比強度
| 比強度 specific strength | |
|---|---|
| 量記号 | |
| 次元 | T－2 L2 |
| 種類 | スカラー |
| SI単位 | N·m/kg |
| 破断長 breaking length | |
|---|---|
| 量記号 | |
| 次元 | L |
| 種類 | スカラー |
| SI単位 | m |
比強度（ひきょうど、英語: specific strength）または強度重量比・重量比強度 (strength‐to‐weight ratio, strength/weight ratio) は、物質の強さを表す物理量のひとつで、密度あたり引っ張り強さである。つまり「引っ張り強さ ÷ 密度」で得られる。比強度が大きいほど、軽いわりに強い材料である。
引っ張り強さのSI単位はパスカル Pa (= N/m2)、密度のSI単位はキログラム毎立方メートル kg/m3 なので、比強度のSI単位はニュートンメートル毎キログラム N·m/kg となる（実際は接頭語をつけた kN·m/kg が多い）。なお、計算上 N·m/kg = J/kg = m2/s2 だが、比強度の単位としては N·m/kg と表す。
破断長・破壊長 (breaking length) または self support length、characteristic height は、「引っ張り強さ ÷ 重量密度」、言い換えれば、「比強度 ÷ 重力加速度」である。比強度に比例するが長さの次元を持ち、長さの単位 m（実際は km が多い）で表される。破断長の物理的な意味は、細長い柱体を鉛直にぶら下げたときに、破断せず自重を維持できる最大の長さ（高さ）である。厳密には、破断長は重力加速度に反比例するので物性のみでは決まらないが、通常は標準重力加速度 9.80665 m/s2 で計算して物性固有の値とみなす。
古い文献では、比強度として単位にキログラム毎平方ミリメートル kg/mm2 を使っているものがある。これは実際は重力単位系の重量キログラム毎平方ミリメートル kgf/mm2 の意味で、「引っ張り強さ ÷ 密度」の引っ張り強さを kgf/mm2 で表し、密度の代わりに無次元量の比重を使って計算した値である。言い換えれば、破断長に水の密度 1000 kg/m3 を掛けたということであり、1 kg/mm2 ÷ 1000 kg/m3 = 1 km より、数値は破断長/kmと同じである。
比強度・破断長の値
[編集]| 物質 | 引っ張り強度 /MPa |
密度 /(g/cm3) |
比強度 /(kN·m/kg) |
破断長 /km |
出典 |
|---|---|---|---|---|---|
| コンクリート | 10 | 2.30 | 4.35 | 0.44 | |
| ゴム | 15 | 0.92 | 16.3 | 1.66 | |
| マグネシウム | 90 | 1.74 | 51.8 | 5.27 | [1] |
| ステンレス鋼304 | 505 | 8.00 | 63.1 | 6.4 | [2] |
| 真鍮 | 580 | 8.55 | 67.8 | 6.91 | [3] |
| ナイロン | 78 | 1.13 | 69.0 | 7.04 | [4] |
| オーク材 | 60 | 0.69 | 86.95 | 8.86 | [5] |
| ポリプロピレン | 80 | 0.90 | 88.88 | 9.06 | [6] |
| アルミニウム合金 | 600 | 2.70 | 222 | 22.65 | [7] |
| チタン合金 Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr |
1250 | 4.61 | 260 | 27.65 | [8] |
| マグネシウム合金 | 510 | 1.86 | 274 | 27.87 | [9] |
| バルサ材 (軸向き) | 73 | 0.14 | 521 | 53.2 | [10] |
| Scifer steel wire | 5500 | 7.87 | 698 | 71.2 | [11] |
| 炭素繊維強化プラスチック | 1240 | 1.58 | 785 | 80.0 | [12] |
| 蜘蛛の糸 | 1400 | 1.31 | 1069 | 109 | |
| シリコンカーバイド | 3440 | 3.16 | 1088 | 110 | [13] |
| ガラス繊維 | 3400 | 2.60 | 1307 | 133 | [14] |
| 1μm 鉄ホイスカー | 14000 | 7.87 | 1794 | 183 | |
| ベクトラン | 2900 | 1.40 | 2071 | 211 | |
| 炭素繊維AS4 | 4300 | 1.75 | 2457 | 250 | |
| ケブラー | 3620 | 1.44 | 2514 | 256 | [15] |
| スペクトラ | 3510 | 0.97 | 3619 | 369 | [16] |
| ザイロン | 5800 | 1.54 | 3766 | 384 | [17] |
| 炭素繊維東レ T1100G | 7000 | 1.79 | 3911 | 399 | [18] |
| コロッサルカーボンチューブ | 6900 | 0.116 | 59483 | 6066 | [19] |
| カーボンナノチューブ（不確実） | 62000 | 0.037 –1.34 |
46268 –N/A |
4716 –N/A |
[20][21] |
出典
[編集]- ^ レアメタル便覧
- ^ “ASM Material Data Sheet”. asm.matweb.com. 2015年10月20日閲覧。
- ^ RoyMech: Copper Alloys
- ^ Goodfellow: Polyamide - Nylon 6
- ^ Delft University of technology: Oak wood
- ^ Goodfellow: Polypropylene
- ^ Vectran fiber: specific strength
- ^ “AZo Materials Data Sheet”. azom.com. 2016年11月14日閲覧。
- ^ [1]
- ^ [2]
- ^ 52nd Hatfield Memorial Lecture: "Large Chunks of Very Strong Steel" by H. K. D. H. Bhadeshia 2005
- ^ McGRAW-HILL ENCYCLOPEDIA OF Science & Technology, 8th Edition, (c)1997, vol. 1 p 375
- ^ Specialty Materials, Inc SCS Silicon Carbide Fibers
- ^ [3]
- ^ Network Group for Composites in Construction: Introduction to Fibre Reinforced Polymer Composites
- ^ Spectra Fiber - Honeywell Advanced Fibers and Composites
- ^ Toyobo Co.,Ltd.. “ザイロン®(PBO 繊維)技術資料 (2005)” (free download PDF). 2012年11月4日閲覧。
- ^ Toray Composites Materials America, Co., Ltd.. “T1100S, INTERMEDIATE MODULUS CARBON FIBER” (free download PDF). 2018年9月17日閲覧。
- ^ Peng, H.; Chen, D.; et al., Huang J.Y. et al. (2008). “Strong and Ductile Colossal Carbon Tubes with Walls of Rectangular Macropores”. Phys. Rev. Lett. 101 (14): 145501. doi:10.1103/PhysRevLett.101.145501.
- ^ Yu, Min-Feng; Lourie, O; Dyer, MJ; Moloni, K; Kelly, TF; Ruoff, RS (2000). “Strength and Breaking Mechanism of Multiwalled Carbon Nanotubes Under Tensile Load”. Science 287 (5453): 637–640. doi:10.1126/science.287.5453.637. PMID 10649994.
- ^ K.Hata. “From Highly Efficient Impurity-Free CNT Synthesis to DWNT forests, CNTsolids and Super-Capacitors” (free download PDF). 2009年12月2日閲覧。
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