Inhoud
- Wat zijn stress en spanning?
- Het verschil tussen elastische en plastische vervorming
- De elasticiteitsmodulus gebruiken
- Elastische modulus van een spanning-rek curve
Als u de uiteinden van een rubberen stang naar elkaar toe duwt, past u een samendrukking kracht en kan de stang enigszins inkorten. Als je de uiteinden van elkaar wegtrekt, wordt de kracht opgeroepen spanning, en je kunt de stang in de lengte uitrekken. Als u het ene uiteinde naar u toe trekt en het andere uiteinde van u af, gebruikmakend van wat een a wordt genoemd knippen kracht, de staaf strekt zich 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 hangt niet af 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 de modulus van Young, genoemd naar de Britse wetenschapper Thomas Young, relateert de kracht van het knijpen 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: σ = F / EEN. Hier is F kracht en A is het dwarsdoorsnedegebied waar de kracht wordt uitgeoefend. In het metrische systeem wordt stress meestal uitgedrukt in eenheden van pascal (Pa), newton per vierkante meter (N / m2) of newton per vierkante millimeter (N / mm2).
Wanneer stress op een object wordt uitgeoefend, wordt de vormverandering genoemd stam. Als reactie op compressie of spanning, normale spanning (ε) wordt gegeven door de verhouding: ε = Δ_L_ / L. In dit geval is Δ_L_ de verandering in lengte en L is de originele lengte. Normale stam, of eenvoudig spanning, is dimensieloos.
Het verschil tussen elastische en plastische vervorming
Zolang de vervorming niet te groot is, kan een materiaal zoals rubber uitrekken en dan terugveren naar zijn oorspronkelijke vorm en grootte wanneer de kracht wordt verwijderd; het rubber heeft ervaren elastisch vervorming, wat een omkeerbare vormverandering is. De meeste materialen kunnen enige mate van elastische vervorming ondergaan, hoewel het klein kan zijn in een taai metaal zoals staal.
Als de spanning echter te groot is, zal een materiaal ondergaan plastic vervorming en permanent van vorm veranderen. Stress kan zelfs toenemen tot het punt waar een materiaal breekt, zoals wanneer u aan een rubberen band trekt totdat het in twee klikt.
De elasticiteitsmodulus gebruiken
De elasticiteitsmodulusvergelijking wordt alleen gebruikt onder omstandigheden van elastische vervorming door compressie of spanning. De elasticiteitsmodulus is gewoon spanning gedeeld door spanning: E = σ / ε 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 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 tot het monster breekt. Het dwarsdoorsnedeoppervlak van het monster moet worden gedefinieerd en bekend, zodat de spanning van 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-rek curve
Elastische vervorming treedt op bij lage spanningen en is evenredig met stress. Op een spanning-rekcurve is dit gedrag zichtbaar als een rechtlijnig gebied voor stammen 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 elastische vervorming in de spanning-rekcurve, die u nu ziet van toepassing op spanningen van minder dan ongeveer 1 procent, of ε = 0,01. De overeenkomstige spanning op dat punt is σ = 250 N / mm2. Daarom is met behulp van de elasticiteitsmodulusformule de elasticiteitsmodulus van staal E = σ / ε = 250 N / mm2 / 0,01 of 25.000 N / mm2.