力學(xué)中的各種模量概念，你都區(qū)分清楚了嗎？
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2021-01-21 13:33:53
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"模量"可以理解為是一種標(biāo)準(zhǔn)量或指標(biāo)。材料的"模量"一般前面要加說(shuō)明語(yǔ)，如彈性模量、壓縮模量、剪切模量、截面模量等，這些都是與變形有關(guān)的指標(biāo)。
楊氏模量就是彈性模量，這是材料力學(xué)里的一個(gè)概念。對(duì)于線彈性材料有公式σ(正應(yīng)力)=E*ε(正應(yīng)變)成立，式中σ為正應(yīng)力，ε為正應(yīng)變，E為彈性模量，是與材料有關(guān)的常數(shù)，與材料本身的性質(zhì)有關(guān)。
楊(ThomasYoung1773～1829)研究了材料的剪形變，認(rèn)為剪應(yīng)力是一種彈性形變。 1807年，他提出彈性模量的定義，為此后人將彈性模量稱為楊氏模量。鋼的楊氏模量大約為2.01e11N/m^2，銅的是1.1e11 N/m^2。
(2) 彈性模量E(Elastic Modulus)：彈性模量E是指材料在彈性變形范圍內(nèi)(即在比例極限內(nèi))，作用于材料上的縱向應(yīng)力與縱向應(yīng)變的比例常數(shù)。也常指材料所受應(yīng)力如拉伸，壓縮，彎曲，扭曲，剪切等)與材料產(chǎn)生的相應(yīng)應(yīng)變之比。彈性模量是表征晶體中原子間結(jié)合力強(qiáng)弱的物理量，故是組織結(jié)構(gòu)不敏感參數(shù)。在工程上，彈性模量則是材料剛度的度量，是物體變形難易程度的表征。對(duì)于某些材料在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力-應(yīng)變曲線并不符合直線關(guān)系的，則可根據(jù)需要取切線彈性模量、割線彈性模量等人為定義的辦法來(lái)代替它的彈性模量值。根據(jù)不同的受力情況，分別有相應(yīng)的拉伸彈性模量modulus of elasticity for tension (楊氏模量)、剪切彈性模量shearmodulus of elasticity (剛性模量)、體積彈性模量、壓縮彈性模量等。(3) 剪切模量G(Shear Modulus)：剪切模量是指剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變之比。剪切模數(shù)G=剪切彈性模量G=切變彈性模量G。它是材料的基本物理特性參數(shù)之一，與楊氏(壓縮、拉伸)彈性模量E、泊桑比ν并列為材料的三項(xiàng)基本物理特性參數(shù)，在材料力學(xué)、彈性力學(xué)中有廣泛的應(yīng)用。其定義為：G=τ/γ， 其中G(Mpa)為切變彈性模量；τ為剪切應(yīng)力(MPa)；γ為剪切應(yīng)變(弧度)。體積模量可描述均質(zhì)各向同性固體的彈性，可表示為單位面積的力，表示不可壓縮性。公式如下K=E/(3×(1-2*v))，其中E為彈性模量，v為泊松比。具體可參考大學(xué)里的任一本彈性力學(xué)書(shū)。性質(zhì)：物體在p0的壓力下體積為V0，若壓力增加(p0→p0+dP)，則體積減小為(V0-dV)。則被稱為該物體的體積模量(modulus of volume elasticity)。如在彈性范圍內(nèi)，則專稱為體積彈性模量。體積模量是一個(gè)比較穩(wěn)定的材料常數(shù)。因?yàn)樵诟飨蚓鶋合虏牧系捏w積總是變小的，故K值永為正值，單位MPa。體積模量的倒數(shù)稱為體積柔量。體積模量和拉伸模量、泊松比之間有關(guān)系：E=3K(1-2μ)。(5) 壓縮模量(Compression Modulus)：物體在受三軸壓縮時(shí)壓應(yīng)力與壓縮應(yīng)變的比值。實(shí)驗(yàn)上可由應(yīng)力-應(yīng)變曲線起始段的斜率確定。徑向同性材料的壓縮模量值常與其楊氏模量值近似相等。土的壓縮模量指在側(cè)限條件下土的垂直向應(yīng)力與應(yīng)變之比，是通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)得到的，是判斷土的壓縮性和計(jì)算地基壓縮變形量的重要指標(biāo)之一。壓縮模量越大，土越堅(jiān)硬。儲(chǔ)能模量Es實(shí)質(zhì)為楊氏模量，表述材料存儲(chǔ)彈性變形能量的能力。儲(chǔ)能模量表征的是材料變形后回彈的指標(biāo)。儲(chǔ)能模量E'是指粘彈性材料在交變應(yīng)力作用下一個(gè)周期內(nèi)儲(chǔ)存能量的能力，通常指彈性。復(fù)數(shù)模量的實(shí)數(shù)部分，表示黏彈性材料在形變過(guò)程中由于彈性形變而儲(chǔ)存的能量。耗能模量Ei是模量中應(yīng)力與變形異步的組元；用來(lái)表征材料耗散變形能量的能力, 體現(xiàn)了材料的粘性本質(zhì)。它表示當(dāng)材料發(fā)生形變時(shí)，能量轉(zhuǎn)化成熱能的阻尼術(shù)語(yǔ)，是復(fù)雜模型的一個(gè)簡(jiǎn)單部分，是從能量損耗的角度對(duì)“儲(chǔ)能模量”進(jìn)行分析而產(chǎn)生的術(shù)語(yǔ)。耗能模量Ei指的是在一個(gè)變化周期內(nèi)所消耗能量的能力。(8) 切線模量(Tangent Modulus)：切線模量就是塑性階段，屈服極限和強(qiáng)度極限之間的曲線斜率。是應(yīng)力應(yīng)變曲線上應(yīng)力對(duì)應(yīng)變的一階導(dǎo)數(shù)。其大小與應(yīng)力水平有關(guān)，并非一定值。切線模量一般用于增量有限元計(jì)算。切線模量和屈服應(yīng)力的單位都是N/m^2。截面模量是構(gòu)件截面的一個(gè)力學(xué)特性。是表示構(gòu)件截面抵抗某種變形能力的指標(biāo)，如抗彎截面模量、抗扭截面模量等。它只與截面的形狀及中和軸的位置有關(guān)，而與材料本身的性質(zhì)無(wú)關(guān)。在有些書(shū)上，截面模量又稱為截面系數(shù)或截面抵抗矩等。(10) 復(fù)合模量（E*，complex modulus）復(fù)合模量包括儲(chǔ)能模量Es和損耗模量Ei，它們之間的關(guān)系為：
Es=E*cosδ
El=E*sinδ
|E*|=sqrt(Es^2+El^2)
