Elastisitetsmodul
Elastisitetsmodulen, E-modulen, eller Youngs modul er i et materiale forholdet mellom fasthet og forlengelse. Denne er beskrivende for et materiales motstandsevne mot elastisk deformasjon. Jo høyere elastisitetsmodulen er desto stivere er materialet.
Elastisk deformasjon forutsetter at et materiale også går tilbake til sin opprinnelige form når en belastning fjernes. Dette i motsetning til plastisk deformasjon hvor materialet ikke går tilbake til sin opprinnelige form. Den forutsetter også lineær proposjonalitet mellom deformasjon og kraft.
Målemetoder
Den mest presise måten å måle elastisitetsmodulen på er å måle hastigheten av lyd gjennom materialet, siden hastigheten av lydbølgene, vl, avhenger av elastisitetsmodulen og materialets tetthet, ρ (rho):
- vl =(E/ρ)1/2
En annen metode er å måle materialets egenfrekvens (resonans) gjennom å måle svingningene av en tynn stav av ønsket materiale, opphengt i begge ender, med en tung masse, M, påført på midten, slik at stavens egen masse kan neglisjeres.
Når stavens diameter er d, lengden er l og f er svingningssykluser per sekund (Hertz) vil
- E= 16π*M*l3*f2/3d4
Det er også mulig å utsette masseblokken for en kjent kraft og deretter måle tøyningen, men dette er ofte vanskelig da elastisitetsmodulen ofte er stor i forhold til forlengelsen som oppstår, og den vil dermed være vanskelig å måle visuelt. Det er også andre effekter, som kryp/siging og defleksjon, som kan påvirke tøyningen og gjøre måling av elastisitetsmodulverdier vanskelig. Innenfor bergmekanikk er imidlertid denne måten å beregne elastisitetsmodulverdier vanlig.
I en slik enaksiell kompresjonstest beregnes elastisitetsmodulen fra følgende ligning:
Bakgrunn
Det er to punkter som i størst grad påvirker elastisitetsmodulen.
- Atomenes pakkestruktur
- Interatomære bånd
- Primære bånd
- Sekundære bånd
Omtrentlige verdier for noen faste stoffer
| Materiale | Elastisitetsmodul, E | |
|---|---|---|
| [GPa] | [MPa] | |
| Gummi | 0.01-0.1 | 10-100 |
| Polyetylen med lav tetthet | 0.2 | 200 |
| Polypropylen | 1.5-2 | 1500-2000 |
| Polyetylentereftalat | 2-2.5 | 2000-2500 |
| Polystyren | 3-3.5 | 3000-3500 |
| Nylon | 2-4 | 2000-4000 |
| Eik (tre) (langs fibrene) | 11 | 11 000 |
| Høyfast betong (under trykk) | 30 | 30 000 |
| Magnesium (metall) | 45 | 45 000 |
| Aluminium | 70 | 70 000 |
| Glass (alle typer) | 72 | 72 000 |
| Messing og bronse | 103-124 | 103 000-124 000 |
| Titan (Ti) | 105-120 | 105 000-120 000 |
| Karbonfiberforsterket plast | 150 | 150 000 |
| Smijern og stål | 190-210 | 190 000-210 000 |
| Wolfram (W) | 400-410 | 400 000-410 000 |
| Silisiumkarbid (SiC) | 450 | 450 000 |
| Wolframkarbid (WC) | 450-650 | 450 000-650 000 |
| Nanorør i karbon [1] Arkivert 29. oktober 2005 hos Wayback Machine. | ca. 1,000 | ca. 1 000 000 |
| Diamant | 1,050-1,200 | 1 050 000-1 200 000 |
Kilder
- Michael F Ashby, David R H Jones (1980). Engineering Materials 1; an introduction to their properties and applications. 1 (2 utg.). Department of Engineering, University of Cambridge, UK: Butterworth Heineman. ISBN 0750630817.