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彈性模量
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彈性模量是描述物質(zhì)彈性的一個物理量,是一個統(tǒng)稱,包括楊氏模量剪切模量體積模量。材料在彈性變形階段,其應(yīng)力和應(yīng)變成正比(符合胡克定律),其比例系數(shù)稱為彈性模量。

材料的彈性模量受其化學(xué)礦物組成、顯微組織結(jié)構(gòu)的影響,尤其是主晶相的性能、基質(zhì)的性能及兩者的結(jié)合情況。另外,溫度也對其有重要影響,一般隨著溫度的升高,彈性模量下降。

線應(yīng)變

對一根細桿施加一個拉力F,這個拉力除以桿的截面積S,稱為“線應(yīng)力”,桿的伸長量dL除以原長L,稱為“線應(yīng)變”。線應(yīng)力除以線應(yīng)變就等于楊氏模量

剪切應(yīng)變

對一塊彈性體施加一個側(cè)向的力f(通常是摩擦力),彈性體會由方形變成菱形,這個形變的角度a稱為“剪切應(yīng)變”,相應(yīng)的力f除以受力面積S稱為“剪切應(yīng)力”。剪切應(yīng)力除以剪切應(yīng)變就等于剪切模量G=( f/S)/a

體積應(yīng)變

對彈性體施加一個整體的壓強p,這個壓強稱為“體積應(yīng)力”,彈性體的體積減少量(-dV)除以原來的體積V稱為“體積應(yīng)變”,體積應(yīng)力除以體積應(yīng)變就等于體積模量: K=P/(-dV/V)

在不易引起混淆時,一般金屬材料的彈性模量就是指楊氏模量,即正彈性模量。單位為兆帕(MPa)。

實際意義

彈性模量是工程材料重要的性能參數(shù),從宏觀角度來說,彈性模量是衡量物體抵抗彈性變形能力大小的尺度,從微觀角度來說,則是原子、離子或分子之間鍵合強度的反映。凡影響鍵合強度的因素均能影響材料的彈性模量,如鍵合方式、晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、微觀組織、溫度等。因合金成分不同、熱處理狀態(tài)不同、冷塑性變形不同等,金屬材料的楊氏模量值會有5%或者更大的波動。但是總體來說,金屬材料的彈性模量是一個對組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo),合金化、熱處理(纖維組織)、冷塑性變形等對彈性模量的影響較小,溫度、加載速率等外在因素對其影響也不大,所以一般工程應(yīng)用中都把彈性模量作為常數(shù)

彈性模量可視為衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標(biāo),其值越大,使材料發(fā)生一定彈性變形的應(yīng)力也越大,即材料剛度越大,亦即在一定應(yīng)力作用下,發(fā)生彈性變形越小。彈性模量E是指材料在外力作用下產(chǎn)生單位彈性變形所需要的應(yīng)力。它是反映材料抵抗彈性變形能力的指標(biāo),相當(dāng)于普通彈簧中的剛度。

指標(biāo)說明

彈性模量又稱楊氏模量,它是彈性材料的一種最重要、最具特征的力學(xué)性質(zhì),是物體彈性變形難易程度的表征,常用E表示。定義為理想材料有小形變時應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變之比。E以σ單位面積上承受的力表示,單位為。模量的性質(zhì)依賴于形變的性質(zhì)。剪切形變時的模量稱為剪切模量,用G表示;壓縮形變時的模量稱為壓縮模量,用K表示。模量的倒數(shù)稱為柔量,用J表示。

拉伸試驗中得到的屈服極限和強度極限,反映了材料對力的作用的承受能力,而延伸率δ或截面收縮率ψ,反映了材料塑性變形的能力。為了表示材料在彈性范圍內(nèi)抵抗變形的難易程度,在實際工程結(jié)構(gòu)中,材料彈性模量E的意義通常是以零件的剛度體現(xiàn)出來的,這是因為一旦零件按應(yīng)力設(shè)計定型,在彈性變形范圍內(nèi)的服役過程中,是以其所受負荷而產(chǎn)生的變形量來判斷其剛度的。一般按引起單位應(yīng)變的負荷為該零件的剛度。要想提高零件的剛度,亦即要減少零件的彈性變形,可選用高彈性模量的材料和適當(dāng)加大承載的橫截面積,剛度的重要性在于它決定了零件服役時穩(wěn)定性,對細長桿件和薄壁構(gòu)件尤為重要。因此,構(gòu)件的理論分析和設(shè)計計算來說,彈性模量E是經(jīng)常要用到的一個重要力學(xué)性能指標(biāo)。

單位指標(biāo)

材料的抗彈性變形的一個量,材料剛度的一個指標(biāo)。鋼材的彈性模量 ,注:E11表示10的11次方。彈性模量只與材料的化學(xué)成分有關(guān),與溫度有關(guān),與其組織變化無關(guān),與熱處理狀態(tài)無關(guān)。

但是與材料纏繞形狀有一定關(guān)系,比如將一根彈模已知的鋼絲繞成一根彈簧,則彈模會改變,或者多根鋼絲捻制成絞線,把他當(dāng)成一個整體來檢測彈性模量,其整體彈模與材料本身的彈模是不一樣的。

各種鋼的彈性模量差別很小,金屬合金化對其彈性模量影響也很小。

1兆帕磅/英寸千克力/平方厘米;

1磅/英寸兆帕千克力/平方厘米大氣壓(atm);

1巴兆帕磅/英寸千克力/平方厘米大氣壓(atm);

1大氣壓兆帕磅/英寸千克力/平方厘米巴(bar)。

參考資料 >

..2024-03-12

..2024-03-12

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