โมดูลัสความยืดหยุ่น
โมดูลัสความยืดหยุ่นคืออะไร
โมดูลัสความยืดหยุ่น หรือที่เรียกว่าโมดูลัสยืดหยุ่นหรือเรียกง่ายๆ ว่าโมดูลัส คือการวัดความยืดหยุ่นของวัสดุ โมดูลัสยืดหยุ่นเป็นการวัดความต้านทานของวัสดุต่อการเสียรูปที่ไม่ถาวรหรือการเสียรูปแบบยืดหยุ่น เมื่อได้รับความเค้น วัสดุจะแสดงคุณสมบัติยืดหยุ่นก่อน ความเค้นทำให้วัสดุเสียรูป แต่วัสดุจะกลับสู่สภาพเดิมหลังจากความเค้นถูกขจัดออกไป หลังจากผ่านบริเวณยืดหยุ่นและผ่านจุดครากของวัสดุแล้ว วัสดุจะเข้าสู่บริเวณพลาสติก ซึ่งวัสดุจะแสดงการเสียรูปถาวรแม้หลังจากความเค้นแรงดึงถูกขจัดออกไปแล้ว
โมดูลัสถูกกำหนดให้เป็นความชันของส่วนเส้นตรงของเส้นโค้งความเค้น (σ) ความเครียด (ε) โดยเน้นที่บริเวณยืดหยุ่น หากความชันถูกคำนวณระหว่างจุดความเค้น-ความเครียดสองจุด โมดูลัสคือการเปลี่ยนแปลงของความเค้นหารด้วยการเปลี่ยนแปลงของความเครียด โมดูลัส = (σ2 - σ1) / (ε2 - ε1) โดยที่ความเค้น (σ) คือแรงหารด้วยพื้นที่หน้าตัดของชิ้นทดสอบ และความเครียด (ε) คือการเปลี่ยนแปลงความยาวของวัสดุหารด้วยความยาวมาตรฐานเดิมของวัสดุ เนื่องจากทั้งความเค้นและความเครียดเป็นการวัดที่ปรับมาตรฐานแล้ว โมดูลัสจึงเป็นคุณสมบัติของวัสดุที่สม่ำเสมอซึ่งสามารถเปรียบเทียบระหว่างชิ้นทดสอบที่มีขนาดต่างกันได้ ชิ้นทดสอบเหล็กขนาดใหญ่จะมีโมดูลัสเท่ากับชิ้นทดสอบเหล็กขนาดเล็ก แม้ว่าชิ้นทดสอบขนาดใหญ่จะต้องใช้แรงสูงสุดที่มากกว่าในการทำให้วัสดุเสียรูป วัสดุเปราะเช่นโลหะ พลาสติก และวัสดุผสมจะแสดงความชันที่สูงกว่าและค่าโมดูลัสที่สูงกว่าวัสดุเหนียวเช่นยาง
โมดูลัสของอีลาสโตเมอร์
แตกต่างจากวัสดุเปราะเช่นพลาสติกและโลหะ วัสดุอีลาสโตเมอริกไม่แสดงจุดครากและยังคงเสียรูปแบบยืดหยุ่นจนกระทั่งแตกหัก ในกรณีนี้ โมดูลัสจะถูกรายงานเป็นการวัดแรงที่การยืดตัวที่กำหนด ตัวอย่างเช่น ในกราฟด้านล่าง โมดูลัสถูกรายงานเป็นความเค้นที่ความเครียด 100, 200 และ 300%
แม้ว่าโมดูลัสจะถูกรายงานโดยทั่วไปในระหว่างการทดสอบแรงดึง โมดูลัสความยืดหยุ่นยังสามารถรายงานเป็นโมดูลัสความยืดหยุ่นแบบอัดสำหรับการทดสอบการอัด โมดูลัสความยืดหยุ่นแบบดัดสำหรับการทดสอบการดัด โมดูลัสความยืดหยุ่นแบบเฉือนสำหรับการทดสอบการเฉือน หรือโมดูลัสความยืดหยุ่นแบบบิดสำหรับการทดสอบการบิด โมดูลัสความยืดหยุ่นอาจถูกกำหนดโดยการทดสอบแบบไดนามิกด้วย ซึ่งสามารถได้มาจากโมดูลัสเชิงซ้อน
การคำนวณโมดูลัสประเภทต่างๆ
ผู้ใช้ที่บันทึกโมดูลัสควรทราบว่ามีวิธีการต่างๆ มากมายในการคำนวณความชันของส่วนเชิงเส้นเริ่มต้นของเส้นโค้งความเค้น/ความเครียด ตัวอย่างเช่น ซอฟต์แวร์ Bluehill® Universal ของ Instron มีวิธีการคำนวณโมดูลัสความยืดหยุ่นมากกว่าแปดวิธี เมื่อเปรียบเทียบผลลัพธ์โมดูลัสสำหรับวัสดุที่กำหนดระหว่างห้องปฏิบัติการต่างๆ การทราบว่าเลือกใช้การคำนวณโมดูลัสประเภทใดจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง
โมดูลัสของยัง
ความชันถูกคำนวณบนส่วนเชิงเส้นเริ่มต้นของเส้นโค้งโดยใช้การปรับเส้นโค้งแบบกำลังสองน้อยที่สุดกับข้อมูลการทดสอบ ความชันที่สูงที่สุดจะถูกรายงานเป็นโมดูลัส
โมดูลัสคอร์ด
ผู้ใช้เลือกจุดความเครียดเริ่มต้นและจุดความเครียดสิ้นสุด เส้นตรงถูกลากระหว่างสองจุดและความชันของเส้นนั้นถูกบันทึกเป็นโมดูลัส
โมดูลัสซีแคนต์
ใช้จุดความเค้น/ความเครียดศูนย์เป็นค่าเริ่มต้นและจุดความเครียดที่ผู้ใช้เลือกเป็นค่าสิ้นสุด เส้นตรงถูกลากระหว่างสองจุด และความชันของเส้นนั้นถูกบันทึกเป็นโมดูลัส
โมดูลัสเซกเมนต์
ผู้ใช้เลือกจุดความเครียดเริ่มต้นและจุดความเครียดสิ้นสุด โดยใช้การปรับเส้นโค้งแบบกำลังสองน้อยที่สุดกับจุดทั้งหมดระหว่างจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุด เส้นตรงถูกสร้างขึ้น ความชันของเส้นที่เหมาะสมที่สุดถูกรายงานเป็นโมดูลัส
โมดูลัสแทนเจนต์
ผู้ใช้เลือกจุดแทนเจนต์บนเส้นโค้งความเค้น/ความเครียด ความชันของเส้นแทนเจนต์ถูกรายงานเป็นโมดูลัส
อี-โมดูลัส
โมดูลัสยืดหยุ่นถูกกำหนดโดยใช้เทคนิคการถดถอยเชิงเส้นมาตรฐาน ส่วนของเส้นโค้งที่จะใช้สำหรับการคำนวณถูกเลือกโดยอัตโนมัติและไม่รวมส่วนเริ่มต้นและส่วนสุดท้ายของการเสียรูปแบบยืดหยุ่นที่เส้นโค้งความเค้น-ความเครียดไม่เป็นเชิงเส้น
โมดูลัสฮิสเทอรีซิส
โมดูลัสถูกกำหนดโดยลูปฮิสเทอรีซิสที่เกิดจากส่วนการโหลดและการโหลดซ้ำ
