w poprzednim poście przyjrzeliśmy się krzywej naprężenie-odkształcenie i jej związek z różnymi aspektami wytrzymałości materiału — na przykład wytrzymałości na rozciąganie, granicy plastyczności i wytrzymałości na pękanie. I choć często myślimy o materiałach i konstrukcjach pod względem wytrzymałości, technicznie „wytrzymałość” jest miarą siły, jaką materiał może wytrzymać, zanim wystąpi trwałe odkształcenie lub awaria. Jednak dla prawidłowego działania prowadnic liniowych, siłowników i innych elementów ruchu zazwyczaj ważniejsze jest wiedzieć, ile ugięcia obiekt doświadczy pod danym obciążeniem — innymi słowy, ważniejszą właściwością jest sztywność obiektu.
sztywność materiału wskazuje na jego zdolność do powrotu do pierwotnego kształtu lub formy po usunięciu przyłożonego obciążenia.
kiedy materiał jest narażony na obciążenie – jego własny nieobsługiwany ciężar, zewnętrzne obciążenie lub oba te czynniki-doświadcza stresu i naprężenia. Naprężenie (σ) jest wewnętrzną siłą na materiał spowodowaną obciążeniem, a odkształcenie (ε) jest odkształceniem materiału, który wynika z tego naprężenia. Stosunek naprężeń (siła na jednostkę powierzchni) do odkształcenia (odkształcenie na jednostkę długości) jest określany jako moduł sprężystości, oznaczony E.
stosunek naprężeń do odkształcenia jest również określany jako moduł sprężystości materiału, moduł rozciągania lub moduł Younga.
zgodnie z Prawem Hooke ’ a, moduł sprężystości jest nachyleniem liniowej części krzywej naprężenie-odkształcenie, do granicy proporcjonalnej (zwanej również „granicą sprężystości”), oznaczonej poniżej jako punkt A.
wytrzymały materiał może wytrzymać duże obciążenia bez trwałego odkształcenia. Sztywny materiał może wytrzymać duże obciążenia bez odkształceń elastycznych. Inną właściwością materiału, czasami myloną z wytrzymałością lub sztywnością, jest twardość. Twardość określa zdolność materiału do odporności na odkształcenia zlokalizowane (powierzchnia), często z powodu tarcia lub ścierania.
w przeciwieństwie do wytrzymałości, sztywność materiału lub moduł sprężystości jest nieodłączną właściwością materiału, a czynniki zewnętrzne, takie jak temperatura lub obróbka materiału, mają bardzo niewielki wpływ na jego wartość.
należy jednak pamiętać, że w zastosowaniach praktycznych sztywność konstrukcji zależy zarówno od modułu sprężystości materiału, jak i geometrii konstrukcji w zakresie płaskiego momentu bezwładności (zwanego również drugim momentem powierzchni). Płaski moment bezwładności, I, wyraża, w jaki sposób obszar materiału jest rozłożony wokół osi ruchu.
produkt modułu sprężystości i płaskiego momentu bezwładności jest czasami określany jako sztywność zginania materiału (EI).
w równaniach ugięcia oba czynniki sztywności — moduł sprężystości (E) i płaski moment bezwładności (I) — pojawiają się w mianowniku. Ma to sens, ponieważ ugięcie jest odwrotnie związane ze sztywnością.
zdjęcie: wikipedia.com
innymi słowy, im wyższy moduł sprężystości materiału i im wyższy płaski moment bezwładności obiektu, tym mniej struktura będzie się odchylać pod danym obciążeniem.