Young's Modulus Of Elasticity

Εισαγωγή:

Μία από τις βασικές δοκιμές μηχανικής είναι η κάμψη ή η θραύση ενός αντικειμένου ή υλικού και ένα χαρακτηριστικό που δείχνει ότι είναι το μέτρο ελαστικότητας του Young . Είναι η αμετάβλητη θεμελιώδης ιδιότητα ενός υλικού. Αυτό μετρά πόσο εύκολο είναι να τεντωθεί ή να παραμορφωθεί το υλικό.

Σε αυτό το άρθρο, θα μπούμε σε λεπτομέρειες σχετικά με τον τρόπο υπολογισμού του συντελεστή ελαστικότητας του νεαρού και τι να συμπεράνουμε από το αποτέλεσμα που μας δίνει. Θα μάθουμε επίσης για τις θεμελιώδεις ιδιότητες του στερεού. Ονομάζεται επίσης μέτρο ελαστικότητας ή μέτρο εφελκυσμού.

Μονάδα του Young

Το μέτρο του Young μπορεί να οριστεί ως η ιδιότητα ενός δεδομένου υλικού που μπορεί να καθορίσει το σημείο τάνυσης και θραύσης του. Το μέτρο ελαστικότητας του Young ορίζεται ως ο λόγος της εφελκυστικής τάσης προς την εφελκυστική τάση.

Η τάση εφελκυσμού μπορεί να οριστεί ως η αντίσταση ενός αντικειμένου σε μια εξωτερική δύναμη που θα μπορούσε ενδεχομένως να το σχίσει.

Το σύμβολο υποδηλώνει την τάση εφελκυσμού =σ 

Η τάση εφελκυσμού μπορεί να οριστεί ως η παραμόρφωση ή η επιμήκυνση ενός αντικειμένου ανά μονάδα μήκους λόγω της εφαρμογής εφελκυστικής τάσης.

Το σύμβολο απεικονίζει την τάση εφελκυσμού=ϵ

Ως εκ τούτου, το μέτρο του Young συμβολίζεται με την ακόλουθη έκφραση:

E =σ/ϵ

Πού, 

E υποδηλώνει το μέτρο του Young.

Το

σ υποδηλώνει τάση εφελκυσμού.

και, ϵ υποδηλώνει τάση εφελκυσμού.

Με άλλα λόγια:E =εφελκυστική τάση / τάση εφελκυσμού

Ορίστε το μέτρο του Young

Το μέτρο ελαστικότητας του Young μπορεί να οριστεί ως η αναλογία της ποσότητας της πίεσης που εφαρμόζεται σε ένα αντικείμενο προς το επίπεδο αντίστασης ή την ελαστικότητά του για τη διατήρηση της ασκούμενης τάσης. Ο συντελεστής του Young αναφέρεται συνήθως ως ο συντελεστής πίεσης.

Το μέτρο του Young έχει πάρει το όνομά του από τον Άγγλο Φυσικό Sir Thomas Young. Ο συντελεστής περιγράφει την ιδιότητα της ελαστικότητας ενός στερεού υλικού που υφίσταται τάση ή συμπίεση σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση.

Για παράδειγμα, στην περίπτωση μιας μεταλλικής ράβδου, καθώς η θερμότητα εφαρμόζεται σημαντικά σε μια μεταλλική ράβδο, επιμηκύνεται και τεντώνεται με τη δέουσα διαδικασία, αλλά μόλις αφαιρεθεί η θερμότητα, συμπιέζεται στο αρχικό της σχήμα.

Στην πραγματικότητα, το μέτρο του Young περιγράφει πώς ένα υλικό παραμορφώνεται υπό φόρτωση. Μπορούμε να πάρουμε το παράδειγμα της δοκιμής εφελκυσμού για να εξηγήσουμε περαιτέρω το μέτρο ελαστικότητας του Young. Σημειώστε ότι με την πραγματική διεξαγωγή της δοκιμής, η τάση-παραμόρφωση του υλικού παρατηρείται σε ένα γράφημα με τη μορφή καμπύλης.

Όπου η τάση απεικονίζεται στον άξονα x και η τάση απεικονίζεται στον άξονα y:

Η δοκιμή εφελκυσμού είναι μια ευρέως διαδεδομένη μηχανική δοκιμή που παίρνει ένα δοκίμιο και το τεντώνει κατά μήκος του.

Είναι μια μονοαξονική δοκιμή που εφαρμόζει τη δύναμη του στερεού αντικειμένου μόνο από μία κατεύθυνση.

Το μηχάνημα δοκιμής μετρά το φορτίο ή τη δύναμη που ασκείται στο στερεό αντικείμενο και τη μεταβολή του μήκους κατά τη διάρκεια της δοκιμής.

Η κύρια έξοδος από τη δοκιμή εφελκυσμού είναι η καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης, η οποία περιγράφει πόσο θα παραμορφωθεί το αντικείμενο ή το υλικό που δοκιμάζουμε για διαφορετικά επίπεδα εφαρμοζόμενης τάσης.

Κατά τη διεξαγωγή της δοκιμής, μπορούμε να παρατηρήσουμε πώς η καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης εξελίσσει το υλικό ή το αντικείμενο στο οποίο διεξάγουμε τη δοκιμή. Στην ιδανική περίπτωση, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε οποιοδήποτε μεταλλικό στερεό, όπως ατσάλι.

Η δοκιμή τελειώνει καθώς το μέταλλο σπάει ή καταστρέφεται τελικά.

Από το παράδειγμα δοκιμής εφελκυσμού, μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι η καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης χωρίζεται σε δύο περιοχές.

Η ελαστική περιοχή όπου μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι η καμπύλη είναι γραμμική (σε αυτήν την περιοχή, η τάση είναι μεγαλύτερη από την τάση στο γράφημα)

Η πλαστική περιοχή, όπου η τάση είναι μεγαλύτερη από την τάση στο γράφημα.

Ας υποθέσουμε ότι η εφαρμοζόμενη τάση είναι χαμηλή και παραμένουμε στην ελαστική περιοχή - τότε, σε αυτήν την περίπτωση, οι αρχικές διαστάσεις του εξαρτήματος θα ανακτηθούν πλήρως όταν αφαιρεθεί η ασκούμενη δύναμη ή το φορτίο. Για πιο σημαντικές καταπονήσεις που μας οδηγούν στην πλαστική περιοχή, η μόνιμη πλαστική παραμόρφωση θα παραμείνει μετά την αφαίρεση του εφαρμοζόμενου φορτίου.

Τύπος συντελεστή του Young  

Το μέτρο του Young είναι επίσης γνωστό ως μέτρο ελαστικότητας. Το μέτρο ελαστικότητας του Young μετρά την ακαμψία ενός ελαστικού σώματος. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του συντελεστή του Young, τόσο πιο άκαμπτο γίνεται το σώμα.

Με άλλα λόγια, όσο μεγαλύτερος είναι ο συντελεστής του Young, τόσο λιγότερο ελαστικό γίνεται το σώμα ή το αντικείμενο. Η μονάδα του συντελεστή του Young είναι N/m². Αυτή είναι ουσιαστικά η ίδια μονάδα με τη μονάδα πίεσης.

Το μέτρο του Young, που αναφέρεται επίσης ως μέτρο ελαστικότητας, μέτρο εφελκυσμού ή μέτρο ελαστικότητας στην τάση, είναι ο λόγος τάσης προς παραμόρφωση και είναι ίσος με την κλίση ενός διαγράμματος τάσης-παραμόρφωσης για το υλικό.

Επομένως, το μέτρο ελαστικότητας του νεαρού υπολογίζεται ως ο λόγος της τάσης προς την παραμόρφωση και απεικονίζεται με τον ακόλουθο τύπο:

E =σ/ϵ

Πού, 

Το E υποδηλώνει το μέτρο του Young.

Το σ υποδηλώνει τάση εφελκυσμού.

και, ϵ υποδηλώνει τάνυση εφελκυσμού.

Τώρα, επειδή η τάση έχει τη μονάδα N/m2 και η παραμόρφωση δεν έχει καμία μονάδα, το μέτρο του Young παραμένει η ίδια μονάδα με την τάση.

Συμπέρασμα

Το μέτρο ελαστικότητας του Young, το οποίο πήρε το όνομά του από τον Άγγλο Φυσικό Sir Thomas Young, ορίζει τον ρυθμό ελαστικότητας ενός αντικειμένου ή υλικού ως σταθερή τάση που εφαρμόζεται στο αντικείμενο.

Ο συντελεστής απεικονίζεται ως ο λόγος της παραμόρφωσης προς την τάση.

Το μέτρο του Young μπορεί να δοκιμαστεί με εφελκυστική τάση, όπου το φορτίο εφαρμόζεται σε ένα αντικείμενο από μία μόνο κατεύθυνση για να προσδιοριστεί το επίπεδο ελαστικότητάς του. Το μέτρο του Young μετρά την ακαμψία ενός ελαστικού σώματος. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του συντελεστή του Young, τόσο πιο άκαμπτο γίνεται το σώμα.