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Von Mises Yield Criterion

1913
  • Richard von Mises
  • Maksymilian Tytus Huber
機械工学実験室では、フォン・ミーゼス降伏条件を用いて延性材料の試験を行っている。

(画像はイメージです)

The von Mises yield criterion predicts that yielding of a ductile material begins when the second deviatoric stress invariant, [latex]J_2[/latex], reaches a critical value. It is often expressed in terms of the von Mises stress, [latex]\sigma_v[/latex], a scalar value that must be less than the material’s yield strength, [latex]\sigma_y[/latex]. Yielding occurs when [latex]\sigma_v = \sigma_y[/latex].

フォン・ミーゼス降伏条件(最大歪みエネルギー条件とも呼ばれる)は、延性材料における塑性変形の開始を予測するために広く用いられているモデルである。この条件では、材料の単位体積あたりの弾性歪みエネルギーが臨界値に達したときに降伏が始まると仮定している。これは、延性金属の降伏には寄与しないとされる静水圧エネルギー(体積変化に伴うエネルギー)とは異なる。

数学的には、これは偏差応力テンソルの第 2 不変量 [latex]J_2[/latex] が一定値に達することと同等です。偏差応力テンソルは、全応力テンソルから静水圧成分を引いたものです。この基準は、応力テンソルの 6 つの成分のスカラー結合であるフォン ミーゼス相当応力 [latex]sigma_v[/latex] によって表現されることがよくあります。一般的な 3D 応力状態の場合、次のように計算されます。[latex]sigma_v = sqrt{frac{1}{2}[(sigma_{11}-sigma_{22})^2 + (sigma_{22}-sigma_{33})^2 + (sigma_{33}-sigma_{11})^2 + 6(sigma_{12}^2 + sigma_{23}^2 + sigma_{31}^2)]}[/latex]。

Yielding is predicted to occur when [latex]\sigma_v[/latex] equals the material’s 降伏強度, [latex]\sigma_y[/latex], which is typically determined from a simple uniaxial tensile test. In principal stress space, the von Mises criterion defines a smooth, circular cylinder whose axis is the hydrostatic line ([latex]\sigma_1 = \sigma_2 = \sigma_3[/latex]). This contrasts with the Tresca criterion, which defines a hexagonal prism. The von Mises criterion generally provides a better fit with experimental data for most ductile metals and is continuously differentiable, which is advantageous in numerical computations.

UNESCO Nomenclature: 2208
機械工学

タイプ

抽象システム

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ベルトラーミの全ひずみエネルギー理論
  • フーバーによる歪みエネルギー概念の初期の定式化
  • 開発 コーシー応力テンソル
  • 延性金属における降伏現象の実験的観察

アプリケーション

  • 機械工学および土木工学における鋼やアルミニウムなどの延性材料の破壊予測
  • 有限要素法 応力集中を可視化および評価するための解析(FEA)
  • 圧力容器および配管システムの設計
  • 耐久性と衝突安全性を考慮した自動車部品設計

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • real-time structural health monitoring systems that issue alerts when von Mises stress approaches the yield limit
  • generative design software that optimizes topologies to maintain von Mises stress below a threshold
  • smart materials with embedded sensors that change color or properties when local von Mises stress becomes critical
  • predictive models for material fatigue that incorporate the history of von Mises stress cycles
  • advanced surgical planning software that simulates von Mises stress in bone implants to prevent failure
  • ウェアラブル technology that monitors von Mises stress in athletic equipment to prevent catastrophic failure
  • ai-driven metal forming processes that actively control tool paths to manage von Mises stress distribution
  • virtual material testing platforms that use von Mises criterion to predict the behavior of novel alloys
関連キーワード:フォンミーゼス応力、降伏条件、塑性、延性材料、破壊理論、偏差応力、歪みエネルギー、J2塑性。

歴史的背景

Von Mises Yield Criterion

1909
1910
1911-04-08
1913
1915
1916
1917
1907
1909
1910
1912
1915
1915-11
1916
1918

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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