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一般化されたフックの法則

1678
  • Robert Hooke
  • Thomas Young
  • Augustin-Louis Cauchy
17th-century laboratory with tools for tensile testing and equations of Generalized Hooke's Law.

(画像はイメージです)

一般化されたフックの法則は 構成方程式 線形弾性材料の場合、 ストレス テンソルは線形的に比例する strain テンソル。関係は [latex]sigma = C : varepsilon[/latex] と表され、[latex]sigma[/latex] は応力テンソル、[latex]varepsilon[/latex] はひずみテンソル、[latex]C[/latex] は材料の弾性定数を含む 4 次剛性テンソルです。

ロバート・フックの1678年の法則(「張力に応じて力が働く」)は単純な一次元線形関係を記述していましたが、一般化されたフックの法則はこの原理を三次元に拡張しています。これは線形弾性理論の数学的基礎を形成しています。この関係は、応力テンソルの6つの独立した成分を微小ひずみテンソルの6つの独立した成分に結び付けます。これは、最も一般的な形式で81個の成分を含む4階テンソルである剛性テンソル[latex]C_{ijkl}[/latex]によって実現されます。

応力テンソルとひずみテンソルの対称性により、剛性テンソルの独立成分の数は 36 に減少します。さらに、ひずみエネルギー密度関数の存在を仮定すると、剛性テンソル自体が対称になり ([latex]C_{ijkl} = C_{klij}[/latex])、最も一般的な異方性材料の場合、独立弾性定数の数は 21 に減少します。対称性の度合いが高い材料の場合、この数はさらに減少します。すべての方向で同じ特性を持つ等方性材料の場合、ヤング率 (E) とポアソン比 (ν) など、2 つの独立弾性定数のみが必要です。この一般的なケースでは、法則が大幅に単純化され、ひずみから応力を直接計算したり、その逆を行ったりすることができます。この法則は、材料の弾性限界内でのみ有効です。この点を超えると、永久的な塑性変形が発生し、他の構成モデルが必要となる。

UNESCO Nomenclature: 2208
機械工学

タイプ

物理法則

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 材料の弾性特性に関する考察
  • 応力とひずみの概念の発展
  • ニュートンの運動法則

アプリケーション

  • finite element analysis (FEA) software for structural design
  • ばね、梁、その他の弾性部品の設計
  • 引張試験による材料特性評価
  • 地震学を用いて、地球内部における弾性波の伝播をモデル化する。

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連:フックの法則、線形弾性、構成方程式、応力-ひずみ関係、剛性テンソル、ヤング率、ポアソン比、等方性材料。

歴史的背景

一般化されたフックの法則

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1738
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1672
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1738
1750

(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。)

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