金属の圧縮強度の強さについて

mytecさんに触発されて私も再登場ｗ・・・誰か止めて

ふと気づいたが、近年は許容せん断力σs=σy1/√3と表わされることが多いが、
σy≒0.6～0.9σtとすればσs=0.35～0.52σtとなる。これは疲労強度≒0.5σt
に随分と近い。。。

何を言いたいか。圧縮強度試験では、マクロ的な破壊が目に見えては無いだけで
ミクロ的には破壊というか亀裂が生じているのではないだろうかと考えるのです
ただ、せん断強度と疲労強度の関連性については、あまり耳にしないのですが

ミクロは原子レベルとは言わないだろうなぁ、きっと・・・（原始レベル？）
そもそも、万有引力だって現代の科学では上手く説明できないんでしょう？
目に見えないものは理解することが難しい（それは原子炉の中も同じだろう）

おまけ↓亀裂と疲労強度破壊や、疲労強度でとても興味深いところがありました
http://jikosoft.com/cae/engineering/strmatf07.html

回答 6）再出

質問者さんの反応が無いのをいいことに 私も持論を述べさせて頂く事にします。

※分子間力　金属結合　原子核融合　等々の話

私も嫌いではないので

回答 8)さんの
＞すべての力の向きが圧縮方向に向かうことができれば・・・・
回答 10)さん
＞この力は逃げ道がない場合（実際にはありえません）その反発力は圧縮方向　に働く力に比例してどんどん増加していきます。

理論的には賛同します

でも
究極は 核融合 反物質 対消滅(誰も言ってない?)・・・
途中を飛ばして行き過ぎかな と思ったりする

圧縮強度≒引張強度　と書いたが 引張強度と硬度の関係を見ていくと

硬度 大≒圧縮強度 大　となるが
組織構造の違う物質では成り立たない

結晶構造のダイヤモンドは圧縮力や衝撃で簡単に粉砕される。

昔の職人さんが鋳物のベットをタガネとハンマーで簡単に割っていた事を思い出す。

これは 回答 9)さんの話とつながると思う。


やっぱり組織の構造が重要
焼入れで硬くなるのなぜ？
不純物(炭素など)がどう影響しているの？
その時の組織の構造は？

と思うところであります。


今回の質問とは関係ないが
何年か前にブロックゲージのリンキングの理論を調べたときの事。

http://ameblo.jp/sokuhan/entry-10090549769.html

文中より
　１．ブロックゲージ測定面の両面間の分子間引力である。
　２．大気圧の作用である。
　３．両面間の油膜による密着である。
筆者の結論
　結局は、このリンギング現象は、
　量子力学的な世界で考えないといけないも　のではないかと思うわけです。

私も筆者同様　明確な答えには辿り着けずにいる。

長文 駄文 失礼しました。

引っ張り方向に働く力に反発する力とは
分子間力　金属結合

圧縮方向に働く力に反発する力とは
その物質が原子（分子）構造を維持しようとする働き（小難しいですが・・）

金属結合は陽イオンの周りを自由電子が動き回って陽イオンを結びつけています。
引っ張る方向の力は陽イオンと陽イオンが離れていく方向に働く力なので
結合しようとする力を超えると破断に至ります。
圧縮方向は陽イオンと陽イオンが近づいていく方向に働く力なので
陽イオンは反発しあう（核同士が融合して物質が変質しまうのを防ごうとする力）
※うまい説明の仕方が思いつかない！
この力は逃げ道がない場合（実際にはありえません）その反発力は圧縮方向に働く力に比例してどんどん増加していきます。
上記のように引っ張りと圧縮では反発力となるものが別のものなのです。
金属の結合力には上限がある為に引っ張り方向に働く力で破断にいたるが、
圧縮方向に働く反発力は上限がない。
上記の理由で圧縮強度のほうが高いと説明できる・・・か？

原子（分子）的な説明だとこのような感じでしょうか・・・
面白そうなので参加してみましたー！鵜呑みにしないでね！自信ないからっ

ついでに、話に参加。

学生時代に先生から聞いたお話。
引張りの時は、材料内の微小欠陥やマイクロクラックから亀裂が始まる。
圧縮の時は、それらがつぶされ、破断の起点になり難い。
こんな説明が、分かり易いかな？

ついでに、雑学。
エンジンのチューニングで、クランクやコンロッドをピカピカに磨くのは、
表面の微細な傷を除く為であり、オイル抵抗を減らす為ではない。
これも、マイクロクラックが破断の起点になる事を、経験的に知っている為。

続き
圧縮が上下なのか、四方八方なのかで話が変わるんですがね

豆腐を上下から押しつぶすと　つぶれて破壊します

では、豆腐をまんべんなく四方八方から圧力をかけるとどうなるのでしょう


原子レベルでは、原子はパチンコ玉のような粒粒のイメージでいいと思います
豆腐はその間に水があるのでそれを追い出して縮ます


では、なぜ上下に力を加えると破壊されるのかといえば
まず原子間は同じ電荷になっているので
ある程度近づくとよけます
↑
ファンデルワールス力　とか　分子間力　とか
http://www.geocities.co.jp/CollegeLife-Labo/4328/research4.htm
の
ゆっくり近づける　を参照




単純に上下に力を加えた場合
左右に力は加わらないので左右に逃げます

このときの力は圧縮力と同じで向きが引っ張り方向に変わります
引っ張り力で壊れる力がかかれば　破壊されます

ですから

私以外の回答者が述べるように

圧縮の破壊力　＝　引っ張りの破壊力


になります





では、側面に逃げないようにすると
圧縮力は　引っ張りに変換されずに　
引っ張り力より強い力に耐えることになります


アーチ橋などが良い例です
http://www.maff.go.jp/kyusyu/seibibu/kokuei/03/yomimono/index.html

すべての向きを圧縮方向にしてます

CAEなどで、残留応力による破壊を見る時もその向きを見ます
破壊ギリギリの圧力でも　圧縮にかかる場合無視されています
（ただし一皮めくって力の均衡が崩れた場合、向きが変わるので　割れます）
↑
残留応力による割れや、歪　溶接や鍛造、鋳造　焼き入れ　された
熱による残留応力が主ですが




ピラミッドの要石などもそれに当たります

ピラミッド内の一番下の真ん中にある
破壊圧力をゆうに超えてます


もちろん、組織にはひずみがあるので、均一に力がかかるわけではないので、
破壊は起きますが
引っ張り力より圧縮のほうが持ちます



では、組織も均一で応力の向きが変わらない場合
無限に耐えられるのかという疑問にぶち当たります
どうなるのか




パチンコ玉を二つ押しつけた場合
融合しますよね


原子間でも同じことが起きます
ただしものすごいことになるます　←　核融合



原子間を分子間力以上の力でくっつけると
融合します


一番単純な水素で話すと
二つの水素原子（原子核１）が　ものすごい力で押しつけられると
二つは融合し　原子核２のヘリウムになります


さらに融合すると炭素　→　酸素　となり　鉄までは　このサイクルで生まれます
周期表　に書かれている　原子番号　は原子核の数です


鉄までのサイクル
http://www.ies.or.jp/japanese/s_note_pdf/s2.pdf

原子核融合
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8E%9F%E5%AD%90%E6%A0%B8%E8%9E%8D%E5%90%88


それ以降の話はウイキ参照のこと


もちろん、核融合まで起こす力はぶっ飛んでいますが
理論上は起きることを覚えておきましょう



実際にはアーチ用のようにすべての力の向きが圧縮方向に向かうことができれば
事実上、無限の力には理論上耐えられます（核融合が起こるまでのとてつもない力　を　無限大としていますが）



ただし必ず組織は均一ではないので
力の向きは常に圧縮方向にはかかるわけないので
やはり引っ張りを超えると破壊は起きます





アーチ橋の場合割れても圧縮方向なので機能的には問題ないように
割れても機能的に問題がない場合

引っ張り力より　強い力でもちます