Модуль пружності для сталі, а також для інших матеріалів

Перед тим, як використовувати якийнебудь матеріал у будівельних роботах, слід ознайомитися з його фізичними характеристиками для того, щоб знати як з ним звертатися, яке механічне вплив буде для нього прийнятний, і так далі. Однією з важливих характеристик, на які дуже часто звертають увагу, є модуль пружності.

Нижче розглянемо саме поняття, а також цю величину по відношенню до одного з найпопулярніших в будівництві і ремонтних роботах матеріалу — сталі. Також будуть розглянуті ці показники у інших матеріалів, задля прикладу.

Модуль пружності — що це?

Модулем пружності якого-небудь матеріалу називають сукупність фізичних величин, які характеризують здатність якого=небудь твердого тіла пружно деформуватися в умовах додатка до нього сили. Виражається вона буквою Е. Так вона буде згадано у всіх таблицях, які будуть йти далі в статті.

Неможливо стверджувати, що існує тільки один спосіб виявлення значення пружності. Різні підходи до вивчення цієї величини призвели до того, що існує відразу кілька різних підходів. Нижче будуть наведені три основних способи розрахунку показників цієї характеристики для різних матеріалів:

• Модуль Юнга (Е) описує опір матеріалу будь розтягування або стиснення при пружної деформації. Визначається варіант Юнга відношенням напруги до деформації стиснення. Зазвичай саме його називають просто модулем пружності.
• Модуль зсуву (G), званий також модулем жорсткості. Цей спосіб виявляє здатність матеріалу чинити опір будь-якій зміні форми, але в умовах збереження ним своєї норми. Модуль зсуву виражається відношенням напруги зсуву до деформації зсуву, яка визначається у вигляді зміни прямого кута між наявними площинами, що піддаються впливу дотичних напружень. Модуль зсуву, до речі, є однією із складових такого явища, як в’язкість.
• Модуль об’ємної пружності (К), які також іменується модуль об’ємного стиску. Даний варіант означає здатність об’єкта з якогонебудь матеріалу змінювати свій об’єм у разі впливу на нього всебічного нормального напруги, який є однаковим за всіма своїми напрямами. Виражається цей варіант відношенням величини об’ємного напруги до величини відносного об’ємного стиску.
• Існують також і інші показники пружності, які вимірюються в інших величинах і виражаються іншими відносинами. Іншими ще дуже відомими і популярними варіантами показників пружності є параметри Ламе або ж коефіцієнт Пуассона.

Таблиця показників пружності матеріалів

Перед тим, як перейти безпосередньо до цієї характеристики сталі, розглянемо для початку, в якості прикладу та додаткової інформації, таблицю, що містить дані про цю величину по відношенню до інших матеріалів. Дані вимірюються в МПа.

Модуль пружності різних матеріалів

Як можна помітити з представленої вище таблиці, це значення є різним для різних матеріалів, до того ж показника різняться, якщо враховувати той чи інший варіант обчислення цього показника. Кожний вільний вибирати саме той варіант вивчення показників, який більше підійде йому. Краще, можливо, вважати модуль Юнга, так як він частіше застосовується для характеристики того або іншого матеріалу в цьому відношенні.

Після того як ми коротко ознайомилися з даними цієї характеристики інших матеріалів, перейдемо безпосередньо до характеристиці окремо сталі.

Для початку звернемося до сухих цифр і виведемо різні показники цієї характеристики для різних видів сталей і сталевих конструкцій:

• Модуль пружності (Е) для лиття, гарачекатної арматури з сталей марок, іменованих Ст.3 і Ст. 5 дорівнює 2,1*106 кг/см^2.
• Для таких сталей як 25Г2С і 30ХГ2С це значення дорівнює 2*106 кг/см^2.
• Для дроту періодичного профілю і холоднотянутого круглої дроту, існує таке значення пружності, що дорівнює 1,8*106 кг/см^2. Для холодно-сплющеної арматури показники аналогічні.
• Для пасм і пучків високоміцної дроту значення дорівнює 2·10 6 кГ/см^2
• Для сталевих спіральних канатів і канатів з металевим осердям значення дорівнює 1,5·10 4 кГ/см^2, в той час як для тросів з органічним сердечником це значення не перевищує 1,3·10 6 кГ/см^2 .
• Модуль зсуву (G) для прокатної сталі дорівнює 8,4·10 6 кГ/см^2 .
• І наостанок коефіцієнт Пуассона для сталі дорівнює значенню 0,3

Це загальні дані, наведені для видів сталі та сталевих виробів. Кожна величина була вирахувано згідно всім фізичним правилами та з урахуванням усіх наявних відносин, які використовуються для виведення величин цієї характеристики.

Нижче буде приведена вся загальна інформація про цій характеристиці сталі. Значення будуть даватися як по модулю Юнга, так і по модулю зсуву, як в одних одиницях виміру (МПа), так і в інших (кг/см2, ньютон*м2).

Сталь і кілька різних її марок

Матеріал	Показники модуля пружності (Е, G; Н*м2, кг/см^2, МПа)
Сталь	20,6*10^10 ньютон*метр^2
Сталь вуглецева	Е=(2,0…2,1)*10^5 МПа; G=(8,0…8,1)*10^4 МПа
Сталь 45	Е=2,0*10^5 МПа; G=0,8*10^5 МПа
Сталь 3	Е=2,1*10^5 МПа; G=0,8*10^5 МПа
Сталь легована	Е=(2,1…2,2)*10^5 МПа; G=(8,0…8,1)*10^4 МПа

Значення показників пружності сталі різняться, так як існують відразу кілька модулів, які обчислюються і вираховуються по-різному. Можна відмітити той факт, що в принципі сильно показники не відрізняються, що свідчить на користь різних досліджень пружності різних матеріалів. Але сильно заглиблюватися у всі обчислення, формули і значення не варто, так як досить вибрати певне значення пружності, щоб вже надалі орієнтуватися на нього.

До речі, якщо не висловлювати всі значення числовими відношеннями, а відразу взяти і порахувати повністю, то ця характеристика стали буде дорівнює: Е=200000 МПа або Е=2 039 000 кг/см^2.

Дана інформація допоможе розібратися з самим поняттям модуля пружності, а також ознайомитися з основними значення даної характеристики для сталі, сталевих виробів, а також для кількох інших матеріалів.

Слід пам’ятати, що показники модуля пружності різні для різних сплавів сталі і для різних сталевих конструкцій, які містять у своєму складі і інші сполуки. Але навіть в таких умовах, можна відмітити той факт, що розрізняються показники ненабагато. Величина модуля пружності стали практично залежить від структури. а також від вмісту вуглецю. Спосіб гарячої або холодної обробки стали також не може сильно вплинути на цей показник.