Sisältö
- Mitä stressi ja rasitus ovat?
- Elastisen ja plastisen muodonmuutoksen ero
- Joustavuuskaavan käyttäminen
- Joustava moduuli stressi-venymäkäyrästä
Jos työnnät kumitangon päitä toisiaan kohti, käytät a puristus pakottaa ja voi lyhentää sauvaa jonkin verran. Jos vedät päät irti toisistaan, voimaa kutsutaan jännitteitä, ja voit venyttää sauvaa pituussuunnassa. Jos vedät toista päätäsi kohti sinua ja toista päätäsi etäämpiä sinua kohti, niin kutsuttua a leikata voima, sauva venyy vinosti.
Elastinen moduuli (E) on materiaalin jäykkyyden mitta puristuksessa tai jännityksessä, vaikka siinä on myös vastaava leikkauskerroin. Se on materiaalin ominaisuus eikä ole riippuvainen esineen muodosta tai koosta.
Pienellä kumikappaleella on sama kimmokerroin kuin suurella kuminpalalla. Joustava moduuli, joka tunnetaan myös nimellä Youngin moduuli ja joka on nimetty brittiläisen tutkijan Thomas Youngin mukaan, kytkee esineen puristamisen tai venyttämisen voiman siitä johtuvaan pituuden muutokseen.
Mitä stressi ja rasitus ovat?
Stressi (σ) on puristus tai kireys pinta-alayksikköä kohti ja määritetään seuraavasti: σ = F / . Tässä F on voima ja A on poikkileikkausalue, jolla voima kohdistetaan. Metrisessa järjestelmässä stressi ilmaistaan yleensä passaaliyksiköinä (Pa), newtonit neliömetriä kohti (N / m2) tai newtonia neliömetriä kohti (N / mm2).
Kun esineeseen kohdistetaan stressiä, muodonmuutosta kutsutaan rasitusta. Vastauksena puristukseen tai jännitykseen normaali rasitus (ε) annetaan suhteessa: ε = Δ_L_ / L. Tässä tapauksessa Δ_L_ on pituuden ja L on alkuperäinen pituus. Normaali kanta tai yksinkertaisesti rasitus, on ulottumaton.
Elastisen ja plastisen muodonmuutoksen ero
Niin kauan kuin muodonmuutos ei ole liian suuri, kumi, kuten kumi, voi venyä, sitten palautua takaisin alkuperäiseen muotoonsa ja kokoonsa, kun voima poistetaan; kumi on kokenut joustava muodonmuutos, joka on palautuva muodomuutos. Useimmat materiaalit kestävät jonkin verran joustavia muodonmuutoksia, vaikka kovassa metallissa, kuten teräksessä, se voi olla pieni.
Jos stressi on liian suuri, materiaali kuitenkin käy läpi muovi- muodonmuutos ja muuttaa muotoa pysyvästi. Stressi voi jopa kasvaa siihen pisteeseen, jossa materiaali rikkoutuu, esimerkiksi kun vedät kuminauhaa, kunnes se napsahtaa kahteen.
Joustavuuskaavan käyttäminen
Joustavuuskerrointa käytetään vain olosuhteissa, joissa elastinen muodonmuutos puristuksesta tai jännityksestä johtuu. Joustavuuskerroin on yksinkertaisesti jännitys jaettuna vedolla: E = σ / ε yksiköillä paskalia (Pa), newtonia neliömetriä kohti (N / m2) tai newtonia neliömetriä kohti (N / mm2). Useimpien materiaalien kimmokerroin on niin suuri, että se normaalisti ilmaistaan megapaskalaina (MPa) tai gigapaskalina (GPa).
Materiaalien lujuuden testaamiseksi instrumentti vetää näytteen päihin suuremmalla voimalla ja mittaa siitä johtuvan pituuden muutoksen, toisinaan, kunnes näyte rikkoutuu. Näytteen poikkileikkauspinta-ala on määritettävä ja tunnettava, jotta jännitys voidaan laskea käytetystä voimasta. Esimerkiksi miedolla teräksellä tehdyn testin tiedot voidaan piirtää jännitys-venymäkäyränä, jota voidaan sitten käyttää teräksen joustokerroksen määrittämiseen.
Joustava moduuli stressi-venymäkäyrästä
Elastinen muodonmuutos tapahtuu pienissä kannoissa ja on verrannollinen jännitykseen. Jännitys-venymäkäyrällä tämä käyttäytyminen näkyy suoraviivaisena alueena kannoille, jotka ovat alle noin yksi prosentti. Joten 1 prosentti on palautuvan muodonmuutoksen elastinen raja tai raja.
Esimerkiksi teräksen kimmokerroksen määrittämiseksi on ensin tunnistettava elastisen muodonmuutosalue jännitys-venymäkäyrässä, jota näet nyt sovellettavan jännityksiin, jotka ovat alle noin yksi prosentti, tai ε = 0,01. Vastaava stressi tuolloin on σ = 250 N / mm2. Siksi teräksen kimmokerroin on elastisuuskerrointa käyttämällä E = σ / ε = 250 N / mm2 / 0,01 tai 25 000 N / mm2.