Module Uốn Dẻo Là Gì?
Trong cơ học, module uốn là một đặc tính chuyên sâu được tính bằng tỷ số giữa ứng suất và biến dạng trong biến dạng uốn, hoặc xu hướng của vật liệu chống lại sự uốn. Nó được xác định từ độ dốc của đường cong ứng suất tạo ra bởi thử nghiệm uốn (chẳng hạn như ASTM D790) và sử dụng các đơn vị lực trên mỗi diện tích. Module uốn được xác định bằng phép thử uốn 3 điểm giả định phản ứng ứng suất-biến dạng tuyến tính.
Module uốn rất quan trọng trong việc hiểu độ cứng hoặc độ cứng của vật liệu. Một số ứng dụng vật liệu nhất định có thể cần độ bền và độ cứng để hỗ trợ kết cấu, trong khi các ứng dụng khác có thể yêu cầu tính linh hoạt để tránh hư hỏng trong quá trình uốn. Do đó, có một số yếu tố điều chỉnh module uốn của vật liệu và hiểu được những yếu tố này hỗ trợ trong việc phát triển và lựa chọn vật liệu.
Module uốn cơ bản của vật liệu cơ bản được xác định bởi các đặc tính cơ bản của vật liệu. Ví dụ, trong chất dẻo, loại polyme, trọng lượng phân tử, độ dày và hình dạng đều đóng một vai trò trong tính linh hoạt.
Một cách để điều chỉnh độ linh hoạt là thêm chất độn khoáng mịn, chẳng hạn như bột talc vào nhựa. Thông thường, việc bổ sung các chất độn khoáng tốt này sẽ làm tăng Module uốn và làm cứng vật liệu. Khả năng điều chỉnh Module uốn của chất độn khoáng cũng phụ thuộc vào tỷ lệ co và kích thước hạt của chất độn.
Các hạt có tỷ lệ khung hình cao hơn làm tăng module uốn của vật liệu nhiều hơn so với các hạt có tỷ lệ khung hình thấp hơn. Việc giảm kích thước hạt của phụ gia khoáng có thể làm tăng Module uốn nếu tỷ lệ cỡ hạt tăng trong quá trình giảm kích thước hạt.
Điều quan trọng cần lưu ý là module uốn là một biện pháp hữu ích cho các vật liệu không bị vỡ hoặc vỡ khi ứng suất tác dụng. Vật liệu giòn bị vỡ khi chịu một mức lực nhất định được đánh giá tốt hơn bằng độ bền uốn.
Module Uốn Dẻo Của Vật Liệu Được Xác Định Như Thế Nào?
Module uốn được thử nghiệm từ phép phân tích 3 điểm trên dầm hình chữ nhật của vật liệu, có chiều rộng w và chiều cao h. Một tham số L xác định chiều dài giữa hai điểm hỗ trợ đặt ở dưới cùng của dầm.
Một lực, F, được tác dụng lên một điểm ở phía đối diện và ở giữa hai gối tựa, lực này tạo ra một chuyển vị trong vật liệu được gọi là độ võng, d. Với các thông số này, Module uốn, độ uốn E được tính bằng đơn vị lực trên một diện tích như sau:
E uốn cong = (L 3 F) / (4wh 3 d)
Module uốn dẻo là một tính toán quan trọng đối với các kỹ sư và kiến trúc sư vì nó liên quan đến khối lượng vật liệu có thể xử lý khi được sử dụng làm giá đỡ kết cấu.
Mối Quan Hệ Giữa Module Uốn Và Module Kéo
Khi uốn xảy ra trong mẫu thử nghiệm, bề mặt trên của nó chịu lực nén trong khi mặt đối diện chịu biến dạng kéo, do đó, phép đo module uốn phù hợp nhất cho vật liệu đẳng hướng, tức là vật liệu có đặc tính đồng nhất theo mọi hướng.
Trong điều kiện đàn hồi lý tưởng, module uốn và kéo của vật liệu phải tương tự nhau vì chúng đều là đại diện của biến dạng cơ học. Có nghĩa là, cả hai đều thể hiện khả năng chống lại sự biến dạng của vật liệu khi chịu tải trọng, mặc dù tải trọng mà chúng chống lại là khác nhau.
Theo lý thuyết dầm đàn hồi, đối với một dầm đỡ đơn giản chịu tải trọng tập trung:
Độ võng, d = L 3 F / 48EI
Chuyển đổi cho E, chúng tôi nhận được
E = L 3 F / 48Id
Đối với mặt cắt hình chữ nhật,
I = 1/12 tuần 3
Thay I vào phương trình cho E, chúng ta nhận được
E = L 3 F / 4wh 3 ngày
Do đó, E = Ef
Tuy nhiên, trong thực tế, hai đặc tính này có thể khác nhau nếu phép đo xảy ra trong các điều kiện không lý tưởng, không đàn hồi.
