Zanimivo

Kaj je strižni modul?

Kaj je strižni modul?

The strižni modul je opredeljeno kot razmerje strižne napetosti in strižne napetosti. Znan je tudi kot modul togosti in ga lahko označimo s G ali manj pogosto s strani S aliμ. SI enota strižnega modula je Pascal (Pa), vendar so vrednosti ponavadi izražene v gigapaskalih (GPa). V angleških enotah je modul striženja podan v smislu funtov na kvadratni palec (PSI) ali kilo (tisoč) funtov na kvadrat v (ksi).

  • Velika vrednost modula striga kaže, da je trdna jako trd. Z drugimi besedami, za nastanek deformacij je potrebna velika sila.
  • Majhna vrednost modula striženja kaže, da je trdna snov mehka ali prožna. Za deformiranje je potrebno malo sile.
  • Ena definicija tekočine je snov z strižnim modulom nič. Vsaka sila deformira njeno površino.

Enačba modula striženja

Naklon striga se določi z merjenjem deformacije trdne snovi, tako da se uporabi sila, vzporedna na eno površino trdne snovi, medtem ko nasprotna sila deluje na njeno nasprotno površino in zadrži trdno snov na mestu. Smatrajte striženje kot potiskanje ob eno stran bloka, trenje pa kot nasprotno silo. Drug primer bi bil poskus odrezati žico ali lase z dolgočasnimi škarjami.

Enačba za strižni modul je:

G = τxy / γxy = F / A / Δx / l = Fl / AΔx

Kje:

  • G je strižni modul ali modul togosti
  • τxy je strižni stres
  • γxy je strižni sev
  • A je območje, nad katerim deluje sila
  • Δx je prečni premik
  • l je začetna dolžina

Strižna napetost je Δx / l = tan θ ali včasih = θ, kjer je θ kot, ki nastane z deformacijo, ki jo ustvari uporabljena sila.

Primer izračuna

Poiščite na primer modul striženja vzorca pod napetostjo 4x104 N / m2 doživljajo sev 5x10-2.

G = τ / γ = (4x10)4 N / m2) / (5x10-2) = 8x105 N / m2 ali 8x105 Pa = 800 KPa

Izotropni in anizotropni materiali

Nekateri materiali so izotropni glede striženja, kar pomeni, da je deformacija kot odziv na silo enaka, ne glede na orientacijo. Drugi materiali so anizotropni in se odzivajo na stres ali obremenitve, odvisno od orientacije. Anizotropni materiali so veliko bolj dovzetni za striženje vzdolž ene osi kot druge. Na primer, razmislite o obnašanju lesa in kako se lahko odzove na silo, ki se vzporedno nanaša na lesno zrno v primerjavi z njegovim odzivom na silo, ki deluje pravokotno na zrno. Razmislite, kako se diamant odziva na uporabljeno silo. Kako hitro so kristalne škarje odvisne od usmeritve sile glede na kristalno rešetko.

Vpliv temperature in tlaka

Kot lahko pričakujete, se odziv materiala na uporabljeno silo spreminja s temperaturo in tlakom. Pri kovinah se modul striženja običajno zmanjšuje s povečanjem temperature. Togost se zmanjšuje s povečanjem tlaka. Trije modeli, ki se uporabljajo za napovedovanje vplivov temperature in tlaka na strižni modul, so plastični model napetosti mehanskega praga (MTS), model strižne napetosti Nadal in LePoac (NP) ter model striženja Steinberg-Cochran-Guinan (SCG) model. Pri kovinah je običajno območje temperature in pritiskov, zaradi katerih je sprememba strižnega modula linearna. Zunaj tega obsega je vedenje modeliranja zahtevnejše.

Tabela vrednosti strižnih modulov

To je tabela vrednosti vzorčnih modulov striženja pri sobni temperaturi. Mehki, prožni materiali imajo ponavadi nizke vrednosti strižnih modulov. Alkalna zemlja in osnovne kovine imajo vmesne vrednosti. Prehodne kovine in zlitine imajo visoke vrednosti. Diamond, trda in trdna snov, ima izjemno visok strižni modul.

MaterialModul striženja (GPa)
Guma0.0006
Polietilen0.117
Vezan les0.62
Najlon4.1
Svinec (Pb)13.1
Magnezij (Mg)16.5
Kadmij (CD)19
Kevlar19
Beton21
Aluminij (Al)25.5
Steklo26.2
Medenina40
Titan (Ti)41.1
Baker (Cu)44.7
Železo (Fe)52.5
Jeklo79.3
Diamant (C)478.0

Upoštevajte, da vrednosti za Youngov modul sledijo podobnemu trendu. Youngov modul je merilo trdnosti trdne snovi ali linearne odpornosti proti deformaciji. Strižni modul, Youngov modul in modul v razsutem stanju so moduli elastičnosti, ki temeljijo na Hookejevem zakonu in so med seboj povezani z enačbami.

Viri

  • Crandall, Dahl, Lardner (1959). Uvod v mehaniko trdnih snovi. Boston: McGraw-Hill. ISBN 0-07-013441-3.
  • Guinan, M; Steinberg, D (1974). "Tlačni in temperaturni derivati ​​izotropnega polikristalnega modula striženja za 65 elementov". Časopis za fiziko in kemijo trdnih snovi. 35 (11): 1501. doi: 10.1016 / S0022-3697 (74) 80278-7
  • Landau L.D., Pitaevskii, L.P., Kosevich, A.M., Lifshitz E.M. (1970).Teorija elastičnosti, vol. 7. (Teoretična fizika). 3. izd. Pergamon: Oxford. ISBN: 978-0750626330
  • Varshni, Y. (1981). "Temperaturna odvisnost elastičnih konstant".Fizični pregled B2 (10): 3952.