So bestimmen Sie den Bruchmodul

Wenn Sie herausfinden möchten, wie stark ein Material ist, können Sie testen, wie leicht es zu brechen ist. Das Bruchmodul, auch Biegefestigkeit oder Querbruchfestigkeit genannt, gibt Ihnen die maximale Belastbarkeit kurz bevor ein Material bricht. Für ein Material wie Holz hat der Bruchmodul Anwendungen im Maschinenbau und im Bauwesen.

Der Bruchmodul ist ein Maß für den Druck oder die Kraft pro Flächeneinheit. Wissenschaftler und Ingenieure verwenden eine Reihe von Größen für den Druck, um den Bruchmodul zu bestimmen. Sie können es in Einheiten von Pascal oder Megapascal sowie in Pfund pro Quadratzoll oder psi angeben.

Wenn sich Materialien als Reaktion auf Belastung biegen, komprimieren sie sich entlang einer Seite und dehnen sich entlang der anderen. Wenn Sie beispielsweise auf ein Holzstück nach unten drücken, dehnt sich die gestreckte Seite nach links, unten und rechts aus. Forscher verwenden oft Elastizitätsmodul, ein Maß für die Steifigkeit, um diesen Effekt zu beschreiben.

Sie können den Bruchmodul "Sigma" mit der Gleichung berechnen the σ_r = 3Fx/yz² für die Lastkraft F und Größenabmessungen in drei Richtungen, x, ja und z des Materials. In diesem Fall ist die Last die äußere Kraft, die auf das interessierende Material ausgeübt wird. Die Lastkraft wird auf die Mitte eines leicht über dem Boden angehobenen Balkens des Materials aufgebracht. Mit diesem Versuchsaufbau, dem sogenannten Center-Point-Loading-Test, können Sie die Verformung des Materials als Reaktion auf die darauf einwirkende Belastung beobachten.

Halten Sie Ihre Einheiten konsistent, wenn Sie diese Berechnung durchführen. Wenn Sie Zoll für die Abmessungen und Pfund für die Lastkraft verwenden, würde das Bruchmodul die Einheit Pfund pro Quadratzoll haben.

Verwechseln Sie das Bruchmodul nicht mit der Zugfestigkeit, σ_TS, die Fähigkeit eines Materials, unter Spannung nicht zu brechen. Während der Bruchmodul den spezifischen Druck misst, bei dem ein Material zu brechen droht, repräsentiert die Zugfestigkeit die Fähigkeit des Materials, sich zu biegen und zu verformen, bevor es bricht.

Ingenieure verwenden einen Dreipunkt-Biegetest, um die Bindungsfestigkeit oder das Bruchmodul eines Materials zu bestimmen. Im Gegensatz zum Mittelpunktbelastungstest verwendet diese Methode zwei unterschiedliche Kräfte entlang des Materials des Balkens, die ihn in drei gleiche Teile teilen.

Wenn die aufgebrachten Kräfte das Material biegen, sei es Holz, Zement oder eine andere Substanz, verfolgen sie die Temperatur und die Verteilung der Partikel im Material als Reaktion auf die Belastung. Sie tun dies, um sicherzustellen, dass das Material den Belastungen in Anwendungen wie Fundamenten für Gebäude oder anderen Projekten standhält.

Während Ingenieure Grafiken erstellen, die zeigen, wie sich das Material als Reaktion auf unterschiedliche Kraftbeträge verlagert, untersuchen sie, wie sich Materialien verformen. Sie können dann den Elastizitätsmodul und den Bruchmodul berechnen.

Für eine Zementmatrix, eine Art von Material, das in der zivilen Infrastruktur verwendet wird, sorgen die Kohlenstofffasern, Nanofasern oder Nanoröhren, die das Material ausmachen, für die strukturelle Festigkeit. Sie können diese Bestandteile der Zementmatrix zur Erfassung, elektromagnetischen Abschirmung von schädlicher Strahlung und zur Verhinderung von Korrosion von Substanzen verwenden.

Abhängig von der Art der Komponenten, aus denen diese Zementmatrizen bestehen, können Sie sie auf physikalische und chemische untersuchen Eigenschaften wie Wärme- und Stromempfindlichkeit, Stromleitfähigkeit und Speicher- bzw. Übertragungsfähigkeit Hitze.

Einige Materialien verwenden korngroße Komposite im Nanometerbereich. Diese Stoffe auf Nanokomposit-Basis haben tendenziell höhere Werte für das Elastizitätsmodul, also wie schnell sich die Beanspruchung des Materials unter Druck ändert. Durch die chemische Anordnung der Moleküle auf der Nanoskala weisen diese Materialien eine höhere Zugfestigkeit, Härte, Zähigkeit und Abriebfestigkeit auf.