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浅析弹性模量

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浅析弹性模量_第1页
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浅析:杨氏模量、弹性模量、剪切模量、体积模量、强度、刚度,泊松 比转载▼杨氏模量、弹性模量、剪切模量、体积模量、强度、刚度,泊松比“模量”可以理解为是一•种标准量或指标材料的“模量”-•般前面要加说明语,如弹性可量、 压缩模量、剪切模量、截面模量等这些都是与变形有关的一种指标杨氏模量(Youngs Modulus):杨氏模量就是弹性模量,这是材料力学里的一个概念对于线弹性材料右公式正应力)= Ee(正应变)成立,式中为正应力,《为正应变,E为弹性模量,是与材料有美的常数,与 材料本身的性质有关杨(ThomasYoungl773~ 1829)在材料力学方面,研究了剪形变,认 为剪应力是一种弹性形变.1807年,提出弹性模量的定义,为此后人称弹性模量为杨氏模 量钢的杨氏模量大约为2xlO“N・m-2,铜的是l.lxio" N-m%弹性模量(Elastic Modulus) E:弹性模量E是指材料在弹性变形范围内(即在比例极限内),作用于材料上的纵向应力与纵向 应变的比例常数也常指材料所受应力如拉伸,压缩,弯曲,扭曲,剪切等)与材料产生的 相应应变之比弹性模量是表征晶体中原了间结合力强弱的物理量,故是组织结构不敏感参数。

在工程上, 弹性模量则是材料刚度的度景,是物体变形难易程度的表征弹性模量E在比例极限内,应力与材料相应的应变之比对于有些材料在弹性范围内应力- 应变Illi线不符合宜线关系的,则可根据需要可以取切线弹性模量、割线弹性模量等人为定义 的办法来代替它的弹性模量值根据不同的受力情况,分别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、压缩弹性模量等剪切模量 G(Shcar Modulus):剪切模量是指剪切应力与剪切应变之比剪切模数仔=剪切弹性模量G=切变弹性模量G切 变弹性模量G,材料的基木物理特性参数之一,与杨氏(田缩、拉伸)弹性模量E、泊桑比v 并列为材料的三项基本物理特性参数,在材料力学、弹性力学中有广泛的应用其定义为:G=r/y,其+ G(Mpa)为切变弹性模量;r为剪切应力(Mpa):Y为剪切应变(弧度)体积模量 K(Bulk Modulus):体积模量可描述均质各向同性固体的弹性,可表示为单位面积的力,表小不可压缩性公式 如下K=E/(3W-2xv)),其中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 学书性质:物体在po的压力下体积为Vo:若压力增加(po—po+dp),则体积减小为(Vo-dv)0 则 K.p()+dp)/(V().dv)被称为该物体的体积模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•个比较稳定的材料常数 因为在各向均压下材料的体积总是变小的,故K值永为正值,单位MPa体积模埴的倒数 称为体积柔量体积模量和拉伸模量、泊松比之间有关系:E=3K(1-2Q压缩模量(Compression Modulus):压缩模量指压应力与压缩应变之比储能模量E*:储能模量E实质为杨氏模量,表述材料存储弹性变形能量的能力储能模量表征的是材料变 形后回弹的指标储能模量矽是指粘弹性材料在交变应力作用卜一个周期内储存能最的能力,通常指弹性;耗能模量E七耗能模量E”是模量中应力与变形异步的组元;表征材料耗散变形能量的能力,体现了材料的 粘性本质耗能模量E”指的是在一个变化周期内所消耗能量的能力通常指粘性切线模量(Tangent Modulus):切线模量就是型性阶段,屈服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 变的一阶导数其大小与应力水平有关,并非一定值切线模量一般用于增量有限元计算 切线模量和屈服应力的单位都是N/m2截面模量:截面模量是构件截面的•个力学特性是表示构件截面抵抗某种变形能力的指标,如抗弯截 血模量、抗扭截面模量等它只与截而的形状及中和轴的位置有关,而与材料本身的性质无 关在有些书上,截面模量又称为截面系数或截面抵抗矩等强度:强度是指某种材料抵抗破坏的能力,即材料抵抗变形(弹性塑性)和断列的能力(应力)般 只是针对材料而言的它的大小与材料木身的性质及受力形式有关可分为:屈服强度、抗 拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等如某种材料的抗拉强度、抗剪强度是指这种材料在单位面积上能承受的最大拉力、剪力,与 材料的形状无关例如拉伸强度和拉伸模量的比较:他们的单位都是MPa或GPa拉伸强度是指材料在拉伸 过程中最大可以承受的应力,而拉伸模量是指材料在拉伸时的弹性对于钢材,例如45打 钢,拉伸模量在lOOMPa的量级,一般有200 —500MPa,而拉伸模量在iOOGPa量级,一般 是 180—210Gpa刚度:刚度(即硬度)指某种构件或结构抵抗变形的能力,是衡量材料产生弹性变形难易程度的指 标,上要指引起单位变形时所需要的应力C 一般是针对构件或结构而言的。

它的大小不仅与 材料本身的性质有关,而且与构件或结构的截面和形状有关刚度越高,物体表现的越“硬七对不同的东西来说,刚度的表示方法不同,比如静态刚度、 动态刚度、环刚度等一般来说,刚度的单位是牛顿/米,或者牛顿/亳米,表示产生单位长 度形变所需要施加的力法向刚度、剪切刚度的单位同样是N/m或N/mm,差别在于力的方向不同•般用弹性模量的大小E来表示.而E的大小…般仅与原了间作用力有关,与组织状态关系 不大通常钢和铸铁的弹性模量差别很小,即它们的刚性几乎一样,但它们的强度差别却很 大弹性模量是描述物质弹性的…个物理量,是-个总称,包括“杨氏模量”、“剪切模量"、“体 积模量,,等所以,“弹性模量”和“体积模量”是包含关系一般地讲,对弹性体施加一个外界作用(称为“应力”)后,弹性体会发生形状的改变(称为 “应变”),“弹性模量”的一般定义是:应力除以应变例如: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等于杨氏模景E: F/S=E(dL/L) 剪切应变——对-块弹性体施加-个侧向的力f (通常是摩擦力),弹性体会由方形变成菱形,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 应变就等于剪切模量G: f7S=G*a体积应变——对弹性体施加•个整体的压强p,这个压强称为“体积应力”,弹性体的体积减少量(-dV)除以 原来的体积V称为“体积应变”,体积应力除以体积应变就等于体积模量:p=K(-dV/V) 注:液体只有体积模拍,其他弹性模量都为零,所以就用弹性模量代指体积模量一般弹性体的应变都是非常小的,艮U,体积的改变量和原来的体积相比,是一个很小的数 在这种情况下,体积相对改变量和密度相对改变量仅仅正负相反,大小是相同的,例如:体 积减少百分之0.01,密度就增加百分之0.01体积模量并不是负值(从前面定义式中可以看出),也并不是气体才有体积模量,一切固体、 液体、气体都有体积模量,倒是液体和气体没有杨氏模量和剪切模量泊松比 法国数学家Simeom Denis Poisson为名在材料的比例极限内,由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比 的绝对值比如,-杆受拉伸时,其轴向伸长伴随着横向收缩(反之亦然),而横向应变时与 轴向应变e之比称为泊松比V材料的泊松比一般通过试验方法测定可以这样记忆:空气的泊松比为0,水的泊松比为0.5,中间的可以推出。

主次泊松比的区别 Major and Minor Poissons ratio主泊松比PRXY,指的是在单轴作用下,X方向的单位拉(或压)应变所引起的丫方 向的压(或拉)应变次泊松比NUXY,它代表了与PRXY成正交方向的泊松比,指的是在单轴作用下,Y 方向的单位拉(或压)应变所引起的X方向的压(或拉)应变PRXY 与 NUXY 是有一•定关系的:PRXY/NUXY=EX/EY对于正交各向异性材料,需要根据材料数据分别输入主次泊松比,但是对于备向同性材料来说,选择PRXY或NUXY来输入泊松比是没右任何区别的, 只要输入其中一个即可简单推到如下:假如在单轴作用下:(1)X方向的单位拉(或压)应变所引起的丫方向的压(或拉)应变为b;(2) Y方向的单位拉(或压)应变所引起的X方向的压(或拉)应变为a;贝U根据胡克定律得o=EXxa=EY xb-> EX/EY =b/a又•「PRXY/NUXY = b/a/. PRXY/NUXY=EX/EY。

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