下の記事では「材料力学では、外力のことを荷重と呼ぶ」ということに関してまとめました。

材料力学では外力を荷重と呼ぶ!内力の仮想断面の考え方や作用・反作用の法則について

 

その荷重ですが、実はこれにはいくつかの種類があります。

建築では主に構造計算の基礎として使われる材料力学ですが、材料の変形を計算する必要があります。

その材料の変形を促す力が荷重でしたね。

 

荷重が材料をどのように変形させる効果をつかという点から、今回のこの記事では軸荷重とせん断荷重についてまとめていきます。

物理は終始イメージが大切なので、想像を働かせてながら読んでくださいね。

 

 

 

軸荷重と軸力の違いは?

 

大学で材料力学の授業を受けていると、「軸荷重」や「軸力」と入った単語に出会うと思います。

しかしその違いについて知っていないと、授業はちんぷんかんぷんになってしまいますよね。

ということでまずは軸荷重と軸力の違いを紹介します。

 

材料に作用する外力(荷重)が、主に材料を伸ばそうとする効果を持つ荷重が引張荷重、縮めようとする(圧縮する)効果を持つ荷重が圧縮荷重でした。

 

引張荷重と圧縮荷重のように力の作用線が、材料の軸線(中心線)方向に働く力を軸荷重と呼びます。

そして力の作用線と垂直な仮想断面に生まれる内力を軸力と呼びます。

 

まとめると、軸荷重とは軸力方向に生じる”外力”のことであり、それに対して軸力とは軸力方向に生じる”内力”のことを指します。

 

これを理解していれば、次に紹介するせん断荷重とせん断力の違いを理解するのは簡単です。




 

せん断荷重とせん断力の違いは?

こちらも軸荷重と軸力の考え方と同様です。

上の説明で察しの良い人はせん断荷重とせん断力の違いについて感づいているかもしれませんね。

 

材料の軸線(中心線)や軸面(側面)に互いに逆向きで平行な力を考えます。

材料にずれを起こして切断をすることをせん断と呼びます。

 

せん断に関する詳しいことについては以前の記事の後半部分にまとめてありますので、気になる方や知りたい方はそちらご覧ください。

材料力学の引張力・圧縮力・せん断力などの力について解説!

 

では、せん断荷重とはなんでしょうか。

せん断荷重とは、せん断を作用するような荷重のこと、つまり材料にずれを与えるような外力のことを指します。

 

軸荷重が外力、軸力が内力であったのと同様で、せん断力はせん断荷重によって生まれる、荷重と平行な仮想断面に沿って両側に生まれる内力のことです。

 

『荷重は外力、〇〇力は内力』

と覚えておくとイメージがしやすいのでオススメです。

 

 

 

身近なせん断荷重にはどんなものがある?例を紹介!

さて、最後に身近な例を紹介して終わりにしましょう。

軸荷重と軸力に関しては、中心線に沿った圧縮や引張なので綱引きやバネを縮める時などを想像すればわかりやすいですよね。

しかしせん断荷重にはどんなものがあるか、一見想像がしにくいものです。

 

以前の記事でも少し取り上げましたが、ここでせん断荷重をイメージするためにハサミの紙を切る原理についてもう一度考えてみましょう。

ハサミの刃は一見ナイフのように鋭く見えますが、実は平面的なのです。

そして紙を圧縮するのではなく、紙にせん断荷重を与えます。

せん断荷重を与えることによって荷重と平行な断面にずれを起こし、材料をせん断するという仕組みなのです。

これによって紙が二つに分かれるのです。

 

イメージは湧いたでしょうか。

せん断荷重やせん断力は材料力学を学んでいく上でとても大事になるので、このイメージを大切にしながら勉強していってくださいね。

 

 

まとめ

今回の記事は軸荷重と軸力、それからせん断荷重とせん断力について書いてきました。

荷重と〇〇力の違いは外力か内力であるかでしたね。

そしてせん断荷重はハサミでイメージをすると良いとのことでした。

この記事の内容は今後の材料力学の学習の上でとても大事なので、忘れないように何度も復習してくださいね。

 

今回は以上で終わります。

最後までお疲れ様でした。今後も材料力学の勉強頑張ってくださいね!