Kiến thức Phổ thông

Mô đun đàn hồi là gì?

Mô đun đàn hồi (E hoặc Y) là thước đo độ cứng hoặc khả năng chống biến dạng đàn hồi của vật rắn dưới tải. Nó liên quan đến ứng suất (lực trên một đơn vị diện tích) đến biến dạng (biến dạng tỷ lệ) dọc theo một trục hoặc đường thẳng. Nguyên tắc cơ bản là vật liệu trải qua biến dạng đàn hồi khi được nén hoặc mở rộng, trở về hình dạng ban đầu khi tải được gỡ bỏ. Biến dạng nhiều hơn xảy ra trong một vật liệu linh hoạt so với vật liệu cứng.

Nói cách khác:

  • Giá trị mô đun đàn hồi thấp có nghĩa là vật rắn có tính đàn hồi.
  • Giá trị mô đun đàn hồi thấp cao có nghĩa là vật rắn không co giãn hoặc cứng.

Phương trình và đơn vị

Phương trình cho mô đun đàn hồi là: E = σ / ε = (F/A) / (ΔL/L0) = FL0 / AΔL

Trong đó:

  • E là mô đun đàn hồi, thường được biểu thị bằng Pascal (Pa)
  • σ là ứng suất đơn phương
  • ε  là sự căng thẳng
  • F là lực nén hoặc mở rộng
  • A là diện tích bề mặt cắt ngang hoặc mặt cắt vuông góc với lực tác dụng
  • Δ L là thay đổi độ dài (âm khi nén; dương khi kéo dài)
  • L0 là chiều dài ban đầu

Trong khi đơn vị SI cho mô đun Young là Pa, các giá trị thường được biểu thị dưới dạng megapixelascal (MPa), Newton trên mỗi milimet vuông (N / mm2), gigapascals (GPa) hoặc kilonewton trên milimet vuông (kN / mm2). Đơn vị tiếng Anh thông thường là pound mỗi inch vuông (PSI) hoặc mega PSI (Mpsi).

Lịch sử

Khái niệm cơ bản đằng sau mô đun của Young được mô tả bởi nhà khoa học và kỹ sư người Thụy Sĩ Leonhard Euler vào năm 1727. Năm 1782, nhà khoa học người Ý Giordano Riccati đã thực hiện các thí nghiệm dẫn đến các tính toán hiện đại của mô đun. Tuy nhiên, mô-đun lấy tên từ nhà khoa học người Anh Thomas Young, người đã mô tả tính toán của nó trong Khóa học về triết học tự nhiên và nghệ thuật cơ khí vào năm 1807. Có lẽ nên gọi là mô-đun của Riccati, theo cách hiểu hiện đại về lịch sử của nó, nhưng điều đó sẽ dẫn đến sự nhầm lẫn.

Vật liệu đẳng hướng và dị hướng

Mô-đun của Young thường phụ thuộc vào định hướng của vật liệu. Vật liệu đẳng hướng hiển thị các tính chất cơ học giống nhau theo mọi hướng. Ví dụ bao gồm kim loại nguyên chất và gốm sứ. Tuy nhiên, làm việc một vật liệu hoặc thêm tạp chất vào nó có thể tạo ra các cấu trúc hạt làm cho các tính chất cơ học được định hướng. Các vật liệu dị hướng này có thể có các giá trị mô đun Young rất khác nhau, tùy thuộc vào việc lực được tải dọc theo hạt hay vuông góc với nó. Các ví dụ điển hình về vật liệu dị hướng bao gồm gỗ, bê tông cốt thép và sợi carbon.

Bảng các giá trị mô đun đàn hồi

Bảng này chứa các giá trị đại diện cho các mẫu của các vật liệu khác nhau. Hãy nhớ rằng, giá trị chính xác cho một mẫu có thể hơi khác nhau, vì phương pháp thử nghiệm và thành phần mẫu ảnh hưởng đến dữ liệu. Nói chung, hầu hết các sợi tổng hợp có giá trị mô đun Young thấp. Sợi tự nhiên cứng hơn. Kim loại và hợp kim có xu hướng thể hiện giá trị cao. Mô-đun Young cao nhất trong tất cả là dành cho carbyne, một đồng vị của carbon.

Vật chấtGPaMpsi
Cao su (chủng nhỏ)0,011,45 – 14,5 × 10 3
Polyetylen mật độ thấp0,11 vang0,861.6 – 6.5 × 10 2
Tảo cát (axit silicic)0,35 sắt2,770,05
PTFE (Teflon)0,50,075
HDPE0,80,16
Capsid vi khuẩn1 Lốc30.15 – 0.435
Polypropylen1,5 L220,22 – 0,29
Polycarbonate2 trận2.40,29 – 0,36
Polyetylen terephthalate (PET)2 trận2.70,29 – 0,39
Nylon2 Lốc40,29 – 0,58
Polystyren, rắn30,44 – 0,51
Polystyren, bọt2,5 con7x10 -33.6 – 10.2×10 -4
Ván sợi mật độ trung bình (MDF)40,58
Gỗ (dọc hạt)111,60
Xương người142.03
Ma trận polyester gia cường thủy tinh17.22,49
Ống nano peptide thơm19 Cung272,76 – 3,92
Bê tông cường độ cao304,35
Tinh thể phân tử axit amin21 con443.04 – 6,38
Nhựa gia cố sợi carbon30 con504.35 – 7.25
Sợi gai dầu355.08
Magiê   (Mg)456,53
Ly50 con907.25 – 13.1
Sợi lanh588,41
Nhôm (Al)6910
Xà cừ xà cừ (canxi cacbonat)7010.2
Aramid70,5 Tiếng112.410,21616.3
Men răng (canxi photphat)8312
Sợi cây tầm ma8712,6
Đồng9613.9 – 17.4
Thau100 10012512514,51818.1
Titan (Ti)110.316
Hợp kim titan10515 – 17.5
Đồng (Cu)11717
Nhựa gia cố sợi carbon18126.3
Tinh thể silic130 Phi18518.9 – 26.8
Sắt rèn190 trận21027.6 – 30.5
Thép (ASTM-A36)20029
Yttri sắt garnet (YIG)193-20028 – 29
Coban-crôm (CoCr)220 Cung25829
Các ống nano peptide thơm230 con27533.4 – 40
Beryllium (Be)28741,6
Molypden (Mo)32947.7 – 47.9
Vonfram (W)400 Lốc41058 – 59
Cacbua silic (SiC)45065
Cacbua vonfram (WC)450 con65065 – 94
Osmium (Os)525 con56276.1 – 81.5
Ống nano carbon đơn váchHơn 1000Hơn 150
Graphene (C)1050152
Kim cương (C)1050 Led1210152 – 175
Carbyne (C)321004660

Mô đun đàn hồi

Một mô-đun có nghĩa đen là một “biện pháp.” Bạn có thể nghe mô đun đàn hồi được gọi là mô đun đàn hồi, nhưng có nhiều biểu thức được sử dụng để đo độ co giãn: Mô đun đàn hồi mô tả độ co giãn kéo dọc theo đường khi các lực đối lập được áp dụng. Đó là tỷ lệ của ứng suất kéo với độ căng.

Mô đun số lượng lớn (K) giống như mô đun đàn hồi, ngoại trừ trong ba chiều. Nó là thước đo độ co giãn thể tích, được tính bằng ứng suất thể tích chia cho biến dạng thể tích. Cắt hoặc mô đun độ cứng (G) mô tả cắt khi một vật bị tác động bởi các lực đối lập. Nó được tính là ứng suất cắt trên biến dạng cắt.

Mô đun trục, mô đun sóng P và tham số đầu tiên của Lamé là các mô đun đàn hồi khác. Tỷ lệ Poisson có thể được sử dụng để so sánh biến dạng co thắt ngang với biến dạng kéo dài theo chiều dọc. Cùng với định luật Hooke, các giá trị này mô tả các tính chất đàn hồi của vật liệu.

Đọc thêm: Mô đun khối là gì?

Đọc thêm: Mô đun cắt là gì?

Xem thêm:

Định luật Ohm (Ôm) là gì: Lịch sử khám phá, công thức và ứng dụng

Định luật Ôm là gì? Định luật Ohm là một quy tắc để phân tích các mạch điện, mô tả ...
Xem thêm

Mô men quán tính là gì?

Mô men quán tính trong vật lý là gì? Mô men quán tính của một vật là một đại lượng ...
Xem thêm

Định luật Kirchhoff dòng điện và điện áp là gì?

Định luật Kirchhoff là gì? Năm 1845, nhà vật lý người Đức, Christopher Kirchhoff, lần đầu tiên mô tả hai ...
Xem thêm

Sóng điện từ là gì?

Sóng điện từ được hình thành bởi sự rung động của điện trường và từ trường. Các trường này vuông ...
Xem thêm

Tia catốt là gì: Định nghĩa, tính chất và ứng dụng thực tế

Định nghĩa tia catốt Tia catốt là chùm tia điện tử trong ống chân không truyền từ điện cực tích ...
Xem thêm

Bức xạ Gamma là gì?

Định nghĩa bức xạ Gamma Các photon năng lượng cao được phát ra bởi các hạt nhân phóng xạ. Bức ...
Xem thêm
Back to top button
Close

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker