応力-ひずみ曲線
材料の応力-ひずみ曲線は、引張(ひっぱり)試験または圧縮試験によって調べられる。特に引張試験は機械的性質を調べるものとして最も一般な試験の一つである。
材料に引張荷重を加えると、その材料は変形して引っ張る方向に伸び、圧縮すると縮む。この荷重値と変形量の関係を測定することにより、荷重-変形曲線を得ることができる。しかし、同じ荷重を加えても試料の太さによって伸びや縮み(変形)の量は異なる。同じ荷重で比較すると、太くなるほど伸びや縮みは少なくなる。このため、材料が受ける負荷を知るには、単位面積当たりの荷重である応力で評価した方が良い。材料に加える単軸荷重を F とし、F に直角な断面積を A とすれば、材料に加わる応力 σ は、
σ = F A {\displaystyle \sigma ={\frac {F}{A}}}
で表される。一方、同じ応力を加えても、試料の長さによって伸びや縮みの量は異なる。そのため、変形量そのものではなく、単位長さ当たりの伸びや縮みであるひずみで変形の程度を評価する。試料の初期長さを L0 とし、初期状態からの伸びを λ とすると、ひずみ ε は、
ε = λ L 0 {\displaystyle \epsilon ={\frac {\lambda }{L_{0}}}}
となる。試料の形状に寄らずに材料の強度や変形の挙動を評価するために、荷重-変形曲線ではなく、応力-ひずみ曲線が用いられる。
初期長さと破断後長さの変化率を破断伸びや単に伸びと呼ぶ。初期長さを L0、破断後長さを Lf とすれば、伸び δ は百分率 [%] で、
δ = L f − L 0 L 0 × 100 {\displaystyle \delta ={\frac {L_{f}-L_{0}}{L_{0}}}\times 100}
で表される。破断伸びは材料の靱性を示す特性値となる。実際の試験では、破断して残った2つの試験片をきれいに突き合わせ、予め記しておいた標点間の距離で破断後長さを測定する。
また、破断後の断面積の減少率を絞りと呼ぶ。伸びと同様に靱性を示す特性値の一つである。破断部の断面積を Af、初期断面積 A0 とすると、絞り φ は伸びと同じく百分率で、
φ = A 0 − A f A 0 × 100 {\displaystyle \phi ={\frac {A_{0}-A_{f}}{A_{0}}}\times 100}
で定義される。