Als je wilt weten hoe sterk een materiaal is, kun je testen hoe gemakkelijk het breekt. De breukmodulus, ook bekend als de buigsterkte of transversale breuksterkte, geeft u het maximale draagvermogen vlak voordat een materiaal breekt. Voor een materiaal als hout heeft de breukmodulus toepassingen in engineering en constructie.
De breukmodulus is een meting van druk of kracht per oppervlakte-eenheid. Wetenschappers en ingenieurs gebruiken een reeks grootheden voor druk bij het bepalen van de breukmodulus. Je kunt het vinden in eenheden van pascal of megapascal, evenals in ponden per vierkante inch of psi.
Als materialen buigen als reactie op stress, worden ze langs de ene kant samengedrukt en langs de andere kant uitgerekt. Als u bijvoorbeeld op een stuk hout naar beneden duwt, zal de uitgerekte zijde naar links, naar beneden en naar rechts uitzetten. Onderzoekers gebruiken vaak Young's modulus, een maat voor stijfheid, om dit effect te beschrijven.
Bereken de breukmodulus
U kunt de breukmodulus, "sigma", berekenen met behulp van de vergelijking
σr = 3Fx/yz2 voor de belastingskracht: F en maatafmetingen in drie richtingen, X, ja en z, van het materiaal. In dit geval is de belasting de externe kracht die op het betreffende materiaal wordt uitgeoefend. De belastingskracht wordt uitgeoefend op het midden van een balk van het materiaal dat iets boven de grond is geheven. Vanuit deze experimentele opstelling, bekend als de middelpuntbelastingstest, kun je de vervorming van het materiaal observeren als reactie op de uitgeoefende spanning.Houd uw eenheden consistent bij het uitvoeren van deze berekening. Als u inches gebruikt voor de afmetingen en ponden voor de belastingskracht, zou de breukmodulus eenheden van ponden per vierkante inch hebben.
Zorg ervoor dat u de breukmodulus niet verwart met treksterkte, σTS, het vermogen van een materiaal om weerstand te bieden tegen breken wanneer het onder spanning staat. Terwijl de breukmodulus de specifieke druk meet waarbij een materiaal op het punt staat te breken, vertegenwoordigt de treksterkte het vermogen van het materiaal om te buigen en te vervormen voordat het breekt.
Driepuntsbuigtest
Ingenieurs gebruiken een driepuntsbuigtest bij het bepalen van de hechtsterkte of breukmodulus van een materiaal. In tegenstelling tot de middelpuntbelastingstest, gebruikt deze methode twee verschillende krachten langs het materiaal van de balk die deze in drie gelijke delen verdelen.
Terwijl de uitgeoefende krachten het materiaal buigen, of het nu hout, cement of een andere substantie is, houden ze de temperatuur bij en hoe deeltjes in het materiaal zich verdelen als reactie op de spanning. Dit doen ze om ervoor te zorgen dat het materiaal bestand is tegen de druk in toepassingen zoals funderingen voor gebouwen of andere projecten.
Terwijl ingenieurs grafieken maken van hoe het materiaal zichzelf verplaatst als reactie op verschillende hoeveelheden kracht, bestuderen ze hoe materialen vervorming ondergaan. Ze kunnen dan Young's modulus en breukmodulus berekenen.
Componenten van kracht
Voor een cementmatrix, een type materiaal dat wordt gebruikt in civiele infrastructuur, zorgen de koolstofvezels, nanovezels of nanobuisjes die het materiaal maken voor de structurele sterkte. Deze componenten van de cementmatrix kunt u gebruiken bij het waarnemen, elektromagnetisch afschermen van schadelijke straling en het voorkomen van aantasting van stoffen.
Afhankelijk van het type componenten waaruit deze cementmatrices bestaan, kun je ze bestuderen voor fysisch en chemisch eigenschappen zoals gevoeligheid voor warmte en elektriciteit, vermogen om stroom te geleiden en capaciteit om op te slaan of over te dragen warmte.
Sommige materialen gebruiken composieten ter grootte van korrels op nanometerschaal. Deze op nanocomposiet gebaseerde stoffen hebben meestal hogere waarden voor de elasticiteitsmodulus, hoe snel de spanning op het materiaal verandert onder druk. De chemische rangschikking van moleculen op nanoschaal betekent dat deze materialen een grotere treksterkte, hardheid, taaiheid en weerstand tegen slijtage hebben.