Модуль упругости, предел текучести и плотность.
Таблица содержит четыре свойства, используемые другими калькуляторами BeamMetric: модуль Юнга E для жёсткости, предел текучести для начала пластических деформаций, модуль сдвига G для кручения и плотность для расчёта собственного веса. Приведены значения для семи распространённых конструкционных материалов.
Оба включённых сорта стали имеют E = 200 000 МПа и плотность 7 850 кг/м³, но A992 течёт при 345 МПа против 250 МПа у A36 — преимущество по прочности 38% без выигрыша в жёсткости. Нержавеющая сталь 304 близка: E = 193 000 МПа, предел текучести 215 МПа.
Алюминий 6061 (E = 69 000 МПа, 2 700 кг/м³) приблизительно в три раза менее жёсток и плотен, чем сталь, тогда как титан Gr5 сочетает предел текучести 880 МПа с плотностью 4 510 кг/м³. Два сорта древесины — пихта Дугласа и сосна южная — охватывают диапазон E = 12 400–13 800 МПа при плотностях 530–590 кг/м³.
Жёсткость одинакова — у обоих E = 200 000 МПа, — но A992 достигает предела текучести при 345 МПа против 250 МПа у A36: преимущество по прочности 38% при равной плотности. Балка, заменённая с A36 на A992, выдерживает большую нагрузку до текучести, но прогибается одинаково.
Это разные вопросы. E определяет прогиб и устойчивость, часто лимитирующие при больших пролётах; предел текучести определяет начало пластической деформации. Титан Gr5 течёт при 880 МПа — в 2,5 раза выше A992, — но его E = 114 000 МПа едва превышает половину стального, поэтому он значительно больше прогибается под той же нагрузкой.
Удивительно, но металлы почти равны: E делённый на плотность даёт около 25,5 для стали (200 000/7 850), 25,6 для алюминия 6061 и 25,3 для титана Gr5 в сопоставимых единицах. Лёгкие металлы выигрывают по абсолютному весу, а не по удельной жёсткости — даже пихта Дугласа достигает около 23,4.
Кручение и сдвиговая деформация зависят от G, а не от E, и соотношение различается по материалам: G стали 79 300 МПа составляет около 40% её E, тогда как 810 МПа пихты Дугласа — лишь 6,5% её E; дерево непропорционально гибко при кручении.