材料的各种模量详解

模量：模量”可以理解为是一种标准量或指标。材料的“模量”一般前面要加说明语，如弹性模量、压缩模量、剪切模量、截面模量等。这些都是与变形有关的一种指标。杨氏模量（Young'sModulus）：杨氏模量就是弹性模量,这是材料力学里的一个概念。对于线弹性材料有公式O（正应力）=E£（正应变）成立，式中O为正应力，£为正应变，E为弹性模量，是与材料有关的常数，与材料本身的性质有关。杨（ThomasYoungl77H1829）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为杨氏模量。（有点类似虎克定律A_A）弹性模量（ElasticModulus）E：弹性模量E是指材料在弹性变形范围内（即在比例极限内），作用于材料上的纵向应力与纵向应变的比例常数。也常指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。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。在工程上弹性模量则是材料刚度的度量，是物体变形难易程度的表征。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弹性模量值。根据不同的受力情况，分别有相应的拉伸弹性模量modulusofelasticityfortension（杨氏模量）、剪切弹性模量shearmodulusofelasticity（刚性模量）、体积弹性模量、压缩弹性模量等。柔量J：一个弹性常数，它等于应变（或应变分量）对应力（或应力分量）之比。对一个完善的弹性材料来说，它是弹性模量的倒数，即材料每单位应力的变形率。常见的实验测定的柔量有拉伸柔量、剪切柔量、蠕变柔量等。剪切模量G(ShearModulus)：剪切模量是指剪切应力与剪切应变之比。剪切模数G=剪切弹性模量G=切变弹性模量G切变弹性模量G,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v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。其定义为：G=tN，其中G(Mpa)为切变弹性模量；T为剪切应力(Mpa)；Y为剪切应变(弧度)。体积模量K(BulkModulus)：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。公式如下K=E/(3X(l-2Xv)),其中E为弹性模量，v为泊松比。具体可参考大学里的任一本弹性力学书。性质：物体在p0的压力下体积为V0；若压力增加(pO-pO+dP),贝I」体积减小为(VO-dV)。则被称为该物体的体积模量(modulusofvolumeelasticity)。如在弹性范围内，则专称为体积弹性模量。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(1-2p)。压缩模量(CompressionModulus)：压缩模量指压应力与压缩应变之比。储能模量E'：储能模量E'实质为杨氏模量，表述材料存储弹性变形能量的能力。储能模量表征的是材料变形后回弹的指标。储能模量E'是指粘弹性材料在交变应力作用下一个周期内储存能量的能力，通常指弹性；耗能模量E''：耗能模量E''是模量中应力与变形异步的组元;表征材料耗散变形能量的能力，体现了材料的粘性本质。耗能模量E''指的是在一个变化周期内所消耗能量的能力。通常指粘性切线模量(TangentModulus)：切线模量就是塑性阶段，屈服极限和强度极限之间的曲线斜率。是应力应变曲线上应力对应变的一阶导数。其大小与应力水平有关，并非一定值。切线模量一般用于增量有限元计算切线模量和屈服应力的单位都是N/m2截面模量：截面模量是构件截面的一个力学特性。是表示构件截面抵抗某种变形能力的指标，如抗弯截面模量、抗扭截面模量等。它只与截面的形状及中和轴的位置有关，而与材料本身的性质无关。在有些书上，截面模量又称为截面系数或截面抵抗矩等。强度:强度是指某种材料抵抗破坏的能力，即材料抵抗变形（弹性\塑性）和断列的能力（应力）。一般只是针对材料而言的。它的大小与材料本身的性质及受力形式有关。可分为：屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。如某种材料的抗拉强度、抗剪强度是指这种材料在单位面积上能承受的最大拉力、剪力，与材料的形状无关。例如拉伸强度和拉伸模量的比较：他们的单位都是MPa或GPa。拉伸强度是指材料在拉伸过程中最大可以承受的应力，而拉伸模量是指材料在拉伸时的弹性。对于钢材，例如45号钢，拉伸模量在lOOMPa的量级，一般有200—500MPa，而拉伸模量在lOOGPa量级，一般是180－210Gpa。刚度:刚度（即硬度）指某种构件或结构抵抗变形的能力，是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，主要指引起单位变形时所需要的应力。一般是针对构件或结构而言的。它的大小不仅