力学中的各种模量概念 力学里有什么模量


力学中的各种模量概念 力学里有什么模量

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"模量"可以理解为是一种标准量或指标 。材料的"模量"一般前面要加说明语,如弹性模量、压缩模量、剪切模量、截面模量等,这些都是与变形有关的指标 。


(1) 杨氏模量(Young Modulus):
杨氏模量就是弹性模量,这是材料力学里的一个概念 。对于线弹性材料有公式σ(正应力)=E*ε(正应变)成立,式中σ为正应力,ε为正应变,E为弹性模量,是与材料有关的常数,与材料本身的性质有关 。
【力学中的各种模量概念 力学里有什么模量】杨(ThomasYoung1773~1829)研究了材料的剪形变,认为剪应力是一种弹性形变 。1807年,他提出弹性模量的定义,为此后人将弹性模量称为杨氏模量 。钢的杨氏模量大约为2.01e11N/m^2,铜的是1.1e11 N/m^2 。


(2) 弹性模量E(Elastic Modulus):
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子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量,是物体变形难易程度的表征 。
对于某些材料在弹性范围内应力-应变曲线并不符合直线关系的,则可根据需要取切线弹性模量、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shearmodulus of elasticity (刚性模量)、体积弹性模量、压缩弹性模量等 。


(3) 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 。它是材料的基本物理特性参数之一,与杨氏(压缩、拉伸)弹性模量E、泊桑比ν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=τ/γ, 其中G(Mpa)为切变弹性模量;τ为剪切应力(MPa);γ为剪切应变(弧度) 。


(4) 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,表示不可压缩性 。公式如下K=E/(3×(1-2*v)),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p0的压力下体积为V0,若压力增加(p0→p0+dP),则体积减小为(V0-dV) 。则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 。体积模量的倒数称为体积模量 。体积模量和拉伸模量、泊松比之间有关系:E=3K(1-2μ) 。


(5) 压缩模量(Compression Modulus):
物体在受三轴压缩时压应力与压缩应变的比值 。实验上可由应力-应变曲线起始段的斜率确定 。径向同性材料的压缩模量值常与其杨氏模量值近似相等 。
土的压缩模量指在侧限条件下土的垂直向应力与应变之比,是通过室内试验得到的,是判断土的压缩性和计算地基压缩变形量的重要指标之一 。压缩模量越大,土越坚硬 。


(6) 储能模量Es:
储能模量Es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E'是指粘弹性材料在交变应力作用下一个周期内储存能量的能力,通常指弹性 。复数模量的实数部分,表示黏弹性材料在形变过程中由于弹性形变而储存的能量 。


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