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22.4 : 塑性変形

塑性変形は材料科学の基本概念であり、材料がその弾性限界を超える応力を受けたときの形状の不可逆的な変化を説明します。この現象は、構造工学、特に片持ち梁 (一方の端がしっかりと固定され、反対側の端で荷重に耐える構造) の設計と解析において重要です。この梁に弾性範囲内で荷重を加えると、荷重を取り除くと元の形状に戻り、弾性特性を発揮します。ただし、この弾性境界を超えると塑性変形が生じ、最大曲げモーメントにより固定端で開始され、「塑性ヒンジ」として知られる永久的な曲げとして現れます。

荷重が増加すると、塑性ヒンジが梁の自由端に向かって徐々に伸び、可逆変形から不可逆変形への移行を示します。この変化により、梁内の応力分布も、加えられた荷重に直接比例する均一なパターンから、材料の降伏点を定義するより複雑な配置へと変化します。継続的に荷重を加えると梁が破損します。

安全性と経済性の両方が求められる構造を設計する場合、塑性変形の概念を理解することが不可欠です。これらの構造が予想される荷重に耐えられることを確認することが重要です。

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Plastic DeformationMaterials ScienceIrreversible ChangeStructural EngineeringCantilever BeamsElastic RangeMaximum Bending MomentPlastic HingeStress DistributionYield PointFracture AnalysisStructural SafetyLoad bearing Structures

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