Módulo de flexión

Propiedad intensiva en mecánica

En mecánica , el módulo de flexión o módulo de doblado ^[1] es una propiedad intensiva que se calcula como la relación entre la tensión y la deformación en la deformación por flexión , o la tendencia de un material a resistir la flexión. Se determina a partir de la pendiente de una curva de tensión-deformación producida por una prueba de flexión (como la ASTM D790) y utiliza unidades de fuerza por área. ^[2] El módulo de flexión definido mediante las pruebas de flexión de 2 puntos (voladizo) y de 3 puntos supone una respuesta de tensión-deformación lineal. ^[3]

Medición del módulo de flexión

Para una prueba de 3 puntos de una viga rectangular que se comporta como un material lineal isótropo, donde w y h son el ancho y la altura de la viga, I es el segundo momento del área de la sección transversal de la viga, L es la distancia entre los dos apoyos externos y d es la deflexión debida a la carga F aplicada en el medio de la viga, el módulo de flexión: ^[1]

${\displaystyle E_{\mathrm {flex} }={\frac {L^{3}F}{4wh^{3}d}}}$

De la teoría de vigas elásticas

${\displaystyle d={\frac {L^{3}F}{48IE}}}$

y para viga rectangular

${\displaystyle I={\frac {1}{12}}wh^{3}}$

Por lo tanto ( Módulo elástico ) ${\displaystyle E_{\mathrm {flex} }=E}$

Para deformaciones muy pequeñas en materiales isotrópicos (como vidrio, metal o polímero), el módulo de elasticidad de flexión o flexión es equivalente al módulo de tracción ( módulo de Young ) o al módulo de elasticidad de compresión. Sin embargo, en materiales anisotrópicos, por ejemplo la madera, estos valores pueden no ser equivalentes. Además, los materiales compuestos como los polímeros reforzados con fibra ^{[4] [3]} o los tejidos biológicos ^[5] son ​​combinaciones no homogéneas de dos o más materiales, cada uno con diferentes propiedades materiales, por lo tanto, sus módulos de tracción, compresión y flexión generalmente no son equivalentes.

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Referencias

1. Zweben, C.; WS Smith y MW Wardle (1979), "Métodos de prueba para la resistencia a la tracción de la fibra, el módulo de flexión compuesto y las propiedades de los laminados reforzados con tela", Materiales compuestos: pruebas y diseño (Quinta conferencia) , ASTM International: 228–228–35, doi : 10.1520/STP36912S, ISBN 978-0-8031-4495-8
2. D790-03: Métodos de prueba estándar para propiedades de flexión de plásticos no reforzados y reforzados y materiales aislantes eléctricos , West Conshohocken, PA: ASTM International, 2003
3. Askeland, Donald R. (2016). La ciencia y la ingeniería de los materiales. Wright, Wendelin J. (Séptima edición). Boston, MA. pág. 200. ISBN 978-1-305-07676-1.OCLC 903959750  .{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace )
4. Tsai, SW (diciembre de 1979). Materiales compuestos, pruebas y diseño . ASTM. pág. 247. ISBN 9780803103078.
5. Chahine, Nadeen O.; Wang, Christopher CB.; Hung, Clark T.; Ateshian, Gerard A. (agosto de 2004). "Propiedades materiales dependientes de la deformación anisotrópica del cartílago articular bovino en el rango de transición de tensión a compresión". Journal of Biomechanics . 37 (8): 1251–1261. doi :10.1016/j.jbiomech.2003.12.008. ISSN  0021-9290. PMC 2819725 . PMID  15212931.