Als je de uiteinden van een rubberen staaf naar elkaar toe duwt, breng je eencompressiekracht en kan de staaf met een bepaalde hoeveelheid verkorten. Als je de uiteinden van elkaar aftrekt, wordt de kracht genoemdspanning,en je kunt de hengel in de lengte uitrekken. Als u het ene uiteinde naar u toe trekt en het andere uiteinde van u af, met behulp van wat a. wordt genoemdscherenkracht, rekt de staaf diagonaal uit.
Elastische modulus (E) is een maat voor de stijfheid van een materiaal onder druk of spanning, hoewel er ook een equivalente afschuifmodulus is. Het is een eigenschap van het materiaal en is niet afhankelijk van de vorm of grootte van het object.
Een klein stukje rubber heeft dezelfde elasticiteitsmodulus als een groot stuk rubber.Elastische modulus, ook bekend als Young's modulus, genoemd naar de Britse wetenschapper Thomas Young, relateert de kracht van het samenknijpen of uitrekken van een object aan de resulterende lengteverandering.
Wat zijn stress en spanning?
Spanning (σ) is de compressie of spanning per oppervlakte-eenheid en wordt gedefinieerd als:
\sigma=\frac{F}{A}
Hier is F kracht, en A is het dwarsdoorsnede-oppervlak waar de kracht wordt uitgeoefend. In het metrieke stelsel wordt stress gewoonlijk uitgedrukt in eenheden van pascal (Pa), newton per vierkante meter (N/m2) of Newton per vierkante millimeter (N/mm2).
Wanneer er spanning op een object wordt uitgeoefend, wordt de verandering in vorm genoemdspanning.Als reactie op compressie of spanning,normale belasting (ε) wordt gegeven door de verhouding:
\epsilon=\frac{\Delta L}{L}
In dit gevalLis de verandering in lengte enLis de originele lengte. Normale belasting, of gewoonspanning, is dimensieloos.
Het verschil tussen elastische en plastische vervorming
Zolang de vervorming niet te groot is, kan een materiaal als rubber uitrekken en vervolgens terugveren naar zijn oorspronkelijke vorm en grootte wanneer de kracht wordt weggenomen; het rubber heeft ervarenelastischvervorming, wat een omkeerbare vormverandering is. De meeste materialen kunnen een zekere mate van elastische vervorming verdragen, hoewel het klein kan zijn in een taai metaal zoals staal.
Als de spanning echter te groot is, zal een materiaal ondergaanplasticvervorming en permanent van vorm veranderen. Stress kan zelfs toenemen tot het punt waarop een materiaal breekt, zoals wanneer u aan een rubberen band trekt totdat deze in tweeën klikt.
De formule van de elasticiteitsmodulus gebruiken
De elasticiteitsmodulusvergelijking wordt alleen gebruikt onder omstandigheden van elastische vervorming door compressie of spanning. De elasticiteitsmodulus is gewoon spanning gedeeld door rek:
E=\frac{\sigma}{\epsilon}
met eenheden van pascal (Pa), newton per vierkante meter (N/m2) of Newton per vierkante millimeter (N/mm2). Voor de meeste materialen is de elasticiteitsmodulus zo groot dat deze normaal gesproken wordt uitgedrukt als megapascal (MPa) of gigapascal (GPa).
Om de sterkte van materialen te testen, trekt een instrument met steeds grotere kracht aan de uiteinden van een monster en meet de resulterende verandering in lengte, soms totdat het monster breekt. Het dwarsdoorsnede-oppervlak van het monster moet gedefinieerd en bekend zijn, zodat de spanning uit de uitgeoefende kracht kan worden berekend. Gegevens van een test op zacht staal kunnen bijvoorbeeld worden uitgezet als een spanning-rekcurve, die vervolgens kan worden gebruikt om de elasticiteitsmodulus van staal te bepalen.
Elastische modulus van een spanning-rekcurve
Elastische vervorming treedt op bij lage spanningen en is evenredig met de spanning. Op een spanning-rekcurve is dit gedrag zichtbaar als een rechtlijnig gebied voor spanningen van minder dan ongeveer 1 procent. Dus 1 procent is de elastische limiet of de limiet van omkeerbare vervorming.
Om bijvoorbeeld de elasticiteitsmodulus van staal te bepalen, identificeert u eerst het gebied van elasticiteit vervorming in de spanning-rekcurve, die je nu ziet, geldt voor spanningen van minder dan ongeveer 1 procent, ofε= 0.01. De corresponderende spanning op dat punt isσ= 250 N/mm2. Daarom, met behulp van de formule van de elasticiteitsmodulus, is de elasticiteitsmodulus van staal:
E=\frac{\sigma}{\epsilon}=\frac{250}{0.01}=25.000\text{ N/mm}^2