Ogólne pojęcia
Moduł sprężystości (moduł Younga) jest wskaźnikiem właściwości mechanicznych materiału, który charakteryzuje jego odporność na odkształcenia przy rozciąganiu . Innymi słowy, jest to wartość plastyczności materiału. Im wyższe wartości modułu sprężystości, tym mniejszy pręt będzie rozciągał się pod takimi samymi obciążeniami (pole przekroju poprzecznego, wielkość obciążenia i inne).
Moduł Younga w teorii sprężystości jest oznaczony literą E. Jest składnikiem prawa Hooke'a (na deformacji ciał elastycznych). Ta wartość odnosi naprężenia powstające w próbce i jej odkształcenie.
Wartość ta jest mierzona zgodnie ze standardowym międzynarodowym systemem jednostek w MPa (megapaskalach) . Ale w praktyce inżynierowie są bardziej skłonni używać wymiaru kgf / cm2.
Wskaźnik ten jest określany eksperymentalnie w laboratoriach naukowych. Istotą tej metody jest rozbicie próbek materiału w kształcie hantli na specjalnym sprzęcie. Po rozpoznaniu wydłużenia i napięcia, przy którym próbka się zapadła, dzielą zmienne dane na siebie. Uzyskana wartość to moduł elastyczności (Young).
W ten sposób określa się tylko moduł Younga materiałów sprężystych: miedź, stal i tak dalej. A kruche materiały są ściskane do czasu pojawienia się pęknięć: betonu, żeliwa i tym podobnych.
Właściwości mechaniczne
Tylko w przypadku naprężenia lub kompresji (moduł sprężystości) sprężystości pomaga odgadnąć zachowanie materiału . Ale podczas gięcia, cięcia, kruszenia i innych obciążeń konieczne będzie wprowadzenie dodatkowych parametrów:
Sztywność jest wynikiem przekroju poprzecznego profilu przez moduł sprężystości. Dzięki tej wartości można ocenić plastyczność całego placu budowy, a nie oddzielnie materiału. Jednostką miary jest kilogram siły.- Wydłużenie wzdłużne to stosunek bezwzględnego wydłużenia materiału próbki do jego całkowitej długości. Na przykład pręt o długości 200 milimetrów został nałożony na pewną siłę. W rezultacie stał się krótszy o 5 milimetrów. W rezultacie wydłużenie wyniesie 0, 05. Ta ilość jest bezwymiarowa. Dla wygodniejszej percepcji czasami jest ona konwertowana na procenty.
- Wydłużenie boczne oblicza się w taki sam sposób, jak wydłużenie wzdłużne, ale zamiast długości pobiera się średnicę pręta. Ustalono doświadczalnie, że dla większej ilości materiału poprzeczna jest mniejsza niż wydłużenie wzdłużne o około 4 razy.
Współczynnik Poissona. Jest to stosunek względnego wzdłużnego do względnego odkształcenia poprzecznego. Dzięki tej wartości możliwe jest pełne opisanie pod wpływem obciążenia zmiany kształtu.- Moduł ścinania opisuje właściwości sprężyste pod wpływem właściwości stycznych na próbce. Innymi słowy, gdy wektor siły jest skierowany na powierzchnię ciała pod kątem 90 stopni. Przykładem takich obciążeń jest praca gwoździ do kruszenia, nitów do ścinania itp. Ten parametr jest związany z lepkością materiału.
- Moduł objętościowy charakteryzuje zmianę objętości próbki dla uniwersalnego zastosowania przy równomiernym obciążeniu. Ta wartość jest stosunkiem ciśnienia zbiorczego do odkształcenia objętościowego. Jako przykład możemy rozważyć materiał zanurzony w wodzie, na który wpływa ciśnienie płynu na całym jego obszarze.
Oprócz powyższego, warto wspomnieć, że niektóre materiały mają różne właściwości mechaniczne w zależności od kierunku obciążenia . Takie materiały nazywane są anizotropowe. Przykładami tego są tkaniny, niektóre rodzaje kamienia, laminowane tworzywa sztuczne, drewno i tak dalej.
Materiały są izotropowymi właściwościami mechanicznymi, a odkształcenia sprężyste w dowolnym kierunku są takie same. Takie materiały obejmują metale: aluminium, miedź, żeliwo, stal itp., A także gumę, beton, kamienie naturalne, nielaminowane tworzywa sztuczne.
Moduł sprężystości
Warto zauważyć, że ta wartość jest zmienna. Nawet dla jednego materiału może mieć inne znaczenie w zależności od punktów, w których siła została zastosowana. Niektóre materiały z tworzyw sztucznych elastycznych mają prawie stałą wartość modułu sprężystości podczas pracy zarówno w naprężeniu, jak i ściskaniu: stal, aluminium, miedź. Istnieją sytuacje, w których wartość ta jest mierzona przez kształt profilu.
Niektóre wartości (wartość jest przedstawiona w milionach kgf / cm2) :
- Aluminium - 0, 7.
- Drewno na włóknach - 0, 005.
- Drewno wzdłuż włókien - 0, 1.
- Beton - 0, 02.
- Kamienne granity murowane - 0, 09.
- Kamieniarstwo - 0, 03.
- Brąz - 1, 00.
- Mosiądz - 1, 01.
- Żeliwo szare - 1, 16.
- Żelazo białe - 1, 15.
Różnica w module sprężystości stali w zależności od ich marek:
Stale łożyskowe (SH-15) - 2.1.- Spring (60С2) i die (9ХМХ) - 2.03.
- Stal nierdzewna (12X18H10T) - 2.1.
- Niskostopowy (40X, 30HGSA) - 2, 05.
- Normalna jakość (art. 6, art. 3) - 2, 00.
- Konstrukcja wysokiej jakości (45, 20) - 2, 01.
Ta wartość zależy również od rodzaju wynajmu:
- Kabel z metalowym rdzeniem - 1, 95.
- Pleciona lina - 1.9.
- Drut o wysokiej wytrzymałości - 2.1.
Jak widać, odchylenia wartości modułu sprężystej deformacji stali są nieznaczne. Z tego powodu większość inżynierów, przeprowadzając swoje obliczenia, pomija błędy i przyjmuje wartość 2, 00.