Cad é modulus lomadh?

1. Tabhairt isteach

Modal lomadh, curtha in iúl mar G., Tomhaiseann sé stiffness ábhar nuair a chuirtear faoi réir fórsaí a dhéanann iarracht a chruth a athrú gan a thoirt a athrú.

I dtéarmaí praiticiúla, Léiríonn sé cé chomh maith agus is féidir le hábhar cur i gcoinne dífhoirmithe sleamhnáin nó casadh.

Go stairiúil, D'eascair coincheap na modulus lomadh in éineacht le forbairt meicnic sholadacha, Ag éirí mar pharaiméadar riachtanach chun iompar ábhartha a thuar faoi strus lomadh.

Inniu, Tá sé ríthábhachtach modulus lomadh a thuiscint chun struchtúir agus comhpháirteanna athléimneacha a dhearadh.

Ó shábháilteacht na gcomhpháirteanna aerárthaí a chinntiú chun feidhmíocht ionchlannáin bhithleighis a bharrfheabhsú, Tacaíonn eolas beacht ar modulus lomadh le nuálaíochtaí ar fud na dtionscal éagsúla.

Scrúdaíonn an t -alt seo modulus lomadh ó theicniúil, turgnaimh, tionsclaí, agus peirspictíochtaí atá dírithe ar an todhchaí, a thábhacht san innealtóireacht nua -aimseartha a aibhsiú.

2. Cad é modulus lomadh?

Modal lomadh, Is minic a chuirtear in iúl é mar G., cainníochtú a dhéanamh ar fhriotaíocht ábhair in aghaidh dífhoirmiúchán lomadh, a tharlaíonn nuair a chuirtear fórsaí i bhfeidhm comhthreomhar lena dhromchla.

I dtéarmaí níos simplí, Tomhaiseann sé cé mhéad a chasfaidh nó a athróidh cruth faoi strus lomadh feidhmeach.

Tá an mhaoin seo bunúsach in eolaíocht agus innealtóireacht ábhartha toisc go mbaineann sé go díreach le stiffness agus cobhsaíocht ábhar nuair a chuirtear faoi réir fórsaí a dhéanann iarracht a gcruth a athrú gan a n -imleabhar a athrú.

Sainmhíniú agus foirmiú matamaitice

Sainmhínítear modulus lomadh mar chóimheas strus lomadh (τ\tauτ) Chun brú lomadh (γ\gammaγ) Laistigh de theorainn leaisteach ábhar:

G = t ÷ c

An áit seo:

• Strus lomadh (T\foghlaimT) Léiríonn sé an fórsa in aghaidh an cheantair aonaid ag gníomhú go comhthreomhar leis an dromchla, Tomhaistear i bpascals (Bo).
• Brú lomadh (γ\gammaγ) is é an dífhoirmiúchán uilleach a bhíonn ag an ábhar, ar cainníocht gan toise é.

Tábhacht fhisiciúil

Soláthraíonn modulus lomadh tomhas díreach ar dhéine an ábhair i gcoinne athruithe cruth.

Léiríonn modulus ard lomadh go bhfuil an t -ábhar righin agus go n -athraíonn sé dífhoirmiúchán, a dhéanamh oiriúnach d'iarratais i gcás ina bhfuil sláine struchtúrach ríthábhachtach.

Mar shampla, Is minic a thaispeánann miotail cosúil le cruach moduli lomadh timpeall 80 GPA, ag léiriú a gcumas fórsaí lomadh suntasach a sheasamh.

I gcodarsnacht, Tá modulus lomadh an -íseal ag ábhair cosúil le rubar (go garbh 0.01 GPA), a cheadaíonn dóibh dífhoirmiú go héasca faoi strus lomadh agus filleadh ar a gcruth bunaidh.

Thairis sin, Tá ról ríthábhachtach ag modulus lomadh sa chaidreamh idir airíonna meicniúla éagsúla. Nascann sé le modulus Young (O) agus cóimheas Poisson (Thuaidh) Tríd an gcaidreamh:

G = e ÷ 2(1+Thuaidh)

Tábhacht san Innealtóireacht agus san Eolaíocht Ábhar

Tá sé ríthábhachtach modulus lomadh a thuiscint i roinnt feidhmchlár:

• Innealtóireacht struchtúrach: Agus struchtúir ualach-ualach á ndearadh mar dhroichid nó foirgnimh, Ní mór do innealtóirí a chinntiú gur féidir leis na hábhair a úsáidtear cur i gcoinne dífhoirmithe lomadh chun teip struchtúrach a chosc.
• Tionscail na ngluaisteán agus na n -aeraspáis: Comhpháirteanna a bhfuil ualaí torsional orthu, mar shafts tiomána nó lanna tuirbín, a cheangal ar ábhair a bhfuil modulus ard lomadh acu chun feidhmíocht agus sábháilteacht a choinneáil.
• Déantúsaíocht agus roghnú ábhair: Braitheann innealtóirí ar shonraí modulus lomadh chun ábhair chuí a roghnú a chothromaíonn stiffness, solúbthacht, agus marthanacht.

3. Fondúireachtaí eolaíocha agus teoiriciúla

Tosaíonn tuiscint chríochnúil ar mhodal lomadh ag an leibhéal adamhach agus síneann sé go samhlacha macrascópacha a úsáidtear san innealtóireacht.

Sa chuid seo, Déanaimid iniúchadh ar na tacaíochtaí eolaíochta agus teoiriciúla a rialaíonn iompar lomadh, Struchtúir adamhacha a nascadh le hairíonna meicniúla inbhraite agus le sonraí turgnamhacha.

Bonn adamhach agus móilíneach

Eascraíonn an modulus lomadh go bunúsach as na hidirghníomhaíochtaí idir adaimh i struchtúr laitíse ábhair.

Ag an leibhéal micreascópach, Braitheann cumas ábhair chun dífhoirmiúchán lomadh a sheasamh:

• Nascadh adamhach:
  I Miotail, Ceadaíonn na leictreoin díláraithe i mbanna miotalach adaimh sleamhnú i gcomparáid lena chéile agus an comhtháthú foriomlán á cothabháil ag an am céanna.
  I gcodarsnacht, Taispeánann criadóireacht agus comhdhúile ianach bannaí treo a chuireann srian ar ghluaiseacht díláithrithe, as a leanann insínteacht níos ísle agus brittleness níos airde.
• Struchtúr criostalach:
  Socrú na n-adamh i laitíse criostail-cibé acu ciúbach aghaidh-lárnaithe (CTC), ciúbach coirp-lárnach (BCC), nó gar-phacáilte go dlúth (HCP)- Friotaíocht lomadh a chur ar fáil.
  Miotail CCFG, cosúil le alúmanam agus copar, de ghnáth taispeánann sé insínteacht níos airde mar gheall ar ilchórais duillín, Cé go mbíonn moduli lomadh níos airde ag miotail BCC mar tungstain go minic ach insínteacht níos ísle.
• Meicníochtaí díláithrithe:
  Faoi strus lomadh feidhmeach, Déanann ábhair a dhífhoirmiú go príomha trí ghluaiseacht na ndíchealláin.
  Bíonn tionchar ag an éascaíocht a bhaineann le díláithriú ar an modulus lomadh; Cuireann constaicí cosúil le teorainneacha gráin nó deascán bac ar ghluaisne díláithrithe, rud a mhéadaíonn friotaíocht an ábhair in aghaidh dífhoirmiúchán lomadh.

Múnlaí teoiriciúla

Tá iompraíocht na n-ábhar faoi strus lomadh tar éis cur síos maith a dhéanamh ar theoiricí clasaiceacha leaisteachais, a ghlacann le caidrimh líneacha laistigh den teorainn leaisteach. I measc na bpríomh -mhúnlaí tá:

• Leaisteachas líneach:
  Dlí Hooke do Shear, G = t ÷ c, soláthraíonn sé samhail shimplí ach cumhachtach. Tá an caidreamh líneach seo fíor chomh fada agus a dhéanann an t -ábhar dífhoirmiú go leaisteach.
  I dtéarmaí praiticiúla, Ciallaíonn sé seo go gcuirfidh ábhar a bhfuil modulus lomadh níos airde aige in aghaidh an dífhoirmithe ar bhealach níos éifeachtaí faoin strus lomadh céanna.
• Isotropic vs. Samhlacha anisotropic:
  Glacann an chuid is mó de na samhlacha tosaigh leis go bhfuil ábhair iseatópach, rud a chiallaíonn go bhfuil a n -airíonna meicniúla aonfhoirmeach i ngach treo.
  Cén dóigh faoin spéir a ...?, go leor ábhar ardleibhéil, mar chomhábhair nó criostail aonair, Taispeántas anisotropy.
  Sna cásanna seo, Athraíonn an modulus lomadh le treo, agus bíonn gá le calcalas tensor chun cur síos iomlán a dhéanamh ar fhreagra an ábhair.
• Samhlacha neamhlíneach agus viscoelastic:
  Do pholaiméirí agus do fhíocháin bhitheolaíocha, Is minic a chlaonann an caidreamh brú struis ó líneacht.
  Samhlacha viscoelastic, a chuimsíonn iompar atá ag brath ar am, Cuidigh le tuar conas a fhreagraíonn na hábhair seo d'fhórsaí lomadh leanúnach nó timthriallach.
  Tá samhlacha den sórt sin ríthábhachtach in iarratais cosúil le leictreonaic solúbtha agus ionchlannáin bhithleighis.

Bailíochtú agus sonraí turgnamhaí

Tá ról ríthábhachtach ag tomhais eimpíreacha maidir le samhlacha teoiriciúla a bhailíochtú. Cuireann roinnt teicnící turgnamhacha ar chumas taighdeoirí an modulus lomadh a thomhas le cruinneas ard:

• Tástálacha torsion:
  I dturgnaimh torsion, Tá eiseamail sorcóireacha faoi réir fórsaí casta.
  Soláthraíonn uillinn na casadh agus na chasmhóiminte feidhmithe tomhais dhíreacha strus lomadh agus brú, as a ríomhtar an modulus lomadh.
  Mar shampla, Is iondúil go dtagann luachanna modulus lomadh timpeall ar thástálacha torsion ar chruach timpeall 80 GPA.
• Tástáil ultrasonach:
  Is éard atá i gceist leis an teicníc neamh-millteach seo tonnta lomadh a sheoladh trí ábhar agus a luas a thomhas.
  Cuireann tástáil ultrasonaic tomhais thapa agus iontaofa ar fáil, riachtanach do rialú cáilíochta i ndéantúsaíocht.

• Anailís mheicniúil dhinimiciúil (DMA):
  Tomhaiseann DMA airíonna viscoelastic ábhar thar raon teochtaí agus minicíochtaí.
  Tá an modh seo thar a bheith luachmhar do pholaiméirí agus do chomhábhair, i gcás inar féidir leis an modulus lomadh athrú go suntasach leis an teocht.

Léargas ar shonraí eimpíreacha

Ábhar	Modal lomadh (GPA)	Nótaí
Cruach éadrom	~ 80	Miotal struchtúrach coiteann, stiffness ard agus neart; a úsáidtear go forleathan i dtógáil agus i ngluaisteán.
Cruach dhosmálta	~ 77-80	Cosúil le cruach éadrom i stiffness, le friotaíocht creimthe feabhsaithe.
Alúmanam	~ 26	Miotal éadrom; Stiffness níos ísle ná cruach ach den scoth le haghaidh feidhmchláir a fhoirmiú agus a aeraspáis.
Copar	~ 48	Cothromaíonn insínteacht agus stiffness; a úsáidtear go forleathan in iarratais leictreacha agus teirmeacha.
Tíotáiniam	~ 44	Cóimheas ard-neart-le-mheáchan; riachtanach le haghaidh aeraspáis, bithleighis, agus iarratais ardfheidhmíochta.
Rubair	~ 0.01	Modal an -íseal lomadh; thar a bheith solúbtha agus leaisteach, a úsáidtear in iarratais a shéalú agus a mhaolú.
Poileitiléin	~ 0.2	Teirmeaplaisteach coitianta le stiffness íseal; Is féidir a modulus a athrú ag brath ar struchtúr móilíneach.
Gléamar (Aol sóide)	~ 30	Sobhriste agus righin; a úsáidtear i bhfuinneoga agus i gcoimeádáin; Taispeánann sé insínteacht íseal.
Alumina (Ceirmeach)	~ 160	Stiffness an -ard agus friotaíocht a chaitheamh; Úsáidte in uirlisí gearrtha agus in iarratais ardteochta.
Adhmaid (Dalladh)	~ 1	Anisotropic agus athróg; modal lomadh íseal de ghnáth, Ag brath ar threoshuíomh gráin agus ar chion taise.

4. Fachtóirí a théann i bhfeidhm ar modulus lomadh

An modulus lomadh (G) tá tionchar ag tosca intreacha agus eistreacha éagsúla ar ábhar, a théann i bhfeidhm ar a chumas cur in aghaidh dífhoirmiú lomadh.

Tá ról ríthábhachtach ag na tosca seo i roghnú ábhar do struchtúrach, meicniúil, agus feidhmchláir thionsclaíocha.

Thíos, Déanaimid anailís ar na príomhpharaiméadair a théann i bhfeidhm ar mhodal lomadh ó pheirspictíochtaí éagsúla.

4.1 Comhdhéanamh ábhair agus microstruchtúr

Comhdhéanamh ceimiceach

• Miotail íon vs. Cóimhiotail:

• • Miotail íon, mar alúmanam (G≈26 GPA) agus copar (G≈48 GPA), tá moduli lomadh dea-shainithe agat.
  • Athraíonn cóimhiotalú modulus lomadh; mar shampla, carbón a chur leis an iarann (Mar atá i cruach) méadaíonn stiffness.

• Éifeacht eilimintí cóimhiotalacha:

• • Neartaíonn nicil agus moluibdín cruach trí nascadh adamhach a mhodhnú, ag méadú g.
  • Cóimhiotail alúmanaim-lithiam (a úsáidtear in aeraspáis) Taispeáin modal lomadh níos airde ná alúmanam íon.

Struchtúr gráin agus méid

• Fíneáil vs. Ábhair garbh-ghrá:

• • Taispeánann miotail mhínghrádaithe go ginearálta modal lomadh níos airde Mar gheall ar neartú teorann gráin.
  • Déanann ábhair garbh-gránna níos éasca faoi strus lomadh.

• Criostalach vs. Ábhair éagruthacha:

• • Miotail criostalach (E.g., cruach, agus tíotáiniam) modulus lomadh dea-shainithe a bheith agat.
  • Solaid éagruthacha (E.g., gléamar, roisíní polaiméire) Taispeáin iompar lomadh neamh-aonfhoirmeach.

Lochtanna agus díláithriú

• Dlús dí -áitithe:

• • Dlús ard -díláithrithe (ó dhífhoirmiú plaisteach) in ann modulus lomadh a laghdú mar gheall ar shoghluaisteacht mhéadaithe na ndícheall.

• Éifeachtaí ar neamhní agus póirseachta:

• • Ábhair le póirseacht níos airde (E.g., miotail shintéirithe, foams) modulus lomadh i bhfad níos ísle a bheith agat mar gheall ar chosáin aistrithe ualaigh níos laige.

4.2 Éifeachtaí teochta

Softening teirmeach

• Modal lomadh laghduithe le teocht mhéadaitheach Toisc go lagaíonn bannaí adamhacha de réir mar a threisíonn creathanna teirmeacha.
• Sampla:

• • Cruach (G≈80 GPA ag teocht an tseomra) titeann go ~ 60 GPa ag 500 ° C..
  • Alúmanam (G≈266 GPa ag 20 ° C.) titeann go ~ 15 GPa ag 400 ° C..

Éifeachtaí crióigineacha

• Ag teochtaí an -íseal, Éiríonn ábhair níos sobhriste, agus a modulus lomadh méaduithe Mar gheall ar ghluaiseacht adamhach srianta.
• Sampla:

• • Taispeánann cóimhiotail tíotáiniam stiffness lomadh feabhsaithe ag teochtaí crióigineacha, iad a dhéanamh oiriúnach d'iarratais spáis.

4.3 Próiseáil mheicniúil agus cóireáil teasa

Obair chruaite (Obair fhuar)

• Dífhoirmiúchán plaisteach (E.g., reolachán, brollach) méadaíonn modulus lomadh Trí dhíscaoileadh a thabhairt isteach agus struchtúr gráin a scagadh.
• Sampla:

• • Tá a modal lomadh níos airde ná copar annealed.

Cóireáil teasa

• Anú (téamh agus fuarú mall ina dhiaidh sin) Laghdaíonn sé strus inmheánach, as a dtiocfaidh Modal lomadh níos ísle.
• Ag múchadh agus ag faghadh ábhair a neartú, Modulus lomadh a mhéadú.

Strus iarmharach

• Táthú, meaisínithe, agus caitheann réitigh strus iarmharach a thabhairt isteach, is féidir modulus lomadh a athrú go háitiúil.
• Sampla:

• • Tá modulus lomadh níos aonfhoirmeach ag cruach faoisimh struis i gcomparáid le cruach neamhchóireáilte.

4.4 Tionchair chomhshaoil

Creimeadh agus ocsaídiú

• Ídíonn creimeadh neart ábhair ag Nascadh adamhach a laghdú, as a dtiocfaidh modulus lomadh níos ísle.
• Sampla:

• • Creimeadh a spreagann clóiríd i cruach dhosmálta Lagaíonn sé an struchtúr le himeacht ama.

Éifeachtaí taise agus taise

• Glacann polaiméirí agus comhdhúile taise le taise, as a dtiocfaidh plaisteach, a laghdaíonn stiffness lomadh.
• Sampla:

• • Taispeánann comhdhúile eapocsa a 10-20% Laghdú ar G tar éis nochtadh fada do thaise.

Nochtadh radaíochta

• Radaíocht ardfhuinnimh (E.g., gathanna gáma, flosc neodrón) Déanann sé damáiste do struchtúir chriostal i miotail agus i bpolaiméirí, An modulus lomadh a ísliú.
• Sampla:

• • Taithí ar ábhair imoibreora núicléiche embrittlement mar gheall ar lochtanna a spreagann radaíocht.

4.5 Anisotropy agus spleáchas treo

Isotropic vs. Ábhair anisotrópacha

• Ábhair iseatópacha (E.g., miotal, gléamar) taispeántas modal lomadh tairiseach i ngach treo.
• Ábhair anisotrópacha (E.g., Comhdháite, adhmaid) taispeáin stiffness lomadh ag brath ar threo.
• Sampla:

• • Adhmaid (Athraíonn G go mór agus trasna an ghrá agus an gráin).

Comhábhair athneartaithe snáithín

• Tá modulus lomadh ard ag comhdhúile snáithín carbóin feadh threo na snáithíní ach tá siad i bhfad níos ísle ingearach le snáithíní.
• Sampla:

• • Eapocsa snáithín carbóin (G≈5−50 GPa ag brath ar threoshuíomh snáithín).

5. Modal MODULUS VS. Modulus Young

Modal lomadh (G) agus modulus Young (O) is dhá airí meicniúla bhunúsacha iad a chuireann síos ar fhreagra ábhair ar chineálacha éagsúla dífhoirmithe.

Cé gur bearta stiffness iad an dá cheann, Baineann siad le coinníollacha luchtaithe ar leith - strus a shracadh agus axial.

A ndifríochtaí a thuiscint, caidreamh, agus tá feidhmchláir ríthábhachtach maidir le roghnú ábhair agus dearadh innealtóireachta.

Sainmhíniú agus abairtí matamaiticiúla

Modulus Young (O) - Stiffness aiseach

• Míniú: Tomhaiseann modulus Young stiffness ábhar faoi strus teanntachta neamh -neamhghnách nó comhbhrúite.
• Léiriú matamaitice:
  E = σ ÷ e
  cá háit:
  a = Gnáth -strus (fórsa in aghaidh an limistéir aonaid)
  O = gnáthbhrú (athrú ar fhad in aghaidh an fhaid bhunaidh)

• Aonaid: Phascal (Bo), Go hiondúil a chuirtear in iúl i GPA d'ábhair innealtóireachta.

Gaol idir modulus lomadh agus modulus Young

Le haghaidh ábhar iseatrópacha (Ábhair le hairíonna aonfhoirmeacha i ngach treo), Tá baint ag E agus G le cóimheas Poisson (Thuaidh), a chuireann síos ar an gcóimheas idir brú cliathánach agus brú aiseach:

G = e ÷ 2(1+Thuaidh)

cá háit:

• G = modulus lomadh
• E = Modulus Young
• ν = cóimheas Poisson (De ghnáth bíonn raon ó 0.2 go dtí 0.35 do mhiotail)

Difríochtaí bunúsacha idir modulus lomadh agus modulus Young

Maoin	Modulus Young (O)	Modal lomadh (G)
Míniú	Tomhaiseann sé stiffness faoi strus teanntachta/comhbhrúite	Tomhaiseann sé stiffness faoi strus lomadh
Cineál struis	Is gnách (aiseach) cuir faoi amhras	Strus lomadh
Míchumadh	Athrú ar fhad	Athrú i gcruth (Saobhadh uilleach)
Treo an fhórsa	Curtha i bhfeidhm ingearach leis an dromchla	Comhthreomhar i bhfeidhm leis an dromchla
Raon tipiciúil	Níos airde ná an modulus lomadh	Níos ísle ná modulus Young
Sampla (Cruach)	E≈200 GPA	G≈80 GPA

6. Deireadh

Is maoin lárnach é modulus lomadh a shainmhíníonn cumas ábhair chun dífhoirmiúchán faoi strus lomadh a sheasamh.

Trí na prionsabail eolaíochta a thuiscint, teicnící tomhais,

agus tosca a mbíonn tionchar acu ar mhodal lomadh, Is féidir le hinnealtóirí roghnú agus dearadh ábhair a bharrfheabhsú d'iarratais ar fud aeraspáis, gluaisteán, tógáil, agus réimsí bithleighis.

Airleacain i dtástáil dhigiteach, nanaitheicneolaíocht, agus gealltanas déantúsaíochta inbhuanaithe chun ár dtuiscint agus ár n -úsáid modulus lomadh a bheachtú tuilleadh, Nuálaíocht a thiomáint agus iontaofacht táirgí a fheabhsú.

Go bunúsach, Ní hamháin go gcuireann máistreacht na modaile lomadh lenár gcumas chun iompar ábhartha a thuar

ach cuireann sé le forbairt níos sábháilte freisin, níos éifeachtaí, agus teicneolaíochtaí atá neamhdhíobhálach don chomhshaol.

De réir mar a thagann taighde chun cinn i gcónaí, Breathnaíonn todhchaí an tomhais agus an fheidhmithe modulus lomadh tuar dóchais inti agus claochlaitheach araon.