応力計算機（垂直応力）

応力（ストレス）とは？

応力（Stress）とは、物体に外力が加わった際に、その物体の内部に生じる「単位面積あたりの内力」のことです。材料力学において最も基本的かつ重要な概念であり、構造物が壊れないように設計するためには、この応力を正しく理解し計算する必要があります。記号はギリシャ文字の「σ（シグマ）」が一般的に使われます。

計算公式

垂直応力（Axial Stress）は以下の単純な式で表されます。

• σ (シグマ): 応力 [Pa, N/m²]
• P (ピー): 荷重または外力 [N] (Fと表記することもあります)
• A (エー): 断面積 [m²]

主な単位と換算

応力の単位は圧力と同じ「パスカル (Pa)」ですが、実際の工学現場では値が非常に大きくなるため、「メガパスカル (MPa)」や「ギガパスカル (GPa)」がよく使われます。また、現場では「N/mm²（ニュートン毎平方ミリメートル）」も多用されます。

• 1 Pa = 1 N/m²
• 1 kPa = 1,000 Pa
• 1 MPa = 1,000,000 Pa = 1 N/mm² (※これは非常に重要な等式です)
• 1 GPa = 1,000 MPa = 1,000,000,000 Pa
• 1 kgf/cm² ≈ 0.098 MPa

引張応力と圧縮応力

垂直応力には、力の向きによって2種類あります。

• 引張応力 (Tensile Stress): 材料を引き伸ばそうとする力によって生じる応力。通常、プラス（+）の値で表されます。
• 圧縮応力 (Compressive Stress): 材料を押し潰そうとする力によって生じる応力。通常、マイナス（-）の値で表されます。

代表的な材料の強さ（参考値）

材料が耐えられる限界の応力を「降伏点（Yield Strength）」や「引張強さ（Tensile Strength）」と呼びます。設計応力は、これらの値よりも十分に小さく設定する必要があります。

応力-ひずみ曲線

材料に応力を加えていくと、材料は変形します（ひずみが生じます）。この応力とひずみの関係を表したグラフを「応力-ひずみ曲線（S-S曲線）」と呼びます。鉄鋼材料のような延性材料では、比例限度、弾性限度、上降伏点、下降伏点などを経て破断に至ります。この曲線の初期の直線部分の傾きを「ヤング率（縦弾性係数）」と呼び、材料の変形しにくさを表します。