Young’s modulus, Storage modulus, Loss modulus, Loss factor, Complex modulus, Stiffness, rigidity, Bending stiffness

Young’s modulus (영률, 탄성계수)

기호: E

단위 = Pa[파스칼] = kg m^−1 s^−2

(= elastic modulus, tensile modulus, or modulus of elasticity= 탄성계수)

: 고체 재료의 강성(stiffness)을 측정하는 역학적 특성

: 영률은 단축(uniaxial) 변형 영역에서 선형 탄성 재료의 응력( ${\displaystyle \sigma }$, 단위 면적 당 힘)과 변형률  ${\displaystyle \epsilon }$사이의 관계를 정의하는 탄성계수임 ( ${\displaystyle \sigma }$ = E ${\displaystyle \epsilon }$)

: 응력이 변형에 비례하며, 응력 변형 곡선은 선형이 됨. (어느정도 이상 변형이 일어나면 소성을 띔)

: 이상적인 강체는 무한대의 영률 값을 가짐

Storage modulus (저장탄성율)

(= in-phase component)

기호: E’

: The storage modulus, either E’ or G’, is the measure of the sample’s elastic behavior.

: A measure of the elastic response of a material but not the same as Young’s modulus

: 가역적(reversible)이고 탄성적(elastic)으로 저장된 에너지에 비례

Loss modulus (손실탄성율)

(= imaginary modulus or out of phase component)

기호: G” or E”

: A measure of the viscous response of a material.

: 비가역적(irreversible)으로 손실되며 열로 전환되는 에너지에 비례

Loss factor (손실계수)

(= tan delta = Loss modulus/Storage modulus)

: 완전히 탄성(elastic)인 재료에서는 위상차 δ(phase shift), 가 발생하지 않으며, 완전히 점성(viscous)인 재료는 90°의 위상차가 나타냄

: 점탄성적 재료의 손실계수는 0과 ∞ (δ = 90°) 사이의 값을 나타냄

Complex modulus

기호: E*

: The sum of the in and out of phase components.

 

Stiffness, rigidity (강성)

단위= N/m [뉴턴퍼미터]

: 변형에 저항하는 성질

: 고체역학에서는 경화도(얼마나 유연하지 않고 굳어있는지)를 의미함 → flexibility의 역수

Bending stiffness (굽힘 강성)

단위 = Nm or Nm^2

공식 = E*I = M/k

: E는 pa=N/m^2 이고 I는 m^4이라서 Nm^2이지만 stiffness는 길이당 rigidity를 뜻하기 때문에 길이 L로 한번더 나눠줘서 Nm로 단위 변환 가능

 

혼동하기 쉬운 개념

• 강성: 변형에 저항하는 성질
• 강도(strength): 재료가 탄성 변형 영역에 머물러있을 수 있는, 즉 영구적인 변형 없이 견딜 수 있는 최대 응력이다.
• 기하학적 강성: 재료의 국부적인 특성 뿐만 아니라 물체의 형태에 따라 달라지는 보편적인 물체의 특성이다. 예를 들면 I형강(en:I beam)은 같은 물질, 질량으로 만든 막대기보다 길이당 더 높은 휨 강성을 띈다;
• 경도(en:Hardness): 더 단단한 물체의 관통 대한 재료의 표면의 상대적인 저항성이다;
• 인성(en:Toughness): 균열이 일어나기 직전까지 물질이 흡수할 수 있는 에너지의 양이다.