荷重という言葉は材料力学等において良く出てきますが、力・外力・重量と同じような意味です。単位としてはニュートン、キログラム重です。一方、応力となると荷重を面積で割った単位面積当たり荷重、言い換えれば力がかかった時の圧力のことです。材料力学で、最初に理解しなければならないのが応力です。設計の場面でもこの概念は頻繁に使われます。

機械設計者は、まず検討段階で壊れそうか、壊れないかを判断し、それから詳細設計に入ります。応力が集中する位置では強度が不足するため、この影響についての検討が最重要です。今回は、このような背景を踏まえて、応力の概要について解説します。

1.  応力とは

応力とは、力を受けた物における負荷の大きさです。負荷の大きさを表すのであれば力でもいいようですが、材料における負荷の大小は、力だけで判断できません。ですので、正しくは、物体が力を受けた時に物体内部に発生する力、言い換えると、外力に応じる力の事、変形に抵抗する力を応力といいます。

すなわち、応力は、内部に発生した単位面積あたりの力で、1ミリ平米あたりにかかる力です。実際の設計では製品が壊れないようにするために、高い応力が発生している箇所は応力を下げる必要があり、余裕のある場合は軽量化させることが出来ます。

応力の単位は重要で、単位を間違えて計算すると全く異なる答えになります。構造力学、構造計算では単位変換は当たり前に行いますので、応力の単位、換算、種類、読み方、各単位の使い方は重要です。

2.  応力の単位と種類

応力の種類には曲げ応力、せん断応力、ねじり応力などがあります。応力は単位面積あたりに作用する力ですから、荷重が作用面に対して垂直方向であれば垂直応力、作用面に対して平行であればせん断応力と呼びます。この単位は、応力の種類で変わります。また応力度と応力の違いでも単位が変わります。各応力・応力度の単位の理解は重要です。ＮとkＮは１文字の違いですが、意味は全く違います。１文字の違いで、3桁も値が変わるからです。構造計算をするときには、単位を合わせることが重要です。

【応力の種類】

• 圧縮応力(圧縮応力度)
• 曲げ応力(曲げ応力度)
• せん断応力(せん断応力度)
• 引張応力(引張応力度)

応力には、上記のような種類がありますが、引張応力と圧縮応力は、合わせて垂直応力と言います。

応力の種類と単位です。

・圧縮応力　　　　⇒N、kN

・曲げモーメント　⇒N・mm、kN・m

・せん断力　　　　⇒N、kN

・引張応力　　　　⇒N、kN

3.応力の単位、まとめ

応力とは、物体が力を受けた時、物体内部に発生する力、言い換えると、外力に応じる力の事、変形に抵抗する力と説明しました。

応力の単位は重要で、単位を間違えて計算すると全く異なる答えになります。構造力学、構造計算では単位変換は当たり前に行いますので、応力の単位、換算、種類、読み方、各単位の使い方は重要です。

応力の種類には曲げ応力、せん断応力、ねじり応力などがあります。応力は単位面積あたりに作用する力ですから、荷重が作用面に平行な場合は断応力、作用面に垂直な場合は垂直応力と呼びます。この単位は、応力の種類で変わります。応力と応力度の違いで単位が変わります。

【主な応力の単位一覧】

•     パスカル(Pa)
•     ニュートン毎平方メートル(N/m2)
•     ニュートン毎平方ミリメートル(N/mm2)
•     キログラム力毎平方ミリメートル(kgf/mm2)
•     キロ重量ポンド毎平方インチ(ksi)

材料力学では部材に働く力により発生する応力を公式で計算します。そして部材に形状不連続がある場合には、文献等で応力集中係数を見積もり、実際にどの程度の応力が発生するかを予測するのです。実際の部材は教科書に出てくるような単純な形状や構造ではなく複雑なので、応力を求めることは多くの場合非常に難しいことです。

材料力学で、最初に理解しなければならないのが応力です。設計においても、応力という概念は頻繁に使われます。

機械設計者は、まず検討段階で壊れそうか、壊れないかを判断し、それから詳細設計に入ります。応力が集中する位置では、強度が不足するため、この影響についての検討が最重要です。