない材料において、設計基準として弾性変形の限界の応力が必要な場合には、ある微小な塑性ひずみが残るような応力を降伏点の代わりとしましょう、というようにした訳ですね。それが『耐力』という訳です。
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さきほど『ある微小な塑性ひずみが残るような応力を便宜的に弾性変形の限界応力として扱い、それを耐力と呼ぶ』と説明しました。
一般的には、この(ある微小な塑性ひずみ)の大きさとしては『0.2%』を採用します。
なので、この耐力のことを『0.2%耐力』と言います。(単に「耐力」と言う場合も「0.2%耐力」のことを指すのが一般的です)
0.2%耐力は、下図のように除荷したときに0.2%の塑性ひずみが残るようなポイントの応力で定義します。除荷するときは弾性変形していたときのヤング率(縦弾性係数)に従い戻っていきます。
なので、0.2%耐力を見つけるときは、ひずみ(横軸)が“0.2”の所から弾性変形部分と平行な直線をひき、これと応力ひずみ曲線の交差する点の応力を見つけます。
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