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聊一聊弹性模量

 九妹婆婆 2023-03-03 发布于河南

钢的弹性模量是个基本力学参数,是大学机械、力学等学科学习中,最常用到的一个参数,没有之一。2019年之前,起重机械检验师考试的历年试卷,都把这个数值弄错。今天再聊一聊,弹性模量。

一、什么是弹性模量杨(ThomasYoung1773~1829)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也为杨氏模量。

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-应变曲线不符合直线关系的,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。

二、弹性模量的计算对于线弹性材料有公式:σ=Eε式中:σ为正应力,ε为正应变,E为弹性模量。

弹性模量是与材料有关的常数,与材料本身的性质有关。

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,是与材料有关的常数,与材料本身的性质有关。它只与材料的化学成分有关,与其组织变化无关,与热处理状态无关。所以一般工程应用中都把弹性模量作为常数,钢的杨氏模量大约为2×105 N·mm-2 (MPa),是一个定值。2019年之前,全国起重机械检验师考试中,所有试卷的弹性模量数值都是错的,直到2019年我发布一篇网文,指出了错误,此后的起重机械检验师试卷中,才进行了更正。

三、其他弹性模量

1、剪切模量G

剪切模量是指剪切应力与剪切应变之比,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。

剪切模量G定义为:

G=τ/γ, 式中:τ为剪切应力(MPa);γ为剪切应变(弧度)。

剪切模量G和弹性模量E、泊松比μ之间有关系:

G=E/(2(1+μ))。2、体积模量K: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。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柔量。体积模量和拉伸模量、泊松比之间有关系:E=3K(1-2μ)。四、常用材料弹性模量常用材料弹性模量如下表所示:

五、小结杨氏模量、剪切模量和体积模量都是弹性模量,均基于胡克定律并通过方程相互关联。所以知道弹性模量和泊松比,其他弹性模量都可以通过公式计算出来。当然,这一点成立的前提条件是:材料要是各向同性的,换句换说各向同性材料只要两个材料参数表征,同时,变形为线弹性。

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