物理・材料

ヤング係数一覧!単位の変換・換算や求め方もかんたん解説

ヤング係数とは、物体の変形のしやすさ(しにくさ)を測るための指標です。

ヤング係数が大きければ、その材料は硬く、伸びにくく、変形しにくく、一方でヤング係数が小さいなら、軟らかく、伸びやすく、変形しやすいということです。

ちなみにヤング係数という名称は、イギリスの物理学者であるトーマス・ヤング博士が定義したことから生まれたよ

またヤング係数は、「ヤング率」「縦弾性係数」「弾性係数」「弾性率」とよばれる場合もあります。

そんなわけで今回のテーマは【ヤング係数】

一覧や求め方、単位の変換(換算)などについてまとめていますのでぜひどうぞ!

 

ヤング係数一覧!鋼材の値やコンクリートの求め方(単位も含む)

材料の機械的性質まとめはこちら 🙂

材料別になっていますので、ヤング係数やポアソン比、引張強さなどの確認にお使いください。(ヤング係数は黄色部分)

材料 ヤング係数(縦弾性)

E(GPa)

横弾性係数

G(GPa)

ポアソン比

ν

降伏点(体力)

σ₁(MPa)

引張強さ

σ₂(MPa)

軟鋼

(0.1~0.3%C)

205 80 0.3 245 392
硬鋼

(0.4~0.6%C)

205 80 0.3 372 490
Ni-Cr鋼(熱処理) 205 80 0.3 686 882
鋳鋼 205 80 0.3 343 588
コンクリート 3.35×104×(γ/24)2×(Fc/60)1/3

γ:単位堆積重量

Fc:設計基準強度

鋳鉄 98 34 0.3 157 196
126 46 0.33 軟質:88 軟質:225
硬質:294 硬質:314
アルミニウム 69 27 0.33 軟質:29 軟質:69
硬質:127 硬質:137
ジュラルミン 69 27 0.33 245 294
17 7.6 0.45 - 20
ガラス 69 - 0.22 - 39
合成樹脂 4 - 0.3 - 69

縦弾性係数Eはヤング率(ヤング係数)と呼ばれ、材料固有の値です。

さらに横弾性係数(せん断弾性係数)GもEと同じく材料固有の値なので覚えておくと良いでしょう。

 

一方で、コンクリートのヤング係数(静弾性係数とも呼ぶ)は、コンクリートの単位体積重量や設計基準強度(圧縮強度)に比例します。

コンクリートのヤング係数E=3.35×104×(γ/24)2×(Fc/60)1/3

したがって、鋼材やほかの材料のように決まった値ではないです。

たとえば、γ=23、Fc=24とし、コンクリートのヤング係数を実際に計算してみます。

そうすると、

E=3.35×104×(γ/24)2×(Fc/60)1/3=3.25×104N/m㎡

と分かります。

またコンクリートのヤング係数は、設計基準強度に比例します。

コンクリートの設計基準強度は一般に「24N/m㎡」程度ですが、この強度を大きくなれば、ヤング係数も高くなり、コンクリート強度は増します。

 

ヤング係数の求め方や単位の変換・換算(鋼材の例題付き)

応力ひずみ曲線

ヤング係数の求め方は以下のとおり。

ヤング係数E=応力度σ÷ひずみε

部材に生じる応力度とひずみを計測し、ヤング係数を算定します。

さらに弾性材料の場合、応力度はヤング係数またはひずみと比例関係(σ=Eε)にあります。

 

またヤング係数の単位は

N/m㎡

kgf/cm2

MPa(メガパスカル)

GPa(ギガパスカル)

などで表します。

ヤング係数の単位を、N/m㎡からPaに変換するとき、N/mm²=MPaで換算を行います。

たとえば鋼のヤング係数の単位は、

205000N/mm2=205000MPa

に単位変換でき、単位変換しても値が変わりません。

次にN/mm2からGPaに単位変換すると、

205000N/mm2=205GPa

となります。

とくに鋼材の場合は、ヤング係数の桁数が多いので、GPaで表記することが多いです。

 

ヤング係数一覧!単位の変換・換算や求め方まとめ

ヤング係数一覧

材料 ヤング係数(縦弾性)

E(GPa)

横弾性係数

G(GPa)

ポアソン比

ν

降伏点(体力)

σ₁(MPa)

引張強さ

σ₂(MPa)

軟鋼

(0.1~0.3%C)

205 80 0.3 245 392
硬鋼

(0.4~0.6%C)

205 80 0.3 372 490
Ni-Cr鋼(熱処理) 205 80 0.3 686 882
鋳鋼 205 80 0.3 343 588
コンクリート 3.35×104×(γ/24)2×(Fc/60)1/3

γ:単位堆積重量

Fc:設計基準強度

鋳鉄 98 34 0.3 157 196
126 46 0.33 軟質:88 軟質:225
硬質:294 硬質:314
アルミニウム 69 27 0.33 軟質:29 軟質:69
硬質:127 硬質:137
ジュラルミン 69 27 0.33 245 294
17 7.6 0.45 - 20
ガラス 69 - 0.22 - 39
合成樹脂 4 - 0.3 - 69

ヤング係数の求め方

ヤング係数E=応力度σ÷ひずみε

コンクリートのヤング係数E=3.35×104×(γ/24)2×(Fc/60)1/3

ヤング係数の単位

  • N/m㎡
  • kgf/cm2
  • MPa(メガパスカル)
  • GPa(ギガパスカル)

ヤング係数の単位変換(換算)

N/mm²=MPa

N/mm2=(1/1000)GPa

 

以上です。

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ありがとうございました。

 

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