مدول الاستیسیته مواد (Elastic Modulus)، شیب قسمت خطی در ابتدای منحنی تنش - کرنش، مدول الاستیسیته یا مدول یانگ است. مدول الاستیسیته، معیار سنتی ماده است. هر چه این مدول بزرگ تر باشد، کرنش الاستیک ناشی از اعمال یک تنش معین، کم تر است. مدول الاستیسیته برای محاسبه خمیدگی تیرها و سایر اجزا لازم است ، لذا در طراحی بسیار مهم است.
مدول الاستیسیته توسط نیرو های اتصال بین اتم ها تعیین می شود. چون این نیرو ها نمی توانند بدون تغییر ماهیت اصلی ماده تغییر کنند ، در نتیجه مدول الاستیسیته یکی از مهم ترین خواص مکانیکی حساس به ساختار است. عناصر آلیاژی، عملیات حرارتی، یا کار سرد تاثیر کمی بر این مدول دارند. با این حال، افزایش دما مدول الاستیسیته را کاهش می دهد. معمولا در دمای بالا این مدول توسط یک روش دینامیکی اندازه گرفته می شود.
مدول الاستیسته برخی مواد در دمای 20 درجه سانتی گراد یا 68 درجه فارنهایت نمایش داده شده است. واحد مدول الاستیک در این جدول psi یا پوند بر اینچ مربع است.
ماده | مدول الاستیسیته (106psi) | ماده | مدول الاستیسیته (106psi) |
آلومینیم | 10.2 | وانادیم | 18.5 |
کادمیم | 7.2 | اکسید آلومینیم | 60 |
کروم | 40.5 | الماس | 140 |
مس | 18.8 | شیشه | 11.6 |
طلا | 11.3 | نایلون 66 | 0.17 |
آهن | 30.6 | پلی کربنات | 0.35 |
منیزیم | 6.5 | پلی اتیلن | 0.19-0.058 |
نیکل | 28.9 | پلی متیل متا کریلیت | 0.49-0.35 |
نیوبیوم | 15.2 | پلی پروپیلن | 0.39-0.16 |
نقره | 12.0 | پلی استیرن | 0.61-0.39 |
تانتالیم | 26.9 | کوارتز | 10.6 |
تیتانیم | 16.8 | کاربید سیلیسیم | 68 |
تنگستن | 59.6 | کاربید تنگستن | 77.5 |
دلیل اصلی تغییرات زیاد در مدول الاستیسیته ، ناشی از تفاوت نیروی بین اتمی دو اتم یا یون مجاور است. برای نشان دادن این حقیقت ، تغییرات انرژی پتانسیل E بین دو ذره مجاور نسبت به فاصله جدایش x ) ) آن ها بررسی می شود.
شکل 2 |
شکل 1 |
فاصله تعادلی جدایش ذرات x0 ، که مربوط به یک حداقل انرژی پتانسیل است، همراه با توازن انرژی های دافعه و جاذبه بین دو اتم یا یون مجاور است. شکل این ارتباط با معادله زیر مشخص شده است :
در این رابطه عبارت اول و دوم به ترتیب مربوط به جاذبه و دافعه بوده و مقدار m از n بیشتر است. در x0 ، نیروی وارد به ذره صفر است. اولین مولفه نیرو نسبت به فاصله جدایش ذرات یعنی df/dx ( یا d2E/dx2) توصیف کننده سفتی یا مقاومت نسبی در مقابل جدایش دو ذره است. در این صورت ، df/dx مشابه با مدول یانگ است. تجزیه و تحلیل ساده نیروهای پیوندی نشان می دهد که سفتی کشسان متناسب با عبارت زیر است :
مثال هایی که وابستگی شدید سفتی الاستیک به x0 را برای فلزات قلیایی نشان می دهد در شکل های 3 و 4 آمده است :
![]() شکل 4 |
شکل 3 |
از بحث فوق چنین استنباط می شود که برای فلزات و سرامیک ها باید مقادیر E با افزایش دما کاهش یابد. این امر ناشی از این حقیقت است که فاصله جدایش اتمی یا یونی با افزایش دما افزایش می یابد (یعنی، مواد وقتی گرم می شوند منبسط می شوند). خط چین در شکل 2 مربوط به مقادیر x0 در دماهای بیش تر از صفر مطلق است. کاهش مدول الاستیک با افزایش دما تدریجی است، به ازای 100 درجه سانتی گراد تغییر در دما فقط درصد کمی کاهش رخ می دهد. از آنجا که E به میزان نیروهای بین اتمی بستگی دارد، این نیرو خود با نوع پیوند، که در یک ماده معین یافت می شود، تغییر می کند و به تغییرات ریزساختار حساس نیست. در نتیجه، با وجود اینکه بر اثر عملیات حرارتی و افزودن اندکی عناصر آلیاژی، استحکام فولاد آلیاژی از 210 به 2400 مگا پاسکال تغییر میکند، مدول کشسان هر دو ماده نسبتا بدون تغییر می ماند. (حدود 200 تا 210 گیگا پاسکال)