Какво представлява модулът на срязване? Определение и примери

Най- модул на срязване се дефинира като съотношение на напрежение на срязване спрямо напрежение на срязване. Известен е също като модул на твърдост и може да бъде обозначен с G или по-рядко от С или μ. SI единицата на срязване модулът е паскал (Pa), но стойностите обикновено се изразяват в гигапаскали (GPa). В английските единици модулът на срязване е даден като лири на квадратен инч (PSI) или кило (хиляди) паунда на квадрат в (ksi).

• Голяма стойност на модула на срязване показва a твърд е силно твърд. С други думи, за производството на деформация е необходима голяма сила.
• Малка стойност на модула на срязване показва, че твърдото вещество е меко или гъвкаво. За деформирането му са нужни малко сили.
• Едно определение на течност е вещество с нулев модул на срязване. Всяка сила деформира повърхността му.

Модулът на срязване се определя чрез измерване на деформацията на твърдо вещество от прилагане на сила, успоредна на една повърхност на твърдо вещество, докато противоположна сила действа върху противоположната му повърхност и държи твърдото място на място. Помислете за срязването като натискане към едната страна на блока, с триенето като противоположна сила. Друг пример би бил опит за рязане на тел или коса с тъпи ножици.

Уравнението за модула на срязване е:

G = τ_XY / γ_XY = F / A / Δx / l = Fl / AΔx

Където:

• G е модулът на срязване или модулът на твърдост
• τ_XY е стресът на срязване
• γ_XY е щамът на срязване
• А е зоната, над която действа силата
• Δx е напречното изместване
• l е началната дължина

Деформацията на срязване е Δx / l = tan θ или понякога = θ, където θ е ъгълът, образуван от деформацията, получена от приложената сила.

Например, намерете модула на срязване на пробата под напрежение 4х10⁴н/ m² изпитва щам 5х10^-2.

G = τ / γ = (4х10⁴ N / m²) / (5х10^-2) = 8x10⁵ N / m² или 8x10⁵ Pa = 800 KPa

Някои материали са изотропни по отношение на срязване, което означава, че деформацията в отговор на сила е една и съща, независимо от ориентацията. Други материали са анизотропни и реагират различно на стрес или напрежение в зависимост от ориентацията. Анизотропните материали са много по-податливи на срязване по една ос, отколкото на друга. Например, помислете за поведението на блок дърва и как той може да реагира на сила, приложена успоредно на дървесното зърно, в сравнение с неговия отговор на сила, приложена перпендикулярно на зърното. Помислете как диамантът реагира на приложена сила. Колко лесно ножиците на кристала зависи от ориентацията на силата по отношение на кристалната решетка.

Както може да очаквате, реакцията на материала към приложената сила се променя с температура и налягане. В металите модулът на срязване обикновено намалява с повишаване на температурата. Ригидността намалява с увеличаване на налягането. Три модела, използвани за прогнозиране на влиянието на температурата и налягането върху модула на срязване, са механичният напрежение на прага (MTS) пластмасов модел на напрежение на потока, модел на срязване на Nadal и LePoac (NP) и модул на срязване на Steinberg-Cochran-Guinan (SCG) модел. За металите има тенденция да има област на температура и налягания, при които промяната в модула на срязване е линейна. Извън този диапазон моделното поведение е по-сложно.

Това е таблица на стойностите на модула на срязване на пробата при стайна температура. Меките, гъвкави материали са склонни да имат ниски стойности на модула на срязване. Алкалозем и основни метали имат междинни стойности. Преходните метали и сплави имат високи стойности. диамант, твърда и твърда субстанция, има изключително висок модул на срязване.

Обърнете внимание, че стойностите за Модулът на Йънг следвайте подобна тенденция. Модулът на Юнг е мярка за твърдостта на твърдото тяло или линейната устойчивост на деформация. Модул на срязване, модул на Йънг и насипни модули са модули на еластичност, всички базирани на закона на Хук и свързани помежду си чрез уравнения.

• Crandall, Dahl, Lardner (1959). Въведение в механиката на твърдите тела. Бостън: McGraw-Hill. ISBN 0-07-013441-3.
• Guinan, M; Steinberg, D (1974). „Производни на налягането и температурата на изотропния поликристален модул на срязване за 65 елемента“. Списание за физика и химия на твърдите вещества. 35 (11): 1501. DOI:10,1016 / S0022-3697 (74) 80278-7
• Landau L.D., Pitaevskii, L.P., Kosevich, A.M., Lifshitz E.M. (1970). Теория на еластичността, кн. 7. (Теоретична физика). 3-то изд. Пергам: Оксфорд. ISBN: 978-0750626330
• Вършни, Й. (1981). „Температурна зависимост на еластичните константи“. Физически преглед B. 2 (10): 3952.