Модуль юнга в чем измеряется: Модуль Юнга и его основной физический смысл

Модуль Юнга и его основной физический смысл

Модулем продольной упругости конструкционного материала, или модулем Юнга, называют физическую величину, которая характеризует свойство материалов, обеспечивающее их сопротивление деформациям, действующим в продольном направлении.

Параметр характеризует степень жесткости конкретного материала.

Название модуля соответствует фамилии Томаса Юнга — известного английского физика и ученого, который занимался исследованием процессов сжатия и растяжения для твердых материалов. Обозначается данная физическая величина латинской буквой E. Измеряется модуль Юнга в Паскалях.

Параметр модуль Юнга, или модуль продольной упругости, используется при различных расчетах при испытаниях материалов на степень деформации при растяжении-сжатии, а также при изгибе.

Надо сказать, что большинству используемых конструкционных материалов свойственен показатель модуля Юнга достаточно больших значений, которые, как правило, имеют порядок 10⁹ Па. Поэтому для удобства расчетов и записи используют кратную приставку «гига» (ГПа).

Ниже приведены показатели модуля Юнга для некоторых конструкционных материалов, которые достаточно часто используются для различных практических целей. Именно от их свойств прочности зависит долговечность строительных сооружений и других объектов.

Согласно приведенной таблице, максимальный показатель модуля принадлежит стали, а минимальный  — дереву.

Значение модуля Юнга для некоторых конструкционных материалов

Название материала	Показатель E, [ГПа]	Название материала	Показатель E, [ГПа]
хром	300	латунь	95
никель	210	дюралюминий	74
сталь	200	алюминий	70
чугун	120	стекло	70
хром	110	олово	35
серый чугун	110	бетон	20
кремний	110	свинец	18
бронза	100	дерево	10

Графическое определение модуля Юнга возможно с помощью специальной диаграммы напряжений, на которой изображена кривая, получаемая при многократных испытаниях одного и того же материала на прочность.

В этом случае физический смысл модуля Юнга заключается в нахождении математического отношения нормальных напряжений к соответствующим показателям деформации на определенном участке диаграммы до конкретно заданного предела пропорциональности σ_пц.

В виде математического выражения модуль Юнга выглядит следующим образом: E=σ/ε=tgα

Следует также сказать о том, что модуль Юнга является еще и коэффициентом пропорциональности в математическом описании закона Гука, который выглядит следующим образом: σ=Eε

Поэтому непосредственная связь модуля продольной упругости с измеряемыми характеристиками поперечных сечений материалов, участвующих в испытаниях на жесткость, выражается с помощью таких показателей, как ЕА и Е1.
EA – это показатель жесткости при растяжении-сжатии материала в его поперечном сечении, где А – значение площади сечения стержня.

Е1 – это показатель жесткость при изгибе материала в его поперечном сечении, где 1 – значение осевого момента инерции, который возникает в сечении ипытываемого материала.

Таким образом, модуль Юнга — это универсальный показатель, который позволяет с нескольких сторон характеризовать прочностные свойства материала.

В чем измеряется модуль упругости

Основной главной задачей инженерного проектирования служит выбор оптимального сечения профиля и материала конструкции. Нужно найти именно тот размер, который обеспечит сохранение формы системы при минимальной возможной массе под влиянием нагрузки. К примеру, какую именно сталь следует применять в качестве пролётной балки сооружения? Материал может использоваться нерационально, усложнится монтаж и утяжелится конструкция, увеличатся финансовые затраты. На этот вопрос ответит такое понятие как модуль упругости стали. Он же позволит на самой ранней стадии избежать появления этих проблем.

Общие понятия

Модуль упругости (модуль Юнга) — это показатель механического свойства материала, характеризующий его сопротивляемость деформации растяжения. Иными словами, это значение пластичности материала. Чем выше значения модуля упругости, тем меньше будет какой-либо стержень растягиваться при иных равных нагрузках (площадь сечения, величина нагрузки и другие).

Модуль Юнга в теории упругости обозначается буквой Е. Он является составляющей закона Гука (о деформации упругих тел). Эта величина связывает возникающее в образце напряжение и его деформацию.

Измеряется эта величина согласно стандартной международной системе единиц в МПа (Мегапаскалях). Но инженеры на практике больше склоняются к применению размерности кгс/см2.

Опытным путём осуществляется определение этого показателя в научных лабораториях. Сутью этого метода является разрыв гантелеобразных образцов материала на специальном оборудовании. Узнав удлинение и натяжение, при которых образец разрушился, делят переменные данные друг на друга. Полученная величина и является модулем (Юнга) упругости.

Таким образом определяется только модуль Юнга материалов упругих: медь, сталь и прочее. А материалы хрупкие сжимают до того момента, пока не появятся трещины: бетон, чугун и им подобные.

Механические свойства

Только при работе на растяжение или сжатие модуль (Юнга) упругости помогает угадать поведение того или иного материала. А вот при изгибе, срезе, смятии и прочих нагрузках потребуется ввести дополнительные параметры:

1. Жёсткостью называют произведение поперечного сечения профиля на модуль упругости. По этой величине можно судить о пластичности узла конструкции в целом, а не о материале отдельно. Единицей измерения являются килограммы силы.
2. Продольное относительное удлинение — это отношение абсолютного удлинения материала-образца к его общей длине. К примеру, на стержень, длина которого равна 200 миллиметров, приложили некоторую силу. В результате он стал короче на 5 миллиметров. В результате относительное удлинение будет равняться 0,05. Эта величина безразмерная. Для более удобного восприятия иногда её переводят в проценты.
3. Поперечное относительное удлинение рассчитывается точно так же, как и продольное относительное удлинение, но вместо длины берут диаметр стержня. Опытным путём было установлено, что для большего количества материала поперечное меньше продольного удлинения приблизительно в 4 раза.
4. Коэффициент Пуассона. Это отношения относительной продольной к относительной поперечной деформации. При помощи этой величины можно полностью описать под воздействием нагрузки изменения формы.
5. Модуль сдвига описывает упругие свойства под воздействием касательных свойств на образец. Иными словами, когда вектор силы направляется к поверхности тела под 90 градусов. Примером подобных нагрузок служит работа гвоздей на смятие, заклёпок на срез и пр. Этот параметр связан с вязкостью материала.
6. Модуль упругости объёмной характеризует изменение объёма образца для разностороннего равномерного приложения нагрузки. Эта величина является отношением давления объёмного к деформации сжатия объёмной. Как пример можно рассматривать опущенный в воду материал, на который воздействует давление жидкости по всей его площади.

Кроме всего вышесказанного стоит упомянуть, что у некоторых материалов в зависимости от направления нагрузки разные механические свойства. Подобные материалы называются анизотропными. Примерами подобного является ткани, некоторые виды камня, слоистые пластмассы, древесина и прочее.

У материалов изотропных механические свойства и деформация упругая в любом направлении одинаковы. К таким материалам относятся металлы: алюминий, медь, чугун, сталь и прочее, а также каучук, бетон, естественные камни, пластмассы неслоистые.

Модуль упругости

Стоит отметить, что эта величина непостоянная. Даже для одного материала она может иметь разное значение в зависимости от того, в какие точки была приложена сила. Кое-какие пластично-упругие материалы имеют практически постоянное значение модуля упругости при работе как на растяжение, так и на сжатие: сталь, алюминий, медь. А есть и такие ситуации, когда эта величина измеряется формой профиля.

Некоторые значения (величина представлена в миллионах кгс/см2):

1. Алюминий — 0,7.
2. Древесина поперёк волокон — 0,005.
3. Древесина вдоль волокон — 0,1.
4. Бетон — 0,02.
5. Каменная гранитная кладка — 0,09.
6. Каменная кирпичная кладка — 0,03.
7. Бронза — 1,00.
8. Латунь — 1,01.
9. Чугун серый — 1,16.
10. Чугун белый — 1,15.

Разница в показателях модулей упругости для сталей в зависимости от их марок:

1. Подшипниковые стали (ШХ-15) — 2,1.
2. Пружинные (60С2) и штамповые (9ХМФ) — 2,03.
3. Нержавеющие (12Х18Н10Т) — 2,1.
4. Низколегированные (40Х, 30ХГСА) — 2,05.
5. Обычного качества (Ст. 6, ст.3) — 2,00.
6. Конструкционные высокого качества (45,20) — 2,01.

Ещё это значение изменяется в зависимости от вида проката:

1. Трос с сердечником металлическим — 1,95.
2. Канат плетёный — 1,9.
3. Проволока высокой прочности — 2,1.

Как видно, отклонения в значениях модулей упругой деформации стали незначительны. Именно по этой причине большинство инженеров, проводя свои расчёты, пренебрегают погрешностями и берут значение, равное 2,00.

Одной из главных задач инженерного проектирования является выбор материала конструкции и оптимального сечения профиля. Необходимо найти тот размер, который при минимально возможной массе будет обеспечивать сохранение формы системы под воздействием нагрузки.

Например, какой номер стального двутавра использовать в качестве пролетной балки сооружения? Если взять профиль размерами ниже требуемого, то гарантировано получим разрушение строения. Если больше, то это ведет к нерациональному использованию металла, а, следовательно, утяжелению конструкции, усложнению монтажа, увеличению финансовых затрат. Знание такого понятия как модуль упругости стали даст ответ на вышепоставленный вопрос, и позволит избежать появления данных проблем на самом раннем этапе производства.

Общее понятие

Модуль упругости (также известный как модуль Юнга) – один из показателей механических свойств материала, который характеризует его сопротивляемость деформации растяжения. Другими словами, его значение показывает пластичность материала. Чем больше модуль упругости, тем менее будет растягиваться какой-либо стержень при прочих равных условиях (величина нагрузки, площадь сечения и прочее).

В теории упругости модуль Юнга обозначается буквой Е. Является составной частью закона Гука (закона о деформации упругих тел). Связывает напряжение, возникающее в материале, и его деформацию.

Согласно международной стандартной системе единиц измеряется в МПа. Но на практике инженеры предпочитают использовать размерность кгс/см2.

Определение модуля упругости осуществляется опытным путем в научных лабораториях. Суть данного способа заключается в разрыве на специальном оборудовании гантелеобразных образцов материала. Узнав напряжение и удлинение, при котором произошло разрушение образца, делят данные переменные друг на друга, тем самым получая модуль Юнга.

Отметим сразу, что таким методом определяются модули упругости пластичных материалов: сталь, медь и прочее. Хрупкие материалы – чугун, бетон – сжимают до появления трещин.

Дополнительные характеристики механических свойств

Модуль упругости дает возможность предугадать поведение материла только при работе на сжатие или растяжение. При наличии таких видов нагрузок как смятие, срез, изгиб и прочее потребуется введение дополнительных параметров:

• Жесткость есть произведение модуля упругости на площадь поперечного сечения профиля. По величине жесткости можно судить о пластичности уже не материала, а узла конструкции в целом. Измеряется в килограммах силы.
• Относительное продольное удлинение показывает отношение абсолютного удлинения образца к общей длине образца. Например, к стержню длиной 100 мм приложили определенную силу. Как результат, он уменьшился в размере на 5 мм. Деля его удлинение (5 мм) на первоначальную длину (100 мм) получаем относительное удлинение 0,05. Переменная является безразмерной величиной. В некоторых случаях для удобства восприятия переводится в проценты.
• Относительное поперечное удлинение рассчитывается аналогично вышепредставленному пункту, но вместо длины здесь рассматривается диаметр стержня. Опыты показывают, что для большинства материалов поперечное удлинение в 3-4 раза меньше, чем продольное.
• Коэффициент Пуансона есть отношение относительной продольной деформации к относительной поперечной деформации. Данный параметр позволяет полностью описать изменение формы под воздействием нагрузки.
• Модуль сдвига характеризует упругие свойства при воздействии на образец касательных напряжений, т. е. в случае, когда вектор силы направлен под 90 градусов к поверхности тела. Примерами таких нагрузок является работа заклепок на срез, гвоздей на смятие и прочее. По большому счету, модуль сдвига связан с таким понятием как вязкость материла.
• Модуль объемной упругости характеризуется изменением объема материала для равномерного разностороннего приложения нагрузки. Является отношением объемного давления к объемной деформации сжатия. Примером такой работы служит опущенный в воду образец, на который по всей его площади воздействует давление жидкости.

Помимо вышесказанного необходимо упомянуть, что некоторые типы материалов имеют различные механические свойства в зависимости от направления нагрузки. Такие материалы характеризуются как анизотропные. Яркими примерами служит древесина, слоистые пластмассы, некоторые виды камня, ткани и прочее.

У изотропных материалов механические свойства и упругая деформация одинаковы в любом направлении. К ним относят металлы (сталь, чугун, медь, алюминий и прочее), неслоистые пластмассы, естественные камни, бетон, каучук.

Значение модуля упругости

Необходимо заметить, что модуль Юнга не является постоянной величиной. Даже для одного и того же материала он может колебаться в зависимости от точек приложения силы.

Некоторые упруго – пластичные материалы обладают более или менее постоянным модулем упругости при работе как на сжатие, так и на растяжение: медь, алюминий, сталь. В других случаях упругость может изменяться исходя из формы профиля.

Вот примеры значений модуля Юнга (в миллионах кгссм2) некоторых материалов:

• Чугун белый – 1,15.
• Чугун серый -1,16.
• Латунь – 1,01.
• Бронза – 1,00.
• Кирпичная каменная кладка – 0,03.
• Гранитная каменная кладка – 0,09.
• Бетон – 0,02.
• Древесина вдоль волокон – 0,1.
• Древесина поперек волокон – 0,005.
• Алюминий – 0,7.

Рассмотрим разницу в показаниях между модулями упругости для сталей в зависимости от марки:

• Стали конструкционные высокого качества (20, 45) – 2,01.
• Стали обычного качества (Ст.3, Ст.6) – 2,00.
• Стали низколегированные (30ХГСА, 40Х) – 2,05.
• Стали нержавеющие (12Х18Н10Т) – 2,1.
• Стали штамповые (9ХМФ) – 2,03.
• Стали пружинные (60С2) – 2,03.
• Стали подшипниковые (ШХ15) – 2,1.

Также значение модуля упругости для сталей изменяется исходя из вида проката:

• Проволока высокой прочности – 2,1.
• Плетенный канат – 1,9.
• Трос с металлическим сердечником – 1,95.

Как видим, отклонения между сталями в значениях модулей упругой деформации имеют небольшую величину. Поэтому в большинстве инженерных расчетов можно пренебречь погрешностями и брать значение Е=2,0.

Модуль упругости — – коэффициент пропорциональности между приложенным к телу напряжением (в упругой области) и обусловленной им величиной деформации. [Тарасов В. В. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебное пособие для вузов / В. В.… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

модуль упругости — Модуль 2., характеризующий сопротивление материала упругой деформации [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] модуль упругости Отношение силы растяжения, приходящейся на единицу площади поперечного сечения … Справочник технического переводчика

МОДУЛЬ УПРУГОСТИ — (Modulus of elasticity) см. Юнга модуль. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь

МОДУЛЬ УПРУГОСТИ — числовая величина, характеризующая зависимость между напряжением материала и его упругой деформацией. Указанная зависимость определяется законом Гука, устанавливающим, что напряжение равно М. у., умноженному на относительное удлинение (или… … Технический железнодорожный словарь

Модуль упругости Е — Отношение приращения напряжения к соответствующему приращению удлинения в пределах упругой деформации Источник: ГОСТ 1497 84: Металлы. Методы испытаний на растяжение оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

модуль упругости — 3.8 модуль упругости: Параметр, определяемый величиной деформации под воздействием нагружения, используется для характеристики прочности дорожных одежд. Источник: ОДМ 218.2.024 2012: Методические рекомендации по оценке прочности нежестких… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

модуль упругости — [modulus of elasticity] величина, характеризующая упругие свойства материала. В случае малых деформаций, когда справедлив закон Гука, т.е. имеет место линейная зависимость между напряжениями и деформациями, модуль упругости представляет… … Энциклопедический словарь по металлургии

Модуль упругости (Е) — Modulus of elasticity Модуль упругости (Е). (1) Критерий жесткости материала; отношение напряжения вне предела пропорциональности к соответствующему напряжению. Если растягивающее напряжение 13,8 МПа приводит к удлинению на 1,0 %, модуль… … Словарь металлургических терминов

модуль упругости — tampros modulis statusas T sritis chemija apibrėžtis Įtempio ir santykinės deformacijos santykis. atitikmenys: angl. Young modulus; modulus of elasticity rus. модуль упругости; модуль Юнга ryšiai: sinonimas – Jungo modulis … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

модуль упругости — tampros modulis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. modulus of elasticity vok. Elastizitätsmodul, m rus. модуль упругости, m pranc. module d’élasticité, m … Fizikos terminų žodynas

Модуль упругости (Модуль Юнга): понятие, формулы, как определить

Если на изделие из определенного материала воздействовать некой силой, то он начинает сопротивляться этому действию: сжиматься, растягиваться или изгибаться. Способность к такому противостоянию можно оценить и выразить математически. Название этой прочностной характеристики – модуль упругости.

Параметр для каждого материала различный, и характеризует его прочность. Пользуются величиной при разработке конструкций, деталей и других изделий, с целью предотвращения нарушения их целостности.

Модуль упругости

Общее понятие

При любом внешнем воздействии на предмет, внутри его возникают встречные силы, компенсирующие внешние. Для идеальных систем, находящихся в равновесии, силы равномерно распределены и равны, что позволяет сохранить форму предмета. Реальные системы не подчиняются таким правилам, что может привести к их деформации. Оценивая прочность материалов, говорят об их упругости.

Определение модуля Юнга твердых тел

Упругие материалы – это те, которые после прекращения внешнего воздействия, восстанавливают свою первоначальную форму.

Внутренние силы распределены равномерно по всей площади поперечного сечения предмета, имеют свою интенсивность, которая выражается количественно, называется напряжением (р) и измеряется в Н/м² или по международной системе Па.

Напряжение имеет свою пространственную направленность: перпендикулярно площади сечения предмета – нормальное напряжение (σ_z) и лежащая в плоскости сечения – касательное напряжение (τ_z).

Опыт с пружинными весами

Модуль упругости (Е) как единицу измерения отношения материала к линейной деформации, и нормальное напряжение связывает формула закона Гука:

ε = σ_z/E (1)

где ε – относительное удлинение или деформация.

Преобразовав формулу (1) для выражения из нее нормального напряжения, можно увидеть, что Е является постоянной при относительном удлинении, и называется коэффициентом жесткости, а его единицы измерения Па, кгс/мм² или Н/м²:

σ_z = Eε (2)

Модуль упругости – это единица измерения отношения напряжения, создаваемого в материале, к линейной деформации, такой как, растяжение и сжатие.

В справочных материалах размерность модуля упругости выражается в МПа, так как деформация имеет довольно малое значение. А зависимость между этими величинами обратно пропорциональная. Таким образом, Е имеет высокое значение, определяемое 107-109.

Способы расчета модуля упругости

Известны также и другие характеристики упругости, которые описывают сопротивление материалов к воздействиям как к линейным, так и отличным от них.

Величина, которая характеризует сопротивление материала к растяжению, то есть увеличению его длины вдоль оси, или к сжатию – сокращению линейного размера, называется модулем продольной упругости.

Обозначается как Е и выражается в Па или ГПа.

Показывает зависимость относительного удлинения от нормальной составляющей cилы (F) к ее площади распространения (S) и упругости (Е):

σ_z = F/ES (3)

Параметр также называют модулем Юнга или модулем упругости первого рода, в таблице показаны величины для материалов различной природы.

Название материала	Значение параметра, ГПа
Алюминий	70
Дюралюминий	74
Железо	180
Латунь	95
Медь	110
Никель	210
Олово	35
Свинец	18
Серебро	80
Серый чугун	110
Сталь	190/210
Стекло	70
Титан	112
Хром	300

Модулем упругости второго рода называют модуль сдвига (G), который показывает сопротивление материала к сдвигающей силе (FG). Может быть выражена двумя способами.

• Через касательные напряжения (τ_z) и угол сдвига (γ):

G = τ_z/γ (4)

• Через соотношение модуля упругости первого рода и коэффициента Пуасонна (ν):

G = E/2(1+υ) (5)

Определенное в результате экспериментов значение сопротивления материала изгибу, называется модулем упругости при изгибе, и вычисляется следующим образом:

E_И = ((0,05-0,1)F_р— 0,2F_р)L² / 4bh³(ƒ₂-ƒ₁) (6)

где F_р – разрушающая сила, Н;

L – расстояние между опорами, мм;

b, h – ширина и толщина образца, мм;

ƒ₁, ƒ₂– прогибы, образованные в результате нагрузки F₁ и F₂.

При равномерном давлении по всему объему на объект, возникает его сопротивление, называемое объемным модулем упругости или модулем сжатия (К). Выразить этот параметр можно, практически через все известные модули и коэффициент Пуассона.

измерение, наполнители, ГОСТ, влажность, нагрузка, прочность, армирование, испытания

Одной из основных задач проектирования является рациональный выбор сечения профиля и материала строительной конструкции. Необходимо найти золотую середину, при которой выбранный размер при оптимальной массе будет под воздействием расчётных нагрузок обеспечивать сохранение формы. При этом нельзя допустить перерасход материала и соответственно увеличение финансовых затрат. С этой целью технологами был разработан модуль упругости бетона. От чего зависит показатель и как проходят испытания, расскажем сегодня в обзоре Homius.

Содержание статьи

Модуль упругости: что это такое и его единицы измерения

Ещё в середине XVII века во многих странах учёные начали заниматься исследованием материалов. Они применяли различные методики и технологии для определения характеристик прочности. Учёный из Англии Роберт Гук сформулировал главные правила удлинения упругих тел под воздействием нагрузки, благодаря ему было введено понятие модуля Юнга.

Согласно закону Гука, абсолютное растяжение/сжатие прямо пропорционально приложенной нагрузке с коэффициентом пропорциональности. Эта величина и называется модулем упругости и измеряется в следующих единицах:

• кгс/кв. см;
• т/кв. м;
• МПа.

Величина обозначается буквой Е и имеет различные величины, а также зависит от разных факторов. В лабораторных исследованиях были получены коэффициенты, которые сведены в общие таблицы. Характеристики показателя определяются согласно стандарту 52-101-2003.

ФОТО: betonpro100.ruГрафик зависимости деформации при постепенном увеличении нагрузки ФОТО: doctorlom.comСводная таблица показателей

Факторы, влияющие на модуль Юнга

Модуль Юнга – это основная характеристика бетона, определяющая его прочность. Благодаря величине проектировщики проводят расчёты устойчивости материала к различным видам нагрузок. На показатель влияют многие факторы:

• качество и количество заполнителей;
• класс бетона;
• влажность и температура воздуха;
• время воздействия нагрузочных факторов;
• армирование.

ФОТО: dostroy.comМодуль упругости позволяет проектировщикам правильно рассчитывать нагрузку

Качество и количество заполнителей

Качество бетона зависит от его заполнителей. Если компоненты имеют низкую плотность, соответственно, модуль Юнга будет небольшим. Упругость материала возрастает в несколько раз, если применяются тяжёлые наполнители.

ФОТО: russkaya-banja.ruКрупные компоненты увеличивают характеристики упругостиФОТО: ivdon.ruГрафик зависимости предела прочности материала от цементного камня

Класс материала

На коэффициент влияет и класс бетона: чем он ниже, тем меньше значение модуля упругости. Например:

• модуль упругости у В10 соответствует значению 19;
• В15 – 24;
• В-20 – 27.5;
• В25 – 30;
• показатель у В30 возрастает до значения 32,5.

ФОТО: buildingclub.ruЗависимость от класса бетона

Как влияют на показатель влажность и температурные значения

На рост деформаций и уменьшение упругих свойств материала влияют:

• повышение температуры воздуха;
• увеличение солнечной активности.

Под воздействием негативных факторов окружающей среды внутренняя энергия материала увеличивается, это приводит к линейному расширению бетона и соответственно, к увеличению пластичности.

Важно! Понижение температурных колебаний от 20 °C не учитывают в расчётах.

На ползучесть материала оказывает влажность, приводящая к изменению упругих характеристик. Чем выше содержание водяных паров, тем ниже коэффициент.

ФОТО: betonpro100.ruВлияние влажности на ползучесть бетона

Время воздействия нагрузки и условия твердения смеси

На показатель упругости влияет время воздействия нагрузки:

• при мгновенном усилии на бетонную конструкцию деформативность прямо пропорциональна величине внешней нагрузке;
• при длительном воздействии значения коэффициента уменьшаются.

Во время проведения исследований было отмечено, если бетон твердеет естественным способом, модуль упругости у него выше в отличие от пропаривания материала в различных условиях. Это объясняется тем, что при использовании внешних условий в бетоне образуются пустоты и поры в большом количестве, ухудшающие его упругие свойства.

ФОТО: udarnik.spb.ruЗависимость модулей упругости от разных факторов

Возраст бетона и армирование конструкции

Прочность бетона находится в прямой зависимости от его возраста, со временем показатель только увеличивается. Ещё один фактор, положительно влияющий на модуль упругости бетона, – армирование, которое препятствует деформации материала.

ФОТО: 63-ds.netsamara.ruДля конструкций, которые будут эксплуатироваться под большими нагрузками, необходима укладка металлической решётки

Способы определения модуля упругости

Определить модуль упругости можно двумя способами:

• механическим, для него используются образцы;
• ультразвуковым, при котором не происходит разрушение образцов.

Механический способ

Механическое испытание проводят согласно стандарту СП 24452-80.

ФОТО: pinterest.co.ukМеханическое испытание бетона на прочность

Материалы и инструменты

Для испытания принимаются квадратные или круглые образцы, их соотношение между высотой и шириной (сечением) должно быть равно четырём. Изделия сериями по 3 штуки выпиливают или вырезают из гот

Жесткость образца. Модуль Юнга. — Студопедия

Кристаллические тела

Сейчас мы впервые приступаем к рассмотрению твёрдых тел с точки зрения молекулярно кинетической теории. Конечно же, твёрдые тела разительным образом отличаются от газов, а тем более идеальных газов, по своей структуре и свойствам, однако мы всё равно можем, пользуясь уже имеющимися знаниями, описать их.

Во-первых, вспомним, какое определение твёрдым телам вводилось в младших классах:

Определение. Твёрдые тела – тела, которые со временем не меняют своей формы и объёма. Теперь же для расширения теории о твёрдых телах мы введём классификацию твёрдых тел. Твёрдые тела делятся на…

1. Кристаллы (кристаллические тела)

2. Аморфные тела

3. Композиты (композитные тела) (рис. 1)

Рис. 1. Примеры кристаллических (соль) и аморфных (воск) твёрдых тел соответственно (Источник), (Источник)

Рассмотри кристаллические тела:

Определение. Кристаллы– твёрдые тела, у которых наблюдается упорядоченное расположение атомов или молекул (см. рис. 2).

Рис. 2. Пример кристаллической решётки (каменная соль) (Источник)

Кристаллы, в свою очередь, также делятся на два класса:

1. Монокристаллы, то есть вся структура тела представлена единым кристаллом (алмаз, рубин, сапфир…)

2. Поликристаллы, то есть структура тела представляет собой объёдинение большого количества малых кристаллов (гранит, большинство металлов…)

Следует также знать, что кристаллическая структура не является свойством, характерным для одних химических элементов или соединений, а для других нехарактерным. Дело в том, что многие твёрдые тела обладают так называемым свойством полиморфизма.

Определение. Полиморфизм– свойство твёрдых тел существовать в состоянии с различной кристаллической решёткой. Например, уже приводимые на одном из прошлых уроков в качестве примера алмаз и графит оба состоят из углерода, однако с различным расположением его атомов.

Кристаллы могут быть распределены на две группы также и по следующим свойствам: изотропия и анизотропия.

Определение. Анизотропия– зависимость физических свойств кристалла от направления. То есть кристаллическая структура не симметрична, и существует несколько осей, вдоль которых у кристалла проявляются различные свойства (механические, электрические, оптические). Анизотропия свойственна монокристаллам.

Изотропия – независимость физических свойств кристалла от направления. Свойственна поликристаллам, потому как несимметрические монокристаллы ориентируются хаотически, сводя на нет несимметричность.

Ещё одним принципом, по которому можно классифицировать кристаллы, является природа связей, которые удерживают узлы кристаллической решётки вместе:

1. Молекулярные связи характерны для кристаллов с очень низкой механической твёрдостью (кристаллы на основе водорода и гелия)

2. Ковалентные связи характерны, напротив, для кристаллов с высокой прочностью (алмаз)

3. Ионные связи (соли)

4. Металлические связи (металлы)

Аморфные тела

Перейдём к рассмотрению аморфных тел:

Определение.Аморфные тела – тела, не имеющие строгой кристаллической решётки, бесформенные тела (смола, стекло, графит…). Аморфные тела ещё называют переохлаждёнными вязкими жидкостями в связи с тем, что у них нет строгой температуры плавления, потому как нет явного перехода от твёрдого состояния до жидкого: с увеличением температуры аморфные тела стают только более текучими, а свойство текучести сохраняется у них даже при низких температурах.

Перейдём к рассмотрению композитных тел:

Композитные тела

Определение. Композитные тела – искусственно созданные твёрдые тела, состоящие из жёсткой матрицы и нитевидного кристаллического наполнителя. Благодаря разнообразным комбинированиям этих двух составляющих, можно получать желаемую прочность, гибкость, упругость и т. д. материала.

Рассмотрим теперь такой физический процесс, как деформация, и опишем различные её разновидности.

Деформация

Определение. Деформация– изменение формы или объёма твёрдого тела. Различают пять видов деформаций:

 

1. Растяжение – увеличение расстояния между молекулярными рядами

2. Сжатие – уменьшение расстояния между молекулярными рядами

3. Сдвиг – смещение молекулярных рядов друг относительно друга без изменения расстояния между ними

4. Кручение – поворот молекулярных рядов друг относительно друга

5. Изгиб – комбинация деформаций сжатия и растяжения

Закон Гука

Совершенно очевидно, что для того, чтобы произвести деформацию тела, необходимо приложить силу. Но, по третьему закону Ньютона, со стороны тела будет действовать сила противодействия, или, как её назвали, сила упругости. Существует закон, позволяющий определить величину этой силы в зависимости от величины деформации. Этот закон носит имя Роберта Гука – английского учёного (рис. 3). Но прежде, чем вывести его, сформулируем некоторые параметры материала и деформации.

Определение. Абсолютная деформация (сдвига) — :

Здесь: — конечная длина тела; — начальная длина тела.

Относительная деформация – :

Механическое напряжение – :

Здесь: — сила упругости, действующая внутри тела; — площадь сечения тела, перпендикулярного к направлению вектора силы.

Закон Роберта Гука в общем виде выглядит следующим образом:

Здесь: — модуль Юнга или модуль упругости, табличная величина, характеризующая упругие качества вещества.

Увидим теперь, как можно связать вышеприведённую формулировку закона Гука со знакомой нам ещё из курса динамики:

Подставим в формулу закона Гука в общем виде все определения для нововведенных величин:

Выразим из этого выражения силу:

Следовательно:

Очень важным является тот факт, что, во-первых, закон Гука, сформулированный на этом уроке, является более общим, нежели известный нам ранее, а во-вторых, закон Гука выполним только при небольших деформациях.

Рис. 3. Роберт Гук (Источник)

Диаграмма растяжений

Для иллюстрации деформационных качеств твёрдого тела очень хорошо подходит диаграмма растяжений, то есть график зависимости механического напряжения от относительной деформации (см рис. 4).

Рис. 4. Диаграмма растяжений

Участок ОА называется участком упругости, то есть при растяжениях, попадающих в этот участок, после снятия напряжения с образца тело принимает свою первоначальную форму и объём. Значение механического напряжения в точке А называется механическим напряжением пропорциональности. Участок СD, напротив, называется областью текучести, и при деформации большей, чем значение в точке C, деформация становится эластичной, то есть тело не возвращается в начальное состояние после снятия напряжения. Именно по величине этой зоны определяется устойчивость образца к разрыву. Значение механического напряжения в точке E называется пределом прочности и соответствует той границе, при переходе которой образец разрушается.

В технике часто используется понятие «коэффициент безопасности».

Определение. Коэффициент безопасности – отношение механического напряжения пропорциональности к максимальному механическому напряжению, которое испытывает деталь, строение.

Жидкие кристаллы

Особенный интерес представляют собой тела, называющиеся жидкими кристаллами.

Определение. Жидкие кристаллы – тела, одновременно обладающие свойствами кристаллов (упорядоченное строение молекул и атомов) и жидкостей (текучесть). Важнейшее свойство жидких кристаллов – оптическая анизотропия, то есть неодинаковое прохождение света по разным направлениям.

Все жидкие кристаллы разделены на три типа (рис. 5):

1. Нематики – кристаллы имеют нитевидную структуру

2. Смектики – представляют собой некие мыльные растворы

3. Холестерики – содержат в своём составе холестерин

Рис. 5. Схема ориентации молекул различных типов жидких кристаллов (Источник)

Механические свойства твердых тел

Сила упругости возникает при деформации тела, обусловлена электромагнитными силами взаимодействия составляющих его частиц. При небольшом внешнем воздействии атомы выходят из состояния равновесия и стремятся вернуться в исходное положение. Сила упругости направлена противоположно деформации.

Возьмем медную проволоку длиной l и площадью поперечного сечения S. Подвесим груз, под действием силы тяжести проволока удлинится на

Абсолютное удлинение

Относительное удлинение

При деформации растяжения , при сжатии — .

Жесткость образца. Модуль Юнга.

Модуль Юнга характеризует упругие свойства вещества. Это постоянная величина, зависящая только от материала, его физического состояния. Физический смысл модуля Юнга: он численно равен напряжению, которое возникло бы в образце при относительной деформации, равной единице. Характеризует способность материала сопротивляться деформации растяжения или сжатия. Значение модуля Юнга табличное.

Модуль Юнга и его основной физический смысл

Модулем продольной упругости конструкционного материала, или модулем Юнга, называют физическую величину, которая характеризует свойство материалов, обеспечивающее их сопротивление деформациям, действующим в продольном направлении.

Параметр характеризует степень жесткости конкретного материала.

Название модуля соответствует фамилии Томаса Юнга — известного английского физика и ученого, который занимался исследованием процессов сжатия и растяжения для твердых материалов. Обозначается данная физическая величина латинской буквой E. Измеряется модуль Юнга в Паскалях.

Параметр модуль Юнга, или модуль продольной упругости, используется при различных расчетах при испытаниях материалов на степень деформации при растяжении-сжатии, а также при изгибе.

Надо сказать, что большинству используемых конструкционных материалов свойственен показатель модуля Юнга достаточно больших значений, которые, как правило, имеют порядок 10⁹ Па. Поэтому для удобства расчетов и записи используют кратную приставку «гига» (ГПа).

Ниже приведены показатели модуля Юнга для некоторых конструкционных материалов, которые достаточно часто используются для различных практических целей. Именно от их свойств прочности зависит долговечность строительных сооружений и других объектов.

Согласно приведенной таблице, максимальный показатель модуля принадлежит стали, а минимальный  — дереву.

Значение модуля Юнга для некоторых конструкционных материалов

Название материала	Показатель E, [ГПа]	Название материала	Показатель E, [ГПа]
хром	300	латунь	95
никель	210	дюралюминий	74
сталь	200	алюминий	70
чугун	120	стекло	70
хром	110	олово	35
серый чугун	110	бетон	20
кремний	110	свинец	18
бронза	100	дерево	10

Графическое определение модуля Юнга возможно с помощью специально

Модуль Юнга

| Примечания к редакции

A Level Physics

Введение

Модуль Юнга — это числовая константа, названная в честь английского врача и физика 18 века Томаса Янга. Модуль Юнга — это мера способности материала выдерживать изменения длины при продольном растяжении или сжатии. Модуль Юнга также называют модулем упругости.

А. Модуль Юнга

Большинство материалов при небольшой деформации подчиняются закону Гука.В этом случае соотношение между напряжением и деформацией постоянно. Эта величина называется модулем Юнга (E). Модуль Юнга измеряет сопротивление материала упругой деформации.

B. Что означает модуль Юнга

Модуль Юнга описывает жесткость материала. Проще говоря, в нем говорится, насколько легко согнуть или растянуть материал. Модуль Юнга материала — это его фундаментальное свойство, которое остается неизменным. Но это зависит от температуры материала.График «напряжение-деформация» для двух материалов показан на рис. 1 , рис. 1 . Материал A более жесткий, чем материал B, так как для создания такой же степени деформации требуется более высокое напряжение. Итак, материал A будет иметь более высокий модуль упругости, чем материал B.

Рисунок 1: Сравнение модуля Юнга

C. Как рассчитать модуль Юнга

Модуль Юнга материала может быть измерен с помощью эксперимента, проиллюстрированного на Рис. 2 .Эталонный провод и испытательный провод из выбранного материала подвешивают к потолку. Эталонный провод поддерживает нониусную шкалу, которая измеряет удлинение испытательного провода. Грузы с прорезями можно использовать для изменения силы, действующей на испытательный провод.

Рисунок 2: Схема эксперимента

D. Применение модуля Юнга

Модуль Юнга очень важен для врачей и ученых. Этот параметр может помочь им определить, когда структурный имплантат деформируется.9 Н. Предполагается, что предел пропорциональности провода не превышен. Рассчитываются напряжение, деформация и удлинение троса, используемого в мостовом кране.

Сводка

Модуль Юнга является важным свойством материала из-за его связи с напряжением и деформацией. Установлен модуль Юнга практически для всех материалов. В нескольких расчетах инженерного проектирования модуль Юнга используется для определения толщины материала, способного выдержать заданную нагрузку, или уровня напряжений в материале для заданной нагрузки.

Модуль Юнга — это показатель жесткости углеродного волокна

YOUNG’S MODULUS, также называемый модулем упругости, определяет жесткость эластичного материала. Жесткость углеродного волокна можно сравнить с помощью модуля Юнга

.

Это одна из важных характеристик материала. Возможность сравнения и количественной оценки жесткости имеет фундаментальное значение для проектирования и строительства. Модуль Юнга — это то, как выражается жесткость для инженерных типов.

Любой, кто исследует материалы, используемые для изготовления мачт, и в частности углеродное волокно, рано или поздно столкнется с модулем Юнга.

Важно подчеркнуть, что жесткость не эквивалентна прочности. Жесткий материал может не сильно прогибаться под нагрузкой, но может сломаться при меньшем напряжении (силе), чем другой менее жесткий материал.

Определение нескольких слов, которые мы уже знаем!

Эластичный материал:

— это материал, который может принимать нормальную форму после снятия нагрузки. Другими словами, если вы сгибаете или растягиваете что-то, и оно возвращается к своей исходной форме без повреждений, это эластичный материал.

A Жесткий материал

Это материал, к которому необходимо приложить большую силу для изменения формы.

a Гибкий материал

— это тот, которому требуется лишь небольшое усилие, чтобы изменить его форму.

Напряжение

— мера силы

Штамм

— мера деформации (величина изгиба или растяжения)

Модуль Юнга предсказывает, насколько материал изгибается или расширяется при растяжении или укорачивается при сжатии.Чем выше модуль Юнга, тем жестче материал.

Выражается как отношение напряжения к деформации. Другими словами, насколько что-то изгибается (деформируется) при заданной нагрузке (напряжении).

Модуль Юнга = напряжение / деформация

Единица: 10 ⁹ Н / м ² или ГПА (ГигаПаскаль)

Н = Ньютон, м = Метр. Ньютон равен силе, которая дает массе в один килограмм ускорение на один метр в секунду в секунду. Паскаль равен одному ньютону на квадратный метр.

Модуль Юнга не всегда одинаков для всех ориентаций материала.

Большинство металлов и керамики, как и многие другие материалы, изотропны, их механические свойства одинаковы во всех ориентациях.

Некоторые материалы изготавливаются или могут быть модифицированы или физически обработаны, чтобы изменить их структуру и сделать ее направленной. Эти материалы являются или становятся анизотропными, и модуль Юнга будет различным в зависимости от направления силы. Анизотропия наблюдается во многих композитах.Углеродное волокно имеет гораздо более высокий модуль Юнга (намного жестче), когда сила параллельна волокнам (вдоль волокон). К другим анизотропным материалам относятся дерево и железобетон.

Модуль Юнга может изменяться из-за различий в составе образцов и методах испытаний

.

Эти значения предлагаются только для сравнения. Единицы измерения GPascal

Резина (небольшая деформация)	0,01-0,1
PTFE (тефлон)	0.5
Полиэтилен низкой плотности	0,2
Полипропилен	1,5-2
Нейлон	2-4
Древесина сосна (вдоль волокон)	8,963
Древесина дуба (вдоль волокон)	11
Бетон высокопрочный (на сжатие)	30
Металлический магний (Mg)	45
Алюминий	69
Арамид (например, кевлар)	70.5-112,4
Латунь и бронза	100-125
Медь (Cu)	117
Стеклопластик (волокно / матрица 70/30 по весу, однонаправленный, вдоль волокон)	40-45
Пластмасса, армированная углеродным волокном (волокно 70/30 / матрица, однонаправленное, вдоль волокон)	181
Сталь	200
Карбид кремния (SiC)	450
Карбид вольфрама	450-650
Одностенные углеродные нанотрубки	1000+

Единицы измерения не так уж и важны для любительского изготовителя лодок и мачт, а важнее сравнение материалов.Интересно сравнить углеродное волокно со стекловолокном и алюминием. Жесткость углеродного волокна примерно в 4 раза выше, чем у стекловолокна, и более чем в два раза превышает жесткость алюминия. Углеродное волокно примерно вдвое жестче кевлара.

Как измеряется модуль Юнга?

Существует несколько различных тестов, таких как трехбалльный тест или тест на растяжение. По сути, готовится образец и к нему прикладывается сила. Измеряется прогиб или растяжение.

При тестировании композитов, таких как углеродное волокно или стекловолокно, сложно подготовить образцы, которые точно сопоставимы, и необходимо уделять большое внимание подготовке образцов, матрице и плотности волокон и переплетений.В любой исследовательской работе, которую я читал, значительное количество деталей входит в описание способа изготовления образцов. Поскольку такие материалы, как алюминий или медь, более однородны, подготовка не столь важна. Если есть ориентации кристаллов, их нужно сопоставить и отметить.

Измерение изгиба трубки из углеродного волокна. Они не разрушают испытания. Это трехбалльный тест. Тестируемый материал помещается на 2 опоры, а третья точка опускается и прикладывает силу.Затем машина измеряет величину отклонения при заданной силе. Чем выше модуль Юнга, тем меньше прогиб перед поломкой детали.

Здесь деталь проходит испытания на отказ. На самом деле это испытание на прочность. Веселое видео по карданным валам лотоса.

---

[HOME] [СОЗДАЙТЕ МОЮ МАЧТУ ИЗ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА] [МАЧТА ИЗ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА] [Углеродные ссылки] [МОИ ЛОДКИ]
[ХАРАКТЕРИСТИКИ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА] [КЕВЛАР И ДРУГИЕ АРАМИДЫ]
электронная почта: Кристина Модуль Юнга

— WikiLectures

послать

Спасибо за ваши Коментарии.

Спасибо за просмотр этой статьи.

Ваш отзыв не был вставлен (допускается один отзыв на статью в день)!

Модуль Юнга — это мера жесткости или жесткости материала. Это применимо только к небольшому удлинению или сжатию, которые являются обратимыми и не вызывают остаточной деформации при снятии внешней приложенной силы. Он обеспечивает прямое указание степени искажения, которое можно ожидать при данной (небольшой) нагрузке.Жесткий материал имеет высокий модуль Юнга и лишь незначительно меняет свою форму под действием упругих нагрузок (например, алмаз). Гибкий материал имеет низкий модуль Юнга и значительно меняет форму (например, каучуки), Без этого количества трудно сравнивать жесткость любых двух материалов.

И еще они называют это модулем упругости, потому что модуль Юнга является наиболее часто используемым модулем упругости.

Модуль Юнга также можно использовать при вычислении натяжения, когда атомы растягиваются, а не сжимаются.В этих случаях напряжение отрицательное, потому что атомы растягиваются, а не сжимаются. Основная концепция в любом случае заключается в том, что жесткость сил между атомами, которая измеряется, сжимаются они или растягиваются. Следовательно, давление, вычисленное для модуля Юнга, не изменяется ни для вид измерения.

Они использовали модуль Юнга во многих вещах в мышцах, а также во многих расчетах, и это некоторый момент. почему я изучаю модуль Юнга в мышце.

1. При количественном измерении распределения модуля Юнга (т. Е. Локальной жесткости мышц) внутри или между мышцами можно повысить точность оценки жесткости мышц.
2. Распределение модуля Юнга внутри и между несколькими мышцами в различных условиях, полученных в виде цветного изображения с помощью этой новой автономной мобильной технологии.Мы предсказали, что модуль Юнга мышцы больше в условиях с повышенной интенсивностью сокращения мышц, поскольку жесткость мышц известно, что увеличивается с интенсивностью сокращения.
3. Комплексный модуль Юнга расслабленных мышечных волокон, а также мышечных волокон в состоянии окоченения зависит от частоты. В обоих случаях комплексный модуль Юнга плавно увеличивается с увеличением частоты в диапазоне от 250 Гц до 40 кГц.
4. Модуль упругости можно использовать для оценки индекса силы отдельных мышц во время субмаксимального изометрического утомительного сокращения.

Важность наличия устройства, которое может измерять модуль Юнга небольших образцов ткани.Во-первых, путем измерения эластичных свойств опухолей и поражений по сравнению с нормальной тканью. Может помочь идентифицировать заболевания, обнаруживаемые с помощью визуализации эластичности, и даже может помочь в дифференциальной диагностике на основе количественных данных модуля упругости для различных патологических процессов.

Модуль Юнга используется во многих расчетах для кости и в этой же точке.

1. Модуль Юнга кости сильно зависит от пространственной структуры.
2. Определение модуля упругости костной ткани на микроструктурном уровне важно для понимания механического поведения и функции кости.
3. Ракообразная (или губчатая) кость. Она имеет гораздо более низкий модуль Юнга, чем кортикальная кость, и этот градиентный модуль постепенно совпадает со свойствами кортикальной кости и хряща, образующего суставную поверхность головки бедренной кости.
4. Требуется низкий модуль Юнга биоматериалов, поскольку он должен быть как можно ближе к модулю упругости кости. Хотя титан и его (+) сплавы имеют модуль упругости (100–120 ГПа), намного меньший, чем у нержавеющей стали (210 ГПа), он все же значительно выше, чем у костной ткани.

Единицей модуля Юнга является паскаль.

1 паскаль = 1 Па = 1 Ньютон на квадратный метр = 1 Н / М ² = 1,450377 × 10 ⁻⁴ фунт / кв.

, где psi = фунты на квадратный дюйм. Пожалуйста, посмотри http://en.wikipedia.org/wiki/Pressure#Units

Обратите внимание, что модуль Юнга имеет те же единицы измерения, что и давление, потому что деформация = Delta L / L — безразмерная величина.

Как мы уже говорили, модуль Юнга описывает, насколько материал будет растягиваться при заданном напряжении.Следовательно, расчет модуля Юнга образца материала: Модуль Юнга = напряжение / деформация мы видим, что модуль Юнга очень важен не только для физического здоровья, но и для врача, потому что мы используем его в нашем теле, чтобы знать многое о мышцах, костях и тканях

В науке, что такое модуль сдвига?

Модуль сдвига, который также часто называют модулем жесткости или модулем упругости при кручении, является мерой жесткости или жесткости различных типов твердых материалов.Он рассчитывается из отношения материала напряжения сдвига к деформации сдвига. Напряжение сдвига — это величина силы, приложенной к квадратной площади материала, обычно измеряемая в значениях давления в паскалях. Деформация — это величина, деформированная материалом под напряжением, деленная на его первоначальную длину. Значение модуля сдвига всегда является положительным числом и выражается как количество силы на единицу площади, которое обычно записывается в метрических гигапаскалях (ГПа), потому что эти значения более практичны, чем английские эквиваленты.

Ученый с мензурками

Поскольку гигапаскали равны миллиардам паскалей силы на единицу площади, значения модуля сдвига иногда могут выглядеть обманчиво маленькими. Пример того, насколько большие значения модуля сдвига могут быть продемонстрированы, когда они преобразуются в английские значения фунтов на квадратный дюйм (фунт / дюйм ² ).Алмаз имеет модуль жесткости 478 ГПа (69328039 фунтов / дюйм ² ), чистый алюминий — 26 ГПа (3770981 фунт / дюйм ² ), а резина колеблется от 0,0002 до 0,001 ГПа (от 29 до 145 фунт / дюйм ² ). Чтобы сделать эти единицы более практичными с английскими числами, практика состоит в том, чтобы выражать их в кипах на квадратный дюйм, где кип равен весу 1000 фунтов.

Чем тверже вещество, тем выше значение его модуля сдвига, в зависимости от температуры окружающей среды при измерении этого значения.По мере того, как значение модуля сдвига увеличивается, это указывает на то, что для его деформации или деформации в плоскости направления силы требуется гораздо большее количество силы или напряжения. Однако сами значения деформации в расчетах, как правило, довольно малы, поскольку деформация — это всего лишь мера деформации твердого материала до его разрушения или разрушения. Большинство твердых тел, таких как металлы, растягиваются лишь на небольшую величину перед разрушением.

Исключением из этого ограничения на небольшие значения деформации являются эластичные материалы, такие как резина, которые могут сильно растягиваться до того, как разрушатся.Эти материалы часто вместо этого измеряются с использованием модуля упругости при сдвиге, который также является отношением напряжения к деформации. Значения модуля упругости материалов основаны на том, насколько материал может быть растянут до того, как он подвергнется постоянной деформации.

Модуль упругости часто является той же величиной, что и модуль Юнга, который, в частности, является мерой линейного напряжения на твердом теле, определяемого как продольная деформация к продольному напряжению.Еще одно тесно связанное значение в этой серии измерений — это модуль объемного сжатия, который берет модуль Юнга и применяет его ко всем трем измерениям в пространстве. Объемный модуль измеряет эластичность твердого тела, когда давление для его деформации применяется повсеместно со всех сторон, и это противоположно тому, что происходит при сжатии материала. Это величина объемного напряжения, деленная на объемную деформацию, и на одном примере ее можно представить как то, что произошло бы с однородным твердым телом под внутренним давлением при помещении в вакуум, что привело бы к его расширению во всех направлениях.

Физика — модуль Юнга — Бирмингемский университет

Одним из наиболее важных тестов в инженерии является знание того, когда объект или материал изгибается или ломается, и свойство, которое говорит нам, что это модуль Юнга. Это мера того, насколько легко материал растягивается и деформируется.

Согнется или сломается?

Провода подчиняются закону Гука, как и пружины. Когда прикладывается сила F , она удлиняется на некоторое расстояние x , которое можно просто описать уравнением F = kx

В то время как k для пружины — это жесткость пружины, величина удлинения провода зависит от его площади поперечного сечения, длины и материала, из которого он сделан. Модуль Юнга ( E ) — это свойство материала, которое говорит нам, насколько легко он может растягиваться и деформироваться, и определяется как отношение растягивающего напряжения ( σ ) к деформации растяжения ( ε ).Где напряжение — это величина силы, приложенной на единицу площади ( σ = F / A ), а деформация — это растяжение на единицу длины ( ε = дл / л ).

Поскольку сила F = мг , мы можем получить модуль Юнга проволоки, измерив изменение длины ( дл ) при применении гирь массой м (при условии, что г = 9,81 метра на второй квадрат).

Имеет ли значение модуль Юнга для исследований?

Имеет ли значение модуль Юнга для исследований?

Какие ключевые вещи нужно знать?

Для разных типов материалов графики напряжения-деформации могут выглядеть по-разному.Хрупкие материалы, как правило, очень прочные, потому что они могут выдерживать большие нагрузки, они не сильно растягиваются и внезапно ломаются. Пластичные материалы имеют большую эластичную область, где зависимость напряжения от деформации является линейной, но при первом обороте (предел упругости) линейность нарушается, и материал больше не может вернуться к своей исходной форме. Второй пик — это предел прочности на разрыв, и он говорит нам о максимальном напряжении, которое материал может выдержать перед разрушением. Пластиковые материалы не очень прочны, но могут выдерживать большие нагрузки.Модуль Юнга задается градиентом линии на графике зависимости напряжения от деформации.

В эксперименте, показанном на видео выше, мы измерили модуль Юнга медного провода, который не сильно расширяется. Таким образом, можно использовать реперный маркер, например ленту, для определения исходной и увеличенной длины. Выполнение нескольких измерений с различными массами увеличит количество точек на графике зависимости напряжения от деформации и сделает расчет модуля Юнга более надежным. Еще о чем нужно позаботиться — это измерить площадь сечения провода.Недостатки проволоки могут означать, что диаметр не является абсолютно постоянным по длине, поэтому может помочь среднее значение нескольких показаний микрометра.

Как это применимо ко мне?

Изучение механических свойств материалов важно, потому что оно помогает нам понять, как материалы ведут себя, и позволяет нам разрабатывать новые продукты и улучшать существующие. В одном из примеров темы исследования в Бирмингеме рассматривалась разработка шестов для прыжков в высоту, используемых спортсменами, занимающимися прыжками в высоту, для достижения максимальной производительности.Эти столбы должны быть легкими, чтобы иметь возможность быстро разгоняться, но также должны сохранять энергию упругой деформации при изгибе шеста. Шест должен преобразовывать упругую энергию в кинетическую энергию по мере выпрямления шеста и быть в состоянии выдерживать напряжение, вызванное весом прыгуна, и выдерживать многократное использование спортсменом.

В небольших масштабах существует множество продуктов, содержащих биологические (например, фармацевтические препараты, препараты для лечения бесплодия, тканевая инженерия) и небиологические микрочастицы (например,грамм. химия, сельское хозяйство, бытовая химия). Понимая их механические свойства, мы можем прогнозировать их поведение при производстве и переработке, максимально увеличивая их рабочие характеристики.

Модуль Юнга материала — полезное свойство, которое необходимо знать, чтобы предсказать поведение материала при воздействии силы. Это важно практически для всего, что нас окружает, от зданий до мостов, автомобилей и многого другого.

Следующие шаги

Эти ссылки предоставлены только для удобства и в информационных целях; они не означают одобрения или одобрения Бирмингемским университетом какой-либо информации, содержащейся на внешнем веб-сайте.Бирмингемский университет не несет ответственности за точность, законность или содержание внешнего сайта или последующих ссылок. Пожалуйста, свяжитесь с внешним сайтом для получения ответов на вопросы относительно его содержания.

Модуль юнга

— перевод на японский — примеры английский

Эти примеры могут содержать грубые слова на основании вашего поиска.

Эти примеры могут содержать разговорные слова, основанные на вашем поиске.

Кроме того, из-за малого количества пьезокерамических частиц модуль Юнга является низким, и, таким образом, пьезоэлектрический каучук также может использоваться в качестве антивибрационного материала.

ま た 、 圧 電 セ ミ ッ 粒子 の 粒子 量 が 少 な い た め ヤ ン グ 率 が 低 く 、 用 の 材料 と し て き ま す。

HIGH YOUNG’S MODULUS СТАЛЬНАЯ ПЛИТА И ПРОЦЕСС ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Экстензометры можно использовать для измерения деформации и модуля Юнга .

伸 び 計 を 用 い る こ と ひ ず み と ヤ ン グ 率 の 測定 が 可能 に な り ま す。

Разделенный стержень Гопкинсона используется для динамического определения материальных констант, например, модуля Юнга или механического напряжения.

ス プ リ ッ ト ・ ホ プ キ ン ン は 、 ヤ ン グ 率 や 機械 ス ト レ ス 数 を 動 た め に 使用 ま

[Проблема] Обеспечить материал волосяной пружины, который предназначен для механических часов и который может иметь меньшие отклонения в модуле Юнга , чем это было обычно.

〔課題〕 従 来 よ り も ヤ ン グ 率 の ば ら つ き で き る 機械 式 時 ひ ぜ ん ま 材料 す る こ と

Например, в качестве амортизирующего листа (31) предпочтительно использовать ленточный элемент, такой как лента из силиконового каучука с низким значением модуля Юнга .

該 ク ッ シ ョ ン シ ト ３１ と え ば 、 低 ヤ ン グ 率 の シ リ コ ー ム 製 の テ ー 等 を

Характеристики Этот сплав имеет превосходную прочность на растяжение, жаропрочность и модуль Юнга .

No related posts.