ヤング率 — CAE用語解説

ざっくり言うと「材料の硬さ」を表す数値だ。引っ張ったときに、応力とひずみが比例する弾性域での比例定数がヤング率Eだ。値が大きいほど同じ力でも変形しにくい。

鋼は約200GPa、アルミ合金は約70GPa、チタンは約110GPa、ゴムだと数MPa程度だ。フックの法則で書くとこうなる。

断面形状が同じならその通り。だから自動車のアルミ化では板厚を増やして剛性を確保する設計が必要になる。ただしアルミは密度が鋼の約1/3だから、板厚を増やしても軽量化のメリットが残ることが多いんだ。

変位が丸ごとスケーリングされるから、結果が全くの的外れになるよ。よくあるミスは単位の間違いで、GPaとMPaを取り違えると結果が1000倍ずれる。固有振動数もヤング率のルートに比例するから、モーダル解析でもヤング率の精度は重要だ。

いい着眼点だ。CFRPのような直交異方性材料だと、繊維方向と垂直方向でヤング率が全く違う。繊維方向で150GPa、直角方向で10GPa程度になることもある。独立した弾性定数が9個必要になるから、材料データの取得がとても大変なんだよ。