Moduł sprężystości wzdłużnej

Gumka recepturka rozciąga się wzdłużnie pod działaniem siły wzdłużnej. Kiedy siła znika, gumka wraca do swojego pierwotnego stanu. Z kolei glina nie może samoczynnie odzyskać swojego kształtu po odkształceniu, nawet jeśli obciążenie zostanie zdjęte. O gumie można zatem powiedzieć, że jest materiałem sprężystym, natomiast o glinie – że wykazuje zachowanie plastyczne.

Powyższe rozróżnienie jest jednak pewnym uproszczeniem, ponieważ większość materiałów wykazuje zarówno właściwości sprężyste, jak i plastyczne, w zależności od zakresu działania siły. Na zachowanie materiału wpływa wiele czynników, w tym m.in.:

• rodzaj materiału (np. metal, guma, glina),
• wartość i charakter przyłożonego obciążenia,
• zakres odkształcenia (czy odkształcenie mieści się w granicy sprężystości),
• warunki środowiskowe, takie jak temperatura i wilgotność.

Na przykład, jeśli przyłożyć siłę rozciągającą do cienkiej metalowej płytki w kierunku wzdłużnym, w zakresie sprężystym jej długość zwiększa się proporcjonalnie do wartości siły. Oznacza to, że po usunięciu obciążenia płytka wróci do swojej pierwotnej długości. Jednak gdy przyłożona siła jest zbyt duża i przekracza granicę sprężystości, wydłużenie materiału nie pozostaje już proporcjonalne do siły. Nawet po usunięciu obciążenia pozostaje trwałe odkształcenie – typowe zachowanie plastyczne.

Zależność między odkształceniem a działającą siłą

W ogólnym ujęciu odkształcenie sprężyste to zmiana kształtu obiektu proporcjonalna do przyłożonej siły. Gdy siła przekroczy granicę sprężystości, materiał zaczyna deformować się plastycznie i nie odzyskuje swojej pierwotnej geometrii.

Stosunek naprężenia do wywołanego odkształcenia w zakresie sprężystym nazywany jest modułem sprężystości wzdłużnej. Umożliwia on określenie, jak bardzo dany materiał ulega wydłużeniu pod wpływem jednostkowego obciążenia. W ujęciu inżynierskim bardziej precyzyjna definicja mówi, że moduł sprężystości to nachylenie krzywej naprężenie–odkształcenie w zakresie liniowym, czyli w części wykresu, gdzie materiał zachowuje się w sposób idealnie sprężysty.

Moduł sprężystości wzdłużnej jest powszechnie znany jako moduł Younga i stanowi jedno z kluczowych kryteriów przy doborze materiałów konstrukcyjnych, określając ich sztywność oraz odporność na odkształcenie wzdłużne.

Zapraszamy do zapoznania się ze stroną: Obliczenia MES.