Om du behöver ta reda på hur starkt ett material är, är ett sätt att testa hur lätt det är att bryta. De bristningsmodul, även känd som böjhållfasthet eller tvärgående brottstyrka, ger dig maximal belastningskapacitet precis innan ett material går sönder. För ett material som trä har brottmodulen tillämpningar inom teknik och konstruktion.
Bristningsmodulen är ett mått på tryck eller kraft per ytenhet. Forskare och ingenjörer använder en storleksmassa för tryck för att bestämma brottmodulen. Du kan hitta den uttryckt i enheter av pascal eller megapascal samt pund per kvadrattum eller psi.
När material böjs som svar på stress komprimerar de längs ena sidan och sträcker sig längs den andra. När du till exempel trycker ned en bit trä kommer den sträckta sidan att expandera åt vänster, nedåt och åt höger. Forskare använder ofta Youngs modul, ett mått på styvhet, för att beskriva denna effekt.
Beräkna bristningsmodul
Du kan beräkna brottmodulen "sigma" med hjälp av ekvationen σr = 3Fx / yz2 för lastkraften
F och storleksmått i tre riktningar, x, y och z, av materialet. I detta fall är belastningen den yttre kraften som läggs på materialet av intresse. Lastkraften appliceras på mitten av en balk av materialet som höjs något över marken. Från den här experimentella inställningen, känd som mittpunktens laddningstest, kan du observera deformationen av materialet som svar på påfrestningar på det.Håll dina enheter konsekventa när du utför denna beräkning. Om du använder tum för dimensionerna och punden för lastkraften, skulle brottmodulen ha enheter pund per kvadrattum.
Se till att inte förväxla brottmodulen med draghållfasthet, σTS, ett materials förmåga att motstå att bryta under spänning. Medan bristningsmodulen mäter det specifika tryck vid vilket ett material håller på att bryta, representerar draghållfastheten materialets förmåga att böjas och deformeras innan det bryts.
Trepunktsböjningstest
Ingenjörer använder ett trepunkts böjprov för att bestämma bindningsstyrkan eller brottmodulen för ett material. Till skillnad från mittpunktens belastningstest använder denna metod två olika krafter längs strålens material som delar den i tre lika delar.
Eftersom de applicerade krafterna böjer materialet, vare sig det är trä, cement eller något annat ämne, håller de reda på temperaturen och hur partiklarna i materialet fördelar sig som svar på påfrestningen. De gör detta för att se till att materialet tål trycket i applikationer som fundament för byggnader eller andra projekt.
När ingenjörer skapar diagram över hur materialet förskjuter sig själv som svar på olika mängder kraft, studerar de hur material genomgår deformation. De kan sedan beräkna Youngs modul och brottmodul.
Komponenter av styrka
För en cementmatris ger en typ av material som används i civil infrastruktur, kolfibrerna, nanofibrerna eller nanorören som gör materialet den strukturella hållfastheten. Du kan använda dessa komponenter i cementmatrisen för avkänning, elektromagnetisk avskärmning av skadlig strålning och för att förhindra att ämnen korroderar.
Beroende på vilken typ av komponenter som gör dessa cementmatriser kan du studera dem för fysikaliska och kemiska egenskaper som känslighet för värme och elektricitet, förmåga att leda ström och förmåga att lagra eller överföra värme.
Vissa material använder kompositer i kornstorlek i en nanometerskala. Dessa nanokompositbaserade ämnen tenderar att ha högre värden för elasticitetsmodul, hur snabbt stress på materialet förändras när det är under tryck. De kemiska arrangemangen av molekyler på nanoskalan innebär att dessa material har större draghållfasthet, hårdhet, seghet och motståndskraft mot att bli nedslitna.