ポアソン比・・・。
プロダクトデザインや樹脂設計、金属部品の設計など、多くの分野で耳にする言葉ですよね？
「ポアソン比」という言葉からは、一体何のことなのか全く想像もつきません。
それもそのはず、ポアソン比とはフランスの物理学者「シメオン・ドニ・ポアソン」から名付けられたなの言葉です。
このページでは、ポアソン比とは何なのかを誰にでも分かりやすく解説していきます。
苦手意識をなくして、簡単に学んでいきましょう。
- ポアソン比とは何なのか
- ポアソン比の計算方法
- 主な物質のポアソン比
- ポアソン比とヤング率の違い
ポアソン比とは何か
ポアソン比を理解するには、ひずみとは何かを理解する必要があります。
では、イメージが湧きやすいように、簡単に解説していきますね。
上図のようなゴムの丸棒をイメージして考えてください。
引っ張ったり、圧縮したりすると、物体が伸びたり縮んだりしますよね？
このように、物体に力を加えた際に発生する伸び縮みの比率を「ひずみ」と表現するのです。
ゴムの丸棒を軸方向引っ張ると、当時に、直径方向には縮みが生じます。
これを（引張ひずみ）と言います。
逆に、軸方向に圧縮した場合、直径方向は膨らみが生じます。
これを（圧縮ひずみ）と言います。
縦ひずみと横ひずみからポアソン比を理解する
引張ひずみも圧縮ひずみも、軸方向と直径方向にひずみが生じることが理解できますよね？
軸方向のひずみを（縦ひずみ）
直径方向のひずみを（横ひずみ）と言います。
＊ひずみを表す記号は、ギリシャ文字のイプシロン（ε）です。
この「縦ひずみと横ひずみの比率」が「ポアソン比」なのです。
「縦ひずみと横ひずみの比率」＝「ポアソン比」
ひとまず、これだけ覚えておければ大丈夫です。
ポアソン比を求めること自体は、プロダクトデザインや、製品設計をする際にそれほど重要な事ではありません。
では、ポアソン比はどのように活用するのでしょうか？
気になる方はこのまま読み進めてくださいね。
プロダクトデザイン・製品設計で役立つポアソン比の活用方法
ポアソン比の数値は物質固有の数値であり、主な用途はCAE（Computer Aided Engineering）などで構造解析作をするために、材料物性値にポアソン比を入力して使用することになります。
つまり、コンピューターが物質の挙動を正確に解析するためには必要不可欠な数値であると言えます。
CAEで正しい解析結果を求めるために、ポアソン比は適切な数値を入力するように心がけましょう。
構造解析では、材料固有の正しい物性値を入力する必要があります。
使用材料のポアソン比がわからないときは材料メーカーに問い合わせ、正確な値を入力して解析作業を行って下さいね。
ポアソン比の計算方法
ポアソン比のイメージがついたところで、ポアソン比の計算方法を見ていきましょう。
プロダクトデザインや製品設計をするにあたって、ポアソン比の求め方を覚える必要はありません。
ポアソン比の意味が分かる程度に、軽く知っておくだけで大丈夫です。
ポアソン比を求めるには、物体を伸ばしたときや圧縮したときの変化量（⊿Lと⊿D）を調べる必要があります。
・伸び縮みした長さを（⊿L）
・伸び縮みによって発生した径方向の変化量を（⊿D）で表します。
ポアソン比の計算式は下記の通りです。
＊ポアソン比を表す記号はギリシャ文字のニュー(ν)です。
ここまで理解できたあなたは、ポアソン比マスターです。
この先は、主な材料のポアソン比を簡単にまとめています。
代表的な物質のポアソン比
プロダクトデザイン、製品設計に使用する代表的な物質のポアソン比をまとめました。
表に記載しているポアソン比は代表的な数値です。
＊ポアソン比は物質の固有値のため、材料のグレードによって若干の違いが生じます。
正確なポアソン値を知るには材料メーカーに問い合わせをかけましょう。
代表的な樹脂のポアソン比一覧
| 材質 | ポアソン比 |
|---|---|
| AS | 0.35 |
| ABS | 0.35〜0.38 |
| PE | 0.3〜0.46 |
| PP | 0.4 |
| PS | 0.34〜0.38 |
| PMMA | 0.39 |
| PVC | 0.37〜0.39 |
| PA6 | 0.35〜0.38 |
| PA66 | 0.3 |
| PBT | 0.35〜0.4 |
| PC | 0.35〜0.39 |
| PET | 0.4 |
| POM | 0.32〜0.38 |
| PPE | 0.36 |
| PEEK | 0.4 |
| PPSU | 0.43 |
| PESU | 0.41 |
| PPS | 0.34〜0.4 |
| PSU | 0.37〜0.43 |
| PAI | 0.39〜0.45 |
| PAR | |
| LCP | 0.4〜0.5 |
| 天然ゴム | 0.5 |
代表的な金属のポアソン比
| 材質 | ポアソン比 |
|---|---|
| 鉄（軟） | 0.293 |
| 鉄（鋳） | 0.27 |
| 鉄（鋼） | 0.28〜0.3 |
| アルミニウム | 0.345 |
| マグネシウム | 0.35 |
| 純チタン | 0.34 |
| チタン合金 | 0.33 |
| 金 | 0.44 |
| 銀 | 0.367 |
| 銅 | 0.343 |
| 無酸素銅 | 0.34 |
| 鉛 | 0.44 |
| 真鍮（黄銅） | 0.35 |
| 白金 | 0.377 |
| タングステン | 0.28 |
ポアソン比のおさらい
お疲れさまでした。
これでポアソン比をバッチリ理解できましたね。
最後にもう一度、ポアソン比についておさらいしておきましょう。
ポアソン比とは
・縦ひずみと横ひずみの比率
ひずみとは
・物体に力を加えた際に発生する「伸び縮みの比率」
正確なポアソン比を知ることは、プロダクトデザインには欠かせない構造解析等、CAEを使用したシミュレーションにとても役立ちます。
これからも、プラスチックの特性をどんどん学んでいきましょう！
