Böjningsmodulen för ett fast material är en mekanisk egenskap som mäter dess styvhet. Det definieras som förhållandet mellan dess dragspänning (kraft per ytenhet) och dess töjning (relativ deformation) när den genomgår elastisk deformation. Den här egenskapen har enheter som liknar tryck, det vill säga Pa (N/mm2
), psi, etc.
Dragmodulen är användbar för att utvärdera hur styvt ett material är. Med andra ord, hur mycket materialet förväntas deformeras (elastiskt) när det utsätts för en viss belastning. Ju högre ett material dragmodul är, desto mer kraft krävs för att deformera det.
Baserat på beskrivningen ovan kan dragmodulen för ett material uttryckas matematiskt som:
E = σ / ε
Var:
ε = Dragspänningen i materialet (förlängning/originallängd)
σ = Dragspänningen i materialet
E = Dragmodul (även känd som Youngs modul)
Förutom att den beräknas med ovanstående formel, kan dragmodulen för ett material bestämmas grafiskt genom att mäta lutningen av den linjära delen av en typisk spännings-töjningskurva. Det är med andra ord förändringen i spänningen dividerad med motsvarande förändring i töjningen.
Olika material har väldigt olika dragmodulvärden. Till exempel har gummi en dragmodul på 1 MPa, medan järn har en dragmodul på 200 GPa. Därför är järn 200 000 gånger styvare än gummi när det utsätts för dragbelastning. Eller, för ett prov med liknande geometriska egenskaper, sträcker sig gummi 200 000 gånger mer än järn när det utsätts för samma belastning.
Dragmodulen för ett material kan bestämmas genom att utföra ett dragprov, även känt som ett dragprov. Under detta test placeras ett testexemplar, typiskt cylindriskt till formen, i en apparat där det kläms fast i vardera änden. En axiell dragkraft (eller dragkraft) appliceras på ena änden av provet, medan den andra förblir stationär. Detta förlänger eller sträcker gradvis ut provet med standardhastighet tills det brister.
Figur 1. En dragprovningsmaskin. (Källa: Ryzhov Sergey/Dreamstime.com)
Den kraft i provet som motstår dragkraften registreras och dess töjning mäts. Resultaten plottas sedan på ett diagram som kallas en stress-töjningsgraf. En typisk spännings-töjningsgraf visas i figuren nedan.
Figur 2. Typisk spännings-töjningsgraf.
Den raka delen (linjära) av kurvan kallas den elastiska zonen. Gradienten för denna zon, dvs förhållandet mellan dess stigning och dess löpning (ändring i spänning/förändring i töjning) är lika med materialets dragmodul.
Alla fysiska eller mekaniska egenskaper som påverkar ett materials spänning eller töjning kommer i slutändan att påverka värdet av dess dragmodul. Till exempel är spänningen hos en axiellt belastad kropp direkt relaterad till dess tvärsnittsarea. Därför kan vi förvänta oss att dragmodulen för ett prov ska relateras till dess storlek och form. Ju större arean av ett föremål är, desto större antal intermolekylära bindningar som finns, desto högre dragspänning behövs för att dra isär det.
