Mô đun đàn hồi là tính chất quyết định độ cứng của vật liệu rắn. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu mô đun đàn hồi là gì, các loại mô đun đàn hồi và mô đun đàn hồi của các loại vật liệu qua bài viết dưới đây nhé.
Mô đun đàn hồi là gì?
Mô đun đàn hồi là tính chất cơ học của vật liệu rắn có khả năng đàn hồi tuyến tính. Nó được xác định dựa trên việc đo lực trên một đơn vị diện tích cần để nén hoặc kéo giãn một mẫu vật liệu. Hay nói cách khác, khi vật liệu chịu tác động của một ứng suất nén hoặc kéo, vật liệu sẽ phản ứng thông qua biến dạng theo tác dụng của lực nén lại hoặc giãn ra. Độ biến dạng này tỷ lệ thuận với ứng suất tác động trong một giới hạn biến dạng nhỏ. Hệ số tỷ lệ này chính là mô đun đàn hồi.
Công thức tính modun đàn hồi được xác định qua độ dốc của đường cong ứng suất – biến dạng trong vùng biến dạng đàn hồi. Các thông số dùng để mô tả đường cong ứng suất – biến dạng là độ bền chảy (hoặc điểm chảy), độ bền kéo (độ bền cuối cùng), độ giãn dài phần trăm và giảm diện tích. Mô đun đàn hồi thường giảm khi nhiệt độ tăng lên.
Các loại mô đun đàn hồi phổ biến hiện nay
Có 3 loại mô đun đàn hồi chính :
- Mô đun Young (E) mô tả đàn hồi dạng kéo, hoặc xu hướng của một vật thể bị biến dạng dọc theo một trục khi các lực kéo được đặt dọc theo trục đó. Mô đun Young thể hiện khả năng chống lại biến dạng co giãn, đàn hồi của vật liệu.
- Do đó, mô đun này mô tả độ cứng của vật liệu rắn, là tính chất quan trọng nhất của vật liệu rắn. Vật liệu càng cứng, mô đun đàn hồi càng cao. Đối với hầu hết kim loại, biên độ của mô đun Young nằm trong khoảng: 45 gigapascal (magiê) đến 407 gigapascal (vonfram).
- Bề mặt kim loại thường bị ảnh hưởng bởi quá trình ăn mòn oxy hóa trong môi trường axit. Lúc ấy, mô đun Young giảm, kim loại mất dần độ cứng vốn có. Cho nên, những vật liệu cấu thành từ kim loại sẽ bị biến dạng bề mặt, nhanh hỏng hơn. Mô đun cắt (G): Mô tả xu hướng của một vật thể bị cắt khi bị tác động bởi các lực ngược hướng. Còn mô đun khối (K): Mô tả biến dạng thể tích hoặc xu hướng của một vật thể bị biến dạng dưới một áp lực.
Mô đun đàn hồi của các loại vật liệu
Mỗi loại vật liệu có cấu trúc nguyên tử và liên kết hóa học khác nhau, quyết định khả năng chống lại biến dạng của chúng. Dưới đây là bảng tổng hợp mô đun của các nhóm vật liệu tiêu biểu:
Mô đun đàn hồi của bê tông thường nặng Eb (nhân cho 103 – Mpa)
|
Loại bê tông
|
Cấp độ bền (mác) chịu nén của bê tông | |||||||
| B12,5 (M150) | B15 (M200) | B20 (M250) | B25 (M300) | B30 (M400) | B35 (M450) | B40 (M500) | B45 (M600) | |
| Dưỡng hộ nhiệt ở áp suất khí quyển | 19 | 20.5 | 24 | 27 | 29 | 31 | 32.5 | 34 |
| Khô cứng tự nhiên | 21 | 23 | 27 | 30 | 32.5 | 34.5 | 36 | 37.5 |
| Chưng hấp | 16 | 17 | 20 | 22.5 | 24.5 | 26 | 27 | 28 |
Mô đun đàn hồi của thép
|
Nhóm thép
|
Cường độ tính toán (MPa) | Modul đàn hồi | ||
| Chịu nén (Rsc) | Chịu kéo (Rs) | Cốt ngang, xiên (Rsw) | Es x 104 (MPa) | |
| CI, AI | 225 | 225 | 175 | 21 |
| CII, AII | 280 | 280 | 225 | 21 |
| AIII – có ø = 6 – 8 mm | 355 | 355 | 285 | 20 |
| CIII, AIII – có ø = 10 – 40 mm | 365 | 365 | 290 | 20 |
| CIV, A-IV | 450 | 510 | 405 | 19 |
| A-V | 500 | 680 | 545 | 19 |
| A-VI | 500 | 815 | 650 | 19 |
| AT -VII | 500 | 980 | 785 | 19 |
| A-IIIB – có kiểm soát độ giãn dài và ứng suất | 200 | 490 | 390 | 18 |
| A-IIIB – chỉ kiểm soát độ giãn dài | 200 | 450 | 360 | 18 |
Mô đun đàn hồi vật liệu kết cấu thép cần trục thép CT3
| Chỉ tiêu cơ lý | Ký hiệu | Giá trị | Đơn vị |
| Mô đun đàn hồi trượt | G | 0,81 × 10⁶ | kG/cm² |
| Mô đun đàn hồi kéo | E | 2,1 × 10⁶ | kG/cm² |
| Độ bền giới hạn | – | 3.800 – 4.200 | kG/cm² |
| Độ chảy giới hạn | – | 2.400 – 2.800 | kG/cm² |
| Độ co giãn khi đứt | – | 21 | % |
| Độ dẻo dai va đập | ak | 50 – 100 | J/cm² |
Mô đun đàn hồi của một số kim loại
Để có cái nhìn tổng quan, dưới đây là bảng tổng hợp mô đun của một số kim loại phổ biến nhất hiện nay. Trong đó bao gồm cả mô đun đàn hồi của nhôm:
Mô đun E và G và µ của một số kim loại nguyên chất ở 20 độ C.
Mô đun đàn hồi của một số polyme thông dụng
Mô đun đàn hồi của một số loại cốt sợi
Yếu tố ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi của vật liệu
Mô đun đàn hồi là một đặc trưng vật lý mang tính ổn định cao của vật liệu nhưng mà nó vẫn có thể bị chi phối bởi một số yếu tố đặc trưng sau đây trong quá trình chế tạo và ứng dụng thực tế:
- Nhiệt độ môi trường: Khi nhiệt độ tăng, năng lượng nhiệt khiến cho các liên kết nguyên tử trong mạng lưới tinh thể giãn nở và yếu đi. Điều này làm cho việc giảm độ cứng, khiến mô đun đàn hồi giảm xuống. Ngược lại khi nhiệt độ thấp thì vật liệu có xu hướng cứng và giòn hơn, mô đun đàn hồi tăng nhẹ
- Cấu trúc tinh thể, liên kế nguyên tử: Các loại vật liệu có liên kết hóa học bền vững sẽ có mô đun đàn hồi rất lớn. Ngược lại những vật liệu có cấu trúc chuỗi dài linh hoạt sẽ có mô đun đàn hồi thấp hơn nhiều
- Tạp chất và phương pháp chế tạo: Sự hiện diện của những nguyên tố hợp kim, phương pháp gia công nhiệt luyện, rèn ép hoặc cán nóng đều có thể thay đổi cấu trúc vi mô của vật liệu. Cuối cùng là tác động trực tiếp đến giá trị mô đun đàn hồi
Phân biệt mô đun đàn hồi và độ bền của vật liệu
Trong cơ học kỹ thuật, nhiều người hay bị nhầm lẫn giữa mô đun đàn hồi và độ bền. Tuy nhiên đây là hai đại lượng hoàn toàn khác nhau:
| Đặc điểm | Mô đun đàn hồi (Độ cứng) |
Độ bền của vật liệu
|
| Khái niệm | Mô đun đàn hồi đo lường mức độ chống lại biến dạng đàn hồi của vật liệu dưới tác dụng lực (độ cứng). |
Độ bền của vật liệu đo lường mức độ chịu lực tối đa mà vật liệu có thể gánh chịu trước khi bị phá hủy hoặc biến dạng dẻo vĩnh viễn.
|
| Đặc tính | Thể hiện độ dốc của đoạn tuyến tính trong biểu đồ ứng suất – biến dạng. |
Thể hiện đỉnh cao nhất của biểu đồ (giới hạn bền kéo, bền nén, bền chảy).
|
| Ví dụ thực tế | Thép có mô đun đàn hồi rất cao nên rất cứng, ít bị uốn cong khi chịu lực nhỏ. |
Cao su có thể biến dạng rất lớn nhưng có giới hạn bền và mô đun đàn hồi thấp hơn nhiều so với kim loại.
|
Câu hỏi thường gặp về mô đun đàn hồi
Dưới đây là một số câu hỏi thường gặp liên quan đến chủ đề mô đun đàn hồi mà mọi người hay thắc mắc nhiều nhất:
Mô đun đàn hồi càng lớn thì vật liệu càng cứng phải không?
Đúng. Mô đun đàn hồi là đại lượng đặc trưng cho độ cứng của vật liệu trong miền biến dạng đàn hồi. Giá trị mô đun càng cao thì vật liệu càng ít bị biến dạng khi chịu cùng một mức lực tác động.
Mô đun đàn hồi của bê tông là bao nhiêu?
Mô đun đàn hồi của bê tông không phải hằng số cố định mà phụ thuộc vào độ bền chịu nén và phương pháp dưỡng hộ.
Đơn vị của mô đun đàn hồi là gì?
Trong hệ đo lường quốc tế, đơn vị chuẩn của mô đun đàn hồi là Pascal hoặc thường sử dụng những bội số lớn hơn như Megapascal, Gigapascal. Trong một số ngành kỹ thuật cũ hay tài liệu kết cấu thép Việt Nam, đơn vị kG/cm³ cũng phổ biến.
E, G, K trong cơ học vật liệu là gì?
Đây là ký hiệu của 3 loại mô đun đàn hồi đặc trưng cho các trang thái biến dạng khác nhau của vật liệu rắn như E đặc trưng cho biến dạng kéo/nén học theo một trục; G đặc trưng cho biến dạng lệch khi chịu tác động song song bề mặt còn K đặc trưng cho biến dạng thay đổi thể tích toàn phần dưới tác dụng của áp lực thủy tĩnh đa chiều.
Hy vọng, thông qua bài viết mà đơn vị thu mua phế liệu 24h chia sẻ trên, bạn đã nắm được mô đun đàn hồi là gì, các loại mô đun đàn hồi và mô đun đàn hồi của các loại vật liệu cụ thể. Để giải đáp các thắc mắc liên quan đến phế liệu, vui lòng liên hệ Phế liệu 24h qua hotline 0909851345.
