材料力学計算機 – 25無料オンライン工学工具

材料特性＆応力-ひずみ解析

基本材料特性の理解は工学設計の基礎です。応力-ひずみ関係は荷重下での材料変形を定義します。私たちの応力計算機とひずみ計算機はこれらの重要な材料特性を決定するのに役立ちます。

垂直応力 (σ) は適用力を作業断面積で割って計算されます。これは材料力学の最も基本的な計算の一つです。引張応力は材料が引き離される場合に、圧縮応力は押しつぶし荷重下で発生します。

ひずみ (ε) は元の寸法に対する相対変形を表します。無次元量で、材料がどれだけ伸びたり圧縮されたりするかを示します。ヤング率 (E) は応力とひずみの関係を示し、材料の剛性を表します。

せん断弾性率 (G) はせん断変形に対する抵抗を測定します。ポアソン比を使って異なる弾性定数を変換し、完全な材料特性評価を行います。

完全梁解析: 曲げモーメント、せん断力＆たわみ

梁解析は構造設計で重要です。曲げモーメント計算機は梁曲げを引き起こす内部モーメントを決定します。点荷重点純支持梁では最大曲げモーメントは通常中央に発生します。

せん断力は梁軸に垂直な内部力です。せん断力計算機はせん断応力が最大になる場所を特定します。せん断力図 (SFD) と曲げモーメント図 (BMD) は梁挙動理解に不可欠です。

梁たわみは荷重下の垂直変位です。梁たわみ計算機は単純支持梁の式 δ = PL³/(48EI) を使用します。過度なたわみは強度が十分でも使用性問題を引き起こします。

私たちの計算機は複数荷重条件に対応: 点荷重、一様分布荷重 (UDL)、三角荷重、片持ち梁や単純支持梁などの各種支持形態。

断面二次モーメント＆断面係数計算

断面二次モーメント (I)、別名二次面積モーメントは、梁や柱設計で重要です。軸周りの面積分布を測定します。断面二次モーメント計算機は標準形状に対応: 矩形、円、管、I梁、Uチャネル。

矩形断面: I = (b×h³)/12。円形断面: I = πr⁴/4。大きい断面二次モーメントはたわみ減少と曲げ強度向上を意味します。

断面係数 (W) は断面二次モーメントを中立軸からの距離で割ったもの: W = I/c。断面係数計算機は梁設計に不可欠で、曲げ応力が断面係数に直接関係します。

極断面二次モーメント (J) は軸のねじり解析に使用。実心円形軸: J = πd⁴/32。計算機は実心と中空円形断面に対応。

ねじり応力、せん断応力＆フォン・ミーゼス等価応力

ねじりはトルク (ねじりモーメント) が軸に適用される場合に発生。ねじり計算機は最大ねじり応力を計算: τ = T·r/J。軸は外側繊維で最大せん断応力を受ける。

ねじれ角 (θ) は軸長に沿った角変位。式 θ = TL/(GJ) は長い軸や小さい極モーメントで大きなねじれを示す。ねじれ角計算機で軸剛性が十分か確認。

せん断応力 (τ) は曲げに垂直な梁断面で発生。式 τ = V·Q/(I·b) は断面でのせん断変動を示す。最大せん断は中立軸で発生することが多い。

フォン・ミーゼス等価応力 (σ_vm = √(σ² + 3τ²)) は垂直とせん断応力を結合し、延性材料の破壊を予測。私たちのフォン・ミーゼス応力計算機は複雑荷重状態に不可欠。

S-N曲線＆グッドマン線図を使った疲労寿命予測

疲労破壊は降伏強度以下の応力で多数の荷重サイクル後に発生。疲労寿命計算機はS-N (Wöhler) 曲線を使って部品寿命を予測します。

応力 (S) と破壊サイクル (N) の関係は対数: log(N) = [log(S_f) - log(S)]/m。高い応力は寿命短縮、低い応力は延長。傾き (m) は材料と環境による。

平均応力効果は重要—引張平均応力下の部品はゼロ平均応力より早く破壊。グッドマン線図は平均応力を考慮した疲労強度予測に使用。

一般的な適用: 回転軸、エンジン部品、サスペンションシステム、航空機構造。私たちの計算機でサイクル荷重に対する十分な疲労安全性を検証。

応力集中係数と表面仕上げ効果は実部品の疲労強度をさらに低下。保守設計では疲労寿命に2-4の安全率を適用。