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固体力学

1800
  • Galileo Galilei
  • Robert Hooke
  • Augustin-Louis Cauchy
Drafting table with bridge blueprints and solid mechanics textbooks in an engineering office.

(画像はイメージです)

固体 力学 連続体力学の一分野であり、固体材料の挙動、特に力、温度変化、その他の外力の影響下での運動と変形を研究する。構造物の設計と解析において、工学の基礎となる分野である。主な研究分野には、弾性(回復可能な変形)、塑性(永久変形)、破壊力学(亀裂の発生と伝播)などがある。

固体力学は、固体が刺激にどのように反応するかを理解するための理論的枠組みを提供する。中心となる概念は、応力(単位面積あたりの内部力)とひずみ(相対的な変形)の関係である。多くの材料では、小さな荷重の下ではこの関係は線形であり、フックの法則 [latex]sigma = E epsilon[/latex] で表される。ここで、[latex]sigma[/latex] は応力、[latex]epsilon[/latex] はひずみ、[latex]E[/latex] はヤング率であり、剛性の尺度である。3 次元では、これらの量は、物体内の任意の点における応力と変形の状態を捉える応力テンソルとひずみテンソルというテンソルによって表される。

The field is broadly divided into statics, which deals with bodies at rest or in equilibrium, and dynamics, which studies bodies in motion and includes phenomena like vibrations and wave propagation. When loads exceed a material’s elastic limit, it enters the plastic regime, where permanent deformation occurs. Solid mechanics provides theories to predict the onset of this yielding, using criteria like the von Mises or Tresca yield criteria. Furthermore, fracture mechanics, a subfield, analyzes the behavior of materials containing cracks. It aims to predict crack growth and prevent catastrophic failure in structures. These principles are applied computationally using methods like the Finite Element Method (FEM) to solve complex real-world engineering problems that would be intractable to solve analytically.

UNESCO Nomenclature: 2210
機械工学

タイプ

抽象システム

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 連続体力学の仮定
  • ニュートンの運動法則
  • 微積分学の発展
  • ロバート・フックのような人物による物質特性に関する実験的研究

アプリケーション

  • 構造工学(橋梁、建築物、ダム)
  • 機械設計(エンジン部品、機体フレーム、着陸装置)
  • 材料科学(新規合金および複合材料の特性評価)
  • 地質力学(プレートテクトニクス運動と地滑りの解析)
  • 生体力学(骨や組織のモデリング)

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連分野:固体力学、応力、ひずみ、弾性、塑性、変形、構造解析、フックの法則。

歴史的背景

固体力学

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(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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