Elasticiteitsmodulus
De elasticiteitsmodulus, aangegeven met E, is een eigenschap van een materiaal die een maat is voor de stijfheid, starheid van een materiaal, en die ten dele de rek van het materiaal onder een (trek)belasting bepaalt. In het elastisch gebied geldt de wet van Hooke, met de veerconstante gelijk aan de elasticiteitsconstante: de rek die optreedt is lineair afhankelijk van de aangebrachte spanning, met als evenredigheidsconstante E
In Engelstalige landen wordt deze grootheid ook wel genoemd Young's modulus, naar de Engelse natuurkundige, dokter en Egyptoloog Thomas Young (1773 - 1829).
Eenheden
De eenheid van elasticiteitsmodulus N/m² of Pa. De meeste materialen hebben een erg hoge modulus, daarom gebruikt men vaak N/mm² = MPa of zelfs GPa = 1000 MPa.
Bepaling
Bij het uitvoeren van een trekproef constateert men dat in het elastisch gebied (waarbij een spanning op het proefstuk werkt lager dan de vloeigrens) de rek evenredig is aan de spanning: , met de aangebrachte spanning, de elasticiteitsmodulus, en de rek. De richtingscoëfficiënt van de curve voor de vloeigrens is de elasticiteitsmodulus.
In de praktijk kan de elasticiteitsmodulus gemeten worden via de natuurlijke frequentie van een trillende staaf die aan haar uiteinden opgehangen wordt.
Eigenschappen
- De elasticiteitsmodulus is constant per materiaal, thermische behandelingen kunnen de modulus slechts weinig veranderen (cfr. tabel).
.PNG)
- De modulus is functie van de temperatuur van het materiaal, en van de tijd die de spanning al op het proefstuk werkt (dit is belangrijk bij polymeren: kruip).
- De modulus kan wel verschillend zijn per richting (dit voor een anisotroop materiaal): zo is hout veel stijver in de richting van de vezels dan dwars er op (dit door de opbouw van hout). Ook bij grafiet verschilt de modulus sterk (dit door de kristalstructuur van grafiet). Commercieel wordt dit effect gebruikt bij koolstofvezels: de vezels worden geplaatst in de richting die het meest druk moet opvangen (bijv. bij drukvaten en scheepsschroeven)
Elasticiteitsmodulus van enkele materialen
Gerangschikt van (gemiddelde) lage naar hoge waarden.
| Materiaal | Elasticiteitsmodulus (E) in MPa |
|---|---|
| Rubber (kleine rekken) | 0,01 - 0,1 |
| Hout (dwars op de vezel) | 0,6 - 1,0 |
| Nylon | 2 - 4 |
| Polystyreen | 3 - 3,5 |
| IJs | 9,1 |
| Hout (evenwijdig aan de vezel) | 9 - 16 |
| GRP (glassfibre reinforced plastic/polyester) | 7 - 45 |
| Hoge sterkte beton (druksterkte) | 30 |
| Magnesium | 45 |
| Aluminiumlegeringen | 69 |
| Gewoon glas | 69 |
| Glas | 72 |
| Gietijzer | 100 |
| Titanium (Ti) | 105 - 120 |
| Brons | 103 - 124 |
| CRP (carbonfibre reinforced plastic) | 70 - 200 |
| Staal | 200 |
| Wolfraam | 400 - 410 |
| Siliciumcarbide (SiC) | 450 |
| Diamant | 1000 |