質問: 引張試験 物理初心者の大学生です。実験で金属の引張試験を行ったのですが、試験片の幅が大きくなるにつれてそのときの降伏時引張荷重、最大引張荷重、破断時引張荷重も大きくなりました。これはなんとなく理解できるのですが、それぞれの値を断面積で割った降伏応力、引張強さ、破断応力の値は試験片の幅が大きくなるにつれて小さくなったのですが、これはどういうことなのでしょうか?測定ミスでしょうか、よく分かりません。 どなたかアドバイスお願いします。
回答: 以下の7つの質問に答えてみてください。 (1)まず、引張試験に供した試験片の形状は、板材のようですが、jisの標準引張試験片ですか? 要は、荷重方向に対してズン胴ですか? それとも、荷重方向に対して、形状変化がありますか? (全体としては、チャック部で寸法が大きく、長手方向中央部が細くて、平行部となっていると思います。) (2)試験片の幅が大きくなるにつれて、他の寸法も同時に比例的に大きくしていますか? それとも、幅だけを大きくしているのですか? (3)破断位置は、試験片荷重方向中央部ですか? それともチャック部に近い箇所ですか? (4)金属材料は、均一な、質の良い材料ですか? それとも、内部に巣があるような、あまり性質の良くないものですか? (5)降伏荷重/最大引張荷重は、0.9よりも小さいですか?(←延性材) それとも、ほとんど1に近いですか?(←脆性材) (6)その金属は、はんだ材やビスマスのように、融点の低いものではないでしょうね? (7)試験片サイズが変わっても、材質の変化はないと保障できますか? それとも、サイズによって、材質は変化しますか? 以上(1)~(5)の質問に対して、1個でもnoがあれば、それは「寸法効果」と呼ばれる現象です。要するに、試験片が大きくなれば、強度が下がるという現象です。特に脆性材の場合には、測定値を、1/(幅の√)でプロットしてみると、多分直線に乗ると思います。 (6)に対して、noだと、これはクリープ現象を拾ったのだと思います。 (7)がnoだと、試験自体の条件設定が不良です。 以上、全部yesでも、「試験片の幅が大きくなるにつれて小さくなる」という可能性の主なものを列挙したに過ぎませんので、他の要因で発生することも考えられます。