弹性模量及刚度关系
弹性模量及刚度关系.
1、弹性模量:(1)定义弹性模量:材料在弹性变形阶段内,正应力和对应的正应变的比值。
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。
“弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量,是一个总称,包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。
所以,“弹性模量”和“体积模量”是包含关系。
一般地讲,对弹性体施加一个外界作用(称为“应力”)后,弹性体会发生形状的改变(称为“应变”),“弹性模量”的一般定义是:应力除以应变。
例如:线应变——对一根细杆施加一个拉力F,这个拉力除以杆的截面积S,称为“线应力”,杆的伸长量dL除以原长L,称为“线应变”。
线应力除以线应变就等于杨氏模量E=( F/S)/(dL/L)剪切应变——对一块弹性体施加一个侧向的力f(通常是摩擦力),弹性体会由方形变成菱形,这个形变的角度a称为“剪切应变”,相应的力f除以受力面积S称为“剪切应力”。
剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量G=( f/S)/a体积应变——对弹性体施加一个整体的压强p,这个压强称为“体积应力”,弹性体的体积减少量(-dV)除以原来的体积V称为“体积应变”,体积应力除以体积应变就等于体积模量: K=P/(-dV/V) 在不易引起混淆时,一般金属材料的弹性模量就是指杨氏模量,即正弹性模量。
单位:E(弹性模量)吉帕(GPa)(2)影响因素弹性模量是工程材料重要的性能参数,从宏观角度来说,弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度,从微观角度来说,则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。
凡影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模量,如键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度等。
因合金成分不同、热处理状态不同、冷塑性变形不同等,金属材料的杨氏模量值会有5%或者更大的波动。
但是总体来说,金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标,合金化、热处理(纤维组织)、冷塑性变形等对弹性模量的影响较小,温度、加载速率等外在因素对其影响也不大,所以一般工程应用中都把弹性模量作为常数。
弹性模量及刚度关系
1、弹性模量:1定义弹性模量:材料在弹性变形阶段内,正应力和对应的正应变的比值.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.“弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量,是一个总称,包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等.所以,“弹性模量”和“体积模量”是包含关系.一般地讲,对弹性体施加一个外界作用称为“应力”后,弹性体会发生形状的改变称为“应变”,“弹性模量”的一般定义是:应力除以应变.例如:线应变——对一根细杆施加一个拉力F,这个拉力除以杆的截面积S,称为“线应力”,杆的伸长量dL除以原长L,称为“线应变”.线应力除以线应变就等于杨氏模量E= F/S/dL/L剪切应变——对一块弹性体施加一个侧向的力f通常是摩擦力,弹性体会由方形变成菱形,这个形变的角度a称为“剪切应变”,相应的力f除以受力面积S称为“剪切应力”.剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量G= f/S/a体积应变——对弹性体施加一个整体的压强p,这个压强称为“体积应力”,弹性体的体积减少量-dV除以原来的体积V称为“体积应变”,体积应力除以体积应变就等于体积模量: K=P/-dV/V在不易引起混淆时,一般金属材料的弹性模量就是指杨氏模量,即正弹性模量. 单位:E弹性模量吉帕GPa2影响因素弹性模量是工程材料重要的性能参数,从宏观角度来说,弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度,从微观角度来说,则是原子、离子或分子之间键合强度的反映.凡影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模量,如键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度等.因合金成分不同、热处理状态不同、冷塑性变形不同等,金属材料的杨氏模量值会有5%或者更大的波动.但是总体来说,金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标,合金化、热处理纤维组织、冷塑性变形等对弹性模量的影响较小,温度、加载速率等外在因素对其影响也不大,所以一般工程应用中都把弹性模量作为常数.3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.弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力.它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标,相当于普通弹簧中的刚度.2、刚度1定义刚度:结构或构件抵抗弹性变形的能力,用产生单位应变所需的力或力矩来量度..转动刚度k:——k=M/θ其中,M为施加的力矩,θ为旋转角度.其他的刚度包括:拉压刚度Tension and compressionstiffness、轴力比轴向线应变EA、剪切刚度shear stiffness、剪切力比剪切应变GA、扭转刚度torsional stiffness、扭矩比扭应变GI、弯曲刚度bending stiffness、弯矩比曲率EI2计算方法计算刚度的理论分为小位移理论和大位移理论.大位移理论根据结构受力后的变形位置建立平衡方程,得到的结果精确,但计算比较复杂.小位移理论在建立平衡方程时暂时先假定结构是不变形的,由此从外载荷求得结构内力以后,再考虑变形计算问题.大部分机械设计都采用小位移理论.例如,在梁的弯曲变形计算中,因为实际变形很小,一般忽略曲率式中的挠度的一阶导数,而用挠度的二阶导数近似表达梁轴线的曲率.这样做的目的是将微分方程线性化,以大大简化求解过程;而当有几个载荷同时作用时,可分别计算每个载荷引起的弯曲变形后再叠加.3分类及意义静载荷下抵抗变形的能力称为静刚度.动载荷下抵抗变形的能力称为动刚度,即引起单位振幅所需的动态力.如果干扰力变化很慢即干扰力的频率远小于结构的固有频率,动刚度与静刚度基本相同.干扰力变化极快即干扰力的频率远大于结构的固有频率时,结构变形比较小,即动刚度比较大.当干扰力的频率与结构的固有频率相近时,有共振现象,此时动刚度最小,即最易变形,其动变形可达静载变形的几倍乃至十几倍.构件变形常影响构件的工作,例如齿轮轴的过度变形会影响齿轮啮合状况,机床变形过大会降低加工精度等.影响刚度的因素是材料的弹性模量和结构形式,改变结构形式对刚度有显着影响.刚度计算是振动理论和结构稳定性分析的基础.在质量不变的情况下,刚度大则固有频率高.静不定结构的应力分布与各部分的刚度比例有关.在断裂力学分析中,含裂纹构件的应力强度因子可根据柔度求得.3、弹性模量与刚度关系一般来说,刚度和弹性模量是不一样的.弹性模量是物质组分的性质;而刚度是固体的性质.也就是说,弹性模量是物质微观的性质,而刚度是物质宏观的性质.材料力学中,弹性模量与横梁截面转动惯量的乘积表示为各类刚度,如GI为抗扭刚度,EI为抗弯刚度刚度受外力作用的材料、构件或结构抵抗变形的能力.材料的刚度由使其产生单位变形所需的外力值来量度.各向同性材料的刚度取决于它的弹性模量E和剪切模量G见胡克定律.结构的刚度除取决于组成材料的弹性模量外,还同其几何形状、边界条件等因素以及外力的作用形式有关.分析材料和结构的刚度是工程设计中的一项重要工作.对于一些须严格限制变形的结构如机翼、高精度的装配件等,须通过刚度分析来控制变形.许多结构如建筑物、机械等也要通过控制刚度以防止发生振动、颤振或失稳.另外,如弹簧秤、环式测力计等,须通过控制其刚度为某一合理值以确保其特定功能.在结构力学的位移法分析中,为确定结构的变形和应力,通常也要分析其各部分的刚度.刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力.零件的刚度或称刚性常用单位变形所需的力或力矩来表示,刚度的大小取决于零件的几何形状和材料种类即材料的弹性模量.刚度要求对于某些弹性变形量超过一定数值后,会影响机器工作质量的零件尤为重要,如机床的主轴、导轨、丝杠等.强度金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度.按外力作用的性质不同,主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等,工程常用的是屈服强度和抗拉强度,这两个强度指标可通过拉伸试验测出强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力.也就是说,强度是衡量零件本身承载能力即抵抗失效能力的重要指标.强度是机械零部件首先应满足的基本要求.机械零件的强度一般可以分为静强度、疲劳强度弯曲疲劳和接触疲劳等、断裂强度、冲击强度、高温和低温强度、在腐蚀条件下的强度和蠕变、胶合强度等项目.强度的试验研究是综合性的研究,主要是通过其应力状态来研究零部件的受力状况以及预测破坏失效的条件和时机.强度是指材料承受外力而不被破坏不可恢复的变形也属被破坏的能力.根据受力种类的不同分为以下几种:1抗压强度--材料承受压力的能力.2抗拉强度--材料承受拉力的能力.3抗弯强度--材料对致弯外力的承受能力.4抗剪强度--材料承受剪切力的能力.。
弹性模量及刚度关系
1、弹性模量:之答禄夫天创作(1)界说弹性模量:资料在弹性变形阶段内, 正应力和对应的正应变的比值.资料在弹性变形阶段, 其应力和应酿成正比例关系(即符合胡克定律), 其比例系数称为弹性模量.“弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量, 是一个总称, 包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等.所以, “弹性模量”和“体积模量”是包括关系.一般地讲, 对弹性体施加一个外界作用(称为“应力”)后, 弹性体会发生形状的改变(称为“应变”), “弹性模量”的一般界说是:应力除以应变.例如:线应变——对一根细杆施加一个拉力F, 这个拉力除以杆的截面积S, 称为“线应力”, 杆的伸长量dL除以原长L, 称为“线应变”.线应力除以线应变就即是杨氏模量E=( F/S)/(dL/L)剪切应变——对一块弹性体施加一个侧向的力f(通常是摩擦力), 弹性体会由方形酿成菱形, 这个形变的角度a称为“剪切应变”, 相应的力f除以受力面积S称为“剪切应力”.剪切应力除以剪切应变就即是剪切模量G=( f/S)/a体积应变——对弹性体施加一个整体的压强p, 这个压强称为“体积应力”, 弹性体的体积减少量(-dV)除以原来的体积V称为“体积应变”, 体积应力除以体积应变就即是体积模量: K=P/(-dV/V)在不容易引起混淆时, 一般金属资料的弹性模量就是指杨氏模量, 即正弹性模量. 单元:E(弹性模量)吉帕(GPa)(2)影响因素弹性模量是工程资料重要的性能参数, 从宏观角度来说, 弹性模量是衡量物体抵当弹性变形能力年夜小的标准, 从微观角度来说, 则是原子、离子或分子之间键合强度的反映.凡影响键合强度的因素均能影响资料的弹性模量, 如键合方式、晶体结构、化学成份、微观组织、温度等.因合金成份分歧、热处置状态分歧、冷塑性变形分歧等, 金属资料的杨氏模量值会有5%或者更年夜的摆荡.可是总体来说, 金属资料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标, 合金化、热处置(纤维组织)、冷塑性变形等对弹性模量的影响较小, 温度、加载速率等外在因素对其影响也不年夜, 所以一般工程应用中都把弹性模量作为常数.(3)意义弹性模量可视为衡量资料发生弹性变形难易水平的指标, 其值越年夜, 使资料发生一定弹性变形的应力也越年夜, 即资料刚度越年夜, 亦即在一定应力作用下, 发生弹性变形越小.弹性模量E是指资料在外力作用下发生单元弹性变形所需要的应力.它是反映资料抵当弹性变形能力的指标, 相当于普通弹簧中的刚度.2、刚度(1)界说刚度:结构或构件抵当弹性变形的能力, 用发生单元应变所需的力或力矩来量度..转动刚度(k):——k=M/θ其中, M为施加的力矩, θ为旋转角度.其他的刚度包括:拉压刚度(Tension and compressionstiffness)、轴力比轴向线应变(EA)、剪切刚度(shear stiffness)、剪切力比剪切应变(GA)、扭转刚度(torsional stiffness)、扭矩比扭应变(GI)、弯曲刚度(bending stiffness)、弯矩比曲率(EI)(2)计算方法计算刚度的理论分为小位移理论和年夜位移理论.年夜位移理论根据结构受力后的变形位置建立平衡方程, 获得的结果精确, 但计算比力复杂.小位移理论在建立平衡方程时暂时先假定结构是不变形的, 由此从外载荷求得结构内力以后, 再考虑变形计算问题.年夜部份机械设计都采纳小位移理论.例如, 在梁的弯曲变形计算中, 因为实际变形很小, 一般忽略曲率式中的挠度的一阶导数, 而用挠度的二阶导数近似表达梁轴线的曲率.这样做的目的是将微分方程线性化, 以年夜年夜简化求解过程;而当有几个载荷同时作用时, 可分别计算每个载荷引起的弯曲变形后再叠加.(3)分类及意义静载荷下抵当变形的能力称为静刚度.动载荷下抵当变形的能力称为动刚度, 即引起单元振幅所需的静态力.如果干扰力变动很慢(即干扰力的频率远小于结构的固有频率), 动刚度与静刚度基秘闻同.干扰力变动极快(即干扰力的频率远年夜于结构的固有频率时), 结构变形比力小, 即动刚度比力年夜.当干扰力的频率与结构的固有频率相近时,有共振现象,此时动刚度最小, 即最易变形, 其动变形可达静载变形的几倍乃至十几倍.构件变形常影响构件的工作, 例如齿轮轴的过度变形会影响齿轮啮合状况, 机床变形过年夜会降低加工精度等.影响刚度的因素是资料的弹性模量和结构形式, 改变结构形式对刚度有显著影响.刚度计算是振动理论和结构稳定性分析的基础.在质量不变的情况下, 刚度年夜则固有频率高.静不定结构的应力分布与各部份的刚度比例有关.在断裂力学分析中, 含裂纹构件的应力强度因子可根据柔度求得.3、弹性模量与刚度关系一般来说, 刚度和弹性模量是纷歧样的.弹性模量是物质组分的性质;而刚度是固体的性质.也就是说, 弹性模量是物质微观的性质, 而刚度是物质宏观的性质.资料力学中, 弹性模量与横梁截面转动惯量的乘积暗示为各类刚度, 如GI为抗扭刚度, EI为抗弯刚度刚度受外力作用的资料、构件或结构抵当变形的能力.资料的刚度由使其发生单元变形所需的外力值来量度.各向同性资料的刚度取决于它的弹性模量E和剪切模量G(见胡克定律).结构的刚度除取决于组成资料的弹性模量外, 还同其几何形状、鸿沟条件等因素以及外力的作用形式有关.分析资料和结构的刚度是工程设计中的一项重要工作.对一些须严格限制变形的结构(如机翼、高精度的装配件等), 须通过刚度分析来控制变形.许多结构(如建筑物、机械等)也要通过控制刚度以防止发生振动、颤振或失稳.另外, 如弹簧秤、环式测力计等, 须通过控制其刚度为某一合理值以确保其特定功能.在结构力学的位移法分析中, 为确定结构的变形和应力, 通常也要分析其各部份的刚度.刚度是指零件在载荷作用下抵当弹性变形的能力.零件的刚度(或称刚性)经常使用单元变形所需的力或力矩来暗示, 刚度的年夜小取决于零件的几何形状和资料种类(即资料的弹性模量).刚度要求对某些弹性变形量超越一定命值后, 会影响机器工作质量的零件尤为重要, 如机床的主轴、导轨、丝杠等.强度金属资料在外力作用下抵当永久变形和断裂的能力称为强度.按外力作用的性质分歧, 主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等, 工程经常使用的是屈服强度和抗拉强度, 这两个强度指标可通过拉伸试验测出强度是指零件接受载荷后抵当发生断裂或超越容许限度的残余变形的能力.也就是说, 强度是衡量零件自己承载能力(即抵当失效能力)的重要指标.强度是机械零部件首先应满足的基本要求.机械零件的强度一般可以分为静强度、疲劳强度(弯曲疲劳和接触疲劳等)、断裂强度、冲击强度、高温和高温强度、在腐蚀条件下的强度和蠕变、胶合强度等项目.强度的试验研究是综合性的研究, 主要是通过其应力状态来研究零部件的受力状况以及预测破坏失效的条件和时机.强度是指资料接受外力而不被破坏(不成恢复的变形也属被破坏)的能力.根据受力种类的分歧分为以下几种:(1)抗压强度--资料接受压力的能力.(2)抗拉强度--资料接受拉力的能力.(3)抗弯强度--资料对致弯外力的接受能力.(4)抗剪强度--资料接受剪切力的能力.。
弹性模量及刚度关系
一般地讲,对弹性体施加一个外界作用(称为“应力”)后,弹性体会发生形状的改变(称为“应变”),“弹性模量”的一般定义是:应力除以应变。例如:
线应变——对一根细杆施加一个拉力F,这个拉力除以杆的截面积S,称为“线应力”,杆的伸长量dL除以原长L,称为“线应变”。线应力除以线应变就等于杨氏模量E=( F/S)/(dL/L)
(2)计算方法
计算刚度的理论分为小位移理论和大位移理论。
大位移理论根据结构受力后的变形位置建立平衡方程,得到的结果精确,但计算比较复杂。小位移理论在建立平衡方程时暂时先假定结构是不变形的,由此从外载荷求得结构内力以后,再考虑变形计算问题。
大部分机械设计都采用小位移理论。例如,在梁的弯曲变形计算中,因为实际变形很小,一般忽略曲率式中的挠度的一阶导数,而用挠度的二阶导数近似表达梁轴线的曲率。这样做的目的是将微分方程线性化,以大大简化求解过程;而当有几个载荷同时作用时,可分别计算每个载荷引起的弯曲变形后再叠加。
弹性模量及刚度关系
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1、弹性模量:
(1)定义
弹性模量:材料在弹性变形阶段内,正应力和对应的正应变的比值。
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。
但是总体来说,金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标,合金化、热处理(纤维组织)、冷塑性变形等对弹性模量的影响较小,温度、加载速率等外在因素对其影响也不大,所以一般工程应用中都把弹性模量作为常数。
弹性模量和刚度计算公式
弹性模量和刚度计算公式“弹性模量”的一般定义是:单向应力状态下应力除以该方向的应变。
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。
弹性模量的单位是达因每平方厘米。
计算公式:对弹性体施加一个整体的压强p,这个压强称为“体积应力”,弹性体的体积减少量(-dV)除以原来的体积V称为“体积应变”,体积应力除以体积应变就等于体积模量:K=P/(-dV/V)。
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σ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σs和强度极限σb,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,反映了材料塑性变形的能力。
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E A0,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。
刚度计算公式:k=P/δP是作用于结构的恒力,δ是由于力而产生的形变。
刚度的国际单位是牛顿每米(N/m)。
刚度是指材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力。
是材料或结构弹性变形难易程度的表征。
力学中的弹性模量与刚度
力学中的弹性模量与刚度弹性模量和刚度是力学中非常重要的两个概念。
它们分别衡量了物体在受力时的形变和变形能力。
本文将从定义、计算方法、应用领域等方面探讨这两个概念的内涵与外延。
一、弹性模量弹性模量(Elastic modulus)是物体在弹性变形过程中的应力和应变之比,它衡量了物体对应力的反应程度。
弹性模量能够描述物体的刚度和弹性特性。
常见的弹性模量有 Young's 模量、剪切模量、体积模量等。
其中 Young's 模量最为常用,在所有的工程弹性材料中都有应用。
计算 Young's 模量的方法为:$$E = \frac{\sigma}{\varepsilon}$$其中,$\sigma$ 表示物体所受应力,$\varepsilon$ 表示物体的应变。
这里,应变为物体原长 $L_0$ 与变形后长度 $L$ 的差与原长之比。
弹性模量越大,物体的刚度就越高。
例如,比较水和钢材的Young's 模量,水是4×$10^6$Pa,而钢材是200×$10^6$Pa,铁轨也是200×$10^6$Pa。
也就是说,铁轨和钢材的刚度要远远大于水的刚度,比水更难变形,还更容易恢复形状。
在工程领域,弹性模量的应用非常广泛。
例如,设计桥梁、汽车、房屋等结构时,需要考虑到材料的刚度,以保证结构的安全和稳定性。
此外,还有机械工程、电子学、医学等领域都有广泛的应用。
二、刚度刚度(Stiffness)指物体对力的反应能力。
它描述了物体变形的过程,即当外力作用于物体时,物体会发生形变,并向外施反力以抵抗外力。
刚度通常用 $k$ 表示。
刚度的计算方法为:$$k = \frac{F}{\Delta X}$$其中,$F$ 表示作用于物体上的力大小,$\Delta X$ 表示物体的变形长度。
刚度与弹性模量密切相关,可以用以下公式相互转换:$$E = \frac{kL_0}{S}$$其中,$L_0$ 是初始长度,$S$ 是截面积。
弹性模量与刚度关系
弹性模】(1)定义弹性模量:材料在弹性变形阶段内,正应力和对应的正应变的比值。
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。
“弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量,是一个总称,包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。
所以,“弹性模量”和“体积模量”是包含关系。
一般地讲,对弹性体施加一个外界作用(称为“应力”)后,弹性体会发生形状的改变(称为“应变”),“弹性模量”的一般定义是:应力除以应变。
例如:线应变——对一根细杆施加一个拉力F,这个拉力除以杆的截而积S,称为“线应力”,杆的伸长量dL除以原长L,称为“线应变”。
线应力除以线应变就等于杨氏模量E=( F/S)/(dL/L)剪切应变——对一块弹性体施加一个侧向的力f (通常是摩擦力),弹性体会由方形变成菱形,这个形变的角度a称为“剪切应变”,相应的力f除以受力面积S称为“剪切应力”。
剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量G=( f/S)/a体积应变——对弹性体施加一个整体的压强p,这个压强称为“体积应力”,弹性体的体积减少量(-dV)除以原来的体积V称为“体积应变”,体积应力除以体积应变就等于体积模量:K=P/(-dV/V) 在不易引起混淆时,一般金属材料的弹性模量就是指杨氏模量,即正弹性模量。
单位:E (弹性模量)吉帕(GPa)(2)影响因素弹性模量是工程材料重要的性能参数,从宏观角度来说,弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度,从微观角度来说,则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。
凡影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模量,如键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度等。
因合金成分不同、热处理状态不同、冷塑性变形不同等,金属材料的杨氏模量值会有5%或者更大的波动。
但是总体来说,金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标,合金化、热处理(纤维组织)、冷塑性变形等对弹性模量的影响较小,温度、加载速率等外在因素对其影响也不大,所以一般工程应用中都把弹性模量作为常数。
弹性体的杨氏模量与刚度分析
弹性体的杨氏模量与刚度分析引言:在物理学中,弹性体的杨氏模量与刚度是描述物体弹性特性的重要参数。
通过对弹性体的杨氏模量和刚度进行分析,可以深入了解材料的力学性质,为工程设计和材料研究提供指导。
本文将通过介绍弹性体、杨氏模量和刚度的基本概念,以及分析二者之间的关系,探讨弹性体的力学行为。
一、弹性体的基本概念弹性体是指在受到外力作用后能够恢复原状的物质。
其最显著的特征是在一定应力范围内,应变与应力成正比,即满足胡克定律。
弹性体常见于柔软的橡胶、橡皮和金属等材料,且其应变随外力消失时而消失。
二、杨氏模量的定义与计算杨氏模量是用来描述物质在受力后的弹性变形程度的参数。
它定义为单位截面积上的应力与应变之比。
计算杨氏模量的公式为:E = σ / ε,其中 E 表示杨氏模量,σ 表示应力,ε 表示应变。
三、刚度的定义与计算刚度是指弹性体在外力作用下所产生的抵抗力的大小。
刚度越大,表示物体对应力的反应越大,即越难弯曲和拉伸。
弹性体的刚度可以通过计算弹性模量和材料的几何形状来确定。
刚度与杨氏模量相关,其中刚度的计算公式为:k = E * A / L,其中 k 表示刚度,E 表示杨氏模量,A 表示截面积,L 表示长度。
四、弹性体的杨氏模量与刚度的关系从上述计算公式可以看出,弹性体的杨氏模量和刚度是相互关联的,它们之间存在直接的数学关系。
当其他条件不变时,杨氏模量越大,弹性体的刚度也越大,即对外力的反应能力更强。
反之,杨氏模量越小,弹性体的刚度也越小,对外力的反应能力相对较弱。
因此,弹性体的杨氏模量是衡量其刚度的重要指标。
五、工程应用与深入研究弹性体的杨氏模量和刚度在工程设计和材料研究中起到关键的作用。
在建筑结构设计中,需要根据材料的强度和刚度,选取合适的材料以满足结构设计的要求。
在汽车和航空航天领域,对弹性体的杨氏模量和刚度的研究可以优化材料的性能,提高整车的性能和耐久性。
同时,对于弹性体的杨氏模量和刚度的研究也可以深入探索材料的微观结构和物理性质。
刚度和弹模关系
刚度和弹模关系
刚度和弹性模量是两个在材料力学中非常重要的概念,它们之间存在密切的关系。
弹性模量是物质组分的性质,是物质微观的性质。
它表示了物体在受到外力作用时,应力与应变之间的比值。
具体来说,弹性模量E可以通过公式
E=σ/ε来定义,其中σ表示应力,ε表示应变。
刚度则是指物体或结构在受到外力作用时,抵抗变形的能力。
它是固体的性质,是物质宏观的性质。
材料的刚度可以通过使其产生单位变形所需的外力值来量度。
在材料力学中,弹性模量与横梁截面转动惯量的乘积表示为各类刚度,例如抗扭刚度GI和抗弯刚度EI。
这就表明,弹性模量和刚度之间存在比例关系。
另外,刚度和弹性模量之间的关系还受到许多因素的影响,如材料的几何形状、边界条件、加载方式等。
例如,对于一个细长的结构,其刚度可能会受到边界条件的影响,如支撑距离和支撑刚度等。
总的来说,刚度和弹性模量之间的关系是材料力学中一个重要的研究领域。
如需了解更多信息,建议查阅相关书籍或咨询材料学专家。
弹性模量和刚度关系
1、弹性模量:(1)定义弹性模量:材料在弹性变形阶段内,正应力和对应的正应变的比值。
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。
“弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量,是一个总称,包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。
所以,“弹性模量”和“体积模量”是包含关系。
一般地讲,对弹性体施加一个外界作用(称为“应力”)后,弹性体会发生形状的改变(称为“应变”),“弹性模量”的一般定义是:应力除以应变。
例如:线应变——对一根细杆施加一个拉力F,这个拉力除以杆的截面积S,称为“线应力”,杆的伸长量dL除以原长L,称为“线应变”。
线应力除以线应变就等于杨氏模量E=( F/S)/(dL/L)剪切应变——对一块弹性体施加一个侧向的力f(通常是摩擦力),弹性体会由方形变成菱形,这个形变的角度a称为“剪切应变”,相应的力f除以受力面积S称为“剪切应力”。
剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量G=( f/S)/a体积应变——对弹性体施加一个整体的压强p,这个压强称为“体积应力”,弹性体的体积减少量(-dV)除以原来的体积V称为“体积应变”,体积应力除以体积应变就等于体积模量: K=P/(-dV/V) 在不易引起混淆时,一般金属材料的弹性模量就是指杨氏模量,即正弹性模量。
单位:E(弹性模量)吉帕(GPa)(2)影响因素弹性模量是工程材料重要的性能参数,从宏观角度来说,弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度,从微观角度来说,则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。
凡影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模量,如键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度等。
因合金成分不同、热处理状态不同、冷塑性变形不同等,金属材料的杨氏模量值会有5%或者更大的波动。
但是总体来说,金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标,合金化、热处理(纤维组织)、冷塑性变形等对弹性模量的影响较小,温度、加载速率等外在因素对其影响也不大,所以一般工程应用中都把弹性模量作为常数。
弹性模量及刚度关系
1、弹性模量:(1)定义弹性模量:材料在弹性变形阶段内,正应力和对应的正应变的比值。
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。
“弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量,是一个总称,包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。
所以,“弹性模量”和“体积模量”是包含关系。
一般地讲,对弹性体施加一个外界作用(称为“应力”)后,弹性体会发生形状的改变(称为“应变”),“弹性模量”的一般定义是:应力除以应变。
例如:线应变——对一根细杆施加一个拉力F,这个拉力除以杆的截面积S,称为“线应力”,杆的伸长量dL除以原长L,称为“线应变”。
线应力除以线应变就等于杨氏模量E=( F/S)/(dL/L)剪切应变——对一块弹性体施加一个侧向的力f(通常是摩擦力),弹性体会由方形变成菱形,这个形变的角度a称为“剪切应变”,相应的力f除以受力面积S称为“剪切应力”。
剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量G=( f/S)/a体积应变——对弹性体施加一个整体的压强p,这个压强称为“体积应力”,弹性体的体积减少量(-dV)除以原来的体积V称为“体积应变”,体积应力除以体积应变就等于体积模量: K=P/(-dV/V)在不易引起混淆时,一般金属材料的弹性模量就是指杨氏模量,即正弹性模量。
单位:E(弹性模量)吉帕(GPa)(2)影响因素弹性模量是工程材料重要的性能参数,从宏观角度来说,弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度,从微观角度来说,则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。
凡影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模量,如键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度等。
因合金成分不同、热处理状态不同、冷塑性变形不同等,金属材料的杨氏模量值会有5%或者更大的波动。
但是总体来说,金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标,合金化、热处理(纤维组织)、冷塑性变形等对弹性模量的影响较小,温度、加载速率等外在因素对其影响也不大,所以一般工程应用中都把弹性模量作为常数。
弹性模量和刚度关系
1>弹性模量:(1) 定义弹性模量:材料在弹性变形阶段内,正应力和对应的正应变的比值。
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。
“弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量,是一个总称,包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。
所以,“弹性模量”和“体积模量”是包含关系。
一般地讲,对弹性体施加一个外界作用(称为“应力”)后,弹性体会发生形状的改变(称为“应变”),“弹性模量”的一般定头是:应力除以应变。
例如:线应变对一根细杆施加一个拉力F,这个拉力除以杆的截面积S,称为“线应力”,杆的伸长量dL除以原长L,称为“线应变”。
线应力除以线应变就等于杨氏模量E= ( F/S)/ (dL/L)剪切应变——对一块弹性体施加一个侧向的力f (通常是摩擦力),弹性体会由方形变成菱形,这个形变的角度a称为“剪切应变”, 相应的力f除以受力面积S称为“剪切应力”。
剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量G=( f/S)/a 体积应变——对弹性体施加一个整体的压強p,这个压强称为“体积应力”,弹性体的体积减少量(-dV)除以原来的体积V称为“体积应变”,体积应力除以体积应变就等于体积模量:K 二P/ (-dV/V)在不易引起混淆时,一般金属材料的弹性模量就是指杨氏模量,即正弹性模量。
单位:E (弹性模量)吉帕(GPa)(2) 影响因素弹性模量是工程材料重要的性能参数,从宏观角度来说,弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度,从微观角度来说,则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。
凡影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模量,如键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度等。
因合金成分不同、热处理状态不同、冷塑性变形不同等,金属材料的杨氏模量值会有5%或者更大的波动。
但是总体来说,金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标,合金化、热处理(纤维组织)、冷塑性变形等对弹性模量的影响较小,温度、加载速率等外在因素对其影响也不大,所以一般工程应用中都把弹性模量作为常数。
弹性模量及刚度关系
1、弹性模量:(1)定义弹性模量:材料在弹性变形阶段内,正应力和对应的正应变的比值。
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。
“弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量,是一个总称,包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。
所以,“弹性模量”和“体积模量”是包含关系。
一般地讲,对弹性体施加一个外界作用(称为“应力”)后,弹性体会发生形状的改变(称为“应变”),“弹性模量”的一般定义是:应力除以应变。
例如:线应变——对一根细杆施加一个拉力F,这个拉力除以杆的截面积S,称为“线应力”,杆的伸长量dL除以原长L,称为“线应变”。
线应力除以线应变就等于杨氏模量E=( F/S)/(dL/L)剪切应变——对一块弹性体施加一个侧向的力f(通常是摩擦力),弹性体会由方形变成菱形,这个形变的角度a称为“剪切应变”,相应的力f除以受力面积S称为“剪切应力”。
剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量G=( f/S)/a体积应变——对弹性体施加一个整体的压强p,这个压强称为“体积应力”,弹性体的体积减少量(-dV)除以原来的体积V称为“体积应变”,体积应力除以体积应变就等于体积模量: K=P/(-dV/V)在不易引起混淆时,一般金属材料的弹性模量就是指杨氏模量,即正弹性模量。
单位:E(弹性模量)吉帕(GPa)(2)影响因素弹性模量是工程材料重要的性能参数,从宏观角度来说,弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度,从微观角度来说,则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。
凡影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模量,如键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度等。
因合金成分不同、热处理状态不同、冷塑性变形不同等,金属材料的杨氏模量值会有5%或者更大的波动。
但是总体来说,金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标,合金化、热处理(纤维组织)、冷塑性变形等对弹性模量的影响较小,温度、加载速率等外在因素对其影响也不大,所以一般工程应用中都把弹性模量作为常数。
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1、弹性模量:
(1)定义
弹性模量:材料在弹性变形阶段内,正应力与对应得正应变得比值。
材料在弹性变形阶段,其应力与应变成正比例关系(即符合胡克定律),其比例系数称为弹性模量。
“弹性模量”就是描述物质弹性得一个物理量,就是一个总称,包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。
所以,“弹性模量”与“体积模量”就是包含关系。
一般地讲,对弹性体施加一个外界作用(称为“应力”)后,弹性体会发生形状得改变(称为“应变”),“弹性模量”得一般定义就是:应力除以应变。
例如:
线应变——对一根细杆施加一个拉力F,这个拉力除以杆得截面积S,称为“线应力”,杆得伸长量dL除以原长L,称为“线应变”。
线应力除以线应变就等于杨氏模量E=( F/S)/(dL/L)
剪切应变——对一块弹性体施加一个侧向得力f(通常就是摩擦力),弹性体会由方形变成菱形,这个形变得角度a称为“剪切应变”,相应得力f除以受力面积S称为“剪切应力”。
剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量G=( f/S)/a
体积应变——对弹性体施加一个整体得压强p,这个压强称为“体积应力”,弹性体得体积减少量(dV)除以原来得体积V称为“体积应
变”,体积应力除以体积应变就等于体积模量: K=P/(dV/V) 在不易引起混淆时,一般金属材料得弹性模量就就是指杨氏模量,即正弹性模量。
单位:E(弹性模量)吉帕(GPa)
(2)影响因素
弹性模量就是工程材料重要得性能参数,从宏观角度来说,弹性模量就是衡量物体抵抗弹性变形能力大小得尺度,从微观角度来说,则就是原子、离子或分子之间键合强度得反映。
凡影响键合强度得因素均能影响材料得弹性模量,如键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度等。
因合金成分不同、热处理状态不同、冷塑性变形不同等,金属材料得杨氏模量值会有5%或者更大得波动。
但就是总体来说,金属材料得弹性模量就是一个对组织不敏感得力学性能指标,合金化、热处理(纤维组织)、冷塑性变形等对弹性模量得影响较小,温度、加载速率等外在因素对其影响也不大,所以一般工程应用中都把弹性模量作为常数。
(3)意义
弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度得指标,其值越大,使材料发生一定弹性变形得应力也越大,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。
弹性模量E就是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要
得应力。
它就是反映材料抵抗弹性变形能力得指标,相当于普通弹簧中得刚度。
2、刚度
(1)定义
刚度:结构或构件抵抗弹性变形得能力,用产生单位应变所需得力或力矩来量度。
、
转动刚度(k):——k=M/θ
其中,M为施加得力矩,θ为旋转角度。
其她得刚度包括:拉压刚度(Tension and pressionstiffness)、轴力比轴向线应变(EA)、剪切刚度(shear stiffness)、剪切力比剪切应变(GA)、扭转刚度(torsional stiffness)、扭矩比扭应变(GI)、弯曲刚度(bending stiffness)、弯矩比曲率(EI)
(2)计算方法
计算刚度得理论分为小位移理论与大位移理论。
大位移理论根据结构受力后得变形位置建立平衡方程,得到得结果精确,但计算比较复杂。
小位移理论在建立平衡方程时暂时先假定结构就是不变形得,由此从外载荷求得结构内力以后,再考虑变形计算问题。
大部分机械设计都采用小位移理论。
例如,在梁得弯曲变形计算中,因为实际变形很小,一般忽略曲率式中得挠度得一阶导数,而用挠
度得二阶导数近似表达梁轴线得曲率。
这样做得目得就是将微分方程线性化,以大大简化求解过程;而当有几个载荷同时作用时,可分别计算每个载荷引起得弯曲变形后再叠加。
(3)分类及意义
静载荷下抵抗变形得能力称为静刚度。
动载荷下抵抗变形得能力称为动刚度,即引起单位振幅所需得动态力。
如果干扰力变化很慢(即干扰力得频率远小于结构得固有频率),动刚度与静刚度基本相同。
干扰力变化极快(即干扰力得频率远大于结构得固有频率时),结构变形比较小,即动刚度比较大。
当干扰力得频率与结构得固有频率相近时,有共振现象,此时动刚度最小,即最易变形,其动变形可达静载变形得几倍乃至十几倍。
构件变形常影响构件得工作,例如齿轮轴得过度变形会影响齿轮啮合状况,机床变形过大会降低加工精度等。
影响刚度得因素就是材料得弹性模量与结构形式,改变结构形式对刚度有显著影响。
刚度计算就是振动理论与结构稳定性分析得基础。
在质量不变得情况下,刚度大则固有频率高。
静不定结构得应力分布与各部分得刚度比例有关。
在断裂力学分析中,含裂纹构件得应力强度因子可根据柔度求得。
3、弹性模量与刚度关系
一般来说,刚度与弹性模量就是不一样得。
弹性模量就是物质组
分得性质;而刚度就是固体得性质。
也就就是说,弹性模量就是物质微观得性质,而刚度就是物质宏观得性质。
材料力学中,弹性模量与横梁截面转动惯量得乘积表示为各类刚度,如GI为抗扭刚度,EI为抗弯刚度
刚度
受外力作用得材料、构件或结构抵抗变形得能力。
材料得刚度由使其产生单位变形所需得外力值来量度。
各向同性材料得刚度取决于它得弹性模量E与剪切模量G(见胡克定律)。
结构得刚度除取决于组成材料得弹性模量外,还同其几何形状、边界条件等因素以及外力得作用形式有关。
分析材料与结构得刚度就是工程设计中得一项重要工作。
对于一些须严格限制变形得结构(如机翼、高精度得装配件等),须通过刚度分析来控制变形。
许多结构(如建筑物、机械等)也要通过控制刚度以防止发生振动、颤振或失稳。
另外,如弹簧秤、环式测力计等,须通过控制其刚度为某一合理值以确保其特定功能。
在结构力学得位移法分析中,为确定结构得变形与应力,通常也要分析其各部分得刚度。
刚度就是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形得能力。
零件得刚度(或称刚性)常用单位变形所需得力或力矩来表示,刚度得大小取决于零件得几何形状与材料种类(即材料得弹性模量)。
刚度要求对于某些弹性变形量超过一定数值后,会影响机器工作质量得零件尤为重要,如机床得主轴、导轨、丝杠等。
强度
金属材料在外力作用下抵抗永久变形与断裂得能力称为强度。
按外力作用得性质不同,主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等,工程常用得就是屈服强度与抗拉强度,这两个强度指标可通过拉伸试验测出
强度就是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度得残余变形得能力。
也就就是说,强度就是衡量零件本身承载能力(即抵抗失效能力)得重要指标。
强度就是机械零部件首先应满足得基本要求。
机械零件得强度一般可以分为静强度、疲劳强度(弯曲疲劳与接触疲劳等)、断裂强度、冲击强度、高温与低温强度、在腐蚀条件下得强度与蠕变、胶合强度等项目。
强度得试验研究就是综合性得研究,主要就是通过其应力状态来研究零部件得受力状况以及预测破坏失效得条件与时机。
强度就是指材料承受外力而不被破坏(不可恢复得变形也属被破坏)得能力、根据受力种类得不同分为以下几种:
(1)抗压强度材料承受压力得能力、
(2)抗拉强度材料承受拉力得能力、
(3)抗弯强度材料对致弯外力得承受能力、
(4)抗剪强度材料承受剪切力得能力、。