材料科学における非弾性を理解する
非弾性は、非線形弾性挙動を示す金属やポリマーなどの特定の材料の特性です。言い換えれば、材料は応力やひずみを受けたときに線形に動作しません。その代わり、材料は応力とひずみの間の複雑な関係を示し、非線形方程式で説明できます。非弾性は、次のようなさまざまなメカニズムから発生します。非線形弾性ヒステリシス: 材料が周期的な荷重を受けると、加えられた荷重の方向に応じて異なる応力-ひずみ挙動を示すことがあります。これにより、応力とひずみの間に非線形の関係が生じる可能性があります。塑性流動: 材料が高い応力にさらされると、材料は塑性変形を起こす可能性があり、これにより非弾性挙動が生じる可能性があります。粘弾性: 一部の材料は、加えられた荷重の時間スケールに応じて、弾性と粘性の両方の挙動を示します。これにより、非弾性動作が発生する可能性があります。微細構造関連の影響: 材料の微細構造も、その非弾性挙動に影響を与える可能性があります。たとえば、複雑な微細構造を持つ材料は、異なる相や欠陥間の相互作用により非弾性挙動を示すことがあります。非弾性は多くの場合、応力とひずみを非線形に関連付ける非線形弾性率によって特徴付けられます。非線形弾性率は、Mooney-Rivlin 方程式や Yeoh モデルなどのさまざまな数学関数を使用して説明できます。これらのモデルは、材料の非線形弾性挙動を考慮しており、その非弾性特性を予測するために使用できます。非弾性は、多くの工学用途、特に高い応力や繰り返し荷重を受ける構造や材料の設計において重要です。材料の非弾性挙動を理解することは、エンジニアがさまざまな荷重条件下での性能を予測し、特定の用途に合わせて設計を最適化するのに役立ちます。
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非弾性とは、材料またはシステムが外力または変形を受けた後に元の形状またはサイズに戻れないことを指します。言い換えれば、非弾性材料は伸張または圧縮されても、力が取り除かれると元の状態に戻ることはありません。代わりに、変形が保持され、追加の応力がかかるとさらに変形し続ける場合もあります。非弾性材料の例には、プラスチック、ゴム、塑性変形を示す特定の金属などがあります。これらの材料はさまざまな形状に成形または成形できますが、一度変形すると元の形状に戻る能力はありません。対照的に、バネや輪ゴムなどの弾性材料は伸びたり圧縮したりすることができ、力が取り除かれると元の形状に戻ります。この特性により、時計やその他の機械装置など、繰り返しの変形と回復が必要な用途に役立ちます。非弾性は、環境下での構造や材料の挙動を決定する際に重要な役割を果たすため、工学および材料科学における重要な概念です。さまざまな負荷とストレス。材料の非弾性特性を理解することで、エンジニアはより強く、より耐久性があり、意図した用途の要求に耐えられる構造を設計できます。
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