模量是指材料在受力狀態下應力與應變之比。模量的倒數稱為柔量,用J表示。我們通常所說的模量都是彈性模量,彈性模量可視為衡量材料產生彈性變形難易程度的指標,其值越大,使材料發生一定彈性變形的應力也越大,即材料剛度越大,亦即在一定應力作用下,發生彈性變形越小。
常見的彈性模量又分為楊氏模量(E)、剪切模量(G)、體積模量(K)等等,下面力晶小邵為大家逐一介紹。
1、楊氏模量E(Young’s Modulus)
楊氏模量是描述固體材料抵抗形變能力的物理量。當一條長度為L、截面積為S的金屬絲在力F作用下伸長ΔL時,F/S稱為應力,其物理意義是金屬絲單位截面積所受到的力;ΔL/L稱為應變,其物理意義是金屬絲單位長度所對應的伸長量。楊氏模量又稱拉伸模量(tensile modulus),是彈性模量中最常見的一種。楊(Thomas Young1773~1829) 于1807年提出了沿縱向彈性模量的定義,后來有人將縱向彈性模量稱為楊氏模量。
楊氏模量一般可以通過帶有引伸計的材料試驗機或者動態熱機械分析儀(DMA)等測試獲得。
2、剪切模量G(Modulus Of Rigidity)
剪切模量又稱切變模量或剛性模量,是處于剪切應力作用下,在彈性變形比例極限范圍內,切應力與切應變的比值,表征材料抵抗切應變的能力,剪切模量越大則表示材料的剛性越強。剪切模量的倒數稱為剪切柔量,是單位剪切力作用下發生切應變的量度。
剪切模量一般通過旋轉流變儀測試獲得。常有人會疑惑,不清楚旋轉流變儀測試模量和DMA測試模量有什么不同,根據多年的從業經驗,下面為大家歸納幾點區別:
① DMA測試時的施力方向為垂直方向,而流變儀施加的是水平方向上的力。流變儀的測試符合層流場理論,可以獲得流變曲線,而DMA測試則與層流場無關。
② DMA一般用于測試高模量的樣品,樣品模量一般在10e8 Pa以上;而流變儀則用于測試中低模量樣品,以壓敏膠測試為例,從-20℃(10e9 Pa)到150℃(100 Pa左右)都可勝任。
③ DMA測試時一般需要將樣品制成一定規格的樣條,流變儀測模量試時一般采用平板轉子,無需制樣。
④ DMA可以施加正弦波之外的多種波形,流變儀一般都是施加正弦波。
目前市場上也有流變儀附加了DMA功能以達到兼顧測量剪切模量和楊氏模量的目的,但是此功能在精度上還是無法和正真的DMA儀器相比的。
3、體積模量K(Bulk Modulus)
體積模量是用來反映物體的體應變與平均應力(某一點三個主應力的平均值)之間關系的物理量,可描述均質各向同性固體的彈性,用于表征材料的不可壓縮性。
對于各向同性材料的體積模量K、楊氏模量E、泊松比v,有如下關系:E=3K(1-2v),其體積模量一般可以通過上述公式計算獲得。
4、壓縮模量(Compression Modulus)
壓縮模量是物體在受壓縮時壓應力與壓縮應變的比值,壓縮模量越大,壓縮性越小,實驗上可由應力-應變曲線起始段的斜率確定。徑向同性材料的壓縮模量值常與其楊氏模量值近似相等,其一般可以通過材料試驗機測試獲得。
5、切線模量(Tangent Modulus)
切線模量就是材料屈服極限、強度極限之間的曲線斜率,用于研究鋼材在彈塑性階段的工作性能。切線模量大小與應力水平有關,應力越高,切線模量越低,一般可以通過材料試驗機測試后計算獲得。
6、截面模量
截面模量又稱為截面系數或截面抵抗矩等,是截面對其形心軸慣性矩與截面上最遠點至形心軸距離的比值,用于表示構件截面抵抗某種變形的能力,不同形狀的截面計算公式不同,與材料本身的性質無關。
上述介紹不知道大家是否已經都清楚了,如果還有任何問題歡迎致電上海力晶咨詢!