杨氏模量 百科内容来自于: 百度百科

杨氏模量(Young's modulus)是描述固体材料抵抗形变能力的物理量。一条长度为L、截面积为S的金属丝在力F作用下伸长ΔL。F/S叫应力,其物理意义是金属丝单位截面积所受到的力;ΔL/L叫应变,其物理意义是金属丝单位长度所对应的伸长量。应力与应变的比叫弹性模量:即。ΔL是微小变化量。

概述

杨氏模量实验仪器

杨氏模量实验仪器

杨氏模量,它是沿纵向的弹性模量,也是材料力学中的名词。1807年因英国医生兼物理学家托马斯·杨(Thomas Young, 1773-1829) 所得到的结果而命名。根据胡克定律,在物体的弹性限度内,应力与应变成正比,比值被称为材料的杨氏模量,它是表征材料性质的一个物理量,仅取决于材料本身的物理性质。杨氏模量的大小标志了材料的刚性,杨氏模量越大,越不容易发生形变
杨氏弹性模量是选定机械零件材料的依据之一,是工程技术设计中常用的参数。杨氏模量的测定对研究金属材料、光纤材料、半导体、纳米材料、聚合物、陶瓷、橡胶等各种材料的力学性质有着重要意义,还可用于机械零部件设计、生物力学、地质等领域。
测量杨氏模量的方法一般有拉伸法、梁弯曲法、振动法、内耗法等,还出现了利用光纤位移传感器、莫尔条纹、电涡流传感器和波动传递技术(微波或超声波)等实验技术和方法测量杨氏模量。

简介

英文名称:modulus of elasticity
定义:材料在弹性变形阶段,其应力和应变成正比例关系(即符合胡克定律),其比例系数称为弹性模量
单位:牛顿每平方毫米(杨氏模量的量纲同压强,在SI单位制中,压强的单位为Pa也就是帕斯卡。但是通常在工程的使用中,因各材料杨氏模量的量值都十分的大,所以常以百万帕斯卡-MPa或十亿帕斯卡-GPa作为其单位:1牛顿每平方毫米为1MPa,1千牛顿每平方毫米为1Gpa)。
意义:弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标,其值越大,使材料发生一定弹性变形的应力也越大,即材料刚度越大,亦即在一定应力作用下,发生弹性变形越小
说明:又称杨氏模量。弹性材料的一种最重要、最具特征的力学性质。是物体弹性变形难易程度的表征。用E表示。定义为理想材料有小形变时应力与相应的应变之比。E以单位面积上承受的力表示,单位为N/m^2。模量的性质依赖于形变的性质。剪切形变时的模量称为剪切模量,用G表示;压缩形变时的模量称为压缩模量,用K表示。模量的倒数称为柔量,用J表示。
拉伸试验中得到的屈服极限бS和强度极限бb,反映了材料对力的作用的承受能力,而延伸率δ或截面收缩率ψ,反映了材料塑型变形的能力,为了表示材料在弹性范围内抵抗变形的难易程度,在实际工程结构中,材料弹性模量E的意义通常是以零件的刚度体现出来的,这是因为一旦零件按应力设计定型,在弹性变形范围内的服役过程中,是以其所受负荷而产生的变形量来判断其刚度的。一般按引起单位应变的负荷为该零件的刚度,例如,在拉压构件中其刚度为:
EA0
式中A0为零件的横截面积
由上式可见,要想提高零件的刚度EA0,亦即要减少零件的弹性变形,可选用高弹性模量的材料和适当加大承载的横截面积,刚度的重要性在于它决定了零件服役时稳定性,对细长杆件和薄壁构件尤为重要。因此,构件的理论分析和设计计算来说,弹性模量E是经常要用到的一个重要力学性能指标。
在弹性范围内大多数材料服从胡克定律,即变形与受力成正比。纵向应力与纵向应变的比例常数就是材料的弹性模量E,也叫杨氏模量。
弹性模量在比例极限内,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,用N/m^2表示。
弹性模量:材料的抗弹性变形的一个量,材料刚度的一个指标。
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。各种钢的弹性模量差别很小,金属合金化对其弹性模量影响也很小。

特性

根据不同的受力情况,分别有相应的拉伸弹性模量(杨氏模量)、剪切弹性模量(刚性模量)、体积弹性模量等。它是一个材料常数,表征材料抵抗弹性变形的能力,其数值大小反映该材料弹性变形的难易程度。
对一般材料而言,该值比较稳定,但就高聚物而言则对温度和加载速率等条件的依赖性较明显。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弹性模量值。

范性形变

固体在外力作用下将发生形变,如果外力撤去后相应的形变消失,这种形变称为弹性形变。如果外力撤去后仍有残余形变,这种形变称为范性形变
应力Tensile stress(σ)单位面积上所受到的力(F/A,其中A=cross-sectional area=S 面积 )。
杨氏模量实验原理

杨氏模量实验原理

应变Tensile strain (ε ):是指在外力作用下的相对形变(相对伸长e/L,其中e=extension=△L)它反映了物体形变的大小。
胡克定律:在物体的弹性限度内,应力与应变成正比,其比例系数称为杨氏模量(记为E)。用公式表达为:
E=(F·L)/(A·△L)
E在数值上等于产生单位应变时的应力。它的单位是与应力的单位相同。杨氏弹性模量是材料的属性,与外力及物体的形状无关,取决于材料的组成。举例来说,大部分金属在合金成分不同、热处理在加工过程中的应用,其杨氏模量值会有5%或者更大的波动。
杨氏模数(Young's modulus )是材料力学中的名词,弹性材料承受正向应力时会产生正向应变,定义为正向应力与正向应变的比值。公式记为
E = σ / ε
其中,E 表示杨氏模数,σ 表示正向应力,ε 表示正向应变。杨氏模量大,
说明在压缩或拉伸材料时,材料的形变小。

单位

杨氏模量的因次同压强,在SI单位制中,压强的单位为Pa也就是帕斯卡。
但是通常在工程的使用中,因各材料杨氏模量的量值都十分的大,所以常以百万帕斯卡(MPa)或十亿帕斯卡(GPa)作为其单位。

测试方法

杨氏模量测试方法
一般有静态法和动态法。
动态法有脉冲激振法、声频共振法、声速法等。
脉冲激振法:通过合适的外力给定试样脉冲激振信号,当激振信号中的某一频率与试样的固有频率相一致时,产生共振,此时振幅最大,延时最长,这个波通过测试探针或测量话筒的传递转换成电讯号送入仪器,测出试样的固有频率,由公式 计算得出杨氏模量E。
特点:国际通用的一种常温测试方法; 信号激发、接收结构简单,测试测试准确;
准确、直观。
声频共振法:指有声频发生器发送声频电信号,由换能器转换为振动信号驱动试样,再由换能器接收并转换为电信号,分析此信号与发生器信号在示波器上形成的图形,得出试样的固有频率f,由公式E=C1·w·f得出试样的杨氏模量。
特点: --- 声频发生器、放大器等组成激发器;
--- 换能器接收信号,示波器显示信号;
---李萨如图形判断试样固有频率。
缺点:--- 激发器结构复杂,必要时激发器需要与试样表面耦合,操作不方便;
--- 示波器数据处理及显示单一;
--- 可能存在多个李萨如图形,易误判;
--- 该方法不方便用于高温测试。
声速法:由信号发生器给出超声信号,测试信号在试样中的传播时间,得出该信号在试样中的传播速度ν,由公式E=ρ·ν计算得试样杨氏模量。
特点:---超声波发生器及换能器组成激发系统;
--- 换能器转换信号;
--- 测试超声波在试样两平行面的传播时间差,计算声速。
缺点:--- 激发器结构复杂,必要时激发器需要与试样表面耦合,操作不方便;
--- 时间差的信号处理点容易引入误差,只能得出近似杨氏模量;
--- 该方法不方便用于高温测试。
静态法
静态法是指在试样上施加一恒定的弯曲应力,测定其弹性弯曲挠度,或是在试样上施加一恒定的拉伸(或压缩)应力,测定其弹性变形量;或根据应力和应变计算弹性模量。
特点:--- 国内采用的方法,国内外耐火行业目前还没制定相应的标准;
--- 获得材料的真实变形量 应力---应变曲线。
缺点:试样用量大;准确度低;不能重复测定。
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- 来自原声例句
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