واحدهای مدول الاستیسیته (مدول یانگ)

قبل از غواصی برای نگاهی عمیق تر به انواع مختلف و واحدهای مدول الاستیسیته (مدول یانگ)، اجازه دهید ابتدا نگاهی به تعریف گسترده ای از این ویژگی مکانیکی بسیار مهم بیندازیم.

تعریف اولیه مدول الاستیسیته

مدول الاستیک نیز به عنوان مدول الاستیک شناخته می شود، مدول الاستیسیته یک مقدار اندازه گیری شده است که نشان دهنده مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل الاستیک، یعنی «کشش» آن است. این فقط برای تغییر شکل غیر دائمی زمانی که تحت اثر استرس قرار دارد اعمال می شود.

مدول الاستیسیته توسط گرادیان منحنی تنش-کرنش در ناحیه ای که به صورت الاستیک تغییر شکل می دهد به دست می آید (به بخش خطی قبل از “قدرت تسلیم” زیر مراجعه کنید. کشش کمتر (یا سفت ترماده دارای مدول الاستیسیته نسبتاً بالایی است، در حالی که یک ماده کشسان یا فنری دارای مدول کمتری است.

مدول الاستیک اغلب با نماد یونانی لامبدا، λ نشان داده می شود. شکل تنش تقسیم بر کرنش به خود می گیرد، بنابراین:

λ= تنش/کرنش

استرس به عنوان نیرویی تعریف می شود که باعث تغییر شکل تقسیم بر ناحیه آسیب دیده می شود.
کرنش به عنوان جابجایی ذرات ماده نسبت به یک طول خاص تعریف می شود.

انواع مدول الاستیسیته

3 نوع اصلی مدول الاستیک وجود دارد:

مدول یانگ
مدول برشی
مدول حجیم

اینها مدول های الاستیک هستند که بیشتر در مهندسی استفاده می شوند. بیایید قبل از ورود به واحدهای مدول الاستیسیته به هر نوع و نحوه استفاده از آنها نگاهی بیندازیم.

مدول یانگ

این همان چیزی است که اکثر مردم وقتی می گویند “مدول الاستیک” به آن اشاره می کنند. این مقدار تغییر شکل یک ماده در امتداد یک محور مشخص را هنگام اعمال نیروهای کششی توصیف می کند که به عنوان کشش کششی نیز شناخته می شود. می توان آن را به زبان ساده به عنوان معیاری برای سفتی توصیف کرد.

مدول یانگ را می توان به عنوان تمایل یک ماده به طولانی تر و نازک تر شدن ساده کرد.

به عنوان تنش کششی تقسیم بر کرنش کششی (یا نسبت تنش به کرنش) تعریف می شود و در محاسبات به عنوان E نشان داده می شود.

کاربرد اصلی مدول یانگ پیش بینی امتدادی است که ممکن است تحت کشش یا کوتاه شدنی که ممکن است تحت فشار ایجاد شود، رخ دهد. به عنوان مثال در طراحی تیرها یا ستون ها در مهندسی سازه این کار مفید است.

مدول برشی

مدول برشی یک ماده معیاری برای سفتی آن است. زمانی استفاده می شود که نیرویی موازی با یک محور معین با نیروی مخالفی مانند اصطکاک مواجه شود. می توان آن را به عنوان تمایل یک ماده برای تغییر از شکل مستطیلی به متوازی الاضلاع ساده کرد.

مدول برشی به عنوان نسبت تنش برشی به کرنش برشی تعریف می شود و با نمادهای G، S یا μ نشان داده می شود.

مدول برش اغلب در محاسباتی استفاده می شود که شامل دو ماده در تماس و در معرض نیروهای متضاد، یعنی مالش به یکدیگر است.

مدول حجیم

مدول حجیم یک ویژگی ترمودینامیکی است که به میزان مقاومت یک ماده در برابر فشرده سازی مربوط می شود. می توان آن را به عنوان تمایل حجم یک ماده به تغییر ساده کرد، اما شکل ثابت باقی می ماند.

به عنوان نسبت افزایش فشار به کاهش حجم نسبی تعریف می شود. با نمادهای K یا B نشان داده می شود.

اغلب در هنگام مطالعه خواص سیالات تحت فشار استفاده می شود.

مدول الاستیک چگونه اندازه گیری می شود؟

برای این بخش، ما بر روی مدول یانگ تمرکز می کنیم، زیرا این مدول معمولاً با الاستیسیته مرتبط است.

رایج‌ترین روش‌های اندازه‌گیری، استفاده از تست کشش، تست خمشی یا تست ارتعاش فرکانس طبیعی است. روش‌های تست خمش و کشش بر استفاده از قانون هوک تکیه دارند و به عنوان روش‌های استاتیک شناخته می‌شوند. استفاده از فرکانس طبیعی یک مدول الاستیک دینامیکی را فراهم می کند زیرا آزمایش با استفاده از ارتعاشات انجام می شود.

روش های استاتیکی با اعمال نیروهای موازی یا عمود قابل اندازه گیری و ثبت تغییر در طول یا مقدار تغییر شکل انجام می شود. دستگاه‌های دقیقی که طول‌های بسیار کوچک را اندازه‌گیری می‌کنند، به‌عنوان «کشش‌سنج» یا فشارسنج‌های مکانیکی شناخته می‌شوند.