nihkemoodul defineeritakse kui nihkepinge ja nihkepinge suhe. Seda nimetatakse ka jäikuse mooduliks ja seda võib tähistada G või harvemini S või μ. SI ühik nihutada moodul on Pascal (Pa), kuid väärtusi väljendatakse tavaliselt gigapaskalites (GPa). Ingliskeelsetes ühikutes antakse nihkemoodul naelides ruut tolli kohta (PSI) või kilo (tuhandetes) nael ruutdes (ksi).
- Suur nihkemooduli väärtus näitab a kindel on väga jäik. Teisisõnu, deformatsiooni tekitamiseks on vaja suurt jõudu.
- Väike nihkemooduli väärtus näitab, et tahke aine on pehme või painduv. Selle deformeerimiseks on vaja vähe jõudu.
- Vedeliku üks määratlus on aine, mille nihkejõud on null. Iga jõud deformeerib selle pinda.
Nihke mooduli võrrand
Nihkemoodul määratakse tahke aine deformatsiooni mõõtmise teel, rakendades jõudu paralleelselt tahke aine üks pind, samal ajal kui vastasjõud toimib selle vastaspinnal ja hoiab tahke ainet oma kohal. Mõelge nihkele kui surumiseks vastu ploki ühte külge ja vastasjõuks hõõrdumist. Teine näide oleks katse traati või juukseid igavate kääridega lõigata.
Nihkemooduli võrrand on järgmine:
G = τxy / γxy = F / A / Ax / l = Fl / AΔx
Kus:
- G on nihke- või jäikuse moodul
- τxy on nihkepinge
- γxy on nihkepinge
- A on ala, kus jõud töötab
- Δx on põiksuunaline nihe
- l on algne pikkus
Nihkepinge on Δx / l = tan θ või mõnikord = θ, kus θ on rakendatud jõu tekitatud deformatsioonist moodustatud nurk.
Arvutamise näide
Näiteks leidke näidise nihkejõud pinge 4x10 all4N/ m2 kogeb tüve 5x10-2.
G = τ / y = (4x104 N / m2) / (5x10-2) = 8x105 N / m2 või 8x105 Pa = 800 KPa
Isotroopsed ja anisotroopsed materjalid
Mõned materjalid on nihke suhtes isotroopsed, mis tähendab, et deformatsioon reageerides jõule on sõltumata orientatsioonist sama. Muud materjalid on anisotroopsed ja reageerivad stressile või pingele sõltuvalt orientatsioonist erinevalt. Anisotroopsed materjalid on ühe telje pikel nihutamisel palju vastuvõtlikumad kui teise suhtes. Näiteks kaaluge puiduplatsi käitumist ja seda, kuidas see võiks reageerida puiduteraga paralleelselt mõjuvale jõule, võrreldes selle reageerimisega tera suhtes risti rakendatavale jõule. Mõelge sellele, kuidas teemant reageerib rakendatud jõule. Kui hõlpsalt kristallkäärid sõltuvad jõu orientatsioonist kristallvõre suhtes.
Temperatuuri ja rõhu mõju
Nagu arvata võis, muutub materjali reaktsioon rakendatud jõule temperatuuri ja rõhu mõjul. Metallides langeb nihkejõud tavaliselt temperatuuri tõustes. Jäikus väheneb rõhu suurenemisel. Temperatuuri ja rõhu mõju nihkejõudusele ennustamiseks on kasutatud kolme mudelit: mehaaniline lävepinge (MTS) plastist voolutugevusmudel, Nadali ja LePoaci (NP) nihkemooduli mudel ja Steinbergi-Cochran-Guinani (SCG) nihkemoodul mudel. Metallide puhul kipub olema temperatuuride ja rõhkude piirkond, mille korral nihkejõu muutuse tegur on lineaarne. Väljaspool seda vahemikku on modelleeriv käitumine keerulisem.
Nihke mooduli väärtuste tabel
See on näidise nihkejõu mooduli väärtuste tabel punktis toatemperatuuril. Pehmetel ja elastsetel materjalidel on tavaliselt väikesed nihkejõu moodulväärtused. Leelismuldmetallidel ja aluselistel metallidel on vaheväärtused. Siirdemetallidel ja sulamitel on kõrged väärtused. Teemant, kõva ja jäik aine, on äärmiselt kõrge nihkejõuga.
| Materjal | Nihke moodul (GPa) |
| Kumm | 0.0006 |
| Polüetüleen | 0.117 |
| Vineer | 0.62 |
| Nailon | 4.1 |
| Plii (Pb) | 13.1 |
| Magneesium (Mg) | 16.5 |
| Kaadmium (Cd) | 19 |
| Kevlar | 19 |
| Betoon | 21 |
| Alumiinium (Al) | 25.5 |
| Klaas | 26.2 |
| Messing | 40 |
| Titaan (Ti) | 41.1 |
| Vask (Cu) | 44.7 |
| Raud (Fe) | 52.5 |
| Teras | 79.3 |
| Teemant (C) | 478.0 |
Pange tähele, et väärtused Noore moodul järgige sarnast suundumust. Youngi moodul on tahke aine jäikuse või deformatsiooni suhtes lineaarse vastupidavuse mõõt. Nihkemoodul, Youngi moodul ja mahu moodul on moodulid elastsus, kõik põhinevad Hooke'i seadusel ja on üksteisega võrrandite kaudu ühendatud.
Allikad
- Crandall, Dahl, Lardner (1959). Sissejuhatus tahkete ainete mehaanikasse. Boston: McGraw-Hill. ISBN 0-07-013441-3.
- Guinan, M; Steinberg, D (1974). "65 elemendi isotroopse polükristallilise nihkemooduli rõhu ja temperatuuri derivaadid". Tahkete ainete füüsika ja keemia ajakiri. 35 (11): 1501. doi:10.1016 / S0022-3697 (74) 80278-7
- Landau L. D., Pitaevskii, L. P., Kosevitš, A. M., Lifshitz E. M. (1970). Elastsuse teooria, vol. 7. (Teoreetiline füüsika). 3. toim. Pergamon: Oxford. ISBN: 978-0750626330
- Varshni, Y. (1981). "Elastsete konstandite sõltuvus temperatuurist". Füüsiline ülevaade B. 2 (10): 3952.