¿Qué es el módulo de corte? 7 modelos predicen para el metal

Cuando se analizan las propiedades mecánicas de cualquier material, se consideran parámetros importantes como la relación de tensión y deformación. Estos parámetros proporcionan información valiosa sobre el comportamiento del material frente a diferentes formas de tensiones. Entre ellos, el módulo de corte es una característica importante del material. Esto ocurre aplicando tensión en una dirección específica. Este escrito proporcionará información detallada sobre el módulo de corte junto con cómo afecta el procesamiento y las aplicaciones del material. Esto también ayudará en la selección del material para cualquier aplicación particular bajo la acción de diferentes condiciones de carga.

Conceptos fundamentales

El corte o el módulo de rigidez son términos comunes de los mismos fenómenos. Mide la rigidez de un objeto cuando se aplica una fuerza cortante. La capacidad de un objeto para resistir la deformación está determinada por el módulo de corte. En este caso se aplican diferentes condiciones de carga paralelas a la superficie del objeto.

Las fuerzas cortantes introducen deformaciones cortantes en el objeto. El módulo de corte está determinado por la división de la tensión entre la deformación. Este parámetro es importante para el análisis estructural en ingeniería. Porque explica la respuesta del material en la aplicación de fuerzas para determinar las propiedades mecánicas.

¿Qué es el módulo de corte?

El módulo de corte determina la rigidez del material cuando se aplican fuerzas de corte. Ayuda a determinar la resistencia a la deformación por torsión. Esto ocurre en el área bajo la región elástica en la curva tensión-deformación. Cuanto mayor sea el módulo de corte, mayores serán las fuerzas de corte para la resistencia y la rigidez. Un módulo de corte bajo muestra menos rigidez. Esto significa que el material es vulnerable a la deformación por torsión.

El módulo de corte se escribe como:

GRAMO = τ / γ

Donde, G es el módulo de corte. τ es el esfuerzo cortante. γ es la deformación por corte.

Las unidades del módulo de corte son la presión. Se denota como Pascal (Pa), libras/pulgada cuadrada (psi).

Módulo de corte y módulos relacionados

El módulo de elasticidad de un objeto es como el módulo de Young o el módulo de volumen y el módulo de corte. Todos están relacionados con la ley de Hook. Esta ley define la deformación que se produce en un material al aplicarle tensión. Y es directamente proporcional al estrés. La relación entre todos estos módulos con el módulo de corte se explica en este término a continuación:

2G(1+υ) = E = 3K(1−2υ)

Donde G es el módulo de cizallamiento. E es el módulo de Young. K es el módulo de compresibilidad. Y υ es el coeficiente de Poisson.

De la ley de Hooke al módulo de corte

Se utiliza la ley de Hook para obtener el módulo de corte. Considere el esfuerzo cortante y la deformación correspondiente desarrollada en el material. La tensión es la carga aplicada cuya dirección es paralela a la superficie. La tensión que se produce en el material es en el ángulo de deformación del material. Para conocer la rigidez, la tensión se dividiría por la deformación igual que en la ley de Hook.

Se utilizan 7 modelos para predecir el módulo de corte de los metales

Existen pocos modelos para predecir el módulo de corte en un material. Los modelos utilizados en los cálculos de flujo plástico se explican a continuación:

Modelo de tensión umbral mecánica (MTS)

La tensión de flujo bajo diferentes temperaturas y velocidades de deformación se determina con la ayuda de este modelo. Este modelo se aplica para describir la respuesta de un material cuando se aplican condiciones extremas de temperatura y fuerzas.

Donde, representa el módulo de corte a temperatura T mientras que otros valores son constantes.

Modelo Steinberg-Cochran-Guinan (SCG)

Este es un modelo empírico. Describe la respuesta mecánica de los materiales cuando se utilizan altas tensiones y temperaturas. El análisis de metales con alta temperatura y tensión de flujo se realiza mediante la fórmula:

Donde, representa el módulo de corte a la temperatura T. y P es la presión.

Modelo Nadal y Le Poac (NP)

Esta es una modificación del modelo SCG. Predice el comportamiento del metal con precisión cuando se aplican diferentes velocidades de deformación y explica la característica de dependencia de la temperatura.

Modelo Johnson-Cook

Inicialmente se utilizó para la predicción de la tensión de flujo. Pero luego se modificó para predecir el módulo de corte de los metales bajo diversas velocidades de deformación y tiene una característica de dependencia de la temperatura.

Donde, representa la tasa de deformación plástica. es la tasa de deformación de referencia.

Modelo Zerilli-Armstrong

Este modelo describe el comportamiento del metal bajo diferentes tensiones y tiene una característica de dependencia de la temperatura. cepa. Y proporciona información sobre el módulo de corte del metal.

Modelos tipo Arrhenius

Este modelo describe el metal con aplicación dependiente de la temperatura. Esto ayuda a analizar el efecto del módulo de corte del metal cuando se aplican diferentes temperaturas.

Aplicaciones prácticas en la fabricación

El módulo de corte tiene un gran efecto sobre las características mecánicas de un objeto. E influye en la selección de materiales en aplicaciones de ingeniería. Se consideran diferentes propiedades como la resiliencia, el módulo de Young, la velocidad de deformación, la rigidez del material o la deformación dependiendo de las aplicaciones. Los metales con alta rigidez del material tienen una alta resistencia a la deformación. Son los más adecuados para aplicaciones de ingeniería estructural. Los metales que tienen mayores valores de módulo de corte también son adecuados para los campos de la automoción y la construcción. Mientras que los metales con baja rigidez del material tienen una alta capacidad para absorber energía, como el caucho. Tienen altos valores de flexibilidad y módulo elástico o módulo de Young. Tienen la mayoría de aplicaciones en el acoplamiento de metales entre ejes giratorios. Los metales que tienen alta rigidez y son más resistentes a la deformación por corte se utilizan principalmente en vigas, puentes y componentes estructurales en la construcción.

Selección de materiales en mecanizado CNC

Se puede producir cualquier material metálico o plástico mediante mecanizado CNC. La mayoría de los metales tienen una mayor resistencia a la deformación por cizallamiento que los plásticos. Dependiendo de las aplicaciones, cualquier pieza se puede producir en los servicios de mecanizado CNC de TOUFA mediante mecanizado y torneado CNC. En TUOFA se fabrican metales como diversos aceros, aluminio, cobre y sus aleaciones. La selección del material adecuado para una resistencia a la deformación por cizallamiento alta o baja puede resultar un desafío. porque es importante comprender los pros y los contras y el mejor uso del material. pero TUOFA tiene años de experiencia y mano de obra e ingenieros calificados y calificados que pueden ayudarlo a seleccionar el material adecuado para su proyecto. Algunos factores importantes a considerar durante la selección de los materiales adecuados son los siguientes:

• Aplicaciones: es necesario conocer el uso del material y su finalidad de producir.
• Entorno operativo: es un factor importante conocer los entornos circundantes y es muy importante conocer otros factores como la tasa de deformación, las cargas y la temperatura antes de seleccionar el material.
• Tolerancia y Estabilidad Dimensional: se debe conocer el margen de tolerancia durante la aplicación del material.
• Si un material tiene baja maquinabilidad, sería difícil fabricarlo con alto rendimiento y eficiencia.
• Los costos de materiales. Siempre es el factor importante en cualquier etapa de selección y aplicación de materiales.
• Si un material no está fácilmente disponible, su aplicación sería limitada.

Cálculo del módulo de corte: una guía detallada

Para explicar matemáticamente el módulo de corte, se expresa en términos de relación entre el esfuerzo cortante o la deformación cortante. El esfuerzo cortante se convierte en la fuerza cortante que se aplica sobre la unidad de área de un objeto. La deformación cortante se convierte en la relación entre el cambio de longitud y la longitud inicial. La deformación por corte es la deformación correspondiente que ocurre en el ángulo tangente (tan) theta θ. Esto representa el cambio de longitud en el ángulo recto 90ᵒ. Para explicar matemáticamente la deformación por corte, se utiliza tan θ que es igual a x/y.

Esta fórmula representa las formas especiales de la ley de Hook. El denominador es una cantidad adimensional. Y la dimensión de la fuerza cortante es la fuerza que actúa por unidad de área.

Módulo de corte en diferentes materiales

El módulo de corte representa la rigidez del material. Muestra la resistencia a la deformación que se produce por fuerzas cortantes. El valor más alto del módulo de corte es el del diamante, que es 520 GPa. Todos los metales tienen un módulo de corte en el rango de 10-80 GPa. Para polímeros y cauchos, el módulo de corte está por debajo de 1GPa.

El módulo de corte en diferentes materiales se muestra en la siguiente tabla:

Comparación del módulo de corte entre materiales

Diferentes objetos tienen diferentes módulos de corte. Para comprender la comparación entre el módulo de corte en los objetos, aquí se presenta un ejemplo. Esto identificará la comparación y ayudará a definir la rigidez del material.

El módulo de corte de la madera es 6.2 x 108 Pa. El acero tiene un módulo de corte de 7.2x1010 pa. Esto significa que el acero tiene mucha más rigidez que la madera. Es alrededor de 127 veces más alto que la madera.

Conceptos avanzados en módulo de corte

Para conocer el módulo de corte, existen muchas técnicas disponibles. El método de avance común es el método de torsión estática. Está conducido por un péndulo de torsión. O, a veces, se gira una varilla directamente sobre el objeto. Se utiliza la norma ASTM-D-2236 en la que se utiliza un cilindro hueco. Un péndulo está conectado al cilindro y éste está sujeto a rotación torsional. La rotación es en sentido horario y antihorario. El módulo de corte se calcula midiendo el período del péndulo de torsión.

Otra técnica avanzada es utilizar varilla de material en el mismo método de torsión estática. La varilla se tuerce a una distancia angular. Se determina la tensión resultante y se traza una gráfica entre la tensión y la deformación. Este gráfico proporciona los datos del módulo de corte. Las normas utilizadas son ASTM-E-143 y ASTM-A-938. El primero es para materiales estructurales y el segundo es alambre metálico.

El material que ha registrado el módulo de corte más alto es el diamante. Esto se debe al enlace covalente entre las redes de carbono. La disposición atómica del carbono es muy precisa en el diamante. Tiene una estructura cristalina cúbica y una red muy compacta. Esto da como resultado una alta dureza en el material. el módulo de corte oscila entre 400 y 500 GPa. Pero el diamante es muy vulnerable a la rotura a pesar de tener una gran dureza. Esta rotura se produce a lo largo del plano específico debido a su característica de escisión.

Es interesante saber que algunos materiales tienen un módulo de corte cero. Cualquier fluido tiene un módulo de corte cero, lo que significa que cualquier carga que se aplique al líquido creará deformación sin resistencia alguna.

Conclusión y aprendizaje adicional

El módulo de rigidez o módulo de corte es un valor constante de las propiedades elásticas del sólido. Esto ocurre aplicando tensión mediante fuerzas de corte internas transversales. La torsión y torsión de un material alrededor de su eje es su rigidez. En estos materiales se altera un volumen muy pequeño de material. Esta perturbación se produce a lo largo de ambas caras del objeto que se desliza paralelamente entre sí. La distancia de este tobogán es pequeña y la forma del objeto cambia a diamante desde un cubo.

El módulo de corte describe la rigidez del material para sobrevivir a la deformación flexible. Esta respuesta del material explica el valor de la deformidad en un objeto. El objeto puede volver a su longitud inicial después de eliminar la tensión. Pero si se aplica una tensión excesiva, el material puede deformarse o rotarse permanentemente o tal vez se produzcan fallas o materiales.

El módulo de rigidez que mide la rigidez del material con la ayuda de la ley de Hook es el mismo que el módulo de Young.

El módulo de Young es una medida de la relación entre tensión y deformación. es una tensión uniaxial como tirar del cable desde ambos extremos. El módulo de elasticidad de corte es la respuesta de las fuerzas de corte. Y la fuerza actúa en dirección angular y para objetos isotrópicos.

El módulo de rigidez está relacionado con el estado sólido cuando la fuerza cortante actúa sobre su superficie y el otro extremo del objeto tiene fuerzas opuestas. Los materiales con características anisotrópicas como la madera y todos los materiales monocristalinos mostrarán una respuesta diferente a la fuerza cortante cuando la fuerza actúa en diferentes direcciones. Todos los materiales tienen diferentes conceptos de módulo de elasticidad al corte. Pero lo que preocupa son sus propiedades mecánicas. La selección del material adecuado para una resistencia a la deformación por cizallamiento alta o baja puede resultar un desafío. porque es importante comprender los pros y los contras y el mejor uso del material. Pero el servicio de mecanizado CNC de TUOFA tiene años de experiencia y mano de obra e ingenieros calificados y capacitados que pueden ayudarlo a seleccionar el material adecuado para su proyecto. Dependiendo de las aplicaciones, cualquier material se puede producir en los servicios de mecanizado CNC de TOUFA mediante mecanizado y torneado CNC.