Kas yra šlyties modulis?

Šlyties modulis ir standumas

Šlyties modulis apibūdina, kaip medžiaga elgiasi reaguodama į šlyties jėgą, kaip tai daroma naudojant nuobodus žirkles.

Carmen Martinez bokštas, „Getty Images“.

The šlyties modulis apibrėžiamas kaip šlyties įtempių ir šlyties deformacijų santykis. Jis taip pat žinomas kaip standumo modulis ir gali būti žymimas G arba rečiau iki S arba m . SI vienetas kirpimas modulis yra Paskalis (Pa), tačiau reikšmės paprastai išreiškiamos gigapaskaliais (GPa). Anglų vienetais šlyties modulis nurodomas svarais kvadratiniame colyje (PSI) arba kilogramais (tūkstančiais) svarų kvadratiniam coliui (ksi).

• Didelė šlyties modulio vertė rodo a kietas yra labai standus. Kitaip tariant, norint sukelti deformaciją, reikia didelės jėgos.
• Maža šlyties modulio vertė rodo, kad kieta medžiaga yra minkšta arba lanksti. Norint jį deformuoti, reikia mažai jėgos.
• Vienas iš skysčio apibrėžimų yra medžiaga, kurios šlyties modulis lygus nuliui. Bet kokia jėga deformuoja jo paviršių.

Šlyties modulio lygtis

Šlyties modulis nustatomas matuojant kietojo kūno deformaciją, kai jėga lygiagreti vienam kietojo kūno paviršiui, o priešinga jėga veikia priešingą paviršių ir išlaiko kietą medžiagą vietoje. Pagalvokite apie šlytį kaip spaudimą prie vienos bloko pusės, o trintį kaip priešingą jėgą. Kitas pavyzdys būtų bandymas kirpti vielą ar plaukus nuobodžiomis žirklėmis.

Šlyties modulio lygtis yra tokia:

G = t_xy/ c_xy= F/A / Δx/l = Fl / AΔx

Kur:

• G yra šlyties modulis arba standumo modulis
• t_xyyra šlyties įtempis
• c_xyyra šlyties deformacija
• A yra sritis, kurioje veikia jėga
• Δx yra skersinis poslinkis
• l yra pradinis ilgis

Šlyties deformacija yra Δx/l = tan θ arba kartais = θ, kur θ yra kampas, sudarytas dėl deformacijos, kurią sukelia veikiama jėga.

Skaičiavimo pavyzdys

Pavyzdžiui, raskite mėginio šlyties modulį, esant 4x10 įtempiui⁴ N /m^dupatiria 5x10 įtampą^{- du}.

G = τ / γ = (4x10⁴N/m^du) / (5x10^{- du}) = 8x10⁵N/m^duarba 8x10⁵Pa = 800 KPa

Izotropinės ir anizotropinės medžiagos

Kai kurios medžiagos yra izotropinės šlyties atžvilgiu, o tai reiškia, kad deformacija reaguojant į jėgą yra tokia pati, nepaisant orientacijos. Kitos medžiagos yra anizotropinės ir skirtingai reaguoja į įtempimą ar įtempimą, priklausomai nuo orientacijos. Anizotropinės medžiagos yra daug jautresnės šlyčiai išilgai vienos ašies nei kitos. Pavyzdžiui, apsvarstykite medienos luito elgesį ir tai, kaip jis gali reaguoti į jėgą, veikiančią lygiagrečiai medienos grūdams, palyginti su jos atsaku į jėgą, veikiančią statmenai grūdui. Apsvarstykite, kaip deimantas reaguoja į taikomą jėgą. Kaip lengvai krištolas krištolas priklauso nuo jėgos orientacijos kristalinės gardelės atžvilgiu.

Temperatūros ir slėgio poveikis

Kaip ir galima tikėtis, medžiagos reakcija į taikomą jėgą keičiasi priklausomai nuo temperatūros ir slėgio. Metaluose šlyties modulis paprastai mažėja didėjant temperatūrai. Didėjant slėgiui, standumas mažėja. Trys modeliai, naudojami temperatūros ir slėgio poveikiui šlyties moduliui prognozuoti, yra mechaninio slenksčio įtempių (MTS) plastiko srauto įtempių modelis, Nadal ir LePoac (NP) šlyties modulio modelis ir Steinbergo-Cochran-Guinano (SCG) šlyties modulis. modelis. Kalbant apie metalus, paprastai yra temperatūros ir slėgio sritis, kurioje šlyties modulio pokytis yra tiesinis. Už šio diapazono ribų modeliavimo elgesys yra sudėtingesnis.

Šlyties modulio verčių lentelė

Tai pavyzdinių šlyties modulio verčių lentelė kambario temperatūra . Minkštos, lanksčios medžiagos paprastai turi mažas šlyties modulio vertes. Šarminių žemių ir pagrindinių metalų vertės yra tarpinės. Pereinamųjų metalų ir lydinių vertės yra didelės. Deimantas , kieta ir standi medžiaga, turi itin didelį šlyties modulį.

Medžiaga	Šlyties modulis (GPa)
Guma	0,0006
Polietilenas	0.117
Fanera	0,62
Nailonas	4.1
Švinas (Pb)	13.1
Magnis (Mg)	16.5
Kadmis (Cd)	19
Kevlaras	19
Betono	dvidešimt vienas
Aliuminis (Al)	25.5
Stiklas	26.2
Žalvaris	40
Titanas (Ti)	41.1
Varis	44.7
Geležis (Fe)	52.5
Plienas	79.3
Deimantas (C)	478,0

Atkreipkite dėmesį, kad reikšmės Youngo modulis laikytis panašios tendencijos. Youngo modulis yra kietosios medžiagos standumo arba linijinio atsparumo deformacijai matas. Šlyties modulis, Youngo modulis ir tūrinis modulis yra moduliai elastingumas , visi pagrįsti Huko dėsniu ir sujungti vienas su kitu lygtimis.

Šaltiniai

• Crandall, Dahl, Lardner (1959). Įvadas į kietųjų kūnų mechaniką . Bostonas: McGraw-Hill. ISBN 0-07-013441-3.
• Guinanas, M; Steinberg, D (1974). „65 elementų izotropinio polikristalinio šlyties modulio slėgio ir temperatūros dariniai“. Kietųjų kūnų fizikos ir chemijos žurnalas . 35 (11): 1501. doi: 10.1016/S0022-3697(74)80278-7
• Landau L.D., Pitajevskis, L.P., Kosevičius, A.M., Lifshitzas E.M. (1970). Elastingumo teorija , t. 7. (Teorinė fizika). 3-asis leidimas. Pergamonas: Oksfordas. ISBN: 978-0750626330
• Varshni, Y. (1981). „Elastinių konstantų priklausomybė nuo temperatūros“. Fizinė apžvalga B . du (10): 3952.