分清了吗?杨氏模量、弹性模量、剪切模量、强度、泊松比?

分清了吗?杨氏模量、弹性模量、剪切模量、强度、泊松比?

“模量”可以了解为是一种标准量或目标。质料的“模量”寻常前方要加分析语,如弹性模量、紧缩模量、剪切模量、截面模量等。这些都是与变形有关的一种目标。


杨氏模量(Young\\\'s Modulus):

杨氏模量就是弹性模量,这是质料力学里的一个看法。关于线弹性质料有公式σ(正应力)=Eε(正应变)建立,式中σ为正应力,ε为正应变,E为弹性模量,是与质料有关的常数,与质料本身的实质有关。杨(ThomasYoung1773~1829)在质料力学方面,研讨了剪形变,以为剪应力是一种弹性形变。1807年,提出弹性模量的界说,为此子孙称弹性模量为杨氏模量。钢的杨氏模量约莫为2×1011N·m-2,铜的是1.1×1011 N·m-2。


弹性模量(Elastic Modulus)E:

弹性模量E是指质料在弹性变形范围内(即在比例极限内),作用于质料上的纵向应力与纵向应变的比例常数。也常指质料所受应力如拉伸,紧缩,弯曲,歪曲,剪切等)与质料产生的相应应变之比。

弹性模量是表征晶体中原子间结协力强弱的物理量,故是构造布局不敏感参数。在工程上,弹性模量则是质料刚度的度量,是物体变形难易水平的表征。

弹性模量E在比例极限内,应力与质料相应的应变之比。关于有些质料在弹性范围内应力-应变曲线不切合直线干系的,则可依据必要可以取切线弹性模量、割线弹性模量等报答界说的办法来代替它的弹性模量值。依据不同的受力情况,分散有相应的拉伸弹性模量modulus of elasticity for tension (杨氏模量)、剪切弹性模量shear modulus of elasticity (刚性模量)、体积弹性模量、紧缩弹性模量等。


剪切模量G(Shear Modulus):

剪切模量是指剪切应力与剪切应变之比。剪切模数G=剪切弹性模量G=切变弹性模量G 切变弹性模量G,质料的基本物理特性参数之一,与杨氏(紧缩、拉伸)弹性模量E、泊桑比ν并列为质料的三项基本物理特性参数,在质料力学、弹性力学中有广泛的使用。

其界说为:G=τ/γ, 此中G(Mpa)为切变弹性模量;

τ为剪切应力(Mpa);

γ为剪切应变(弧度)。


体积模量K(Bulk Modulus):

体积模量可形貌均质各向同性固体的弹性,可表现为单位面积的力,表现不成紧缩性。公式如下K=E/(3×(1-2×v)),此中E为弹性模量,v为泊松比。具体可参考大学里的任一本弹性力学书。

实质:物体在p0的压力下体积为V0;若压力增长(p0→p0+dP),则体积减小为

(V0-dV)。则K=(p0+dP)/(V0-dV)被称为该物体的体积模量(modulus of volume

elasticity)。如在弹性范围内,则专称为体积弹性模量。体积模量是一个比力安定的质料常数。由于在各向均压下质料的体积总是变小的,故K值永为正值,单位MPa。体积模量的倒数称为体积柔量。体积模量和拉伸模量、泊松比之间有干系:E=3K(1-2μ)。


紧缩模量(Compression Modulus):

紧缩模量指压应力与紧缩应变之比。


储能模量E\\\':

储能模量E\\\'本性为杨氏模量,表述质料存储弹性变形能量的才能。储能模量表征的是质料变形后回弹的目标。

储能模量E\\\'是指粘弹性质料在交变应力作用下一个周期内储存能量的才能,通常指弹性;


耗能模量E\\\'\\\':

耗能模量E\\\'\\\'是模量中应力与变形异步的组元;表征质料耗散变形能量的才能, 体现了质料的粘性实质。

耗能模量E\\\'\\\'指的是在一个厘革周期内所斲丧能量的才能。通常指粘性


切线模量(Tangent Modulus):

切线模量就是塑性阶段,屈从极限和强度极限之间的曲线斜率。是应力应变曲线上应力对应变的一阶导数。其轻重与应力水平有关,并非一定值。切线模量寻常用于增量仅限元盘算。切线模量和屈从应力的单位都是N/m2


截面模量:

截面模量是构件截面的一个力学特性。是表现构件截面反抗某种变形才能的目标,如抗弯截面模量、抗扭截面模量等。它只与截面的外形及中和轴的地点有关,而与质料本身的实质不关。在有些书上,截面模量又称为截面系数或截面反抗矩等。


强度:

强度是指某种质料反抗毁坏的才能,即质料反抗变形(弹性\塑性)和断列的才能(应力)。寻常只是针对质料而言的。它的轻重与质料本身的实质及受力情势有关。可分为:屈从强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。

如某种质料的抗拉强度、抗剪强度是指这种质料在单位面积上能承受的最大拉力、剪力,与质料的外形不关。

比如拉伸强度和拉伸模量的比力:他们的单位都是MPa或GPa。拉伸强度是指质料在拉伸历程中最大可以承受的应力,而拉伸模量是指质料在拉伸时的弹性。关于钢材,比如45号钢,拉伸模量在100MPa的量级,寻常有200-500MPa,而拉伸模量在100GPa量级,寻常是180-210Gpa。


刚度:

刚度(即硬度)指某种构件或布局反抗变形的才能,是权衡质料产生弹性变形难易水平的目标,主要指惹起单位变形时所必要的应力。寻常是针对构件或布局而言的。它的轻重不仅与质料本身的实质有关,并且与构件或布局的截面和外形有关。

刚度越高,物体体现的越“硬”。对不同的东西来说,刚度的表现办法不同,好比静态刚度、动态刚度、环刚度等。寻常来说,刚度的单位是牛顿/米,大概牛顿/毫米,表现产生单位长度形变所必要施加的力。


法向刚度、剪切刚度的单位相反是N/m或N/mm,不同在于力的朝向不同

寻常用弹性模量的轻重E来表现.而E的轻重寻常仅与原子间作用力有关,与构造形态干系不大。通常钢和铸铁的弹性模量不同很小,即它们的刚性几乎一样,但它们的强度不同却很大。


“弹性模量”是形貌物质弹性的一个物理量,是一个总称,包含“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。以是,“弹性模量”和“体积模量”是包含干系。


寻常地讲,对弹性体施加一个外界作用(称为“应力”)后,弹性了解产生外形的改动(称为“应变”),“弹性模量”的寻常界说是:应力除以应变。

比如:

线应变——
对一根细杆施加一个拉力F,这个拉力除以杆的截面积S,称为“线应力”,杆的伸长量dL除以原长L,称为“线应变”。线应力除以线应变就即是杨氏模量E: F/S=E(dL/L)

剪切应变——
对一块弹性体施加一个侧向的力f(通常是摩擦力),弹性了解由方形变成菱形,这个形变的角度a称为“剪切应变”,相应的力f除以受力面积S称为“剪切应力”。剪切应力除以剪切应变就即是剪切模量G: f/S=G*a


体积应变——
对弹性体施加一个全体的压强p,这个压强称为“体积应力”,弹性体的体积变小量(-dV)除以原本的体积V称为“体积应变”,体积应力除以体积应变就即是体积模量: p=K(-dV/V)


注:液体仅有体积模量,其他弹性模量都为零,以是就用弹性模量代指体积模量。

寻常弹性体的应变都好坏常小的,即,体积的改动量和原本的体积比拟,是一个很小的数。在这种情况下,体积相对改动量和密度相对改动量仅仅正负相反,轻重是相反的,比如:体积变小百分之0.01,密度就增长百分之0.01。

体积模量并不是负值(从前方界说式中可以看出),也并不是气体才有体积模量,统统固体、液体、气体都有体积模量,倒是液体敦睦体没有杨氏模量和剪切模量。


泊松比

以法国数学家 Simeom Denis Poisson 为名。

在质料的比例极限内,由匀称分布的纵向应力所惹起的横向应变与相应的纵向应变之比的相对值。好比,一杆受拉伸时,其轴向伸长伴随着横向紧缩(反之亦然),而横向应变 e\\\' 与轴向应变 e 之比称为泊松比 V。质料的泊松比寻常经过实验办法测定。
可以如此影象:氛围的泊松比为0,水的泊松比为0.5,正中的可以推出。
主次泊松比的区别Major and Minor Poisson\\\'s ratio
主泊松比PRXY,指的是在单轴作用下,X朝向的单位拉(或压)应变所惹起的Y朝向的压(或拉)应变
次泊松比NUXY,它代表了与PRXY成正交朝向的泊松比,指的是在单轴作用下,Y朝向的单位拉(或压)应变所惹起的X朝向的压(或拉)应变。
PRXY与NUXY是有一定干系的:PRXY/NUXY=EX/EY
关于正交各向异性质料,必要依据质料数据分散输入主次泊松比,
但是关于各向同性质料来说,选择PRXY或NUXY来输入泊松比是没有任何区别的,只需输入此中一个即可
简便推到如下:
假定在单轴作用下:
  (1)X朝向的单位拉(或压)应变所惹起的Y朝向的压(或拉)应变为b;
  (2)Y朝向的单位拉(或压)应变所惹起的X朝向的压(或拉)应变为a;
则依据 胡克定律 得 σ=EX×a=EY ×b
  → EX/EY =b/a
  又 ∵ PRXY/NUXY=b/a
  ∴ PRXY/NUXY=EX/EY

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