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應力,應變和彈性模量是什么意思,它與碳纖維
發布時間:2020-08-26 15:06 | 瀏覽次數:




彈性模量又稱“楊氏模量”或“拉伸模量”

彈性模量是在一定應力下,材料在施加應力下對彈性(非永久性)變形的抵抗力的度量。這也可以解釋為材料的“剛度”。決定該測量的因素是施加在材料上的應力除以所顯示的應變。“ E”是此測量的符號。

壓力

應力σ= F / A  
F表示施加的力,以牛頓或磅(N或lb)為單位,A表示材料的受力面積(m 2或2)。所得的測量值σ為N / m 2或lb / in 2。

應變

應變ε= dL / L 
dL是材料長度沿測量軸(m或in)的偏移量(變化)。L是材料的原始尺寸。測量單位會抵消,因此應變是無單位的測量。

彈性模量

彈性模量E =(F / A)÷(dL / L)=σ÷ε
由于應變是無單位的度量,因此E所用的單位與應力所用的單位相同。但是,N / m 2 =帕斯卡(Pa),通常以吉帕斯卡為單位報道E(GPa = Pa x10 9)。或者,lb / in 2 = psi,然后以兆磅/平方英寸(Mpsi或Msi = psi x10 6)或Kilapounds /平方英寸(Kpsi或Ksi = psi x10 3)表示。

跳水板

想想一個木制的跳水板。您站在一端,而在另一端得到支持。隨著木板在您的重量下彎曲,形狀會發生變化。如果使用各種權重測量差異,則數據點將創建一個斜率,從而創建您的彈性模量。跳水板的剛性取決于所用木材的類型。Douglas Fir具有13 GPa(1.9 Msi)的彈性模量。橡木的E值為11 GPa(1.6 Msi),而松樹的E值為9 GPa(1.3 Msi),比花旗松(Douglas Fir)更具彈性。現代跳水板由飛機級鋁制69 GPa(10 Msi)制成。

碳纖維

那么這與碳纖維有什么關系呢?碳纖維技術是輕質,剛性材料的驚人突破。以前用標準建筑材料制造的物品可以用碳纖維制造得更輕更堅固。顯然,跳水板需要彎曲。一種由碳纖維(228 GPa,33 Msi)制成的設備不可行。但是,無人機的螺旋槳或敏感設備的外殼需要堅固,輕便的材料。當計算每盎司或每克時,碳纖維材料可以在保持接地與起飛之間發揮作用。無人駕駛飛機(UAV)和大型飛機可受益于碳纖維的輕量化特性和圓滑的外觀。自行車制造商可以在減輕重量的同時大大提高其產品的強度和耐用性。制造商可以制造出時尚,現代,重量更輕,以及使用壽命更長的設備和家具。由于重量限制或身體壓力(骨骼的E值為76 GPa(11 Msi)),輕型無人駕駛的車輛無法在任何人都能使用的地方工作。使用碳纖維,您將獲得大約一個的彈性模量228 GPa(33 Msi),而一些高剛性碳纖維材料的E值為760 GPa(110 Msi)。

其他應用

英特力碳纖維還能實現什么?  聲音工程師可以利用強度,耐用性和自然共鳴來使樂器和聲音設備具有更快的響應速度和更輕的重量。航空工程師可以通過替代碳纖維將工具重量減少50%或更多。醫學成像設備得益于英特力碳纖維的足夠強度和剛度;即使在大劑量的X射線和γ射線照射后,也能在負載下保持臨界尺寸而不會隨著時間而分解。碳纖維的剛性加上不到鋁的一半的重量,使工程師能夠進行創新,從而在消費類產品和制造業中打造下一代產品。

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