Qu'est-ce que le module de cisaillement?

le module de cisaillement est défini comme le rapport de la contrainte de cisaillement à la déformation de cisaillement. Il est également connu sous le nom de module de rigidité et peut être désigné par g ou moins souvent par S ou μ. L'unité SI du module de cisaillement est le Pascal (Pa), mais les valeurs sont généralement exprimées en gigapascals (GPa). En unités anglaises, le module de cisaillement est exprimé en livres par pouce carré (PSI) ou en kilo (milliers) livres par carré en (ksi).

• Une grande valeur de module de cisaillement indique qu'un solide est très rigide. En d'autres termes, une force importante est nécessaire pour produire une déformation.
• Une petite valeur de module de cisaillement indique qu'un solide est mou ou flexible. Peu de force est nécessaire pour le déformer.
• Une définition d'un fluide est une substance avec un module de cisaillement nul. Toute force déforme sa surface.

Équation du module de cisaillement

Le module de cisaillement est déterminé en mesurant la déformation d'un solide à partir de l'application d'une force parallèle à une surface d'un solide, tandis qu'une force opposée agit sur sa surface opposée et maintient le solide en place. Considérez le cisaillement comme poussant contre un côté d'un bloc, avec le frottement comme force opposée. Un autre exemple serait d'essayer de couper du fil ou des cheveux avec des ciseaux émoussés.

L'équation du module de cisaillement est:

G = τ_xy / γ_xy = F / A / Δx / l = Fl / AΔx

Où:

• G est le module de cisaillement ou module de rigidité
• τ_xy est la contrainte de cisaillement
• γ_xy est la déformation de cisaillement
• A est la zone sur laquelle la force agit
• Δx est le déplacement transversal
• l est la longueur initiale

La déformation de cisaillement est Δx / l = tan θ ou parfois = θ, où θ est l'angle formé par la déformation produite par la force appliquée.

Exemple de calcul

Par exemple, trouver le module de cisaillement d'un échantillon sous une contrainte de 4x10⁴ N / m² éprouvant une souche de 5x10^-2.

G = τ / γ = (4x10⁴ N / m²) / (5x10^-2) = 8x10⁵ N / m² ou 8x10⁵ Pa = 800 KPa

Matériaux isotropes et anisotropes

Certains matériaux sont isotropes par rapport au cisaillement, ce qui signifie que la déformation en réponse à une force est la même quelle que soit l'orientation. D'autres matériaux sont anisotropes et répondent différemment à la contrainte ou à la déformation selon l'orientation. Les matériaux anisotropes sont beaucoup plus susceptibles de se cisailler le long d'un axe que d'un autre. Par exemple, considérons le comportement d'un bloc de bois et comment il pourrait répondre à une force appliquée parallèlement au grain du bois par rapport à sa réponse à une force appliquée perpendiculairement au grain. Considérez la façon dont un diamant répond à une force appliquée. La facilité de cisaillement du cristal dépend de l'orientation de la force par rapport au réseau cristallin.

Effet de la température et de la pression

Comme vous pouvez vous y attendre, la réponse d'un matériau à une force appliquée change avec la température et la pression. Dans les métaux, le module de cisaillement diminue généralement avec l'augmentation de la température. La rigidité diminue avec l'augmentation de la pression. Trois modèles utilisés pour prédire les effets de la température et de la pression sur le module de cisaillement sont le modèle de contrainte d'écoulement en plastique à contrainte de seuil mécanique (MTS), le modèle de module de cisaillement Nadal et LePoac (NP) et le module de cisaillement Steinberg-Cochran-Guinan (SCG). modèle. Pour les métaux, il y a généralement une région de température et de pression sur laquelle la variation du module de cisaillement est linéaire. En dehors de cette plage, le comportement de modélisation est plus délicat.

Tableau des valeurs du module de cisaillement

Il s'agit d'un tableau des valeurs de module de cisaillement de l'échantillon à température ambiante. Les matériaux mous et flexibles ont tendance à avoir de faibles valeurs de module de cisaillement. Les métaux alcalino-terreux et basiques ont des valeurs intermédiaires. Les métaux et alliages de transition ont des valeurs élevées. Le diamant, une substance dure et rigide, a un module de cisaillement extrêmement élevé.

Matériel	Module de cisaillement (GPa)
Caoutchouc	0,0006
Polyéthylène	0,117
Contre-plaqué	0,62
Nylon	4.1
Plomb (Pb)	13,1
Magnésium (Mg)	16,5
Cadmium (Cd)	19
Kevlar	19
Béton	21
Aluminium (Al)	25,5
Verre	26,2
Laiton	40
Titane (Ti)	41,1
Cuivre (Cu)	44,7
Fer (Fe)	52,5
Acier	79,3
Diamant (C)	478,0