i ett tidigare inlägg tittade vi på spänningskurvan och dess förhållande till olika aspekter av materialstyrka-draghållfasthet, sträckgräns och sprickstyrka, till exempel. Och medan vi ofta tänker på material och strukturer när det gäller styrka, är ”styrka” tekniskt ett mått på hur mycket kraft ett material kan tåla innan permanent deformation eller fel uppstår. För korrekt körning av linjära guider, ställdon och andra rörelsekomponenter är det emellertid vanligtvis viktigare att veta hur mycket avböjning objektet kommer att uppleva under en given belastning — med andra ord är den viktigare egenskapen objektets styvhet.
ett materials styvhet indikerar dess förmåga att återgå till sin ursprungliga form eller form efter att en applicerad belastning har tagits bort.
när ett material utsätts för en belastning — sin egen vikt som inte stöds, en extern belastning eller båda — upplever det stress och belastning. Påkänning (XXL) är en inre kraft på materialet som orsakas av belastningen, och påkänning (XXL) är deformationen av materialet som härrör från denna stress. Förhållandet mellan stress (kraft per ytenhet) till stam (deformation per längdenhet) kallas elasticitetsmodulen, betecknad E.
förhållandet mellan stress och stam kallas också ett materials elastiska modul, dragmodul eller Youngs modul.
enligt Hooke ’ s lag är elasticitetsmodulen lutningen för den linjära delen av spänningskurvan, upp till proportionell gräns (även kallad ”elastisk gräns”), märkt nedan som punkt A.
ett material som är starkt tål höga belastningar utan permanent deformation. Ett material som är styvt tål höga belastningar utan elastisk deformation. En annan materiell egenskap som ibland förväxlas med styrka eller styvhet är hårdhet. Hårdhet definierar ett materials förmåga att motstå lokaliserad (yta) deformation, ofta på grund av friktion eller nötning.
till skillnad från styrka är materialets styvhet eller elasticitetsmodul en inneboende egenskap hos materialet, och yttre faktorer som temperatur eller materialbehandling har mycket liten effekt på dess värde.
det är dock viktigt att notera att i praktiska tillämpningar beror styvheten hos en struktur på både materialets elasticitetsmodul och strukturens geometri i termer av plan tröghetsmoment (även kallat andra områdets moment). Plan tröghetsmoment, i, uttrycker hur materialets område fördelas runt rörelseaxeln.
produkten av elasticitetsmodul och plana tröghetsmoment kallas ibland materialets böjstyvhet (EI).
i ekvationer för avböjning visas båda styvhetsfaktorerna — elasticitetsmodulen (E) och det plana tröghetsmomentet (I) — i nämnaren. Detta är vettigt eftersom avböjning är omvänt relaterad till styvhet.
bildkredit: wikipedia.com
med andra ord, ju högre materialets elasticitetsmodul och ju högre objektets plana tröghetsmoment, desto mindre kommer strukturen att böjas under en given belastning.