楊氏模量(一般地講,對(duì)彈性體施加一個(gè)外界作用力,彈性體會(huì)發(fā)生形狀的改變(稱為“形變”),"彈性模量”的一般定義是:?jiǎn)蜗驊?yīng)力狀態(tài)下應(yīng)力除以該方向的應(yīng)變。材料在彈性變形階段,其應(yīng)力和應(yīng)變成正比例關(guān)系(即符合胡克定律),其比例系數(shù)稱為彈性模量。彈性模量的單位是達(dá)因每平方厘米。"彈性模量”是描述物質(zhì)彈性的一個(gè)物理量,是一個(gè)統(tǒng)稱,表示方法可以是"楊氏模量”、“體積模量”等。)
(E或Y)是固體在載荷下的剛度或抗彈性變形的量度。它將應(yīng)力(每單位面積的力)與沿軸或線的應(yīng)變(比例變形)相關(guān)聯(lián)?;驹硎牵牧显趬嚎s或拉伸時(shí)會(huì)發(fā)生彈性變形,而在去除載荷后會(huì)恢復(fù)其原始形狀。與剛性材料相比,柔性材料中發(fā)生的變形更多。換一種說(shuō)法:
楊氏模量值低表示固體具有彈性。
楊氏模量值高表示固體無(wú)彈性或硬。
方程和單位
楊氏模量的計(jì)算公式為:
E =σ/ε=(F / A)/(ΔL/ L0)= FL0 /AΔL
其中:
E是楊氏模量,通常以帕斯卡(Pa)表示
σ是單軸應(yīng)力
ε是應(yīng)變
F是壓縮力或伸展力
A是橫截面積或垂直于作用力的橫截面
ΔL是長(zhǎng)度變化(壓縮時(shí)為負(fù)、拉伸時(shí)為正)
L0是原始長(zhǎng)度
楊氏模量SI單位為Pa,但通常以兆帕(MPa)、牛頓 /平方毫米(N/mm2)、千兆帕斯卡(GPa)或千牛頓/平方毫米(kN/mm2)表示。常用的英制單位是磅每平方英寸(PSI)或兆PSI(Mpsi)。
歷史
1727年,瑞士科學(xué)家和工程師Leonhard Euler描述了楊氏模量背后的基本概念。1782年,意大利科學(xué)家Giordano Riccati進(jìn)行了產(chǎn)生現(xiàn)代模量計(jì)算的實(shí)驗(yàn)。
然而,模量取自英國(guó)科學(xué)家托馬斯·揚(yáng)(Thomas Young)的名字,他在1807 年的《自然哲學(xué)和機(jī)械藝術(shù)講座》中描述了模量的計(jì)算。鑒于對(duì)它的歷史的現(xiàn)代理解,它可能被稱為里卡蒂模數(shù),但這會(huì)導(dǎo)致混亂。
各向同性和各向異性材料
楊氏模量通常取決于材料的取向。各向同性材料在所有方向上均顯示相同的機(jī)械性能,比如金屬、陶瓷。處理材料或向其中添加雜質(zhì)會(huì)產(chǎn)生使機(jī)械性能具有方向性的晶粒結(jié)構(gòu)。這些各向異性材料可能具有非常不同的楊氏模量值,這取決于是沿晶粒還是垂直于晶粒加載力。各向異性材料的例子包括木材、鋼筋混凝土和碳纖維。
彈性模量
模量從字面上是“量度”的意思,有時(shí)候會(huì)聽(tīng)到稱為彈性模量的楊氏模量,但是可以使用多個(gè)表達(dá)式來(lái)測(cè)量彈性模量:
楊氏模量描述了當(dāng)施加相反的力時(shí)沿線的拉伸彈性。它是拉伸應(yīng)力與拉伸應(yīng)變的比率。
體積模量(K)如楊氏模量一樣,它是體積彈性的量度,以體積應(yīng)力除以體積應(yīng)變來(lái)計(jì)算。
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