¿Qué es el módulo de elasticidad?

El módulo de elasticidad, también conocido como módulo elástico o simplemente módulo, es la medición de la elasticidad de un material. El módulo elástico cuantifica la resistencia de un material a la deformación no permanente o elástica. Cuando se someten a tensión, los materiales primero exhiben propiedades elásticas: la tensión hace que se deformen, pero el material volverá a su estado anterior una vez que se elimine la tensión. Después de pasar por la región elástica y por su límite elástico, los materiales entran en una región plástica, donde exhiben una deformación permanente incluso después de que se elimina la tensión de tracción.

El módulo se define como la pendiente de la porción de línea recta de una curva de tensión (σ) deformación (ε). Centrándonos en la región elástica, si la pendiente se toma entre dos puntos de tensión-deformación, el módulo es el cambio en la tensión dividido por el cambio en la deformación. Módulo =(σ2 - σ1) / (ε2 - ε1) donde la tensión (σ) es la fuerza dividida por el área de la sección transversal de la probeta y la deformación (ε) es el cambio en la longitud del material dividido por la longitud original calibrada del material. Dado que tanto la tensión como la deformación son mediciones normalizadas, el módulo es una propiedad consistente del material que se puede comparar entre probetas de diferentes tamaños. Una probeta de acero grande tendrá el mismo módulo que una probeta de acero pequeña, aunque la probeta grande requerirá una fuerza máxima mayor para deformar el material. Los materiales frágiles como los metales, los plásticos y los compuestos exhibirán una pendiente más pronunciada y un valor de módulo más alto que los materiales dúctiles como el caucho.

Módulo de elastómeros

A diferencia de los materiales frágiles como los plásticos y los metales, los materiales elastoméricos no exhiben un límite elástico y continúan deformándose elásticamente hasta la rotura. En este caso, el módulo se informa simplemente como una medida de la fuerza a una elongación dada. Por ejemplo, en el gráfico a continuación, el módulo se informa como tensión al 100, 200 y 300% de deformación.

Aunque el módulo se informa más comúnmente durante los ensayos de tracción, el módulo de elasticidad también se puede informar como módulo de elasticidad a compresión para ensayos de compresión, módulo de elasticidad a flexión para ensayos de flexión, módulo de elasticidad a cortante para ensayos de cortante o módulo de elasticidad a torsión para ensayos de torsión. El módulo de elasticidad también se puede determinar mediante ensayos dinámicos, donde se puede derivar del módulo complejo.

Cálculo de diferentes tipos de módulo

Los usuarios que registren el módulo deben ser conscientes de que existen muchas formas diferentes de calcular la pendiente de la porción lineal inicial de una curva de tensión/deformación. Por ejemplo, el software Bluehill® Universal de Instron ofrece más de ocho formas diferentes de calcular el módulo de elasticidad. Al comparar los resultados del módulo para un material dado entre diferentes laboratorios, es fundamental saber qué tipo de cálculo del módulo se eligió.

Módulo de Young

Las pendientes se calculan en la porción lineal inicial de la curva utilizando el ajuste de mínimos cuadrados en los datos de ensayo. La pendiente más pronunciada se informa como el módulo.

Módulo de cuerda

Un usuario selecciona un punto de deformación inicial y un punto de deformación final. Se dibuja una línea entre los dos puntos y la pendiente de esa línea se registra como el módulo.

Módulo secante

Utiliza el punto de tensión/deformación cero como valor inicial y un punto de deformación seleccionado por el usuario como valor final. Se dibuja una línea entre los dos puntos y la pendiente de esa línea se registra como el módulo.

Módulo de segmento

Un usuario selecciona un punto de deformación inicial y un punto de deformación final. Utilizando el ajuste de mínimos cuadrados en todos los puntos entre los puntos inicial y final, se construye una línea. La pendiente de la línea de mejor ajuste se informa como el módulo.

Módulo tangente

Un usuario selecciona un punto tangente en la curva de tensión/deformación. La pendiente de la línea tangente se informa como el módulo.

Módulo E

El módulo elástico se determina utilizando una técnica de regresión lineal estándar. La porción de la curva que se utilizará para el cálculo se elige automáticamente y excluye las porciones inicial y final de la deformación elástica donde la curva de tensión-deformación no es lineal.

Módulo de histéresis

El módulo se determina mediante un bucle de histéresis generado por una sección de carga y recarga.