Cos'è il modulo di elasticità?

Il modulo di elasticità, noto anche come modulo elastico o semplicemente modulo, è la misurazione dell'elasticità di un materiale. Il modulo elastico quantifica la resistenza di un materiale alla deformazione non permanente, o elastica. Quando sono sottoposti a stress, i materiali mostrano innanzitutto proprietà elastiche: lo stress li fa deformare, ma il materiale tornerà al suo stato precedente dopo la rimozione dello stress. Dopo aver attraversato la regione elastica e superato il loro punto di snervamento, i materiali entrano in una regione plastica, dove mostrano una deformazione permanente anche dopo la rimozione dello sforzo di trazione.

Il modulo è definito come la pendenza della porzione rettilinea di una curva sforzo (σ)-deformazione (ε). Concentrandosi sulla regione elastica, se la pendenza viene calcolata tra due punti sforzo-deformazione, il modulo è la variazione dello sforzo divisa per la variazione della deformazione. Modulo =(σ2 - σ1) / (ε2 - ε1) dove lo sforzo (σ) è la forza divisa per l'area della sezione trasversale del provino e la deformazione (ε) è la variazione della lunghezza del materiale divisa per la lunghezza di riferimento originale del materiale. Poiché sia lo sforzo che la deformazione sono misurazioni normalizzate, il modulo è una proprietà del materiale coerente che può essere confrontata tra provini di diverse dimensioni. Un grande provino in acciaio avrà lo stesso modulo di un piccolo provino in acciaio, sebbene il provino grande richieda una forza massima maggiore per deformare il materiale. I materiali fragili come metalli, plastiche e compositi mostreranno una pendenza più ripida e un valore di modulo più elevato rispetto ai materiali duttili come la gomma.

Modulo degli elastomeri

A differenza dei materiali fragili come plastiche e metalli, i materiali elastomerici non mostrano un punto di snervamento e continuano a deformarsi elasticamente fino alla rottura. In questo caso, il modulo viene semplicemente riportato come una misura della forza a un dato allungamento. Ad esempio, nel grafico sottostante, il modulo è riportato come sforzo al 100, 200 e 300% di deformazione.

Sebbene il modulo sia più comunemente riportato durante le prove di trazione, il modulo di elasticità può anche essere riportato come modulo di elasticità a compressione per le prove di compressione, modulo di elasticità a flessione per le prove di flessione, modulo di elasticità a taglio per le prove di taglio o modulo di elasticità torsionale per le prove di torsione. Il modulo di elasticità può anche essere determinato mediante prove dinamiche, dove può essere derivato dal modulo complesso.

Calcolo di diversi tipi di modulo

Gli utenti che registrano il modulo devono essere consapevoli che ci sono molti modi diversi per calcolare la pendenza della porzione lineare iniziale di una curva sforzo/deformazione. Ad esempio, il software Bluehill® Universal di Instron offre più di otto modi diversi per calcolare il modulo di elasticità. Quando si confrontano i risultati del modulo per un determinato materiale tra diversi laboratori, è fondamentale sapere quale tipo di calcolo del modulo è stato scelto.

Modulo di Young

Le pendenze vengono calcolate sulla porzione lineare iniziale della curva utilizzando l'adattamento dei minimi quadrati sui dati di prova. La pendenza più ripida viene riportata come modulo.

Modulo di corda

Un utente seleziona un punto di deformazione iniziale e un punto di deformazione finale. Viene tracciata una linea tra i due punti e la pendenza di quella linea viene registrata come modulo.

Modulo secante

Utilizza il punto di sforzo/deformazione zero come valore iniziale e un punto di deformazione selezionato dall'utente come valore finale. Viene tracciata una linea tra i due punti e la pendenza di quella linea viene registrata come modulo.

Modulo di segmento

Un utente seleziona un punto di deformazione iniziale e un punto di deformazione finale. Utilizzando l'adattamento dei minimi quadrati su tutti i punti tra i punti iniziale e finale, viene costruita una linea. La pendenza della linea di migliore adattamento viene riportata come modulo.

Modulo tangente

Un utente seleziona un punto tangente sulla curva sforzo/deformazione. La pendenza della linea tangente viene riportata come modulo.

Modulo E

Il modulo elastico è determinato utilizzando una tecnica di regressione lineare standard. La porzione di curva da utilizzare per il calcolo viene scelta automaticamente ed esclude le porzioni iniziale e finale della deformazione elastica dove la curva sforzo-deformazione è non lineare.

Modulo di isteresi

Il modulo è determinato da un ciclo di isteresi generato da una sezione di carico e ricarico.