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 |
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破断長 breaking length | |
---|---|
量記号 | |
次元 | L |
種類 | スカラー |
SI単位 | m |
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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
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 | 00010 | 02.30 | 00004.35 | 0000.44 | |
ゴム | 00015 | 00.92 | 00016.3 | 0001.66 | |
マグネシウム | 00090 | 01.74 | 00051.8 | 0005.27 | [1] |
ステンレス鋼304 | 00505 | 08.00 | 00063.1 | 0006.4 | [2] |
真鍮 | 00580 | 08.55 | 00067.8 | 0006.91 | [3] |
ナイロン | 00078 | 01.13 | 00069.0 | 0007.04 | [4] |
オーク材 | 00060 | 00.69 | 00086.95 | 0008.86 | [5] |
ポリプロピレン | 00080 | 00.90 | 00088.88 | 0009.06 | [6] |
アルミニウム合金 | 00600 | 02.70 | 00222 | 0022.65 | [7] |
チタン合金 Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr | 01250 | 04.61 | 00260 | 0027.65 | [8] |
マグネシウム合金 | 00510 | 01.86 | 00274 | 0027.87 | [9] |
バルサ材 (軸向き) | 00073 | 00.14 | 00521 | 0053.2 | [10] |
Scifer steel wire | 05500 | 07.87 | 00698 | 0071.2 | [11] |
炭素繊維強化プラスチック | 01240 | 01.58 | 00785 | 0080.0 | [12] |
蜘蛛の糸 | 01400 | 01.31 | 01069 | 0109 | |
シリコンカーバイド | 03440 | 03.16 | 01088 | 0110 | [13] |
ガラス繊維 | 03400 | 02.60 | 01307 | 0133 | [14] |
1μm 鉄ホイスカー | 14000 | 07.87 | 01794 | 0183 | |
ベクトラン | 02900 | 01.40 | 02071 | 0211 | |
炭素繊維AS4 | 04300 | 01.75 | 02457 | 0250 | |
ケブラー | 03620 | 01.44 | 02514 | 0256 | [15] |
スペクトラ | 03510 | 00.97 | 03619 | 0369 | [16] |
ザイロン | 05800 | 01.54 | 03766 | 0384 | [17] |
炭素繊維東レ T1100G | 07000 | 01.79 | 03911 | 0399 | [18] |
コロッサルカーボンチューブ | 06900 | 00.116 | 59483 | 6066 | [19] |
カーボンナノチューブ(不確実) | 62000 | 00.037 –1.34 | 46268 –N/A | 4716 –N/A | [20][21] |
出典
- ^ 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。
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- ^ [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
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- ^ Network Group for Composites in Construction: Introduction to Fibre Reinforced Polymer Composites
- ^ Spectra Fiber - Honeywell Advanced Fibers and Composites
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- ^ 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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