こんにちは!『建築学科のための材料力学』運営者の栗田です。

今回の記事は曲げ荷重とねじり荷重についてです。

 

概要を言ってしまうと、材料を曲げようとするのが曲げ荷重、材料をねじろうとするのがねじり荷重です。

この2つの荷重は、材料内部で軸荷重せん断荷重として作用します。

軸荷重やせん断荷重に関しては以前の記事で紹介しましたね。

せん断荷重、軸荷重とは?せん断力と軸力とはどう違う?違いを説明!

 

「軸荷重、せん断荷重って何だっけ?」という人はまずはそれを知らないと今回の記事は理解できないので、上の記事をよく復習しておいてくださいね。

この記事の要約をすると、軸荷重とは中心軸方向に作用する荷重、せん断荷重は中心軸に垂直に、さらにはずれを起こすような荷重のことを指しました。

 

材料力学では外力のことを荷重と表現しましたから、曲げ荷重とねじり荷重はどちらも外力のことでした。

この2つの荷重(外力)について、紹介していきましょう。

 

 

曲げ荷重は軸荷重として作用する?

曲げ果樹とは、その名の通り材料を曲げるように働きます。

まず初めに下の図をご覧ください。

(p.24)

一旦を壁に固定した長方形断面の棒に、下向きの荷重(曲げ荷重)を与えます。

すると長方形断面の中身は以下のような図のようになりますね。

(p.24)

荷重を与えた後は中心面の上部は引っ張られるようになり、逆に中心面下部は圧縮されるように作用されます。

つまり、上面は引張荷重、下面は圧縮荷重のような効果を受けます

こちらが曲げ荷重の特徴となります。

 

ここでポイントとなるのが、中心軸では引張荷重の効果も圧縮効果の効果も受けないということです。

(p.24)

引張荷重と圧縮荷重の効果はそれぞれ材料の上下の表面で最も大きくなり、中心軸ではそれぞれが0となります。

この特徴はとても大事になるので覚えておいてくださいね。

 

ここで説明したのは、曲げ荷重が軸荷重(引張・圧縮)として作用するということです。

次は曲げ荷重がせん断荷重として作用する関係について紹介します。

 

 

曲げ荷重はせん断荷重の効果もある?

上では軸荷重の効果を紹介しましたね。

次にせん断荷重としての効果を紹介します。

その前にせん断荷重とはハサミのようなずれを起こす荷重のことでしたね。

それを踏まえた上で図を見てみましょう。

 

(p.25)

曲げ荷重は、受ける材料の中立面と垂直な断面の左右には大きさが等しく逆抜きの力が断面に沿ってうまれます。

曲げ荷重はこの中立面の垂直断面の両側でせん断荷重と同じ効果を与えます。

 

つまり、曲げ荷重は軸荷重としてもせん断荷重としても作用するということです。

 

 

ねじり荷重とは?せん断荷重として作用する?

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では最後にねじり荷重に関してです。

ねじり荷重もその名の通り、材料をねじるように働きます。

 

一旦を固定した棒にねじり荷重を与えた図を見てみましょう。

(p.25)

ねじり荷重は、棒の長さ方向と垂直な断面の両側に、大きさが等しく断面に沿って逆向きの船団荷重効果を与えます。

一見イメージしにくいところもありますが、”ねじり”荷重ですので回転させようと作用するというふうに考えてください。

回転をイメージするとねじり荷重はわかりやすいと思います。

 

 

まとめ

今回のこの記事では、曲げ荷重とねじり荷重についてまとめました。

曲げ荷重は軸荷重とせん断荷重としての効果をもち、ねじり荷重は回転のようなせん断荷重のような効果をもつとのことでした。

特に曲げかじゅうん軸荷重に関しては、中心軸付近では引張・圧縮効果は0、材料表面で引張・圧縮が最大になりました。

曲げ荷重に関しては今後の材料力学の学習の際によく登場しますので、よく復習しておいてくださいね。

 

今回の記事は以上になります。

最後まで読んでいただき、ありがとうございました。

今後の材料力学の学習もがんばってくださいね!!