例題集

引張と圧縮(3)

理解レベル   難易度: ★★
図のように,一辺の長さ$30 \rm{mm}$の正方形断面を有する長さ$2 \rm{m}$の鋼材が軸荷重$1500 \rm{kgf}$を受けたときの体積変化量を求めたい. なお,重力加速度$g=9.8 \rm{m/s^2}$とし,この鋼材のヤング率$E=206 \rm{GPa}$,ポアソン比$\nu=0.3$とする. $(1)$ このときの応力を求めよ.ただし、有効数字三桁とする. $(2)$ ひずみ$\epsilon_x$を求めよ.ただし、有効数字三桁とする. $(3)$ ひずみ$\epsilon_y$を求めよ.ただし、有効数字三桁とする. $(4)$ 体積ひずみ$\epsilon_{_{V}}$を,ひずみ成分$\epsilon_x$, $\epsilon_y$, $\epsilon_z$を用いて近似せよ. $(5)$ 体積変化量を求めよ.ただし、有効数字三桁とする. %=image:/media/2015/01/15/142125446570619100.png:
$(1)$ \[ \begin{align} \sigma=\frac{P}{A} &=\frac{1500\times9.8}{(30\times10^{-3})^2}\\ &=1.63\times10^1\ \rm{MPa} \end{align} \] $(2)$ \[ \sigma=E\epsilonより \] \[ \begin{align} \epsilon=\frac{\sigma}{E}&=\frac{16.33}{206\times10^9}\\ &=7.93\times10^{-5} \end{align} \] $(3)$ \[ \nu=-\frac{\epsilon'}{\epsilon}より \] \[ \begin{align} \epsilon_y=-\nu\epsilon_x=&-0.3\times7.929\times10^{-5}\\ &=-2.38\times10^{-5} \end{align} \] $(4)$ \[ \epsilon_V\simeq\epsilon_x+\epsilon_y+\epsilon_z \] $(5)$ \[ \begin{align} \Delta V&=\Delta\times\epsilon_V\\ &=\left(\left(30\times10^{-3}\right)^2\times2\right)\times(1-2\nu)\times7.929\times10^{-5}\\ &=5.71\times10^{-8}\ \rm{m^3} \end{align} \]