Περιεχόμενο
- Τι είναι το στρες και το στέλεχος;
- Η διαφορά μεταξύ ελαστικής και πλαστικής παραμόρφωσης
- Χρησιμοποιώντας το Modulus of Formula Elasticity
- Ελαστικό Modulus από μια καμπύλη Stress-Strain
Εάν πιέζετε τα άκρα μιας ελαστικής ράβδου ο ένας προς τον άλλο, εφαρμόζετε ένα συμπίεση δύναμη και μπορεί να συντομεύσει τη ράβδο με κάποιο ποσό. Εάν τραβήξετε τα άκρα μακριά το ένα από το άλλο, ονομάζεται η δύναμη ένταση, και μπορείτε να τεντώσετε τη ράβδο κατά μήκος. Εάν τραβήξετε ένα άκρο προς εσάς και το άλλο άκρο μακρυά από σας, χρησιμοποιώντας αυτό που ονομάζεται a κουρεύω δύναμη, η ράβδος εκτείνεται διαγώνια.
Μέτρο ελαστικότητας (μι) είναι ένα μέτρο της ακαμψίας ενός υλικού υπό συμπίεση ή τάση, αν και υπάρχει επίσης ένα ισοδύναμο μέτρο διάτμησης. Είναι ιδιοκτησία του υλικού και δεν εξαρτάται από το σχήμα ή το μέγεθος του αντικειμένου.
Ένα μικρό κομμάτι καουτσούκ έχει το ίδιο ελαστικό μέτρο όπως ένα μεγάλο κομμάτι καουτσούκ. Μέτρο ελαστικότητας, επίσης γνωστό ως συντελεστής Young, το οποίο ονομάστηκε από τον Βρετανό επιστήμονα Thomas Young, σχετίζεται με τη δύναμη της συμπίεσης ή τέντωσης ενός αντικειμένου με την προκύπτουσα μεταβολή του μήκους.
Τι είναι το στρες και το στέλεχος;
Στρες (σ) είναι η συμπίεση ή η τάση ανά μονάδα επιφάνειας και ορίζεται ως: σ = φά / ΕΝΑ. Εδώ F είναι δύναμη, και Α είναι η περιοχή διατομής όπου εφαρμόζεται η δύναμη. Στο μετρικό σύστημα, η τάση εκφράζεται συνήθως σε μονάδες pascal (Pa), newton ανά τετραγωνικό μέτρο (N / m2) ή newton ανά τετραγωνικό χιλιοστό (N / mm2).
Όταν εφαρμόζεται τάση σε ένα αντικείμενο, καλείται η αλλαγή στο σχήμα ένταση. Σε απόκριση στη συμπίεση ή την τάση, κανονική καταπόνηση (ε) δίνεται από την αναλογία: ε = Δ_L_ / μεγάλο. Στην περίπτωση αυτή Δ_L_ είναι η μεταβολή του μήκους και μεγάλο είναι το αρχικό μήκος. Κανονική καταπόνηση, ή απλά ένταση, είναι αδιάστατη.
Η διαφορά μεταξύ ελαστικής και πλαστικής παραμόρφωσης
Εφόσον η παραμόρφωση δεν είναι πολύ μεγάλη, ένα υλικό όπως το καουτσούκ μπορεί να τεντωθεί και στη συνέχεια να επιστρέψει στο αρχικό του σχήμα και μέγεθος όταν αφαιρεθεί η δύναμη. το καουτσούκ έχει βιώσει ελαστικό παραμόρφωση, η οποία είναι μια αναστρέψιμη αλλαγή του σχήματος. Τα περισσότερα υλικά μπορούν να διατηρήσουν κάποια ποσότητα ελαστικής παραμόρφωσης, αν και μπορεί να είναι μικροσκοπικά σε ένα σκληρό μέταλλο όπως ο χάλυβας.
Εάν όμως το άγχος είναι πολύ μεγάλο, θα υποστεί ένα υλικό πλαστική ύλη παραμόρφωση και μόνιμη αλλαγή σχήματος. Το άγχος μπορεί ακόμη και να αυξηθεί στο σημείο όπου ένα υλικό σπάει, όπως όταν τραβάτε μια λαστιχένια ταινία μέχρι να ασφαλίσει σε δύο.
Χρησιμοποιώντας το Modulus of Formula Elasticity
Το μέτρο της εξίσωσης ελαστικότητας χρησιμοποιείται μόνο υπό συνθήκες ελαστικής παραμόρφωσης από συμπίεση ή ένταση. Το μέτρο της ελαστικότητας είναι απλά το άγχος που διαιρείται με το στέλεχος: μι = σ / ε με μονάδες pascals (Pa), newton ανά τετραγωνικό μέτρο (N / m2) ή newton ανά τετραγωνικό χιλιοστό (N / mm2). Για τα περισσότερα υλικά, το ελαστικό μέτρο είναι τόσο μεγάλο που εκφράζεται κανονικά ως megapascals (MPa) ή gigapascals (GPa).
Για να ελεγχθεί η αντοχή των υλικών, ένα όργανο τραβά στα άκρα ενός δείγματος με μεγαλύτερη και μεγαλύτερη δύναμη και μετρά την προκύπτουσα μεταβολή του μήκους, μερικές φορές μέχρι να σπάσει το δείγμα. Η επιφάνεια εγκάρσιας διατομής του δείγματος πρέπει να είναι καθορισμένη και γνωστή, επιτρέποντας τον υπολογισμό της τάσης από την εφαρμοζόμενη δύναμη. Τα δεδομένα από μια δοκιμή σε μαλακό χάλυβα, για παράδειγμα, μπορούν να γραφιστούν ως μια καμπύλη τάσης-καταπόνησης, η οποία μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί για να καθοριστεί το μέτρο ελαστικότητας του χάλυβα.
Ελαστικό Modulus από μια καμπύλη Stress-Strain
Η ελαστική παραμόρφωση λαμβάνει χώρα σε χαμηλές καταπονήσεις και είναι ανάλογη προς την τάση. Σε μια καμπύλη τάσης-καταπόνησης, αυτή η συμπεριφορά είναι ορατή ως ευθεία περιοχή για στελέχη μικρότερα από περίπου 1 τοις εκατό. Έτσι 1 τοις εκατό είναι το ελαστικό όριο ή το όριο της αναστρέψιμης παραμόρφωσης.
Για να προσδιορίσετε το μέτρο ελαστικότητας του χάλυβα, για παράδειγμα, προσδιορίστε πρώτα την περιοχή της ελαστικής παραμόρφωσης στην καμπύλη τάσης-καταπόνησης, την οποία τώρα βλέπετε για στελέχη μικρότερα από περίπου 1 τοις εκατό, ή ε = 0,01. Η αντίστοιχη τάση σε αυτό το σημείο είναι σ = 250 Ν / mm2. Επομένως, χρησιμοποιώντας το συντελεστή ελαστικότητας, το μέτρο ελαστικότητας του χάλυβα είναι μι = σ / ε = 250 Ν / mm2 / 0,01 ή 25,000 Ν / mm2.