応力とひずみ
応力とひずみ
材料が荷重にどのように応答するかを理解する
機械部品に加えられた力は、単なる外力のまま存在し続けるわけではありません。
力が構造内部に入ると、その力は材料を通して伝達されます。部品内部の任意の断面には内力が発生し、その内力によって応力が生じます。
材料はその応力に応答して、形状や寸法を変化させます。この応答をひずみと呼びます。
したがって、基本的な力学的な流れは次のようになります。
External Load
→ Internal Load
→ Stress
→ Strain
→ Deformation
→ Structural Response
この関係によって、力学で扱う外力と、実際の材料挙動がつながります。
軸にはトルクが伝達されます。
ブラケットには曲げ荷重が作用します。
ボルトは締付けによって引張られます。
フレームは機械重量によって変形します。
刃物には繰返し曲げ荷重が作用します。
どのような場合でも、重要なのは単にどれだけの力が加わっているかということだけではありません。
より本質的な問いは、
その力が材料内部でどのように分布し、材料がどれだけ変形し、その状態が構造として許容できる範囲にあるか
ということです。
1. 応力とは何か
応力とは、材料が外部荷重に抵抗するときに材料内部に発生する内力の強さを表す量です。
単純な軸方向荷重の場合、
σ = F / A
となります。
ここで、
σ = 垂直応力
F = 軸方向力
A = 断面積
です。
応力のSI単位は、
Pa = N/m²
です。
機械工学では一般的に、
MPa = N/mm²
がよく使用されます。
例えば、20,000 Nの引張力が100 mm²の断面積によって支えられている場合、
σ = 20,000 / 100 = 200 MPa
となります。
重要なのは、応力と力は同じものではないという点です。
力は、作用する全体的な機械荷重を表します。
一方、応力は、その荷重を材料がどれだけ集中的に負担しているかを表します。
2. 力と応力は異なる物理量である
同じ引張力を受ける二つの棒を考えます。
F = 10,000 N
棒A：
A = 100 mm²
棒B：
A = 50 mm²
棒Aでは、
σA = 10,000 / 100 = 100 MPa
棒Bでは、
σB = 10,000 / 50 = 200 MPa
となります。
外力は同じですが、棒Bに発生する応力は棒Aの2倍になります。
ここから、構造力学における基本的な関係が分かります。
荷重だけでは材料に要求される性能は決まりません。形状が、その荷重がどのように分布するかを決定します。
したがって、
External Load + Geometry → Stress
という関係になります。
これは、剛体力学から材料力学へ移行する際の最も重要な概念の一つです。
3. ひずみとは何か
ひずみは、材料の相対的な変形量を表します。
軸方向に変形する部材では、
ε = ΔL / L₀
となります。
ここで、
ε = 垂直ひずみ
ΔL = 長さの変化量
L₀ = 初期長さ
です。
ひずみは長さと長さの比であるため、物理的な単位を持ちません。
一般的には、
無次元
mm/mm
μm/m
%
などで表されます。
例えば、長さ1,000 mmの棒が1 mm伸びた場合、
ε = 1 / 1000 = 0.001
となり、
ε = 0.1%
です。
つまりひずみは、部品の元の寸法に対してどの程度変形したかを表しています。
4. 応力とひずみは同じ現象の異なる側面を表す
応力は、材料内部に与えられる力学的な負担を表します。
ひずみは、その負担に対して材料がどのように変形したかを表します。
この違いは次のように整理できます。
Stress → 材料がどれだけの負荷を受け持っているか
Strain → 材料がどのように変形したか
同じ応力を受けても、材料によって生じるひずみは大きく異なります。
これは材料によって剛性が異なるためです。
例えば、鋼とゴムに同じ引張応力を加えた場合、ゴムの方が鋼よりはるかに大きく変形します。
したがって、応力だけでは変形量を決定することはできません。
材料特性も同時に考慮する必要があります。
5. 垂直応力
垂直応力は、断面に対して垂直方向に作用します。
垂直応力には引張応力と圧縮応力があります。
軸方向荷重では、
σ = F / A
です。
引張応力
引張力は、材料を引き離そうとする力です。
部材は長くなります。
圧縮応力
圧縮力は、材料を押し縮めようとする力です。
部材は短くなります。
理想的に中心へ作用する軸方向荷重では、垂直応力は断面全体にほぼ均一に分布すると考えることができます。
しかし実際の機械部品には、
偏心荷重
穴
段差
ねじ
溶接部
形状の不連続部
などが存在し、単純な応力分布とは異なる状態になります。
6. せん断応力
せん断応力は、表面または断面に対して平行方向に作用します。
単純な平均せん断状態では、
τ = V / A
となります。
ここで、
τ = せん断応力
V = せん断力
A = せん断面積
です。
せん断応力は、機械の多くの要素に発生します。
例えば、
ボルト
ピン
リベット
キー
スプライン
溶接部
接着接合部
ねじりを受ける軸
などです。
垂直応力が材料を引張ったり圧縮したりするのに対して、せん断応力は隣接する材料層を互いにずらそうとします。
7. 垂直ひずみ
垂直ひずみは、特定方向における伸びまたは縮みを表します。
ε = ΔL / L₀
引張変形では、
ε > 0
圧縮変形では、
ε < 0
となります。
この符号によって、変形状態を数学的に表現できます。
実際の3次元構造では、x、y、z方向に同時にひずみが発生することがあります。
したがって、完全なひずみ状態は一つのスカラー値だけでは表せません。
8. せん断ひずみ
せん断ひずみは、材料の角度変化を表します。
元々長方形であった微小要素の直角が変化した場合、その角度変化をせん断ひずみ γ と呼びます。
小変形の場合、
γ ≈ Δx / h
となります。
ここで、
γ = せん断ひずみ
Δx = 相対変位
h = 初期高さ
です。
せん断ひずみは通常ラジアンで表します。
円形軸のねじりでは、せん断ひずみは半径方向の位置によって異なります。
軸中心付近ではせん断変形は小さく、外周表面で最大になります。
9. 応力がひずみを発生させる
多くの工業材料では、弾性範囲内において応力とひずみはほぼ比例します。
一軸荷重の場合、
σ = Eε
となります。
これはHookeの法則です。
ここで、
E = Young率
σ = 垂直応力
ε = 垂直ひずみ
です。
Young率は材料の剛性を表します。
Eが大きい材料では、同じひずみを発生させるために大きな応力が必要です。
Eが小さい材料では、比較的小さな応力でも大きく変形します。
つまり、
High E → High Stiffness
Low E → High Compliance
となります。
これは材料強度とは異なる概念です。
材料は剛性が高くても強度がそれほど高くない場合があり、逆に強度が高くても比較的柔軟な場合があります。
10. Young率と構造剛性
Young率は材料固有の特性です。
しかし実際の機械部品の剛性は、
Material + Geometry
によって決まります。
単純な軸方向部材では、
δ = FL / AE
となります。
ここで、
δ = 軸方向変形量
F = 力
L = 長さ
A = 断面積
E = Young率
です。
この式から、変形量は、
荷重が大きいほど増加する
部材が長いほど増加する
一方、
断面積が大きいほど減少する
Young率が高いほど減少する
ことが分かります。
したがって、構造剛性は材料の剛性だけでは決まりません。
形状設計が不適切な鋼構造より、適切に設計されたアルミニウム構造の方が変形を小さくできる場合もあります。
11. Poisson比
材料を一方向に引張ると、通常、それと垂直な方向には収縮が起こります。
この関係をPoisson比で表します。
ν = −εtransverse / εlongitudinal
ここで、
ν = Poisson比
εtransverse = 横ひずみ
εlongitudinal = 縦ひずみ
です。
例えば、棒をx方向に引張ると、
x方向には伸びる
y方向には一般的に縮む
z方向にも一般的に縮む
ことになります。
つまり、単純な一方向荷重であっても、実際の変形は本質的には3次元です。
Poisson効果は、
接触問題
圧入
厚肉構造
シール
有限要素解析
多軸応力状態
などで重要になります。
12. せん断弾性係数
せん断応力とせん断ひずみの弾性関係は、
τ = Gγ
となります。
ここで、
G = せん断弾性係数
τ = せん断応力
γ = せん断ひずみ
です。
等方性弾性材料の場合、
G = E / [2(1 + ν)]
という関係があります。
したがって、線形等方弾性材料では、Young率、せん断弾性係数、Poisson比は互いに独立した値ではありません。
これらの関係が線形弾性論の基礎となります。
13. 応力－ひずみ曲線
材料挙動を理解するうえで最も重要なものの一つが応力－ひずみ曲線です。
引張試験では、ひずみが増加するにつれて応力がどのように変化するかを測定します。
多くの延性金属では、概念的に次の領域に分けることができます。
Elastic Region
→ Yielding
→ Plastic Deformation
→ Strain Hardening
→ Ultimate Tensile Strength
→ Necking
→ Fracture
それぞれの領域は、異なる材料応答を表します。
この曲線が重要なのは、部品が破断していなくても、すでに許容できない変形状態に達している可能性があるためです。
14. 弾性変形
弾性領域での変形は、荷重を取り除くと元に戻ります。
荷重を除去すると、
Strain → 0
となり、部品はほぼ元の形状に戻ります。
線形弾性状態では、
σ = Eε
が成立します。
一般的な機械部品は、基本的にこの弾性領域内で使用されるよう設計されます。
ただし、弾性変形だから変形量がゼロという意味ではありません。
これは重要な点です。
軸が完全に弾性範囲内にあったとしても、たわみが大きすぎれば、
ベアリングの芯ずれ
シール漏れ
切断精度低下
ギヤかみ合い不良
振動
部品同士の干渉
などが発生する可能性があります。
したがって、
Elastic does not automatically mean acceptable.
弾性状態であることと、機能上許容できることは同じではありません。
15. 降伏と塑性変形
応力が材料の降伏強さを超えると、永久変形が始まります。
荷重を取り除いても、
Strain ≠ 0
となり、一部の変形が残ります。
これを塑性ひずみと呼びます。
全ひずみは概念的に、
εtotal = εelastic + εplastic
と表すことができます。
降伏以前では塑性ひずみはほぼゼロですが、降伏後には塑性ひずみが増加します。
多くの機械部品では、破断していなくても最初の降伏そのものが構造的な故障とみなされることがあります。
例えば、
精密軸
刃物ホルダー
ガイド構造
機械フレーム
ベアリング嵌合部
などが永久変形すると、材料が破断する前に機械として使用できなくなる可能性があります。
16. 降伏強さと引張強さ
よく混同される代表的な材料強度値に、
Yield Strength
大きな永久変形が始まる応力。
Ultimate Tensile Strength
引張試験中に到達する最大の工学応力。
があります。
この二つは異なる意味を持ちます。
多くの機械設計では、永久変形を防ぐ必要があるため、引張強さよりも降伏強さが直接的に重要になる場合があります。
破断だけが故障ではありません。
過大な永久変形によって、部品が機能を失う場合もあります。
17. 公称応力と真応力
通常の引張試験データでは、公称応力が使用されます。
σe = F / A₀
ここでA₀は初期断面積です。
しかし、試験片が伸びるにつれて断面積は変化します。
真応力では、現在の断面積を使用します。
σt = F / A
ここでAは、その時点での断面積です。
塑性変形が小さい範囲では、公称応力と真応力の差は比較的小さいことがあります。
しかし、大きな変形やネッキングが発生するとその差は大きくなります。
この区別は、
金属成形
大変形解析
塑性解析
非線形有限要素解析
などで特に重要です。
18. 公称ひずみと真ひずみ
公称ひずみは、
εe = (L − L₀) / L₀
です。
真ひずみは、変化していく長さを連続的に考慮し、
εt = ln(L / L₀)
で表されます。
小さなひずみでは、公称ひずみと真ひずみはほぼ同じです。
しかし、大変形ではその差が重要になります。
したがって、使用するひずみの定義は解析対象に応じて選択する必要があります。
一般的な機械構造で小さな弾性変形を扱う場合には、公称ひずみで十分な場合が多くあります。
19. 曲げ応力とひずみ
曲げを受けるはりでは、垂直応力は断面内で一様ではありません。
弾性曲げでは、
σ = My / I
となります。
ここで、
M = 曲げモーメント
y = 中立軸からの距離
I = 断面二次モーメント
です。
中立軸では応力は0となり、中立軸から離れるほど応力は大きくなります。
一般的に最大応力は最外表面で発生します。
ひずみの分布も同様です。
弾性状態では、
ε = σ / E
となります。
したがって、はりの一方の側には引張ひずみが発生し、反対側には圧縮ひずみが発生します。
つまり曲げとは、本質的には断面内に引張と圧縮のひずみが空間的に分布する現象です。
20. ねじり応力とひずみ
トルクを受ける円形軸には、せん断応力が発生します。
τ = Tr / J
ここで、
T = トルク
r = 半径方向距離
J = 極断面二次モーメント
です。
弾性状態では、
τ = Gγ
となります。
せん断応力とせん断ひずみは、
軸中心付近ではほぼ0
外周表面で最大
となります。
このため、軸径はねじり性能に非常に大きな影響を与えます。
21. 熱ひずみ
ひずみは、機械的な力が加わらなくても発生します。
温度が変化すると、材料は膨張または収縮します。
拘束されていない自由熱膨張では、
εth = αΔT
となります。
ここで、
εth = 熱ひずみ
α = 線膨張係数
ΔT = 温度変化
です。
材料が自由に膨張できる場合、熱ひずみは発生しても大きな熱応力は発生しません。
しかし、膨張が拘束されると応力が発生します。
完全拘束された一方向弾性状態では概略的に、
σth ≈ EαΔT
となります。
ここで重要なのは、温度変化そのものが必ず応力を発生させるわけではないということです。
拘束が熱膨張を熱応力へ変換します。
22. 応力集中
単純な式、
σ = F / A
で求められるのは平均応力です。
実際の機械部品では、完全に均一な形状であることはほとんどありません。
例えば、
穴
溝
ねじ
キー溝
鋭い角
段差
溶接止端部
ノッチ
などがあります。
これらの形状によって局所的な応力場が乱れ、最大応力が公称応力よりはるかに大きくなることがあります。
この効果を応力集中係数によって表します。
Kt = σmax / σnominal
したがって、
σmax = Kt σnominal
となります。
応力集中は特に疲労において重要です。
疲労き裂は局所応力が高い場所から発生することが多いためです。
23. 応力は局所量である
部品全体に「一つの応力」が存在するわけではありません。
同じ部品の内部でも、位置によってまったく異なる応力状態になる場合があります。
さらに、同じ一点であっても、どの方向の面を見るかによって応力は変化します。
3次元の応力状態には、
σx
σy
σz
τxy
τyz
τzx
などがあります。
これらを合わせて、その点における局所的な応力状態を表します。
したがって、
「この部品の応力は150 MPaである」
という表現だけでは十分ではありません。
さらに、
どの応力か、どの位置か、どの方向か
を確認する必要があります。
これは高度な構造解析や有限要素解析では特に重要です。
24. 応力テンソル
完全な3次元応力状態は、応力テンソルで表すことができます。
σ =
σx | τxy | τxz |
|---|---|---|
τyx | σy | τyz |
τzx | τzy | σz |
古典的な連続体力学においてモーメント平衡が成立する場合、
τxy = τyx
τyz = τzy
τzx = τxz
となります。
したがって応力テンソルは対称になります。
この表現によって、複雑な多軸荷重状態を体系的に扱うことができます。
25. ひずみテンソル
ひずみにも方向成分とせん断成分があります。
3次元のひずみ状態は、
εx
εy
εz
γxy
γyz
γzx
などによって表されます。
ひずみテンソルは、微小な材料要素の、
長さ
幅
高さ
角度
がどのように変化するかを表します。
したがって、固体の変形とは本質的に材料内部に分布する場です。
単純に、
「部品が0.5 mm変形した」
というだけでは完全には説明できません。
部品内部では場所によって変形量も方向も異なります。
26. 主応力
ある一点の応力状態には、せん断応力が0になる特定の面方向が存在します。
その面に作用する垂直応力を主応力と呼びます。
3次元では通常、
σ₁ ≥ σ₂ ≥ σ₃
と表します。
主応力が重要なのは、多くの破損判定基準が主応力を直接または間接的に使用するためです。
主応力を用いることで座標系への依存性を取り除き、その材料点に固有の応力状態を表すことができます。
27. 相当応力とvon Mises応力
多軸荷重を受ける延性材料では、一つの垂直応力成分だけを見て降伏を判断することはできません。
そこでよく使用されるスカラー量がvon Mises相当応力です。
主応力を使用すると、
σv = √{[(σ₁ − σ₂)² + (σ₂ − σ₃)² + (σ₃ − σ₁)²] / 2}
となります。
延性材料の降伏は一般的に、
σv
を材料の降伏強さと比較して評価します。
有限要素解析でvon Mises Stressが主要な結果として表示されることが多いのはこのためです。
ただし、von Mises応力は、
「ある一方向に実際に存在する応力」ではありません。
延性材料の降伏を評価するための等価なスカラー値です。
28. ひずみエネルギー
弾性材料が変形すると、その内部にエネルギーが蓄積されます。
線形弾性の一軸状態では、単位体積当たりのひずみエネルギーは、
u = 1/2 σε
となります。
Hookeの法則を用いると、
u = σ² / 2E
または、
u = Eε² / 2
と表せます。
これは応力とひずみを別の観点から理解する方法です。
荷重を受ける構造物は、単に力を支えているだけではありません。
変形によって機械エネルギーを内部に蓄えています。
これは、
ばね
衝撃荷重
レジリエンス
振動
エネルギー法
構造安定性
などで特に重要になります。
29. 剛性と強度は同じではない
機械設計で最も重要な区別の一つが、
Strength
と
Stiffness
です。
Strengthは材料が、
降伏
破断
その他の破損
に抵抗する能力に関係します。
Stiffnessは、荷重によってどれだけ変形するかに関係します。
したがって部品は、
強度は十分だが柔らかすぎる
剛性は十分だが強度が不足している
強度も剛性も十分
強度も剛性も不足
という状態になり得ます。
機械設計では両方を確認しなければなりません。
特に精密機械では、材料強度の限界に達する前に、過大な変形が問題になることがよくあります。
30. 応力・ひずみと機能的故障
部品は破断しなくても故障することがあります。
例えば回転刃を支持する軸を考えます。
計算上の応力が降伏強さより十分低かったとしても、軸のたわみが大きすぎると、
刃物位置が変化する
切断精度が低下する
ベアリングの芯ずれが発生する
振動が増加する
シール性能が低下する
可能性があります。
つまり、軸は構造的には破壊していなくても、機能上は許容できない状態になります。
ここから重要な設計原則が得られます。
Strength determines whether the structure survives.
Stiffness determines whether the structure maintains its required geometry under load.
強度は構造が破壊せずに耐えられるかを決めます。
剛性は荷重下で必要な形状を維持できるかを決めます。
両方を評価する必要があります。
31. 静的応力と繰返し応力
一定の応力を受ける部品と、応力が繰り返し変化する部品では材料挙動が異なります。
例えば軸が繰り返し、
Tension → Compression → Tension → Compression
という応力状態を受けることがあります。
最大応力が降伏強さより低くても、繰返し荷重によって最終的にき裂が発生し、成長する場合があります。
これが疲労です。
したがって、
σmax < Yield Strength
であることだけでは、無限寿命が保証されるわけではありません。
応力が時間とともに変化する場合には、
平均応力
応力振幅
応力範囲
繰返し回数
応力集中
表面状態
材料の疲労特性
などを考慮する必要があります。
ここで応力解析は疲労設計へつながります。
32. 残留応力
外力が作用していなくても、部品内部に応力が存在することがあります。
これを残留応力と呼びます。
残留応力は例えば、
溶接
機械加工
研削
熱処理
成形
鋳造
ショットピーニング
不均一冷却
などによって発生します。
残留応力は外部から加えられる応力と重なります。
したがって実際の材料状態は、
Residual Stress + Applied Stress → Total Stress State
として考えることができます。
残留応力は、
疲労寿命
変形
き裂
寸法安定性
などに大きな影響を与える場合があります。
33. 接触応力
二つの曲面体が接触すると、非常に小さな領域を通して力が伝達されることがあります。
代表的な例は、
ギヤ歯
ベアリング
カムフォロワ
ローラー
ホイール
ボールねじ
などです。
この場合、単純な平均圧力から予測される値よりも、局所的に非常に大きな応力が発生することがあります。
適切な弾性条件ではHertzの接触理論などを用いた接触力学によって解析されます。
接触応力もまた、
Force alone is not enough.
ということを示しています。
接触部の形状と接触面積が、発生する応力に大きな影響を与えます。
34. 有限要素解析における応力とひずみ
Finite Element Analysisは、古典力学を置き換えるものではありません。
複雑な形状に対して、同じ物理関係を数値的に評価する方法です。
一般的な構造FEAの流れは、
Geometry
→ Material Properties
→ Boundary Conditions
→ Loads
→ Displacement Field
→ Strain Field
→ Stress Field
となります。
この順序は重要です。
変位法を用いる一般的な有限要素解析では、まず節点変位を求めます。
その変位から、
Displacement → Strain
を求め、
材料の構成則によって、
Strain → Stress
を計算します。
したがって、FEAで表示される応力コンターは独立した数値ではありません。
形状、拘束、荷重、変形、材料特性が相互に作用した結果として得られるものです。
35. 応力・ひずみと境界条件
境界条件は応力状態に非常に大きな影響を与えます。
例えば熱膨張を考えます。
加熱された棒が自由に膨張できる場合、
Thermal Strain → Expansion
となり、熱応力はほとんど発生しません。
同じ棒が完全に拘束されている場合、
Thermal Strain + Constraint → Thermal Stress
となります。
同様に、ブラケットの固定方法を変えるだけでも、
Load Path
Deformation
Reaction Force
Local Stress
が大きく変わる場合があります。
したがって構造解析は、
Geometry + Load
だけでは定義できません。
さらに、
Constraints
が必要です。
より完全には、
Geometry + Material + Load + Boundary Conditions → Stress and Strain
という関係になります。
36. 外部荷重から材料応答まで
ここまでの関係を一つの流れとして整理すると、次のようになります。
External Force / Moment
↓
Reaction and Load Path
↓
Internal Loads: N, V, M, T
↓
Stress Field
↓
Material Constitutive Behavior
↓
Strain Field
↓
Displacement and Deformation
↓
Functional and Structural Performance
この流れによって、前回のテーマであるForce and Momentが、そのままStress and Strainへつながります。
37. 基本的な応力・ひずみ解析プロセス
実際の機械解析では、一般的に次の手順で進めることができます。
1. 部品とSystem Boundaryを定義する
解析対象を明確にします。
2. External Loadを決定する
力、モーメント、自重、圧力、慣性、熱影響、接触荷重などを考慮します。
3. ReactionとLoad Pathを求める
荷重がどこから入り、どこへ伝達されるかを確認します。
4. Internal Loadを計算する
次の内部荷重を求めます。
N, V, M, T
5. Critical Sectionを特定する
例えば、
最小断面
穴
ねじ
フィレット
溶接部
キー溝
荷重作用点
などを確認します。
6. Nominal Stressを計算する
軸力、曲げ、せん断、ねじり、接触などに適切な式を使用します。
7. Stress Concentrationを考慮する
局所形状による応力上昇を確認します。
8. Strainを求める
適切な材料構成則を適用します。
9. Deformationを計算する
伸び、たわみ、ねじれ、寸法変化などを確認します。
10. Strengthを評価する
応力を材料の許容限界と比較します。
11. Stiffnessを評価する
変形が機能上許容できる範囲かを確認します。
12. 必要に応じて時間依存現象を評価する
疲労、クリープ、応力緩和、摩耗、熱サイクルなどを考慮します。
応力とひずみを理解することは、材料の応答を理解することである
ForceとMomentは、機械システムに荷重がどのように作用するかを表します。
StressとStrainは、その荷重が構造内部に入った後、材料の内部で何が起こるかを表します。
基本的な流れは、
Force / Moment
→ Internal Load
→ Stress
→ Strain
→ Deformation
です。
しかし機械設計は、ここで終わりではありません。
発生した変形がその部品に要求される機能と比較されなければならず、発生した応力も材料がその状態に耐えられるかどうかと比較する必要があります。
したがって、より完全な工学的な流れは、
Load
→ Geometry
→ Stress
→ Material Response
→ Strain
→ Deformation
→ Function
→ Failure or Acceptability
となります。
重要な工学的問いは、単に、
「応力が許容値以下か」
ということだけではありません。
より完全な問いは、
「荷重は形状を通してどのように流れ、どのような応力場を形成し、その応力に対して材料はどのように応答し、部品はどれだけ変形し、その結果として要求される機械機能を維持できるのか」
ということです。
これは機械設計における本質的な違いです。
応力は、材料がどれほど集中的に荷重を負担しているかを示します。ひずみは、その荷重によって材料がどのように変化するかを示します。そして応力とひずみの関係は、その機械が構造と機能の両方を維持できるかどうかを示します。