Jeśli chcesz dowiedzieć się, jak wytrzymały jest materiał, jednym ze sposobów jest sprawdzenie, jak łatwo można go złamać. moduł zerwania, znana również jako wytrzymałość na zginanie lub poprzeczna wytrzymałość na zerwanie, zapewnia maksymalną nośność tuż przed pęknięciem materiału. W przypadku materiału takiego jak drewno, moduł zerwania ma zastosowanie w inżynierii i budownictwie.
Moduł zerwania jest miarą ciśnienia lub siły na jednostkę powierzchni. Naukowcy i inżynierowie używają szeregu wielkości do określania ciśnienia w określaniu modułu zerwania. Można go znaleźć w jednostkach paskalach lub megapaskalach, a także funtach na cal kwadratowy lub psi.
Gdy materiały wyginają się w odpowiedzi na naprężenia, ściskają się z jednej strony i rozciągają z drugiej. Na przykład, gdy naciskasz w dół na kawałek drewna, rozciągnięta strona rozszerzy się w lewo, w dół i w prawo. Badacze często używają Moduł Younga, miara sztywności, opisująca ten efekt.
Oblicz moduł zerwania
Możesz obliczyć moduł zerwania „sigma” za pomocą równania
σr = 3Fx/yz2 dla siły obciążenia fa i wymiarami w trzech kierunkach, x, tak iz materiału. W tym przypadku obciążeniem jest siła zewnętrzna przyłożona do materiału będącego przedmiotem zainteresowania. Siła obciążenia jest przyłożona do środka belki materiału uniesionej nieco nad podłożem. Z tej konfiguracji eksperymentalnej, znanej jako test obciążenia punktu środkowego, można zaobserwować odkształcenie materiału w odpowiedzi na przyłożone do niego naprężenie.Podczas wykonywania tych obliczeń zachowaj spójność jednostek. Jeśli użyjesz cali jako wymiarów i funtów jako siły obciążenia, moduł zerwania będzie miał jednostki funta na cal kwadratowy.
uważaj, aby nie pomylić modułu zerwania z wytrzymałością na rozciąganie, σTS, zdolność materiału do opierania się pękaniu pod wpływem napięcia. Podczas gdy moduł zerwania mierzy ciśnienie, przy którym materiał ma się zerwać, wytrzymałość na rozciąganie reprezentuje zdolność materiału do zginania i odkształcania przed pęknięciem.
Próba zginania trzypunktowego
Inżynierowie stosują trzypunktowy test zginania w celu określenia wytrzymałości wiązania lub modułu zerwania materiału. W przeciwieństwie do testu obciążenia w punkcie środkowym, metoda ta wykorzystuje dwie różne siły wzdłuż materiału belki, które dzielą go na trzy równe części.
Gdy przyłożone siły wyginają materiał, czy to drewno, cement czy jakakolwiek inna substancja, śledzą temperaturę i sposób, w jaki cząstki materiału rozprowadzają się w odpowiedzi na naprężenia. Robią to, aby upewnić się, że materiał może wytrzymać naciski w zastosowaniach, takich jak fundamenty budynków lub inne projekty.
Tworząc wykresy przedstawiające, w jaki sposób materiał przemieszcza się w odpowiedzi na różne siły, inżynierowie badają, w jaki sposób materiały ulegają deformacji. Następnie mogą obliczyć moduł Younga i moduł zerwania.
Składniki siły
W przypadku matrycy cementowej, rodzaju materiału stosowanego w infrastrukturze cywilnej, włókna węglowe, nanowłókien lub nanorurki, które sprawiają, że materiał zapewnia wytrzymałość strukturalną. Te składniki matrycy cementowej można wykorzystać do wykrywania, ekranowania elektromagnetycznego szkodliwego promieniowania i zapobiegania korozji substancji.
W zależności od rodzaju składników, które tworzą te matryce cementowe, można je badać pod kątem fizycznym i chemicznym właściwości takie jak podatność na ciepło i elektryczność, zdolność przewodzenia prądu oraz zdolność magazynowania lub przesyłania ciepło.
Niektóre materiały wykorzystują kompozyty o wielkości ziarna w skali nanometrycznej. Te substancje na bazie nanokompozytów mają zwykle wyższe wartości modułu sprężystości, jak szybko zmienia się naprężenie materiału pod ciśnieniem. Chemiczne układy cząsteczek w nanoskali oznaczają, że materiały te mają większą wytrzymałość na rozciąganie, twardość, wiązkość i odporność na ścieranie.
