Il modulo di flessione è una misura di come un determinato materiale si deforma e potenzialmente si deforma anche quando viene applicato un peso o una forza. Questo è un calcolo importante in campo ingegneristico e architettonico, poiché indica a costruttori e progettisti il peso massimo che i diversi materiali possono sopportare. I calcoli spesso modellano le scelte fatte nella costruzione e nella progettazione di qualsiasi cosa, dai grattacieli e le case ai macchinari industriali, alle automobili e agli elettrodomestici di base. Di conseguenza, svolge un ruolo importante nell’ingegneria e nella progettazione civile, meccanica e aerospaziale e viene spesso utilizzato per selezionare i materiali corretti per le parti che sosterranno i carichi senza flettersi o deformarsi.
Differenze di materiale
In termini di base, il calcolo descrive la capacità di un materiale con una specifica sezione trasversale di resistere alla flessione quando sottoposto a sollecitazione. Tuttavia, il numero varia necessariamente a seconda del tipo di materiale in questione. Anche superfici e strutture che sembrano comparabili possono avere capacità diverse quando si tratta di capacità di carico.
Ad esempio, i materiali duttili come l’acciaio e l’ottone, che possono essere deformati molto prima del cedimento, hanno una classificazione del modulo ben definita. I materiali fragili come il vetro e il cemento in genere hanno poca o nessuna deformazione plastica prima del cedimento. Per questo motivo, molti materiali fragili non hanno una misurazione chiaramente definita e sono spesso descritti dalla loro resistenza alla flessione, che è la quantità massima di sollecitazione di flessione che può essere applicata prima che si verifichi la rottura o il cedimento del materiale.
Relazione tra stress e sforzo
Il termine viene utilizzato per definire la relazione tra una sollecitazione flettente e la deformazione risultante. La deformazione è una misura della quantità di deformazione di un materiale quando viene applicata una sollecitazione. La deformazione elastica è reversibile e scomparirà dopo la rimozione dello stress, il che significa che il materiale tornerà al suo stato originale. Ad alti livelli di stress, tuttavia, un materiale si deformerà in modo permanente e di solito non tornerà alle sue dimensioni originali. Questo è indicato come “ceppo plastico” o “cedimento”.
Tracciare la curva
Ingegneri e architetti in genere tracciano il modulo su un grafico che può servire come rappresentazione visiva dell’interazione tra sollecitazione e deformazione. Il risultato è generalmente noto come “curva sforzo-deformazione” e mostra come la deformazione cambia con la sollecitazione di flessione applicata. La pendenza di questa curva nella regione in cui si verifica la deformazione elastica definisce il modulo di flessione del materiale. Le unità di misura sono, nella maggior parte dei casi, libbre per pollice quadrato (psi) o Newton per metro quadrato, forse più comunemente conosciute come pascal (Pa).
Prove di laboratorio
In realtà ottenere una misurazione precisa del modulo di flessione può essere alquanto complicato, ma è quasi sempre determinato attraverso una serie di test di laboratorio intensivi. Nella maggior parte dei casi, gli ingegneri inizieranno con un campione del materiale di destinazione con una forma specifica e dimensioni note. Il “test di flessione” è essenzialmente una misurazione della forza necessaria per piegare un campione, spesso noto come “trave”, che ha dimensioni definite. I tecnici in genere applicano la forza in tre punti: la trave è solitamente supportata sul lato inferiore vicino a entrambe le estremità e viene applicata una forza sulla parte superiore nel punto centrale, tra i supporti inferiori. Questo è noto come condizioni di carico a tre punti. Una volta immessa la forza, qualsiasi deflessione o movimento del raggio viene misurato e registrato, e successivamente analizzato.
Il modulo di flessione è stato determinato per un’ampia varietà di materiali strutturali, inclusi metalli, legno, vetro, cemento e plastica. Di solito viene misurato a condizioni di temperatura ambiente. Le proprietà di alcuni materiali, come molte plastiche, cambieranno con la temperatura. Il test di flessione viene talvolta condotto a temperature inferiori o superiori per simulare l’ambiente di utilizzo finale previsto; questo tipo di conoscenza è davvero importante per chi costruisce ad alta quota o in condizioni climatiche estreme, in particolare nelle zone artiche o vicino all’equatore.