Kayma modülü nedir?
Kayma modülü, bir malzemenin paralel düzlemlerin birbiri üzerinde kaydığı kesme kuvvetleri altında şekil değişimine karşı direncini tanımlar. Bir küp, üst yüzüne paralel bir kuvvete ve alt yüzüne paralel eşit ve zıt bir kuvvete maruz kalırsa; yan görünümü yamuk şeklinde deforme olacaktır.
Kayma modülü, Young modülü ve kütle modülünün yanı sıra birincil elastik modüllerden biridir. G ile temsil edilir ve elastik bölge içindeki kayma gerilmesinin kayma gerinimine oranı olarak hesaplanır. Bu özellik, miller, yapıştırıcılar ve elastomerler gibi burulma, bükülme veya yanal yükleme içeren uygulamalarda kritik öneme sahiptir.
Kayma modülü formülü
Burada:
- G kayma modülüdür (Pa veya N/m²)
- τ uygulanan kayma gerilmesidir (birim alan başına kuvvet, N/m²)
- γ kayma gerinimidir (radyan cinsinden açısal deformasyon)
Bu formül, uygulanan bir kesme kuvvetine (gerilme) karşılık olarak bir malzemenin ne kadar deforme olduğunu (gerildiğini) ifade eder ve malzeme elastik olarak davrandığı sürece geçerli kalır - yani kuvvet kaldırıldığında orijinal şekline geri döner.
Kayma modülü denklemi
Kayma modülü (G) ve Young modülü (E) bir malzemenin sertliğinin ölçüsüdür - ancak farklı yükleme türleri altında. Young modülü, bir malzemenin eksenel yük altında nasıl gerildiğini veya sıkıştığını açıklarken, kayma modülü, kesme veya burulma kuvvetine maruz kaldığında nasıl deforme olduğunu açıklar.
İzotropik, doğrusal-elastik malzemeler için, matematiksel olarak aşağıdaki formülle ilişkilidirler:
Burada:
- G = kayma modülü
- E = Young modülü
- ν = Poisson oranı (yanal gerilmenin eksenel gerilmeye oranı)
Bu ilişki, bu özelliklerden herhangi ikisinin bilinmesi halinde üçüncüsünün hesaplanabileceği anlamına gelmektedir. Ayrıca Poisson oranının bir malzeme içerisindeki gerinim dağılımını ve malzemenin kayma ve gerilme esnasındaki genel sertliğini nasıl etkilediğini de vurgular.
Yüksek bir kayma modülü daha fazla sertliğe işaret eder; metaller ve seramikler hafiflikleriyle bağlantılı olarak kompozitler gibi kaymada iyi performans gösterirken kauçuk gibi esnek malzemeler çok daha düşük değerlere sahiptir. Rijitlik modülü, daha yönetilebilir rakamlar için genellikle GPa cinsinden belirtilir.
Yaygın malzeme türleri için tipik G değerlerinin karşılaştırılması
| Malzeme | G (Gpa) | Tip |
|---|---|---|
| Elmas | 478 | Seramik |
| Alümina | 150 | Seramik |
| Tungsten | 161 | Metal |
| Alüminyum Nitrade | 130 | Seramik |
| Karbon Çelik | 77 | Metal |
| Demir, Sfero | 64.5 | Metal |
| Bakır | 45 | Metal |
| Alüminyum | 28 | Metal |
| Cam-seramik | 26.2 | Seramik |
| Beton | 21 | Kompozit |
| Kevlar | 19 | Kompozit |
| Ahşap, Douglas Göknarı | 13 | Kompozit |
| Polietilen | 0.12 | Polimer |
| Kauçuk | 0.0003 | Polimer |
Kayma modülü hakkında SSS
Kayma modülü nasıl test edilir?
Kayma modülü, katı veya bağlı numunelere uygulanan burulma testi veya kayma testi fikstürleri ile ölçülür. Bir burulma testinde, diğer uç sabit kalırken numunenin bir ucuna (genellikle yuvarlak veya boru şeklinde) tork uygulanır. Ortaya çıkan açısal deformasyon, kesme gerinimini hesaplamak için kullanılır.
Gerilim veya sıkıştırmada kesme testi, yapıştırıcıları, köpükleri ve katmanlı kompozitleri değerlendirmek için yaygın olarak kullanılır. Malzeme numunelerinde açısal deformasyona veya bağlı yüzeyler arasında kaymaya neden olmak için paralel planlarda çekme veya sıkıştırma kuvveti uygular. V çentikli kiriş ve bindirmeli kesme testleri gibi yöntemler, düz veya bağlı malzemelerdeki kesme mukavemetini ve sertliğini doğru bir şekilde değerlendirmek için kontrollü yükleme koşulları sağlar.
Kayma modülü hangi uygulamalarda önemli bir özelliktir?
Kayma modülünün belirlenmesi, malzeme performansının veya bağlantılardaki hareketin kontrol edilmesi gereken çeşitli endüstrilerde hayati önem taşır:
- Makine ve inşaat mühendisliği - şaftlar ve kirişlerdeki burulma sertliğinin ve yapısal bağlantılardaki cıvata ve bağlantı elemanlarının mukavemetinin değerlendirilmesi.
- Yapıştırıcı ve dolgu macunu testleri - kesme hatasının birincil hata modu olduğu yerlerde.
- Elastomer geliştirme - contalar, contalar ve sönümleme bileşenleri için sertliğin ölçülmesi.
- Kompozit malzemeler - havacılık ve otomotiv sektörlerinde interlaminar kesme davranışının tahmin edilmesi - mühendislik malzemelerinin hafifliği esastır - ve ahşap / kereste gibi doğal kompozitler.
- Geoteknik mühendisliği - inşaat mühendisliği yapılarının desteklenmesinde toprak ve kaya temellerinin stabilitesinin analiz edilmesi.
Kayma modülü hesaplaması için yaygın test standartları nelerdir?
Çeşitli uluslararası test standartları, malzeme türüne, endüstri uygulamasına ve geometriye bağlı olarak kayma modülünü ölçmek için prosedürler tanımlar:
- ASTM D5379, ASTM D7078 - Kompozitler için V çentikli kiriş yöntemleri
- ASTM D1002, ASTM D3163 - Yapıştırılmış metal ve sert plastikler için tek bindirmeli kesme testleri
- ASTM D5656 - Yapıştırıcılar için kalın aderend bindirme makası
- ASTM D3528, ASTM D3164 - Çift ve sandviç bindirmeli kesme numuneleri kullanan yapıştırıcılar ve bağlar için standartlar
- ASTM C273 - Sandviç çekirdek malzemelerin kayma modülü
- ASTM F606 ve ISO 898 - Cıvatalar ve bağlantı elemanları üzerinde kesme testleri
- ASTM E143 - Yapısal metaller için burulma ile kayma modülü
- ISO 15310 - Plastikler için burulma test yöntemi
- ASTM D143, DIN 52367 / ISO 6238 / EN 392 / BS 373 ve ISO 898 - Ahşabın ve yapıştırıcı bağlı ahşap bağlantıların kesme mukavemeti.
Mecmesin test sistemleri kesme modülünü ölçebilir mi?
Mecmesin test sistemleri, malzeme test numunelerini veya önceden hazırlanmış numuneleri (örneğin, bindirme veya sandviç bağlantılara bağlanmış veya bir bağlantı elemanı ile bağlanmış) kavramak için bir dizi değiştirilebilir fikstürü kabul edebilir. Malzeme gerinim deformasyon ölçümü için temassız veya optik ekstansometri mevcuttur. VectorPro test yazılımı, modül değerlerini hesaplamak için verilen geometri boyutlarına ve kaydedilen test verilerine matematiksel denklemler uygulayabilir.
Mecmesin recommends...
Standards
Featured or equivalent test standards for Mecmesin solutions in this section