Jos työnnät kumitangon päitä toisiaan kohti, kiinnität apuristusvoimaa ja voi lyhentää sauvaa jonkin verran. Jos vedät päät pois toisistaan, voimaa kutsutaanjännitys,ja voit venyttää sauvaa pituussuunnassa. Jos vedät toista päätäsi kohti itseäsi ja toista päätäsi poispäin itsestäsi, käytä nsleikkausvoima, sauva venyy vinosti.
Elastinen moduuli (E) on puristetun tai jännitetyn materiaalin jäykkyyden mitta, vaikka on olemassa myös vastaava leikkausmoduuli. Se on materiaalin ominaisuus, eikä se riipu kohteen muodosta tai koosta.
Pienellä palalla kumia on sama kimmomoduuli kuin suurella kumipalalla.Elastinen moduuli, joka tunnetaan myös nimellä Youngin moduuli ja joka on nimetty brittiläisen tutkijan Thomas Youngin mukaan, viittaa kohteen puristamisen tai venyttämisen voimaan tuloksena olevaan pituuden muutokseen.
Mitä stressi ja rasitus ovat?
Stressi (σ) on puristus tai jännitys pinta-alayksikköä kohti ja määritellään seuraavasti:
\ sigma = \ frac {F} {A}
Tässä F on voima ja A on poikkileikkauspinta-ala, johon voima kohdistuu. Metrisessä järjestelmässä jännitys ilmaistaan yleisesti paskalien (Pa) yksikköinä, newtonit neliömetriä kohden (N / m
2) tai newtonia neliömetriä kohti (N / mm2).Kun esineeseen kohdistetaan stressiä, kutsutaan muodonmuutostarasitusta.Vastauksena puristukseen tai jännitykseennormaali rasitus (ε) saadaan osuudesta:
\ epsilon = \ frac {\ Delta L} {L}
Tässä tapauksessa ΔLon muutos pituudessa jaLon alkuperäinen pituus. Normaali rasitus tai yksinkertaisestirasitusta, on dimensioton.
Ero elastisen ja muovisen muodonmuutoksen välillä
Niin kauan kuin muodonmuutos ei ole liian suuri, materiaali, kuten kumi, voi venyttää ja sitten jousta takaisin alkuperäiseen muotoonsa ja kokoonsa, kun voima poistetaan; kumi on kokenutjoustavamuodonmuutos, joka on palautuva muodonmuutos. Suurin osa materiaaleista voi kestää jonkin verran elastista muodonmuutosta, vaikka se voi olla pieni sitkeässä metallissa, kuten teräksessä.
Jos jännitys on liian suuri, materiaali käy läpimuovi-muodonmuutos ja muuttaa muodon pysyvästi. Stressi voi jopa kasvaa siihen pisteeseen, jossa materiaali rikkoutuu, esimerkiksi kun vedät kuminauhaa, kunnes se napsahtaa kahtia.
Elastisuuskaavan moduulin käyttäminen
Kimmokerroinyhtälön yhtälöä käytetään vain puristuksen tai jännityksen aiheuttaman elastisen muodonmuutoksen olosuhteissa. Kimmokerroin on yksinkertaisesti jännitys jaettuna vedolla:
E = \ frac {\ sigma} {\ epsilon}
paskalien yksiköillä (Pa), newtoneja neliömetriä kohden (N / m2) tai newtonia neliömetriä kohti (N / mm2). Useimpien materiaalien elastisuusmoduuli on niin suuri, että se ilmaistaan normaalisti megapascaleina (MPa) tai gigapascaleina (GPa).
Materiaalien lujuuden testaamiseksi laite vetää näytteen päitä yhä suuremmalla voimalla ja mittaa tuloksena olevan pituuden muutoksen, joskus kunnes näyte rikkoutuu. Näytteen poikkipinta-ala on määriteltävä ja tiedettävä, jotta jännitys voidaan laskea käytetystä voimasta. Esimerkiksi miedolla teräksellä tehdyn testin tiedot voidaan piirtää jännitys-venymä-käyräksi, jota voidaan sitten käyttää teräksen kimmomoduulin määrittämiseen.
Elastinen moduuli jännitys-jännityskäyrästä
Elastinen muodonmuutos tapahtuu matalilla rasituksilla ja on verrannollinen stressiin. Stressi-venymä-käyrällä tämä käyttäytyminen näkyy suoraviivaisena alueena alle noin 1 prosentin kannoille. Joten 1 prosentti on elastisuusraja tai palautuvan muodonmuutoksen raja.
Esimerkiksi teräksen kimmomoduulin määrittämiseksi tunnista ensin kimmoalue muodonmuutos jännitys-muodonmuutoskäyrässä, jonka näet nyt olevan alle noin 1 prosentin kannoissa, taiε= 0.01. Vastaava stressi siinä vaiheessa onσ= 250 N / mm2. Siksi käyttämällä kimmokerroinkaavaa, teräksen kimmokerroin on
E = \ frac {\ sigma} {\ epsilon} = \ frac {250} {0,01} = 25 000 \ teksti {N / mm} ^ 2