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比強度は、材料（または筋肉）の強度（破壊時の単位面積あたりの力）を密度で割ったものです。これは、強度対重量比、強度/重量比、強度対質量比とも呼ばれます。繊維または織物の用途では、強度が比強度の通常の尺度です。比強度のSI単位はPa ⋅ m 3 / kg、またはN ⋅m/kgで、これはm 2 /s 2と寸法的に等価ですが、後者の形式はほとんど使用されません。比強度は比エネルギーと同じ単位を持ち、物体が遠心力によって飛び散ることなく持つことができる最大の比回転エネルギーに関連しています。
比強度を表す別の方法は、破断長、または自己支持長とも呼ばれます。これは、上部のみで支えられた場合に、自身の重量を支えられる垂直柱の最大長さです (断面が固定されていると仮定)。この測定では、重量の定義は、地球の表面の重力(標準重力、 9.80665 m/s 2 ) であり、高さとともに減少するのではなく、材料の全長に適用されます。この用法は、特定の特殊繊維または織物の用途でより一般的です。
最も高い比強度を持つ材料は、通常、炭素繊維、ガラス繊維、さまざまなポリマーなどの繊維であり、これらは複合材料（ 炭素繊維エポキシなど）の製造に頻繁に使用されます。これらの材料と、チタン、アルミニウム、マグネシウム、高強度鋼合金などの他の材料は、重量削減が材料コストの高騰に見合う 航空宇宙およびその他の用途で広く使用されています。
強度と剛性は異なることに注意してください。どちらも、効率的で安全な構造の設計において重要です。
破断長さの計算
ここで長さ、引張強度、密度、重力加速度（m/s ） です。
例
この表のデータは最良のケースから得られたもので、大まかな数値を示すために作成されています。
注: 多層カーボンナノチューブは、これまで測定されたどの材料よりも高い引張強度を持ち、研究室では63GPaの引張強度で製造されていますが、[36]それでも理論限界の300GPaを大きく下回っています。引張強度が発表された最初のナノチューブロープ（長さ20mm）の強度は3.6GPaで、それでも理論限界を大きく下回っています。[41]密度は製造方法によって異なり、最低値は0.037または0.55（固体）です。[37]
「ユリ」と宇宙テザー
国際宇宙エレベーターコンソーシアムは、比強度を表すSI単位の名称として「ユーリ」を使用しています。比強度は、宇宙エレベーターのケーブル材料を説明する上で基本的に重要です。1ユーリは、張力を受けた材料の密度あたりの降伏応力（または破断応力）のSI単位であると考えられています。1ユーリは1 Pa⋅m 3 /kgまたは1 N ⋅ m / kgに相当し、これは張力を受けたケーブルの線密度あたりの破断/降伏力です。 [42] [43] 機能的な地球宇宙エレベーターには、30〜80メガユーリ（破断長3100〜8200 kmに相当）のテザーが必要です。[44]
比強度の根本的な限界
ゼロエネルギー条件は、あらゆる材料の比強度に根本的な制限を課す。[40]比強度はc 2 ≈以下に制限される。9 × 10 13 kN ⋅ m / kg、ここでc は光速です。この限界は、電界と磁界の線、QCDフラックスチューブ、および弦理論によって仮定された基本弦によって達成されます。[要出典]
粘り強さ（繊維強度）
強度は、繊維または糸の強度を測る一般的な尺度です。通常は、繊維の最大（破断）強度（グラム重単位）をデニールで割った値として定義されます。デニールは線密度の尺度であるため、強度は単位面積あたりの力の尺度ではなく、むしろ比強度に類似した準無次元の尺度となります。[45] 強度は次式に相当します。[要出典] 強度はほとんどの場合、レポートでは cN/tex として表されます。
参照
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外部リンク
- 比剛性 - 比強度チャート、ケンブリッジ大学工学部