탄성 계수-영의 계수, 탄성 계수, E

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탄성 계수(영의 계수)의 정의 #

탄성 계수는 재료에 작용하는 주어진 응력에 의해 생성되는 변형의 상수입니다. 후크의 법칙에 따르면, 재료의 탄성 변형 단계에서 응력은 변형률에 정비례합니다.

후크의 법칙은 다음과 같이 표현됩니다:

σ = Eε

위 방정식에서 'E'는 탄성 계수, σ는 응력, ε는 변형률을 나타냅니다.

위의 방정식을 사용하여 탄성 계수에 대한 식을 작성할 수 있습니다:

E = (F*L)/(A*δL)

따라서 탄성 계수를 정상 응력에 대한 종방향 변형률의 비율로 정의할 수 있습니다.

탄성 계수 단위 #

일반 응력에는 파스칼 Pa 단위가 있고 세로 변형에는 단위가 없습니다. 세로 변형률은 원래 길이에 대한 길이 변화의 비율이기 때문입니다. 따라서 탄성률의 단위는 응력의 단위인 파스칼(Pa)과 동일합니다. 일반적으로 탄성 계수를 측정할 때는 메가파스칼(MPa)과 기가파스칼(GPa)을 사용합니다.

영탄성계수 또는 탄성계수는 어떻게 측정하나요? #

연강으로 만든 연성 소재의 막대를 예로 들어 보겠습니다. 이제 범용 테스트 기계에서 인장 테스트를 수행합니다. 인장 시험 후 응력-변형률 다이어그램이 그려지고 다음과 같은 곡선이 얻어집니다.

커브에서 점 O에서 점 B까지의 영역은 탄성 영역입니다. 그러면 소성 변형이 시작됩니다. 곡선의 점 A는 비례 한계를 나타냅니다. 이 곡선의 경우 탄성 계수(E)의 값을 응력-변형률 곡선의 기울기와 같은 값으로 A까지 쓸 수 있습니다.

E 값이 증가하면 세로 변형률이 감소하므로 길이 변화가 감소합니다.

탄력 계수에 대한 몇 가지 상식적인 법칙 #

탄성 계수가 낮을수록 상대적인 변형량이 클수록 강성이 작을수록 재료가 변형하기 쉽고 유연성이 향상되며 탄성 계수가 높을수록 탄성 계수의 재료 변형이 상대적으로 작고 강성이 크며 재료가 변형하기 쉽지 않으며 취성이 강해집니다. 탄성 계수는 지수의 난이도의 탄성 변형을 생성하는 재료의 척도로 간주 될 수 있으므로 값이 클수록 응력의 특정 탄성 변형을 생성하는 재료도 더 클수록, 즉 재료 강성이 클수록, 즉 일정량의 응력에서 탄성 변형의 발생이 더 작아집니다. 엘라스토머에 외력을 가하면 엘라스토머는 "변형"이라고하는 모양의 변화를 겪게됩니다.

탄성 계수와 취성 사이의 관계 #

취성 소재는 연신율이 3% 미만인 소재를 말합니다. 그리고 탄성 재료는 특정 외력에 의해 소성 변형되는 것을 말합니다. 취성 재료는 유리와 같이 탄성률이 낮은 재료일 수 있지만 연강, 합금강 등과 같이 탄성률이 높다고 해서 반드시 취성 재료인 것은 아닙니다.

탄성 계수에 대한 추가 정보 #

• 탄성 계수와 영의 계수는 모두 동일합니다. 탄성 계수는 일정하며 온도와 압력에 따라 달라집니다.
• 탄성 계수와 E의 값은 재질에 따라 달라지며 형상에 따라 달라지지 않습니다(와이어가 스프링으로 구부러질 때 탄성 계수가 달라짐).
• 탄성 계수는 재료가 얼마나 늘어나는지, 얼마나 많은 잠재 에너지를 저장할 수 있는지 계산하는 데 사용할 수 있습니다.

일반 금속 및 비금속의 탄성 계수 #

소재 이름 탄성 계수 E(Gpa)
다이아몬드 1100
회색 주철 118-126
흰색 주철 113-157
연성 철 173
연성 철 120
마그네슘 45
마그네슘 합금 1.74
티타늄(Ti) 105-120
탄소강 206
주강 202
니켈-크롬 강철 206
합금강 206
고속 강철(WW9% 포함) 8.3
고속 강철(WW18% 포함) 8.7
압연 순수 구리(보라색 구리) 108
냉간 압연 순수 구리(보라색 구리) 127
압연 형광체 주석 청동 113
냉간 압연 황동 89-97
주조 황동 8.62
압연 망간 청동 108
주조 주석 청동 103
주조 알루미늄 청동 103
산업용 알루미늄, 알루미늄-니켈 합금 2.7
캐스터블 알루미늄 합금 2.7
압연 알루미늄 68
그려진 알루미늄 와이어 69
경질 알루미늄 합금 70
압연 아연 82
리드 16
텅스텐(W) 400-410
텅스텐 카바이드(WC) 450-650
니켈 8.9
골드 19.32
실버 10.5
주석 7.29
머큐리 13.55
실리콘 카바이드(SiC) 450
실리콘 구리 시트 7.55-7.8
주석 기반 베어링 합금 7.34-7.75
납 기반 베어링 합금 9.33-10.67
초경합금(텅스텐-코발트) 14.4-14.9
텅스텐-코발트-티타늄 카바이드 9.5-12.4
다이아몬드 1,050-1,200
유리 55
플렉시글라스(PMMA) 2.35-29.42
고무 0.0078
글루보드, 섬유판 1.3-1.4
베이클라이트 1.96-2.94
천으로 묶인 페놀 플라스틱 3.92-8.83
셀룰로이드 1.71-1.89
ABS 0.2
ABS, PC 2.41
폴리프로필렌 PP 1.5-2
PP 공중 합체 0.896
나일론 1010 1.07
나일론 66 8.3
PA6 2.32
PE 고밀도 1.07
PE 저밀도/중간 밀도 0.172
저압 폴리에틸렌 PE 0.54-0.75
고압 폴리에틸렌 PE 0.147-0.245
경질 폴리염화비닐(PVC) 3.14-3.92
폴리스티렌 0.91
폴리테트라클로로에틸렌 1.14-1.42
아크릴(중간 내충격성) 2.4
PBT 1.93
POM 아세탈화 공중합체 2.6
P/S 중간-고유량 2.28 0.8173 0.387
PVC0.007 가소화 0.006
PVC 강성 2.41
폴리에틸렌 테레프탈레이트 PET 2-2.5
폴리스티렌 PS 3-3.5
탄소 섬유 강화 플라스틱(단방향 입상 표면) 150
콘크리트 13.73-39.2