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  彈性模量

一般地講,對彈性體施加一個外界作用力,彈性體會發生形狀的改變(稱為「形變」),「彈性模量」的一般定義是:單向應力狀態下應力除以該方向的應變。材料在彈性變形階段,其應力和應變成正比例關係(即符合胡克定律),其比例係數稱為彈性模量。彈性模量」是描述物質彈性的一個物理量,是一個統稱,表示方法可以是「楊氏模量」、」剪切模量「、「體積模量」等。

簡介

彈性模量是工程材料重要的性能參數,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、晶體結構、化學成分、微觀組織、溫度等。因合金成分不同、熱處理狀態不同、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性能指標,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,所以一般工程應用中都把彈性模量作為常數。彈性模量可視為衡量材料產生彈性變形難易程度的指標,其值越大,使材料發生一定彈性變形的應力也越大,即材料剛度越大,亦即在一定應力作用下,發生彈性變形越小。彈性模量E是指材料在外力作用下產生單位彈性變形所需要的應力。它是反映材料抵抗彈性變形能力的指標,相當於普通彈簧中的剛度。

評價

又稱楊氏模量,彈性材料的一種最重要、最具特徵的力學性質,是物體彈性變形難易程度的表徵,用E表示。定義為理想材料有小形變時應力與相應的應變之比。E以σ單位面積上承受的力表示,單位為N/m^2。模量的性質依賴於形變的性質。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。模量的倒數稱為柔量,用J表示。拉伸試驗中得到的屈服極限σs和強度極限σb,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範圍內抵抗變形的難易程度,在實際工程結構中,材料彈性模量E的意義通常是以零件的剛度體現出來的,這是因為一旦零件按應力設計定型,在彈性變形範圍內的服役過程中,是以其所受負荷而產生的變形量來判斷其剛度的。一般按引起單位應變的負荷為該零件的剛度,例如,在拉壓構件中其剛度為:EA0 式中 A0為零件的橫截面積。由上式可見,要想提高零件的剛度E A0,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加大承載的橫截面積,剛度的重要性在於它決定了零件服役時穩定性,對細長杆件和薄壁構件尤為重要。因此,構件的理論分析和設計計算來說,彈性模量E是經常要用到的一個重要力學性能指標。[1]

參考文獻