
【机】 modulus of rigidity
exactly; immediately; just; strong; firm
frank; hasty; lead; modulus; quotiety; rash; rate; ratio; usually
【医】 rate
【经】 rater.
在材料力学中,刚性率(Shear Modulus)是描述固体材料抵抗剪切变形能力的物理量,其定义为剪切应力与剪切应变的比值。该参数的国际标准符号为$G$,计算公式可表示为: $$ G = frac{tau}{gamma} $$ 其中$tau$为剪切应力,$gamma$为剪切应变。
根据美国材料试验协会标准ASTM E143-20,刚性率在工程领域具有重要应用价值,主要用于:
《材料科学基础》(徐祖耀著,高等教育出版社)指出,常见材料的刚性率存在显著差异:钛合金约45GPa,铝合金26GPa,低碳钢77GPa,橡胶仅0.0003GPa。这种差异直接决定了材料在工程应用中的不同用途,例如高刚性率的钢材适用于承重结构,而低刚性率的橡胶则用于减震元件。
国际标准组织ISO 6721-2:2019规定了动态力学分析法测量刚性率的实验规范,通过施加交变剪切力并测量材料相位响应,可获得精确的模量数据。这种方法在航空航天材料检测领域具有重要应用价值。
“刚性率”是材料力学中的一个专业术语,通常指材料的剪切模量(Shear Modulus),用于衡量材料在剪切应力作用下抵抗弹性变形的能力。以下是详细解释:
定义
剪切模量表示材料在受剪切力时,单位面积的切应力(τ)与相应的切应变(γ)之间的比例关系。其数学表达式为:
$$
G = frac{tau}{gamma}
$$
其中,( G )为剪切模量,单位为帕斯卡(Pa)。
物理意义
刚性率越高,材料在剪切力作用下越难发生形变。例如,金属的剪切模量通常较高(如钢约为79 GPa),而橡胶的剪切模量极低(约0.001 GPa),因此橡胶更容易被剪切变形。
与其他弹性参数的关系
剪切模量与杨氏模量(( E ))、体积模量(( K ))和泊松比((
u ))相关联,常见关系式为:
$$
G = frac{E}{2(1+
u)}
$$
这组参数共同描述了材料的弹性行为。
应用领域
剪切模量在工程设计中至关重要,例如机械结构抗剪切设计、地震波传播分析(横波速度与剪切模量直接相关)等。
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