力の計算(基本)

部品に作用する力には外力、内力、モーメントが挙げられます。これらの力について説明します。
また、例題や演習問題を通じ部品に作用する力について計算方法を学びます。

1.) 外力と内力

力が作用している部品には微小変形(弾性変形)が生じます。
この状態で部品に作用する力と変形で部品内部に生じる抵抗力を以下のように呼びます。

  • 【外力】 : 部品の外側から作用する荷重(力)

  • 【内力】 : 部品の作用する外力に釣合う、部品内部に生じる力

『材料力学』で扱う外力と内力は時間の変化に影響されない力であり、静荷重と呼ばれています。

外力とは

外力は作用する方向により、以下のように呼ばれている。


  • 引張荷重 - 部品を引き延ばす方向に作用する外力(上図の反対側に作用する力)

  • 圧縮荷重 - 部品を押し縮めるように作用する外力(上図の荷重は圧縮荷重)

  • せん断荷重 - 部品をはさむように作用する外力(下図参照)

  • ねじり荷重 - 部品をねじるように作用する外力(下図参照)

内力とは

部品が剛体で変形しない場合、変形に抵抗する力が生じないので内力は発生しません。
しかし外力が作用すると微小な変形が生じます。
そして変形に対する抵抗力が弱いと部品は潰れてしまいます。

このような外力に対する変形の抵抗力を内力と呼びます。

2.) モーメント

部品を回転させる力のことをモーメントと言います。
外力、内力が作用するとき、部品の支持点にはモーメントが発生します。

モーメントの例として以下のような説明図を示すことができます。

【力のモーメントの大きさ】

下図に示される式によって決められています。