ANSYS中几个概念解释 杨氏模量 弹性模量 剪切模量 体积模量 强度 刚度 泊松比

杨氏模量、弹性模量、剪切模量、体积模量、强度、刚度，泊松比

“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σ（正应

力）＝E ε（正应变）成立，式中σ为正应力，ε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（

ThomasYoung1773～1829）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。钢的杨氏模量大约为

2×1011N?m -2，C30混凝土是3.00×1010N?m -2。弹性模量（ElasticModulus ）E ——

弹性模量E 是指材料在弹性变形范围内，

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，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 是在比例极限内，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，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、压缩弹性模量等。剪切模量G （ShearModulus ）——

剪切模量是指剪切应力与剪切应变之比，

它表征材料抵抗切应变的能力。模量大，则表示材料的刚性强。

剪切模数G 是材料的基本物理特性参数之一，可表示材料剪切变形的难易程度；与杨

氏（压缩、拉伸）弹性模量

E 、泊桑比ν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=τ/γ，其中G （Mpa ）为切变弹性模量；τ为剪切应力（Mpa ）；γ为剪切应变（弧度）。

混凝土的剪切模量G 可取等于0.425E

，Ｅ是混凝土的弹性模量。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。

），其中E为弹性模量，ｖ为泊松比。

公式如下K＝E/（3×（1-2×v）

物体在p0的压力下体积为V0，若压力增加（ｐ0→ｐ0+dP），则体积减小为（Ｖ0-dV）。

则K=（ｐ0+dP）/（Ｖ0-dV）被称为该物体的体积模量。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（1-2μ）

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'是指在一个变化周期内所储存能量的能力，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——

截面模量又称为截面系数或截面抵抗矩，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。

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）和断裂的能力（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。

拉伸强度和拉伸模量的比较：○1单位都是MPa或GPa；○2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。

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

仅与材料本身的性质有关，而且与构件或结构的截面和形状有关。

刚度越高，物体表现的越“硬”。对不同的情况来说，刚度的表示方法不同，比如静态

刚度、动态刚度、环刚度等。一般来说，刚度的单位是牛顿/米，或者牛顿/毫米，表示产生单位长度形变所需要施加的力。

法向刚度、剪切刚度的单位同样是N/m或N/mm，差别在于力的方向不同

刚度一般用弹性模量的大小E来表示。而E的大小一般与原子间作用力有关，与组织

状态关系不大。通常钢和铸铁的弹性模量差别很小，即它们的刚性几乎一样，但它们的强度

差别却很大。

“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。

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=E（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=G×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：

p=K（-dV/V）

注：液体只有体积模量，其他弹性模量都为零，所以就用弹性模量代指体积模量。