Joustavuus (fysiikka)

Rungon 2 tila kovemman rungon 1 kanssa törmäyksen jälkeen. Ylä- ja alaviivoilla esitetty runko 2 muuttuu törmäyksestä vasempaan katkoviivaan asti. Ihanteellisesti joustamaton tai muovinen runko 2 keskirivillä muodostuu samassa määrin ja pysyy tässä tilassa. Sitä vastoin ylärivin elastisen kappaleen 2 muodonmuutos on täysin poistunut. Alarivin osittain elastisen rungon 2 tapauksessa muodonmuutos vetäytyy vain osittain. Tasainen viiva näyttää lopullisen tilan kaikissa tapauksissa.

Joustavuus on kappaleen tai materiaalin ominaisuus muuttaa muotoaan voiman vaikutuksesta ja palata alkuperäiseen muotoonsa, kun voima ei ole enää läsnä (esimerkki: jousi). Yksi erottaa

  • lineaarinen elastinen käyttäytyminen, joka on kuvattu julkaisussa Hooken lakia , se tapahtuu yleensä pieniä muodonmuutoksia, samoin
  • epälineaarinen-elastinen käyttäytyminen, jolla jännitys riippuu epälineaarisesti muodonmuutos. Tyypillinen esimerkki tässä on kumin elastisuus suuremmissa muodonmuutoksissa.

Kun kaikki materiaalit on rajoitettu joustavuus alueella , jonka jälkeen muovi käyttäytyminen havaitaan. Näin on, jos muodonmuutos säilyy taipumisvoimien poistamisen jälkeen.

Mekanismit

Jos voima vaikuttaa kehoon, sen perusrakenteiden ( atomien tai molekyylien ) tasapainoasema häiriintyy. Niiden välisiä etäisyyksiä lisätään tai pienennetään pienellä määrällä, tähän käytetty mekaaninen energia tallennetaan ja työkappale muuttaa ulkoista muotoaan. Jälkeen vastuuvapauden , atomit tai molekyylit palaavat alkuperäisiin asentoihinsa ja kehon ottaa alkuperäisen ulkoinen muoto. Muodonmuutoksen energia tallennetaan ja vapautetaan uudelleen vasta, kun kuorma vapautetaan.

Jos tietty arvo ylitetään voimaa kohdistettaessa, elastisen muodonmuutoksen lisäksi tapahtuu muovinen muodonmuutos. Tämä arvo riippuu materiaalista ja sitä kutsutaan kimmorajaksi . Vuonna jännitysmuodonmuutoskaaviossa , se on kohta, jossa hystereesi tapahtuu, kun kuormitus vapautetaan. Jännitekäyrä poikkeaa usein lineaarisesta kurssista. Tätä kohtaa ei kuitenkaan ole määritelty selvästi, mutta se riippuu mittausmenetelmästä. Siksi muun muassa Usein pakollista ja yksiselitteistä kappaleiden ja materiaalien osoittamista ominaisuuksien kimmoisuuteen ja plastisuuteen ei suoriteta, vaan molempien ominaisuuksien yhdistelmä tai muutos joustavasta muoviseen käyttäytymiseen voiman laajuuden, tyypin ja keston mukaan.

Viskoelastisuus on erityinen kimmoisuuden muoto . Sitä esiintyy pääasiassa polymeerien kanssa, ja sille on ominaista osittain joustava, osittain viskoosi käyttäytyminen. Ulkoisen voiman poistamisen jälkeen polymeeri rentoutuu vain epätäydellisesti, jäljellä oleva energia haihtuu virtausprosessien muodossa. Tässä elastisuuden lisääntyminen tarkoittaa viskoosin käyttäytymisen vähenemistä.

Mallinnus

Kimmoisuusteorian käsittelee materiaalia malleja , joiden ominaisuudet elastisen elimet voidaan esittää. Joustavuuden lait mahdollistavat materiaalissa esiintyvien jännitysten laskemisen materiaaliin pakotetuista rasituksista . On olemassa materiaalimalleja, jotka kuuluvat sekä hypo- että Cauchy -kimmoisuuteen . Molemmissa teorioissa on kuitenkin myös jäseniä, joita toinen teoria ei kata. Hajoavat prosessit, kuten viskoosi tai muovivirtaus, voidaan yleensä kartoittaa vain rajoitetusti tai ei ollenkaan.

Pehmeä joustavuus

Cauchyn joustavuudessa kehon muodonmuutostyö määräytyy yksinomaan nykyisen muodonmuutoksen perusteella. Cauchy-elastisuus on ajasta riippumaton materiaalin ominaisuus. Elastinen raja voidaan säilyttää kiinteissä aineissa, joissa on hidas ja riittävän pieni muodonmuutos, kuten monissa teknisissä sovelluksissa.

Hyperelastisuus

Hyperelastisuus on Cauchyn joustavuuden erityistapaus, joka ilmenee, kun muodonmuutostyö on polusta riippumaton. Hyperelastisuuden mallia voidaan käyttää esittämään epälineaarisia elastisia muodonmuutoksia, kuten: B. kumissa tai orgaanisessa kudoksessa.

Hypo-elastisuus

Hypoelastisissa malleissa kehon venymien muutos on lineaarinen funktio, joka määräytyy yksinomaan jännitysten mukaan . Vasta kun tämä toiminto on seurataan ajankohdasta tekee jännitys - rasitusta suhde syntyy materiaalin lakia . Hypoelastisuuden muotoilu on niin yleistä, että sillä on jopa yhteyksiä plastisuusteoriaan .

Sovellukset

In engineering oikeaoppisesti , tarkemmin sanottuna talonrakentamisen ja laitteen suunnittelu, elastiset ominaisuudet materiaaleja käytetään varmistamaan mittapysyvyyden rakenteiden ja laitteiden vaikutuksen alaisena voima. In palkki teoria , elastisuus on keskeinen osa. Joustavuuden laskemisella saavutetaan suuri kuormitus kantaville rakenteille ja samalla vältetään rikkoutumisvaara .

Jotta materiaalien joustavuutta voitaisiin käsitellä matemaattisesti lineaarisessa likiarvossa, erotetaan kolme moduulia, jotka on liitetty toisiinsa Poissonin numeron kautta :

  • kimmokerroin ; se kuvaa jännityksen ja venymän välistä suhdetta kiinteän kappaleen muodonmuutoksen aikana lineaarisen joustavan käyttäytymisen kanssa.
  • puristus moduuli ; sen avulla lasketaan, mikä paineen muutos kaikilla sivuilla on tarpeen, jotta saadaan aikaan tietty palautuva tilavuuden muutos.
  • leikkausmoduuli ; se antaa tietoa komponentin lineaarisesta elastisesta muodonmuutoksesta leikkausvoiman tai leikkausjännityksen seurauksena.

Joidenkin pieniä muodonmuutoksia omaavaa lineaarista elastista käyttäytymistä käytetään jousien rakentamiseen ja käyttöön , katso jousivakio .

On reologia , lineaarinen elastisuus on yksi kolmesta perus- ominaisuuksia lisäksi plastisuus ja viskositeetti ja on edustettuna reologisiin mallien mukaan jousten Hooken elementti.

Lentokonemoottorista elastisuus ja niiden simulointi löytyy ilmailuteollisuuden sekä tuuliturbiinien sovellus.

Katso myös

kirjallisuus

  • Wilhelm Westphal : Fysiikka. Oppikirja yliopistojen ja teknisten korkeakoulujen opiskelijoille. 2. painos. Springer, Berliini 1930.
  • Ernst Grimsehl : Grimsehlin fysiikan oppikirja. Osa 1: Mekaniikka · Akustiikka · Lämpöteoria. 27, muuttumaton painos. Teubner, Leipzig 1991, ISBN 3-322-00812-6 .

nettilinkit

Yksilöllisiä todisteita

  1. ↑ tuuliturbiinit. DLR - Aeroelastics Institute, käytetty 4. syyskuuta 2021 .
  2. ^ Martin OL Hansen: Tuuliturbiinien aerodynamiikka. Earthscan, 2008, käytetty 4. syyskuuta 2021 .