
【機】 modulus of rigidity
exactly; immediately; just; strong; firm
frank; hasty; lead; modulus; quotiety; rash; rate; ratio; usually
【醫】 rate
【經】 rater.
在材料力學中,剛性率(Shear Modulus)是描述固體材料抵抗剪切變形能力的物理量,其定義為剪切應力與剪切應變的比值。該參數的國際标準符號為$G$,計算公式可表示為: $$ G = frac{tau}{gamma} $$ 其中$tau$為剪切應力,$gamma$為剪切應變。
根據美國材料試驗協會标準ASTM E143-20,剛性率在工程領域具有重要應用價值,主要用于:
《材料科學基礎》(徐祖耀著,高等教育出版社)指出,常見材料的剛性率存在顯著差異:钛合金約45GPa,鋁合金26GPa,低碳鋼77GPa,橡膠僅0.0003GPa。這種差異直接決定了材料在工程應用中的不同用途,例如高剛性率的鋼材適用于承重結構,而低剛性率的橡膠則用于減震元件。
國際标準組織ISO 6721-2:2019規定了動态力學分析法測量剛性率的實驗規範,通過施加交變剪切力并測量材料相位響應,可獲得精确的模量數據。這種方法在航空航天材料檢測領域具有重要應用價值。
“剛性率”是材料力學中的一個專業術語,通常指材料的剪切模量(Shear Modulus),用于衡量材料在剪切應力作用下抵抗彈性變形的能力。以下是詳細解釋:
定義
剪切模量表示材料在受剪切力時,單位面積的切應力(τ)與相應的切應變(γ)之間的比例關系。其數學表達式為:
$$
G = frac{tau}{gamma}
$$
其中,( G )為剪切模量,單位為帕斯卡(Pa)。
物理意義
剛性率越高,材料在剪切力作用下越難發生形變。例如,金屬的剪切模量通常較高(如鋼約為79 GPa),而橡膠的剪切模量極低(約0.001 GPa),因此橡膠更容易被剪切變形。
與其他彈性參數的關系
剪切模量與楊氏模量(( E ))、體積模量(( K ))和泊松比((
u ))相關聯,常見關系式為:
$$
G = frac{E}{2(1+
u)}
$$
這組參數共同描述了材料的彈性行為。
應用領域
剪切模量在工程設計中至關重要,例如機械結構抗剪切設計、地震波傳播分析(橫波速度與剪切模量直接相關)等。
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