Mekaniske egenskaper av materialer: stivhet og avbøyning

i et tidligere innlegg så vi på spenningskurven og dens forhold til ulike aspekter av materialstyrke — strekkstyrke, utbyttestyrke og bruddstyrke, for eksempel. Og mens vi ofte tenker på materialer og strukturer når det gjelder styrke, er «styrke» teknisk sett et mål på hvor mye kraft et materiale kan tåle før permanent deformasjon eller feil oppstår. For riktig drift av lineære guider, aktuatorer og andre bevegelseskomponenter, er det imidlertid vanligvis viktigere å vite hvor mye avbøyning objektet vil oppleve under en gitt belastning — med andre ord er den viktigere egenskapen objektets stivhet.

et materialets stivhet indikerer dets evne til å gå tilbake til sin opprinnelige form eller form etter at en påført belastning er fjernet.

når et materiale utsettes for en belastning — sin egen vekt som ikke støttes, en ekstern belastning eller begge deler — opplever det stress og belastning. Stress (σ) er en intern kraft på materialet forårsaket av belastningen, og belastning (ε) er deformasjonen av materialet som følge av dette stresset. Forholdet mellom stress (kraft per arealenhet) til belastning (deformasjon per lengde) refereres til som elastisitetsmodulen, betegnet E.

forholdet mellom stress og belastning er også referert til som et materials elastiske modul, strekkmodul eller Youngs modul.

i Henhold Til Hookes Lov er elastisitetsmodulen skråningen av den lineære delen av spenningskurven, opp til den proporsjonale grensen (også referert til som «elastisk grense»), merket nedenfor som punkt A.

et materiale som er sterkt kan motstå høye belastninger uten permanent deformasjon. Et materiale som er stivt, tåler høye belastninger uten elastisk deformasjon. En annen materiell egenskap som noen ganger forveksles med styrke eller stivhet er hardhet. Hardhet definerer materialets evne til å motstå lokalisert (overflate) deformasjon, ofte på grunn av friksjon eller slitasje.

I Motsetning til styrke er materialets stivhet, eller elastisitetsmodul, en iboende egenskap av materialet, og eksterne faktorer som temperatur eller materialbehandling har svært liten effekt på verdien.

det er imidlertid viktig å merke seg at stivheten i en struktur i praktiske anvendelser avhenger av både materialets elastisitetsmodul og strukturens geometri når det gjelder planært treghetsmoment (også referert til som andre øyeblikk av område). Planar moment of inerti, jeg, uttrykker hvordan materialets område er fordelt rundt bevegelsesaksen.

produktet av elastisitetsmodul og planært treghetsmoment blir noen ganger referert til som materialets bøyestivhet (EI).

i ligninger for avbøyning vises begge stivhetsfaktorer — elastisitetsmodulen (E) og det plane treghetsmomentet (I) i nevnen. Dette er fornuftig fordi avbøyning er omvendt relatert til stivhet.

Med andre ord, jo høyere materialets elastisitetsmodul og jo høyere objektets plane treghetsmoment, desto mindre vil strukturen avlede under en gitt belastning.