Modulul de încovoiere este o măsură a modului în care un anumit material se va întinde și poate chiar se va deforma atunci când i se aplică greutate sau forță. Acesta este un calcul important în domeniile ingineriei și arhitecturii, deoarece le spune constructorilor și proiectanților greutatea maximă pe care o pot suporta diferitele materiale. Calculele modelează adesea alegerile făcute în construirea și proiectarea tuturor, de la zgârie-nori și case până la mașini industriale, mașini și aparate de bază de consum. Drept urmare, joacă un rol important în inginerie și proiectare civilă, mecanică și aerospațială și este frecvent utilizat pentru a selecta materialele corecte pentru piesele care vor suporta sarcini fără îndoire sau deformare.
Diferențele de material
În termeni de bază, calculul descrie capacitatea unui material cu o secțiune transversală specifică de a rezista la îndoire atunci când este pus sub tensiune. Totuși, numărul variază în mod necesar în funcție de tipul de material în cauză. Chiar și suprafețele și structurile care arată comparabile pot avea capacități diferite când vine vorba de capacitatea de a suporta greutăți.
Materialele ductile, cum ar fi oțelul și alama, care pot fi deformate foarte mult înainte de defectare, au o clasificare a modulului bine definită, de exemplu. Materialele fragile, cum ar fi sticla și betonul, au în mod obișnuit o deformare plastică mică sau deloc înainte de defectare. Din acest motiv, multe materiale fragile nu au o măsurare clar definită și sunt adesea descrise prin rezistența lor la încovoiere – care este cantitatea maximă de efort de încovoiere care poate fi aplicată înainte de ruperea sau defectarea materialului.
Relația dintre stres și efort
Termenul este folosit pentru a defini relația dintre o tensiune de încovoiere și deformarea rezultată. Deformarea este o măsură a cantității de deformare a unui material atunci când este aplicată o solicitare. Tensiunea elastică este reversibilă și va dispărea după îndepărtarea tensiunii, ceea ce înseamnă că materialul va reveni la starea inițială. La niveluri ridicate de solicitare, totuși, un material se va deforma permanent și, de obicei, nu va reveni la dimensiunile sale originale. Aceasta este denumită „tulpină de plastic” sau „rendare”.
Trasarea curbei
De obicei, inginerii și arhitecții trasează modulul pe un grafic care poate servi ca o reprezentare vizuală a interacțiunii dintre stres și deformare. Rezultatul este cunoscut în mod obișnuit ca o „curbă tensiune-deformare” și arată cum se modifică deformarea odată cu solicitarea de încovoiere aplicată. Panta acestei curbe în regiunea în care are loc deformarea elastică definește modulul de încovoiere al materialului. Unitățile de măsură sunt, în cele mai multe cazuri, lire pe inch pătrat (psi) sau Newtoni pe metru pătrat, poate mai cunoscut sub numele de pascali (Pa).
Teste de laborator
De fapt, obținerea unei măsurători precise a modulului de încovoiere poate fi oarecum complicată, dar este aproape întotdeauna determinată printr-o serie de teste intensive de laborator. În cele mai multe cazuri, inginerii vor începe cu o probă din materialul țintă cu o formă specifică și dimensiuni cunoscute. „Testul de încovoiere” este în esență o măsurare a forței necesare pentru a îndoi un eșantion, adesea cunoscut sub numele de „grindă”, care are dimensiuni definite. Tehnicienii aplică de obicei forță în trei puncte: grinda este de obicei susținută pe partea inferioară aproape de ambele capete și o forță este aplicată în partea de sus în punctul central, între suporturile inferioare. Acest lucru este cunoscut sub numele de condiții de încărcare în trei puncte. Odată ce forța a fost introdusă, orice deviere sau mișcare a fasciculului este măsurată și înregistrată, iar apoi analizată.
Modulul de încovoiere a fost determinat pentru o mare varietate de materiale structurale, inclusiv metale, lemn, sticlă, beton și materiale plastice. Se măsoară de obicei în condiții de temperatură ambientală. Proprietățile unor materiale, precum multe materiale plastice, se vor schimba odată cu temperatura. Testul de încovoiere este uneori efectuat la temperaturi mai scăzute sau mai ridicate pentru a simula mediul de utilizare finală prevăzut; acest tip de cunoștințe este cu adevărat important pentru oamenii care construiesc la altitudini mari sau în condiții climatice extreme, în special în zonele arctice sau în apropierea ecuatorului.