(1) SI單位、重力單位
機械工程上使用的單位中包含kgf等重力單位和SI單位。在SI中力的單位是牛頓(N),1N的定義是在1㎏的質量上施加1m/S2的加速度所得到的力。9.80665N是1kgf,可近似地將10N=1kgf,這樣可進行近似換算。
(2) 試驗力
是施加在試樣上的力,如果是SI單位,用kN、N、mN表示,重力單位時用tf、kgf、g、mg表示,英制單位時用lbf、kip等表示。
(3) 應力
在試樣的橫斷面(㎜2 )上施加的試驗力[N(kgf)]稱為應力。或稱單位面積上所加載的力為應力。一般應力的單位用N/㎜2 /(kgf/㎜2 )或Pa(帕斯卡)表示。
(4) 拉伸、壓縮力
如上圖,設拉伸、壓縮試驗力為F[N],試樣的A-A截面的面積為S[㎜2]。拉伸、壓縮應力σ(西格瑪)用以下公式表示: S F? ? [N/mm2]
(5) 剪切應力(剪切力)
上圖中試樣的A-A截面上,從截面左、右兩側所施加的力F[N] 沿截面方向剪切試樣的力叫做剪切力。 設剪切截面A-A的面積為S[㎜2]剪切應力τ用下列公式表示:

(6) 彎曲應力
彎曲應力是向試樣施加彎曲力的時候發生在試樣上的應力。試樣上的彎曲應力 根據其位置不同(加載施力點之間的距離)而不同,在試樣厚度方向產生應力階梯。(變形的曲率內側為壓縮,外側為拉伸。)應力計算根據試樣形狀由3點彎曲、4點彎曲專用公式計算,而且根據加載試驗力位置的不同而各異。
(7) 公稱應力
在試驗中用加載的試驗力F除以試驗前的橫截面積S所得單位面積上的力被稱為公稱應力σ0。
(8) 真應力
公稱應力忽略了加載試驗力時橫截面積的變形,因為它是用試驗加載力之前的面積去除的。加載試驗力后,隨著試樣的伸長,橫截面積就會減小。用變形中的實際橫截面積去除應力所得到的值稱為真應力。但是由于試驗中無法測量實際的橫截面積,根據試樣體積不變的特性可計算出橫截面積,計算使用下面的公式。其中σt是真應力,σ0為公稱應力,ε0是公稱應變。(公稱應變請參考下列的(12)項。)

(9) 應力集中
材料的截面形狀急劇變化的地方稱為缺口。如果在這個部位加載,會在局部產生很高的應力。這種現象稱為應力集中。
(10) 位移測量、位移計
在試樣上施加力后產生變形,如果將變形量作為X軸,加載的力作為Y軸,圖表所表示的圖形叫做S-S曲線(應力—應變曲線)。應變用相對初期試樣標距(標點間距離)變形的量的百分比表示。變形計分為非接觸攝像式和接觸式變形計(SG變形計)。一般稱變形計為引伸計。
(11) 標距(GL)
標距是用百分比表示試樣變形量時所使用的初期值。標距為50㎜、變形量為5㎜時,應變量為10%。試樣分為兩端被夾具所夾持的棒狀和板狀的部分和夾具 不夾持的部分。下圖是用于拉伸試驗的試樣在拉伸變形后的示意圖,包括夾持部分。
(12) 公稱應變
在試樣上施加外力 W(試驗力)后試樣被加載拉伸、壓縮力產生拉伸、壓 縮變形,試樣的形狀也隨之改變。假設力W是均勻分布在截面m-n上的,如果截面積為A,單位面積上的力即應力σ可用①表示。

用軸向的變形量(拉伸或壓縮)ΔL除以試樣的原始長度所得到的單位長度上的變形為應變(公稱應變),用②表示。

拉伸試驗力產生的變形叫做拉伸變形,壓縮試驗力 產生的變形叫做壓縮變形。
(13) 真應變
真應變是在試驗力載荷的各個瞬間相對標距的變形的集合。用εt表示真應變,設某時某點標距的微小變形為dL,微小應變就表示為dεt=dL/L。用此公式對從L0(初期標距)至L期間變形時的變形積分,所得到的結果如下所示,(用ε0表示公稱應變)
(14) S-S曲線
試驗力(應力)--變形曲線由標準試驗機(AUTOGRAPH、試驗機等) 的拉伸試驗、壓縮試驗所得,縱軸是試驗力(N或kgf),橫軸是與其相對的變形(㎜)。應力—變形曲線圖中,用公稱應力代替試驗力(用試驗前的截面積去除試驗力所得的值),用公稱應變代替變形(用原始長度去除變形所得的值)在坐標上取值。如 果提到公稱應力—變形曲線,一般是 指應力—應變曲線,多用于分析研究多種材料的性質并加以比較。試驗力—變形曲線和應力—應變曲線的差別僅在于取坐標的方法,曲線形狀相同。(這兩者都被稱為S-S曲線)
(15) 彈性模量
彈性模量一般是指縱向彈性系數。試驗力-變形曲線(S-S曲線)中,將施力點上的試驗力去除后變形恢復,試驗力點A叫做彈性限度,另外試驗力和變形成比例的直線部分中的試驗力點B稱為比例限度。(參考第(16)項的圖形)
彈性模量是根據HOOK法則、比例常數,用以下公式表示:
即彈性模量在比例限度以內表示的是試驗力和變形的直線的傾斜角。也就是說從試驗力—變形曲線圖(S-S曲線)找到比例限度并畫直線,求出其傾斜角。一 般來說,鋼材的彈性模量是:2.0~2.1×105 N/mm2(2.0~2.1×104 kgf/mm2);鋁的彈性模量是:1.2~2.1×105 N/mm2(1.2~1.8×104 kgf/mm2。彈性模量的單位多使用Pa、MPa、GPa表示。
他們之間的換算關系為:
1Pa = 1N/m2, 1MPa = 1×106Pa = 1×106N/m2 = 1N/mm2, 1GPa = 1×109Pa
(16) 屈服點、上屈服點、下屈服點、耐力、0.2%耐力
加大試驗力,當試驗力超過比例限度B或A時,會產生僅變形增加而載荷不 增加的屈服現象,此時的試驗力點被稱為屈服點。屈服點分為上屈服點和下屈服點,一般上屈服點只稱之為屈服點。屈服現象如下圖所示(各個名稱的定義參照JIS-Z2241)。屈服點是鋼材(硬鋼、軟鋼等)所的特征。如圖所示,當屈服點不出現時,用耐力作為與屈服點相當的值進行表示。耐力是剛開始產生一定量的變形時的試驗力。這種變形量一般使用的是0.2% 。但是材料的不同,任意變形量所對應的試驗力也不相同。在拉伸試驗中絕大部分材料如下圖所示關系,所以耐力就成為十分重要的參數。
(17) 試驗力
在試驗中使試樣產生一定比例的變形,施加到試樣上的試驗力是變化的。在試 驗中所得到的的試驗力叫做試驗力。
(18) 斷裂試驗力
對試樣進行拉伸,在某點上試樣被一分為二。這種現象叫做斷裂,此時的瞬間試驗力叫做斷裂試驗力。
(19) 斷裂伸長
對試樣進行拉伸,在某點上試樣被一分為二。這種現象叫做斷裂,此時的瞬間變形量叫做斷裂伸長。接觸式SG引伸計,為避免試樣斷裂時被損壞,在試樣斷裂之前要取下引伸計。
(20) 彈性區域
對輪胎橡膠或輪胎等進行拉伸等操作時要施加力,它們會被拉伸或產生變形,如果卸除這個試驗力,試樣會恢復到原始的形狀或位置。這種性質被稱為彈性。反之,象粘土那樣不能夠恢復原樣的特性叫做塑性。對試樣施加力,試樣能夠恢復到原始位置的彈性性質所對應的力和變形的范圍叫做彈性區域。
(21) 塑性區域
粘土一旦被擠壓或被彎曲后就保持變形后的形狀而不能還原,這種性質被稱為塑性。如果對試樣施加的試驗力超出彈性區域,試樣就無法恢復到原始的形狀。這種無法恢復到原始位置所對應的力和變形的范圍叫做塑性區域。一般金屬屬于塑性大的物質,所以根據這種特性可對其進行各種各樣的塑性加工。
(22) 變形能量
使試樣產生變形時,如果只存在彈性變形,由于不存在滯后,所儲存的變形能量都是用于恢復全部變形的能量(恢復變形能量)。但是如果存在滯后,就不是這樣了。即,應力—變形曲線為不同的曲線,存在只將被滯后包圍面積的能量向外發散(發散變形能量)的部分。
(23) 塑性應變比(r值)
r值是用拉伸試驗衡量金屬薄板的延性的指標。在塑性區域中,令試樣發生縱向變形時,用板厚方向的真正變形εT和板寬度方向的真正變形εw的比εw/εT來表示r值。因為在實際測量中,很難測量出板厚方向的變形εT,用測量板寬度變形ε代替,根據體積不變的條件求出r值。使用autograph試驗機,在平板試樣上安裝引伸計與寬度計,進行拉伸試驗,當變形達到在初始值中預設的拉伸位移(10%~20%)時根據寬度變形進行數據處理,計算出r值。

(W0:拉伸前試樣寬度;W::拉伸后試樣寬度; L0:標距; L:L0+增長量)。
通常,金屬的r值在1.5~3之間,r值高的材料延性好。r 值同n值一起是評價薄板材的成型加工性能的重要試驗方法,廣泛用于評價汽車的車身、果汁罐、啤酒罐等各種的成型加工材料的材質領域。與泊松比不同,原則上,彈性區域內的測量采用泊松比,塑性區域內的測量用r值。
(24) 加工硬化指數(n值)
可作為延性加工性能指標的特性評價值,也稱為「n價值」。它所表示的是在屈服點以上的塑性區域內,應力σ和變形ε的關系(曲線)與σ=Cεn近似的時候的指數n。如果加工硬化系數(n價值)越大,在發生局部收縮時的變形就會越大,延展性就越好。一般n值在0.15~0.45之間,但也有下列很具有代表性的例子。
鋁(軟)0.27、黃銅2種65/35(軟)0.55、18-8不銹鋼 0.50
(25) 泊松比
在材料的彈性極限內,縱方向施加試驗力(試驗力)時的縱向變形εl和橫向變形εω的比為泊松比。通常,用ν或1/m表示。ν=1/m=εl/εω,把逆函數m叫做泊松數。金屬材料的ν值大約在0.3~0.33。使用試驗機時,在矩形的平板試樣的縱向和橫向均粘貼應變片進行拉伸試驗,測量縱向的伸長量和橫向的縮小量,經過數據處理來求出泊松比。(因為在彈性區域寬度方向的變形量非常小,一般情況下使用寬度計時精度不夠的情況較多。)泊松比是材料在成形加工時所必要的參數,在金屬、塑料、復合材料等領域中被廣泛使用。在JIS,ASTM標準中對泊松比也有相應規定。
(26) 斷裂伸長率
作為測量金屬試樣的斷裂伸長的方法,是在試驗開始前事先在試樣上做標點標記。試驗結束后,把試樣的2個斷面對合測量標點間距離,計算變化率,其伸長值叫做斷裂伸長率。
(27) 應力速度
為能在試樣上施加固定增量的應力而對試驗力進行控制。主要用于金屬試樣的拉伸試驗。速度單位為N/mm2/sec或MPa/sec等。
(28) 應變速度
為能在試樣上施加固定增量的變形而對應變進行控制。主要用在高溫下的金屬拉伸試驗。速度單位用%/min來設定。為了在測量標點間變形的同時進行控制,必須使用引伸計。
(29) 中間試驗力
在拉伸試驗中,試樣在一定變形量的點上對應的試驗力或應力的值叫做中間試驗力。在同1個試驗中取3~5點的較多,99%中間試驗力就是指100%伸長點對應的的應力值。主要用于橡膠拉伸試驗。
(30) 中間變形
在試驗中達到一定試驗力時的點所對應的變形叫做中間變形。
(31) 脆性
在技術用語中稱物質的“脆”為「脆性」。用沖擊試驗可衡一定程度上脆性的大小。脆性破壞試驗使用擺錘沖擊試驗機,斷裂韌性試驗在彈性領域中使用KIC試驗(使用autograph或疲勞機進行),彈塑性領域使用J1C試驗(使用疲勞機進行試驗)。某些種類的鋼鐵材料在低溫下顯示出脆性。
(32) 冷間塑性
在未達到再結晶溫度下或在常溫下進行的加工叫做冷間加工。這是利用了塑性變形的特性進行的加工。由于冷間加工會使金屬被加工硬化,積蓄了殘留應力或變形能量,材料的性質變得比加工前不穩定。為了穩定性質將材料再次加熱到再結晶溫度,緩慢冷卻后淬火(加熱到某一溫度后保溫、緩慢冷卻)。冷間加工的例子有:冷間滾軋、拉絲、冷間鍛造成型等。
(33) 螺釘
日本國內原則上使用公制螺釘。可是,因為舊有慣例,至今還廣泛使用英制螺釘,這兩者區別不大。“公制螺釘”顧名思義就是表示螺釘的直徑。譬如,M3的公制螺釘是直徑3mm的螺釘。P表示螺釘的螺距。普通的螺絲螺距如下所示。(螺釘也包括細紋螺釘,外徑同樣但螺距不同。)
(34) D, φ, R
D,υ表示圓的直徑。所謂D20就是20mm的直徑的圓。 υ20也是同一道理。對此,所謂R10,就是半徑10mm。
(35) 硬度(HRc, HV, HB, HS)
硬度的定義:「某一物體的硬度是指在被其它物體擠壓時,對被擠壓物體抵抗變形的力大小」,但實際上硬度是通過比較「布氏硬度(HB)」、「肖氏硬度(HS)」、「洛氏硬度(HRC)」、「維氏硬度(HV)」的值而得到的。一般來說硬度大的材料強度和耐磨性都大,伸長率和延性小。而且硬度與拉伸強度密接相關,可通過以下方法大致推算出硬度值。拉強度kgf/mm2=0.101972N/mm2〓1/3HV、〓2.1×HS、〓3.2×HRC,或使用與HB,HS,HRC,HV數值的相關硬度換算表進行確認,如果只是大概的目標,如下列所示。
HV≒HB HS≒HB/10+12 HS≒HRC+15