Articles

Shear modulus

Posted on

Shear modulus, numerieke constante die de elastische eigenschappen van een vaste stof beschrijft onder de toepassing van dwarse interne krachten zoals die bijvoorbeeld optreden bij torsie, zoals bij het verdraaien van een metalen pijp om zijn lengte-as. In een dergelijk materiaal wordt elk klein kubisch volume licht vervormd, zodanig dat twee van zijn zijvlakken over een kleine afstand evenwijdig aan elkaar schuiven en twee andere zijvlakken veranderen van vierkant in ruitvorm. De afschuifmodulus is een maat voor het vermogen van een materiaal om weerstand te bieden aan transversale vervormingen en is alleen voor kleine vervormingen een geldige index van elastisch gedrag, waarna het materiaal in staat is terug te keren naar zijn oorspronkelijke configuratie. Grote afschuifkrachten leiden tot vloei en blijvende vervorming of breuk. De afschuifmodulus wordt ook wel de stijfheid genoemd.

Mathematisch is de afschuifmodulus gelijk aan het quotiënt van de afschuifspanning gedeeld door de afschuifspanning. De afschuifspanning is op haar beurt gelijk aan de afschuifkracht F gedeeld door het oppervlak A evenwijdig aan en waarin zij wordt uitgeoefend, of F/A. De afschuifspanning of relatieve vervorming is een maat voor de verandering in geometrie en wordt in dit geval uitgedrukt door de goniometrische functie, tangens (tan) van de hoek θ (theta), die de hoeveelheid verandering aangeeft in de 90°, of rechte hoeken, van het minieme representatieve kubieke volume van het ongespannen materiaal. Wiskundig wordt afschuifspanning uitgedrukt als tan θ of het equivalent, per definitie, x/y. De afschuifmodulus zelf kan wiskundig worden uitgedrukt als

shear modulus = (afschuifspanning)/(afschuifspanning) = (F/A)/(x/y).

Deze vergelijking is een specifieke vorm van de elasticiteitswet van Hooke. Omdat de noemer een verhouding is en dus dimensieloos, zijn de afmetingen van de afschuivingsmodulus die van de kracht per oppervlakte-eenheid. In het Engelse stelsel kan de afschuivingsmodulus worden uitgedrukt in eenheden van pounds per vierkante inch (gewoonlijk afgekort tot psi); de gebruikelijke SI-eenheden zijn newton per vierkante meter (N/m2). De waarde van de afschuivingsmodulus voor aluminium is ongeveer 3,5 × 106 psi, of 2,4 × 1010 N/m2. Ter vergelijking, staal onder afschuifspanning is meer dan drie keer zo stijf als aluminium.

Gebruik een Britannica Premium abonnement en krijg toegang tot exclusieve inhoud. Abonneer u nu

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *