Poissons forhold vs. Youngs modul: Hvad de betyder, og hvorfor de er vigtige

På Istar BearbejdningVi arbejder med mange materialer. Vi er nødt til at vide, hvordan de reagerer, når vi trækker eller skubber til dem. To store ideer hjælper os med at forstå dette: Poissons forhold og Young's Modulus. Lad os lære om dem på en måde, der er let at forstå.

Hvad er disse store ord?

Når vi trækker i en ting:

• Young's Modulus fortæller os, hvor svært det er at strække sig
• Poissons forhold fortæller os, hvor meget den bliver tynd, når vi strækker den

Tænk på en elastik. Det er let at strække (lavt Young's Modulus). Når du trækker i det, bliver det tyndere på midten (højt Poisson-tal).

Tænk nu på en Stålstang som vi bruger i vores CNC-bearbejdningsservice. Det er svært at strække (højt Young's Modulus). Når du trækker i det, bliver det næsten ikke tyndere (middel Poisson-forhold).

Youngs modul: Strækningstallet

Youngs modul er et stort tal, der fortæller os, hvor stiv en ting er. Vi skriver det som E.

• Hvad den måler: Hvor svært det er at gøre noget længere
• Stort E = svært at strække (som stål eller diamant)
• Lille E = Let at strække (som gummi)
• Enheder: Vi måler det i GPa (det er et stort tryk!).

På Istar Bearbejdninghar vi brug for at vide det, når vi lave dele af metal eller andre ting.

Poissons forhold: Det tynde tal

Poissons forhold fortæller os, hvor meget tyndere noget bliver, når vi trækker i det. Vi skriver det som ν (det græske bogstav nu).

• Hvad den måler: Hvor meget tyndere noget bliver, når det strækkes
• ν = 0.5 betyder, at den holder samme størrelse (som gummi)
• ν = 0 betyder, at det slet ikke bliver tyndt (som kork)
• ν < 0 betyder, at den bliver FEDTET, når der trækkes i den! (underlige materialer kaldet auxetics)
• Ingen enheder: Det er bare et tal, ikke målt i centimeter eller noget.

Når vi gør det CNC-fræsning med høj præcisionskal vi også tænke over dette tal.

Stor tabel over materialer

Her er en tabel, der viser begge tal for ting, vi arbejder med på Istar Bearbejdning:

Hvorfor er disse tal vigtige?

Når vi laver dele på Istar Bearbejdninger vi nødt til at vide, hvordan de vil handle:

1. Hvis vi laver et forår: Vi har brug for noget med lavt E (let at strække)
2. Hvis vi laver et værktøj: Vi har brug for noget med højt E (svært at strække)
3. Hvis vi laver et segl: Vi har brug for noget med høj ν (holder sin størrelse)
4. Hvis vi laver en støddel: Vi ønsker måske lav eller endda negativ ν

Eksempler fra det virkelige liv

Stål vs. gummi

• Stål (E = 200 GPa, ν = 0,3)
  • Meget svær at strække
  • Bliver lidt tynd, når der trækkes i den
  • God til stærke dele
• Gummi (E = 0,01 GPa, ν = 0,5)
  • Meget let at strække
  • Bliver meget tynd, når der trækkes i den
  • God til dele, der skal bøjes

Sejt eksempel: Kork

Kork har et Poisson-forhold tæt på nul. Det betyder, at når du trykker på en kork, buler den ikke ud i siderne! Det er derfor, den er god til vinflasker - den kan klemme sig sammen uden at presse for hårdt på glasset.

I vores CNC-bearbejdning af prototyper arbejder, laver vi nogle gange dele, der skal fungere som kork.

Når begge tal arbejder sammen

Lidt matematik viser, hvordan disse tal fungerer sammen:

• Forskydningsmodul (G) = E / [2(1+ν)]
• Bulk Modulus (K) = E / [3(1-2ν)]

De fortæller os, hvordan materialer opfører sig, når vi vrider eller klemmer dem over det hele.

Hvad sker der i rigtige jobs?

Vinger til flyvemaskiner

Når man laver flydele med CNC-bearbejdning af aluminiumhar vi brug for at vide:

• Young's Modulus (E) fortæller os, hvor meget vingen vil bøje i vinden.
• Poissons tal (ν) fortæller os, hvordan formen vil ændre sig

Medicinske dele

For Medicinsk CNC-bearbejdningVi laver ofte dele, der skal ind i kroppen:

• Knogle har E omkring 20 GPa og ν omkring 0,3
• Hvis vi laver en falsk knogledel, skal den have de samme numre, ellers virker den ikke rigtigt.

Sjove fakta om disse tal

• De fleste materialer har ν mellem 0 og 0,5
• Gummi har ν næsten præcis 0,5, hvilket betyder, at dens størrelse forbliver den samme samlet set
• Nogle skumtyper har negativ ν, hvilket betyder, at de bliver tykkere, når der trækkes i dem!
• Diamant har det højeste E af alle naturlige materialer

Forkerte ideer, folk har

Forkert idé #1: "Poissons forhold er altid positivt."

Sandheden: Nogle særlige materialer har et negativt Poisson-forhold. De bliver tykkere, når du trækker i dem!

Forkert idé #2: "Youngs modul er det eneste, der betyder noget for styrken."

Sandheden: Et materiale kan have høj E, men stadig gå let i stykker. Andre tal betyder også noget!

Spørgsmål, folk stiller

Sådan bruger vi det hos Istar Machining

Når vi gør det brugerdefineret CNC-bearbejdningVi tænker på disse tal hele tiden:

1. At vælge det rigtige materiale: Forskellige job kræver forskellige E og ν
2. At lave dele, der passer sammen: Vi er nødt til at vide, hvor meget delene vil ændre form
3. Test af dele: Vi kan tjekke, om vores dele har det rigtige E og ν

Virkeligt casestudie: Bildele

En bilproducent bad os om at lave dele til en ny bil. Vi brugte vores CNC-bearbejdning til bilindustrien færdigheder. Det skulle delene også:

• Vær stærk (højt E)
• Bliver ikke for tynd, når der trækkes i den (medium ν)
• Går ikke i stykker, når den bliver ramt (god sejhed)

Vi valgte et specialstål med E = 205 GPa og ν = 0,29, og delene fungerede fantastisk!

Hvorfor du har brug for begge tal

Du undrer dig måske: "Hvorfor skal vi bruge to tal? Er ét ikke nok?"

Svaret er nej! Disse to tal fortæller os forskellige ting:

• E fortæller os om udstrækning
• ν fortæller os om at blive tynd

Begge dele er vigtige for at lave gode dele.

Materialer med mærkelige tal

Nogle materialer har meget specielle tal:

• Kork: ν ≈ 0 (bliver ikke tyndere, når der trykkes)
• Auxetisk skum: ν < 0 (bliver tykkere, når der trækkes i den)
• Diamant: E = 1220 GPa (ekstremt svært at strække)
• Gelé: E meget lav (super nem at mase)

På Istar BearbejdningVi arbejder nogle gange med disse underlige materialer til særlige opgaver.

Hvad du skal huske

De store ideer at tage med hjem er:

1. Youngs modul (E) fortæller, hvor svært det er at strække noget
2. Poissons forhold (ν) fortæller, hvor meget tyndere den bliver, når den strækkes
3. Begge tal Hjælp os med at vælge det rigtige materiale til en opgave
4. Materialer virker forskelligt baseret på disse tal

Næste gang du ser en elastik eller en stålbjælke, så tænk på disse tal!

Sådan får du mere at vide

Hvis du vil vide mere om, hvordan materialer fungerer, og hvordan vi bruger dem i bearbejdning, kan du gøre det:

1. Tal med vores team på Istar Bearbejdning
2. Spørg os om vores CNC-bearbejdning af dele tjenester
3. Lær om vores arbejde med forskellige materialer

Vi håber, at dette hjælper dig med at forstå disse vigtige ideer. Husk, at viden om, hvordan materialer fungerer, hjælper os med at lave bedre ting!

[^1]: Data for materialeegenskaber kommer fra ingeniørhåndbøger og materialevidenskabelige referencer. [^2]: Youngs modul måles i GPa (gigapascal), som er et mål for tryk eller stress. [^3]: Poissons forhold er et dimensionsløst tal, hvilket betyder, at det ikke har nogen enheder. [^4]: Nogle specialiserede materialer som hjælpeskum har negative Poisson-forholdsværdier, hvilket er i modsætning til, hvad vi ser i de fleste almindelige materialer. [^5]: Hos Istar Machining tager vi højde for disse materialeegenskaber, når vi vælger optimale materialer til specifikke anvendelser i vores CNC-fremstillingsprocesser.