降伏応力・とは？初心者でも分かるやさしい解説共起語・同意語・対義語も併せて解説！

この記事を書いた人

高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

降伏応力とは何か

降伏応力は、材料が外力を受けたときに「元の形に戻れなくなる境界となる力の強さ」を表す指標です。固体は力を引き伸ばすと最初は弾性変形（元に戻る変形）をしますが、ある力を超えると塑性変形に移ります。この「ある力」を示すのが降伏応力です。

身近な例として、金属の棒をぐっと引っぱると、伸びる方向に少し変形します。力を増やしていくと、弾性域はまっすぐ戻る範囲ですが、降伏応力を超えたときには元の形には戻りにくく、長くなったり曲がったりします。これが設計上の重要ポイントです。

降伏応力と降伏点の違い

一部の材料には「降伏点」と呼ばれるはっきりした点があり、その値をそのまま降伏応力と呼ぶこともあります。しかし多くの材料では降伏ははっきりせず、0.2%のひずみを超える点を降伏応力としてみなすオフセット法などで測定します。

降伏応力の測定方法

最も一般的なのは「引張試験（テンソ試験）」です。試験片を引張り、荷重と伸びを連続的に測定して材料の応力-ひずみ曲線を作ります。曲線には弾性域と塑性域があり、弾性域は直線的に上がり、降伏すると曲線が少し緩やかになります。0.2%オフセット法は、降伏がはっきりしない材料で降伏応力を定義する標準的な方法です。

単位と数値の目安

降伏応力は主に「MPa（メガパスカル）」という単位で表します。1 MPa は 1 N/mm^2 に相当します。身近な金属の目安は次のとおりです。鋼は約250 MPa 前後、アルミ合金は200〜300 MPa 前後、チタンは800〜1000 MPa 程度。材料によって大きく異なるため、用途に合わせて選ぶとよいです。

設計における意味

部品を設計するときには、降伏応力を超えないように設計荷重を決めます。なぜなら、降伏応力を超えると部品は永久変形を起こし、形状や大きさが変わってしまうからです。実務では通常、安全率（ファクター・オブ・セーフティ）を設定し、荷重が降伏応力に近づかないように設計します。

実際の計算のイメージ

例えば、断面積が約78.5 mm^2 の鋼の棒があり、降伏応力が 250 MPa だとします。降伏時に想定される力は F = 降伏応力 × 面積なので、F ≈ 250 MPa × 78.5 mm^2 ≈ 19.6 kN です。これは設計時に「この棒が地面に引っ張られたとき、何ニュートンまでなら元に戻るのか」を示す目安になります。

材料の例と表での比較

以下は代表的な材料の目安です。数値は材料の状態によって変わります。あくまで目安として捉えてください。

材料	降伏応力の目安（MPa）	用途の例
普通鋼（低炭素鋼）	約250	自動車部品、建築部材など
アルミニウム合金（例：6061-T6）	約275	航空機部材、自動車部品
銅系材料	約70〜100	電気部品、装飾材
チタン合金	800〜1000	医療機器、航空宇宙部品

最後に覚えておきたいポイント

降伏応力は材料の耐力を示す基本的な指標であり、設計や品質管理の根幹を支えます。材料を選ぶときには、仕事で受ける荷重と形状、そして長寿命化の観点から降伏応力をチェックします。また、実際には降伏応力だけでなく、降伏点、極限強度、延性、靭性などの指標も合わせて評価することが大切です。

降伏応力の同意語

降伏強度: 材料が弾性域を抜けて塑性変形を始めるときの応力。英語の yield strength に相当し、JIS や ISO の表で最も一般的に使われる同義語です。
降伏点応力: 降伏点に対応する応力のこと。降伏点はひずみ曲線上の転換点で、そこに対応する応力が降伏点応力です。
降伏限界: 材料が降伏を起こすとみなされる応力の別表現。文献によっては降伏強度と同義で使われます。
屈服応力: 降伏とほぼ同義で用いられる表現。材料が塑性変形を始めるときの応力を指します。
塑性変形開始応力: 材料が塑性変形を開始する時点の応力を、直感的に表現した言い方です。
降伏応力値: 降伏応力の数値そのものを指す表現。設計や仕様書などで用いられます。

降伏応力の対義語・反対語

弾性限界: 材料が弾性の範囲内で変形できる最大応力。これを超えると塑性変形が始まり、元の形状に戻らなくなる。降伏応力とは別の境界概念として対比的に理解されることが多い。
弾性域: 材料が弾性の範囲で変形する領域。応力を取り除けば元の形状に戻る。降伏応力が現れる前の領域として、降伏応力の対局に位置づけられる。
引張強度（極限強度）: 材料が引張り荷重を受けて耐えられる最大応力。降伏後の塑性変形を経た後に到達する最終的なピークではなく、破断前の最大値として扱われることが多い。
破断応力: 材料が破断する直前の応力。降伏後の塑性変形を経た先に到達する、最終的な破壊点の指標となることが多い。
延性: 大きく塑性変形できる性質。降伏後も大きく変形を続けられる柔軟さを示し、脆性の対義概念として語られることが多い。
脆性: 比較的少ない塑性変形で破断する性質。降伏前に急に破断する場合があり、延性とは対照的な挙動を指す。