edellisessä kirjoituksessa tarkastelimme jännitys-venymäkäyrää ja sen suhdetta materiaalin lujuuden eri osa — alueisiin-esimerkiksi vetolujuuteen, myötölujuuteen ja murtolujuuteen. Ja vaikka ajattelemme usein materiaaleja ja rakenteita lujuuden kannalta, teknisesti ”lujuus” on mitta siitä, kuinka paljon voimaa materiaali kestää ennen pysyvää muodonmuutosta tai rikkoutumista. Lineaaristen Ohjainten, toimilaitteiden ja muiden liikekomponenttien asianmukaisessa käytössä on kuitenkin yleensä tärkeämpää tietää, kuinka paljon taipuma objekti kokee tietyn kuorman alla — toisin sanoen, sitä tärkeämpi ominaisuus on kohteen jäykkyys.
materiaalin jäykkyys osoittaa sen kyvyn palata alkuperäiseen muotoonsa tai muotoonsa, kun levitetty kuorma on poistettu.
kun materiaaliin kohdistuu kuormitus — sen oma tukematon paino, ulkoinen kuormitus tai molemmat — se kokee stressiä ja rasitusta. Jännitys (σ) on kuorman aiheuttama materiaalin sisäinen voima, ja kanta (ε) on materiaalin muodonmuutos, joka aiheutuu tästä rasituksesta. Jännityksen suhdetta (voima pinta-alayksikköä kohti) ja rasitusta (muodonmuutos pituusyksikköä kohti) kutsutaan elastisuusmoduuliksi, merkitään E.
jännityksen ja rasituksen suhdetta kutsutaan myös materiaalin kimmomoduuliksi, vetomoduuliksi tai Youngin moduuliksi.
Hooken lain mukaan kimmomoduuli on jännitys-venymäkäyrän lineaarisen osan kulmakerroin suhteelliselle rajalle (jota kutsutaan myös ”elastiseksi rajaksi”) asti, joka on merkitty alla pisteellä A.
vahva materiaali kestää suuria kuormia ilman pysyvää muodonmuutosta. Jäykkä materiaali kestää suuria kuormia ilman elastista muodonmuutosta. Toinen materiaalin ominaisuus, joka joskus sekoitetaan lujuuteen tai jäykkyyteen, on kovuus. Kovuus määrittelee materiaalin kyvyn vastustaa paikallisia (pinnan) muodonmuutoksia, jotka johtuvat usein kitkasta tai hankauksesta.
toisin kuin lujuus, materiaalin jäykkyys eli kimmomoduuli on materiaalin luontainen ominaisuus, ja ulkoisilla tekijöillä, kuten lämpötilalla tai materiaalin prosessoinnilla, on hyvin vähän vaikutusta sen arvoon.
on kuitenkin tärkeää huomata, että käytännön sovelluksissa rakenteen jäykkyys riippuu sekä materiaalin kimmomoduulista että rakenteen geometriasta tasomaisen hitausmomentin (jota kutsutaan myös pinta-alan toiseksi momentiksi) suhteen. Planaarinen hitausmomentti I ilmaisee, miten materiaalin pinta-ala jakautuu liikeakselin ympäri.
kimmomoduulin ja tasomaisen hitausmomentin tulosta kutsutaan joskus materiaalin taipuisaksi jäykkyydeksi (EI).
taipuman yhtälöissä nimittäjässä esiintyvät molemmat jäykkyystekijät — kimmokerroin (E) ja tasomainen hitausmomentti (I). Tämä on järkevää, koska taipuma on kääntäen yhteydessä jäykkyyteen.
Kuvasaldo: wikipedia.com
toisin sanoen, mitä suurempi materiaalin kimmokerroin ja mitä suurempi kappaleen tasomainen hitausmomentti on, sitä vähemmän rakenne taipuu tietyssä kuormituksessa.