Módulos elásticos

En esta sección del sitio se muestra una visión general relacionada a los módulos elásticos y a la amortiguación, así como la importancia de estas propiedades para la ciencia y la ingeniería de materiales. También se presentan los diferentes métodos de caracterización, tanto destructivos como no destructivos, y se expresan los puntos fuertes y débiles de cada tipo y sus variaciones. El propósito de este contenido es proporcionar al ingeniero o investigador las informaciones básica sobre los módulos de elasticidad, con especial énfasis en los métodos de medición, para facilitar la caracterización y uso del conocimiento de estas propiedades, que son esenciales para todo tipo de materiales.

Muchos materiales, cuando están siendo utilizados, están sujetos a fuerzas o cargas externas, ejemplo de ello lo tenemos en la aleación del aluminio con la cual se fabrica el ala de los aviones o el acero con el que se construyen los ejes de los automóviles. En estas situaciones es necesario conocer las características del material para diseñar el instrumento donde va a usarse de tal forma que los esfuerzos a los que vaya a estar sometido no sean excesivos y el material no se dañe. Se debe tener en cuenta las propiedades del material como los módulos de elasticidad para así entonces diseñar las piezas y dispositivos de tal forma que cualquier deformación resultante sea previsible.

Definiciones

Las soluciones Sonelastic® tienen como objetivo la caracterización simultánea de los módulos elásticos y del amortiguamiento (fricción interna) de materiales.

En el caso de materiales isotrópicos, donde las propiedades no dependen de la dirección en que son medidas, los módulos son:

Módulo de Young o módulo de elasticidad (Y ou E).
Se trata de una cantidad proporcional a la rigidez de un material cuando se somete a una tensión externa de tracción o compresión. Básicamente, la relación entre la tensión aplicada y la tensión experimentada por el cuerpo cuando el comportamiento es lineal, como se muestra en la ecuación E=δ/ε, en que:

E= Módulo de elasticidad o módulo de Young (Pascal)

δ= Tensión aplicada (Pascal)

ε= Deformación elástica longitudinal del cuerpo de prueba (adimensional).

Imagine que a una goma y a un metal le apliquemos la misma tensión, observaremos una deformación elástica mucho mayor en la goma comparada a la deformación del metal. Esto demuestra que el módulo de Young en el metal es más alto que en la goma y, por tanto, es necesario aplicar una tensión mayor para que él sufra la misma deformación verificada en la goma, observe la figura a continuación.

Módulo de Cizallamiento (G)
Es definido para el esfuerzo de cizallamiento por la ecuación G =Τ/Υ, en que:

G= Módulo de cizallamiento (Pascal),

Τ= Tensión cizallante (Pascal),

Υ= Deformación elástica de cizallamiento del cuerpo de prueba (adimensional).

La tensión de cizallamiento se relaciona con una fuerza aplicada paralelamente a una superficie, con el objetivo de causar el deslizamiento de planos paralelos unos en relación a los otros (vea figura). En el caso, la deformación de cizallamiento, Υ, puede ser calculada por la tangente del ángulo θ.

Coefiente de Poisson (µ)
Mide la deformación transversal (en relación a la dirección longitudinal de aplicación de la carga) de un material homogéneo e isotrópico. En particular, en el caso del coeficiente de Poisson, la relación estabelecida no es entre tensión y deformación, mas sí entre deformaciones ortogonales mediante la ecuación µ=-εx/εz=-εy/εz, en que:

µ= Coeficiente de Poisson (adimensional),

εx= Deformación en la dirección x, que es transversal

εy= Deformación en la dirección y, que es transversal

εz= Deformación en la dirección z, que es la longitudinal

εy, εy e εz son también grandezas adimensionales, ya que son deformaciones.

Los módulos elásticos pueden ser caracterizados por los siguientes métodos:
- Casi-estáticos
- Dinámicos
- Ultra-sónicos

¿Qué es el modulo de Rigidez en los materiales?

Módulo de rigidez – G – (Módulo de corte) en los materiales es el coeficiente de elasticidad para una fuerza de corte. Se define como

“la relación entre el esfuerzo cortante y el desplazamiento por unidad de longitud de muestra (esfuerzo cortante)”

El módulo de rigidez se puede determinar experimentalmente a partir de la pendiente de una curva de tensión-deformación creada durante las pruebas de tracción realizadas en una muestra del material.

La definición de módulo de rigidez: