材料力学

荷重(かじゅう)とは?【意味、単位、種類を分かりやすく解説】


投稿日:2019年3月22日 更新日:

荷重(かじゅう)とは、物体に働く力のことです。

外力とも言います。

単純に「力」と考えても良いでしょう。

この荷重は、材料力学を学ぶ上では重要な概念です。

本記事ではわかりやすく荷重について解説していきたいと思います。

荷重の読み方

荷重は「かじゅう」と読みます。

「にじゅう」「におも」などとは読みませんので、注意しましょう。

荷重の種類(作用形態)

力のかかる方向や形態によって、それぞれ名前がついており、下記のように分類されます。

  1. 引張荷重
  2. 圧縮荷重
  3. せん断荷重

順番に詳しく解説します。

引張荷重とは?

引張荷重
物体に伸び変形を発生させる方向に作用する荷重の事を引張荷重と言います。

圧縮荷重とは?

圧縮荷重
物体に縮み変形を発生させる方向に作用する荷重の事を圧縮荷重と言います。

せん断荷重とは?

せん断荷重
物体にせん断変形を発生させる方向に作用する荷重の事をせん断荷重と言います。

物体の面をずらす、物体を切断する方向にかかるような力の事です。

荷重の種類(速度)

  1. 静荷重
  2. 動荷重

静止状態でかかる荷重なのか、時間の経過とともに変化をする荷重なのかにより「静荷重」と「動荷重」に分類されます。

静荷重とは?

静荷重
テーブルの上に物体を置くと、テーブルや床に荷重がかかります。

この荷重は、時間が進んでも常に一定です。

このような静止状態での荷重の事を「静荷重」と言います。

動荷重とは?

  1. 衝撃荷重
  2. 繰返し荷重
  3. 交番荷重
  4. ランダム荷重

動荷重は、時間の経過とともに変化をするような荷重の事です。

動荷重は、どのように荷重が変化するのかにより「衝撃荷重」「繰り返し荷重」「交番荷重」「ランダム荷重」と、さらに細かく分類されます。

衝撃荷重とは?

動荷重の衝撃荷重
ハンマーで机を叩くと、机や床に瞬間的に荷重がかかります。

このような瞬間的に短い時間内に発生する荷重の事を「衝撃荷重」と言います。

繰り返し荷重とは?

動荷重の繰り返し荷重
荷重の大きさの変化が繰り返されるような荷重を「繰り返し荷重」と言います。

交番荷重とは?

動荷重の交番荷重
繰り返し荷重の中でも、荷重の向きが交互に繰り返されるものを「交番荷重」と言います。

つまり、引張荷重と圧縮荷重が交互に繰り返されるような荷重の事です。

ランダム荷重とは?

荷重の大きさがランダムに変動するような荷重の事を「ランダム荷重」と言います。

荷重の単位

SI単位系:N(ニュートン)
工学単位系:kgf(キログラム重)

荷重は力ですので、SI単位系での単位は「N(ニュートン)」になります。

現在の主流はこのSI単位系です。

ただ、工学単位系もまだ使われることもあり、その場合は「Kgf(kg重)」です。

「1kgf」と「1N」は同じでは無いので注意が必要です。

Kgf(キログラム重)とN(ニュートン)の単位換算

kgf(キログラム重)に重力加速度gをかけるとN(ニュートン)になります。

F = 1[kgf] x g
F = 1[kgf] x 9.81[m/s^2]
F = 9.81[N]

上記計算式のとおり、1kgfは9.81Nとなります。

ニュートンをkgfに単位換算する場合は、ニュートンを重力加速度で割れば良いです。

1 [N] / 9.81 [m/s^2] = 0.102 [kgf]

上記の計算式の通り1Nは約0.102kgfとなります。

荷重は英語では何と言うか?【loadと言います】

荷重は英語では「load」と言います。

荷重とは?【まとめ】

荷重まとめ

最後にまとめです。

荷重(かじゅう)とは、物体に働く力のことです。

外力とも言います。

SI単位系:N(ニュートン)
工学単位系:kgf(キログラム重)

単位は上記の通りです。

  1. 引張荷重
  2. 圧縮荷重
  3. せん断荷重

力のかかる方向や形態で、「引張荷重」「圧縮荷重」「せん断荷重」分類されます。

  1. 静荷重
  2. 動荷重

静止状態でかかる荷重なのか、それとも時間の経過とともに変化をするような荷重なのかで「静荷重」「動荷重」の2つに分類されます。

  1. 衝撃荷重
  2. 繰返し荷重
  3. 交番荷重
  4. ランダム荷重

動荷重は、どのように荷重が変化するのかにより「衝撃荷重」「繰り返し荷重」「交番荷重」「ランダム荷重」と、さらに細かく分類されます。

今回は、荷重についてまとめました。

製品設計時は、実際に製品がどのような方向にどのような荷重を受けるのかを考えながら、強度的に問題の無いように設計していく必要があります。

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