タンジェント係数

材料科学と工学では、材料が応力に対してどのように反応するかを理解することが、安全性、性能、寿命を確保するために不可欠です。この挙動を特徴付けるために使用される重要なパラメータのひとつが、正接弾性率です。

タンジェント弾性率とは、特定の点における応力-ひずみ曲線の傾きのことで、通常は比例限界を超えていますが、材料が破壊する前のものです。弾性率またはヤング率として知られる初期の傾きとは異なり、正接弾性率は、降伏または塑性変形が始まった後の材料の剛性を反映します。このため、弾性領域以降に特性が大きく変化する材料の分析に特に適しています。

これは、応力-ひずみ曲線の原点から曲線上の特定の点までの直線の傾きを測定するもので、正確な点ではなく、ある範囲における平均的な剛性を示します。これらの弾性率の違いを理解することで、エンジニアは使用条件における性能を評価するために最も適切な方法を選択することができます。

タンジェント、セカント、弾性率領域を明確に示した応力-ひずみ線図をプロットすることで、エンジニアはこれらの違いを視覚化し、設計計算に適切なパラメータを選択することができます。

タンジェント弾性率とセカント弾性率の比較

どちらも剛性を表すものですが、計算方法が異なります：

• タンジェント弾性率は、特定の点における応力-ひずみ曲線の傾きによって決定され、瞬間的な剛性を示します。
• 二次弾性率は、原点と選択した点の間の傾きで、その区間の平均剛性を示します。

タンジェント 弾性率は挙動の小さな変化に敏感で、詳細な検証に適しています。

タンジェント弾性率と弾性率の比較

ヤング率とも呼ばれる弾性率は、変形が可逆的な純弾性領域における曲線の傾きを表します。この弾性率は、理想的な条件下では、与えられた材料に対して一定である。接線弾性率は曲線に沿って変化し、通常、材料が塑性変形に入ると減少する。

実際には、弾性率は初期設計に重要であり、正接弾性率は降伏点に近づく、あるいは降伏点を超える荷重下での性能を評価するのに重要である。

正接弾性率の測定技術

タンジェント弾性率は、引張 試験や圧縮試験の際に測定されます。この試験では、試料に一定の荷重をかけ、ひずみを記録します。材料が弾性限界を超えると、高分解能の測定が不可欠となります。

典型的な手順

• 万能試験機を用いて制御された速度で荷重を加える。
• 応力とひずみのデータを継続的に記録する。
• カーブフィッティングまたは微分計算を用いて、指定されたひずみレベルにおける傾きを決定する。

高度なデジタルシステムでは、タンジェント弾性率を自動的に計算することができ、オペレータの主観を軽減することができます。

使用機器と技術

正確な結果は、MecmesinOmniTestや MultiTest-dVのような精密システムと、VFGのような高分解能フォースゲージの組み合わせによって決まります。ひずみは伸び計や変位計で測定します。

固定具とグリップは、滑りや不要な変形を防止する必要があります。一般的なソリューションには、ウェッジグリップ、空気圧クランプ、クリップオン伸び計などがあります。環境チャンバーを使用して温度と湿度を制御し、実際の使用状態に近い試験を行うことができます。

エンジニアリングおよび製造用途

例えば、接線弾性率試験は、材料が弾性域に近い、あるいは弾性域を超えて使用される分野での設計検証や工程管理をサポートします：

• 自動車自動車：繰り返し荷重下でのシャーシコンポーネントの評価
• 航空宇宙航空宇宙：マイクロクラック発生後の複合材積層板の評価
• 建築高荷重下での鉄筋の剛性判定。

製造分野では、接線弾性率のデータが板金の成形限界に影響し、部品が割れることなく成形できることを保証します。

実例

• 橋梁ケーブルアセンブリ：タンジェント弾性率試験により、特定の荷重サイクル後に剛性が低下することが示され、設計の修正につながった。
• 射出成形ポリマー：異なる冷却速度での試験により、剛性保持を改善するための加工の最適化に役立ちました。

温度と機械的性質

温度は正接弾性率に大きな影響を与えます：

• 金属：金属：温度上昇とともに剛性が徐々に低下し、降伏強度が低下することが多い。
• ポリマー：ガラス転移温度以上で急激に低下し、延性は増加するが耐荷重性は低下する。
• 複合材料：繊維とマトリックスの相互作用によって応答が変化し、ある荷重方向で他の荷重方向より大きく変化することもある。

管理された環境条件下での試験により、実際の性能を反映した結果が得られる。

正接弾性率試験で一般的に参照される規格は以下の通りです：

• ASTM E111-ヤング率、正接弾性率、弦弾性率の標準試験方法
• ISO 527- プラスチック：引張特性の測定
• ASTM D3039- ポリマーマトリックス複合材料の引張特性。

これらに従うことで、データの一貫性、比較可能性、および品質保証、製品検証、規制当局への提出のための承認が保証されます。

Mecmesinは、信頼性と再現性の高い正接弾性率測定のための精密試験システムを設計しています。OmniTest試験機とMultiTest-dV試験機は、制御された荷重と高解像度のデータ取得を提供します。高度な伸び計が正確なひずみ測定を保証します。

VectorPro MTソフトウェア・スイートは、ASTMおよびISOの方法に準拠して、記録されたデータから正接弾性率を自動的に計算します。これにより、エンジニアは結果を処理することよりも、結果の解釈に集中することができ、監査や報告のための完全なトレーサビリティが得られます。

Mecmesinの技術チームは、お客様に合わせたセットアップアドバイス、オペレータトレーニング、アプリケーションに特化した治具を提供し、お客様の試験工程が初日から規格に準拠した正確な結果を出せるようにします。

お客様のタンジェント弾性率試験に関するご要望については、メクメシンのエキスパートにご相談ください。メクメシンのチームが、適切な機器の選択、正確な測定方法の設定、そして結果を品質管理プロセスに統合するお手伝いをいたします。