
【化】 modulus
在材料科學與物理學中,"模量"(Modulus)是描述材料抵抗形變能力的量化指标。根據受力形式的不同,可分為以下四類核心模量:
彈性模量(Elastic Modulus) 又稱楊氏模量(Young's Modulus),計算公式為: $$ E = frac{sigma}{varepsilon} $$ 其中$sigma$為應力,$varepsilon$為應變。該指标反映材料在拉伸或壓縮時的剛度,例如鋼材的彈性模量約為200 GPa(來源:《材料力學基礎》高等教育出版社)。
剪切模量(Shear Modulus) 表征材料抵抗剪切變形的能力,計算公式: $$ G = frac{tau}{gamma} $$ $tau$為剪應力,$gamma$為剪應變。銅的剪切模量約45 GPa(來源:ASM International《金屬手冊》)。
體積模量(Bulk Modulus) 描述材料在均勻壓力下的體積彈性: $$ K = -Vfrac{Delta P}{Delta V} $$ 水的體積模量約為2.2 GPa(來源:CRC《化學與物理手冊》)。
泊松比(Poisson's Ratio) 雖然不是嚴格意義上的模量,但與上述參數存在關聯: $$
u = -frac{varepsilon{text{橫向}}}{varepsilon{text{軸向}}} $$ 典型金屬材料的泊松比介于0.25-0.35之間(來源:ASTM E111标準文件)。
這些參數共同構成材料力學性能的基礎評價體系,廣泛應用于建築工程、機械制造和生物醫學工程領域。實際應用中需注意:①溫度對模量的影響可達10%-20%;②各向異性材料的模量具有方向性特征。
模量是材料力學中的核心概念,用于描述材料抵抗變形的能力。以下為綜合解釋:
section*{定義與基本概念} 模量是材料在受力狀态下應力(σ)與應變(ε)的比值,數學表達式為: $$ E = frac{sigma}{varepsilon} $$ 其中E為彈性模量(楊氏模量)。其倒數稱為柔量(J),表示材料易變形程度。
section*{主要類型}
彈性模量(E)
衡量彈性變形難易程度,值越大材料剛度越高。鋼的E約200GPa,橡膠僅幾MPa。
剪切模量(G)
描述材料抵抗剪切變形的能力,公式:
$$
G = frac{tau}{gamma}
$$
(τ為剪應力,γ為剪應變)。
體積模量(K)
表征材料抗壓縮能力,表達式:
$$
K = -Vfrac{Delta P}{Delta V}
$$
(ΔP為壓力變化,ΔV為體積變化)。
section*{物理意義}
• 工業應用:橋梁用高E鋼材可減少彈性變形
• 材料選擇:橡膠低E值使其適合制造減震部件
• 理論價值:彈性模量是原子間結合力的宏觀體現
注:以上内容綜合自百科權威定義及工程應用文獻,實際測試需參照ASTM等标準規範。
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