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O que é Módulo de Elasticidade?

O módulo de elasticidade, também conhecido como módulo elástico ou simplesmente módulo, é a medição da elasticidade de um material. O módulo elástico quantifica a resistência de um material à deformação não permanente ou elástica. Sob tensão, os materiais primeiro exibem propriedades elásticas: a tensão faz com que se deformem, mas o material retorna ao seu estado anterior após a remoção da tensão. Depois de passar pela região elástica e pelo seu limite de elasticidade, os materiais entram em uma região plástica, onde exibem deformação permanente mesmo após a remoção da tensão de tração.

O módulo é definido como a inclinação da porção de linha reta de uma curva de tensão (σ) deformação (ε). Concentrando-se na região elástica, se a inclinação for tomada entre dois pontos de tensão-deformação, o módulo é a mudança na tensão dividida pela mudança na deformação. Módulo = (σ2 - σ1) / (ε2 - ε1) onde a tensão (σ) é a força dividida pela área da seção transversal do corpo de prova e a deformação (ε) é a mudança no comprimento do material dividida pelo comprimento original da base de medição do material. Como a tensão e a deformação são medições normalizadas, o módulo é uma propriedade consistente do material que pode ser comparada entre corpos de prova de diferentes tamanhos. Um corpo de prova de aço grande terá o mesmo módulo que um corpo de prova de aço pequeno, embora o corpo de prova grande exija uma força máxima maior para deformar o material. Materiais frágeis, como metais, plásticos e compósitos, exibirão uma inclinação mais acentuada e um valor de módulo mais alto do que materiais dúcteis, como borracha.

Módulo de Elastômeros

Ao contrário de materiais frágeis como plásticos e metais, os materiais elastoméricos não exibem um limite de elasticidade e continuam a se deformar elasticamente até a ruptura. Nesse caso, o módulo é simplesmente relatado como uma medida da força em um determinado alongamento. Por exemplo, no gráfico abaixo, o módulo é relatado como tensão em 100, 200 e 300% de deformação.

Embora o módulo seja mais comumente relatado durante o teste de tração, o módulo de elasticidade também pode ser relatado como módulo de elasticidade compressivo para testes de compressão, módulo de elasticidade flexural para testes de flexão, módulo de elasticidade de cisalhamento para testes de cisalhamento ou módulo de elasticidade torcional para testes de torção. O módulo de elasticidade também pode ser determinado por testes dinâmicos, onde pode ser derivado do módulo complexo.

Cálculo de Diferentes Tipos de Módulo

Os usuários que registram o módulo devem estar cientes de que existem muitas maneiras diferentes de calcular a inclinação da porção linear inicial de uma curva de tensão/deformação. Por exemplo, o software Bluehill® Universal da Instron oferece mais de oito maneiras diferentes de calcular o módulo de elasticidade. Ao comparar os resultados do módulo para um determinado material entre diferentes laboratórios, é fundamental saber qual tipo de cálculo do módulo foi escolhido.

Módulo de Young

As inclinações são calculadas na porção linear inicial da curva usando o ajuste de mínimos quadrados nos dados de teste. A inclinação mais acentuada é relatada como o módulo.

Módulo de Corda

Um usuário seleciona um ponto de deformação inicial e um ponto de deformação final. Uma linha é traçada entre os dois pontos e a inclinação dessa linha é registrada como o módulo.

Módulo Secante

Usa o ponto de tensão/deformação zero como o valor inicial e um ponto de deformação selecionado pelo usuário como o valor final. Uma linha é traçada entre os dois pontos e a inclinação dessa linha é registrada como o módulo.

Módulo de Segmento

Um usuário seleciona um ponto de deformação inicial e um ponto de deformação final. Usando o ajuste de mínimos quadrados em todos os pontos entre os pontos inicial e final, uma linha é construída. A inclinação da linha de melhor ajuste é relatada como o módulo.

Módulo Tangente

Um usuário seleciona um ponto tangente na curva de tensão/deformação. A inclinação da linha tangente é relatada como o módulo.

Módulo E

O módulo de elasticidade é determinado usando uma técnica de regressão linear padrão. A porção da curva a ser usada para o cálculo é escolhida automaticamente e exclui as porções inicial e final da deformação elástica, onde a curva de tensão-deformação não é linear.

Módulo de Histerese

O módulo é determinado por um loop de histerese gerado por uma seção de carregamento e recarregamento.

O módulo de tenacidade é a capacidade de um material de absorver energia na deformação plástica. É definido como a quantidade de densidade de energia de deformação (deformação em um volume unitário de material) que um determinado material pode absorver antes de fraturar. O módulo de tenacidade é medido em unidades de PSI ou Pascals. Ele pode ser determinado em um teste calculando a área total sob a curva de tensão-deformação até o ponto de fratura do espécime. O módulo de tenacidade de um material varia dependendo da ductilidade do material; dois materiais com a mesma resistência ao escoamento podem variar muito em seu módulo de tenacidade se um dos materiais for mais dúctil que o outro. O material dúctil se esticará mais e terá uma área maior sob sua curva de tensão-deformação.

Quando os engenheiros civis estão projetando novas estruturas, é fundamental que tenham acesso aos dados do módulo de tenacidade ao escolher os materiais. Ao projetar uma estrutura que pode ser suscetível a sobrecarga acidental, é mais seguro selecionar um material mais dúctil com um módulo de tenacidade mais alto, mesmo que outros materiais mais baratos tenham a mesma resistência ao escoamento.