弾力性と靭性: 違いと比較

主要な取り組み

1. ストレスに対する物質の反応: 材料科学では、弾性と靭性は両方とも材料のエネルギー吸収能力を指します。 弾性とは、材料が弾性的に (つまり、非永久的に) 変形したときにエネルギーを吸収し、負荷が解除されるとそのエネルギーを解放する能力です。 一方、靭性は、弾性変形と塑性 (つまり永久) 変形の両方を含む、破断する前に材料が吸収できるエネルギーの総量です。
2. 応力-ひずみ曲線の下の領域: 弾性は、材料の応力-ひずみ曲線の弾性部分の下の面積 (降伏点まで) で表され、材料が吸収および回復できる単位体積あたりのエネルギーを定量化します。 靭性は、破壊点までの応力-ひずみ曲線の下の総面積で表され、破損する前に材料がエネルギーを吸収する能力を示します。
3. 用途と材料特性: 構造や製品の設計において、応力下での変形を最小限に抑え、材料が確実に元の形状 (バネなど) に戻ることを目的とする場合、高弾性の材料が選択されます。 自動車のボディや船体など、亀裂や切り込みによる突発的な破損を防ぐ目的の場合は、靭性の高い材料が選択されます。

レジリエンスとは

弾性は、材料が永久変形せずにエネルギーを貯蔵または吸収する特性として定義されます。 引張または圧縮を受けると、それは材料の機械的特性の一部となります。 

高い復元力を発揮する素材は弾性限界内で変形し、再び元の形状を再現します。 弾性特性を示す材料の例としては、ゴムや特定の合金が挙げられます。

タフネスとは何ですか?

靭性は、材料が破壊することなくエネルギーを吸収する能力として定義されます。 材料が示す機械的性質の一つでもあります。 これは、応力-ひずみ曲線の下にある総面積によって測定されます。 

靭性における材料の挙動は、材料が破損する前に塑性変形を受ける能力に関連しています。 靭性の計算式は次のとおりです。
靭性=応力-ひずみ曲線の下の面積

反発力と靭性の違い

1. 弾性という用語は、材料が永久変形せずにエネルギーを蓄積または吸収する特性として定義されます。 同時に、「靭性」という用語は、材料が破壊することなくエネルギーを吸収する能力として定義されます。
2. 弾性材料が示す挙動は、材料が元の形状に戻る弾性変形です。 対照的に、材料が示す靭性は、材料が永久変形する塑性変形に似ています。
3. 弾性は、応力-ひずみ曲線の弾性領域をカバーする完全な領域によって測定されます。 一方、対照的に、材料の靭性は応力-ひずみ曲線の下の完全な領域によって測定されます。
4. 材料の弾性の重要性は、エネルギーを吸収し、小さな変形後に回復する能力です。 一方、比較的、材料の靭性の重要性は、大きな変形や衝撃を阻止する能力です。 
5. 応力-ひずみ曲線の弾性領域の下の三角形の領域は、弾性を表します。 同時に、靭性は応力-ひずみ曲線の下の総面積で表されます。
6. 弾性の場合の材料の挙動は、高い弾性率 (剛性) を示す材料に関連付けられています。 一方、比較的、靭性における材料の挙動は、破損する前に塑性変形を受ける能力を有する材料に関連しています。 

反発力と靭性の比較

比較パラメータ	回復力	靭性
定義	材料が永久変形せずにエネルギーを蓄積または吸収する特性です。	あらゆる材料が示す、破壊せずにエネルギーを吸収する能力です。
行動	弾性変形	塑性変形
Measure	応力-ひずみ曲線の弾性領域の下の完全な領域です。	応力-ひずみ曲線の下の完全な領域です。
意義	エネルギーを吸収し、小さな変形後に回復する能力です。	大きな変形や衝撃を阻止する能力です
表現	弾性領域の下の応力-ひずみ曲線の三角形領域	応力-ひずみ曲線の下にある総面積
物質の挙動	高い弾性率（剛性）を示す材料に関連	破損する前に塑性変形を受ける能力を持つ材料に関連する
式	弾性率=0.5×降伏点ひずみ×降伏点応力	靭性=応力-ひずみ曲線の下の面積
Units	J / m3 またはJ/g	J / m2 またはJ/m3
クリティカルな用途	弾性限界による衝撃吸収性と耐荷重性を実現	大きな衝撃や塑性変形を起こす可能性のある材質

参考文献

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022391318303585

最終更新日 : 24 年 2023 月 XNUMX 日