),其比例系数称为弹性模量。弹性模量的单位是达因每平方厘米。“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。
目录
- 定义
- 意义:
- 说明:
- 弹性模量:
定义
拼音:tanxingmoliang
英文名称:Elastic Modulus,
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。例如:
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)/(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)/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:
K=P/(-dV/V)
在不易引起混淆时,一般
金属材料的弹性模量就是指杨氏模量,即正弹性模量。
单位:E(弹性模量)吉帕(GPa)
意义:
弹性模量是工程材料重要的性能参数,从
宏观角度来说,弹性模量是衡量
物体抵抗弹性变形能力大小的尺度,从微观角度来说,则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。凡影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模量,如键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度等。因
合金成分不同、热处理
状态不同、冷
塑性变形不同等,金属材料的杨氏模量值会有5%或者更大的波动。但是总体来说,金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标,合金化、热处理(纤维组织)、冷塑性变形等对弹性模量的影响较小,温度、加载速率等外在因素对其影响也不大,所以一般工程应用中都把弹性模量作为常数。
弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标,其值越大,使材料发生一定弹性变形的应力也越大,即
材料刚度越大,亦即在一定应力作用下,发生弹性变形越小。弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标,相当于普通弹簧中的
刚度。
说明:
又称杨氏
模量,弹性材料的一种最重要、最具特征的力学性质,是物体弹性变形难易程度的表征,用E表示。定义为理想材料有小形变时应力与相应的应变之比。E以单位面积上承受的力表示,单位为牛/米^2。模量的性质依赖于形变的性质。
剪切形变时的模量称为剪切模量,用G表示;压缩形变时的模量称为压缩模量,用K表示。模量的倒数称为
柔量,用J表示。
拉伸试验中得到的
屈服极限бs和强度极限бb
,反映了材料对力的作用的承受能力,而
延伸率δ
或截面收缩率ψ,反映了材料塑性变形的能力。为了表示材料在弹性范围内抵抗变形的难易程度,在实际
工程结构中,材料弹性模量E的意义通常是以零件的刚度体现出来的,这是因为一旦零件按应力设计定型,在弹性变形范围内的服役过程中,是以其所受负荷而产生的变形量来判断其刚度的。一般按引起单位应变的负荷为该零件的刚度,例如,在拉压构件中其刚度为:
式中 A0为零件的
横截面积。
由上式可见,要想提高零件的刚度E
A0,亦即要减少零件的弹性变形,可选用高弹性模量的材料和适当加大承载的横截面积,刚度的重要性在于它决定了零件服役时
稳定性,对细长杆件和薄壁构件尤为重要。因此,构件的理论分析和设计计算来说,弹性模量E是经常要用到的一个重要力学性能指标。
在弹性范围内大多数材料服从胡克定律,即变形与受力成正比。纵向应力与纵向应变的比例常数就是材料的弹性模量E,也叫杨氏模量。
弹性模量 在
比例极限内,材料所受应力如拉伸,压缩,弯曲,扭曲,剪切等)与材料产生的相应应变之比,用牛/米^2表示
。
弹性模量:
材料的抗弹性变形的一个量,材料刚度的一个指标。
弹性模量E=2.06e11Pa=206GPa (e11表示10的11次方)
它只与材料的化学成分有关,与温度有关。与其组织变化无关,与热处理状态无关。各种钢的弹性模量差别很小,金属合金化对其弹性模量影响也很小。
1兆帕(MPa)=145磅/英寸2(psi)=10.2千克/厘米2(kg/cm2)=10巴(bar)=9.8大气压(atm)
1磅/英寸2(psi)=0.006895兆帕(MPa)=0.0703千克/厘米2(kg/cm2)=0.0689巴(bar)=0.068大气压(atm)
1巴(bar)=0.1兆帕(MPa)=14.503磅/英寸2(psi)=1.0197千克/厘米2(kg/cm2)=0.987大气压(atm)
1大气压(atm)=0.101325兆帕(MPa)=14.696磅/英寸2(psi)=1.0333千克/厘米2(kg/cm2)=1.0133巴(bar)
惯性矩
目录
- 惯性矩
结构构件惯性矩Ix
结构构件惯性矩Iy
- 静矩
- 截面惯性矩
- 截面极惯性矩
- 相互关系
- 展开
- 惯性矩
结构构件惯性矩Ix
结构构件惯性矩Iy
- 静矩
- 截面惯性矩
- 截面极惯性矩
- 相互关系
- 展开
惯性矩
惯性矩是一个物理量,通常被用作描述一个物体抵抗扭动,扭转的能力。惯性矩的国际单位为(m^4)。
面积元素dA与其至z轴或y轴距离平方的乘积y^2dA或z^2dA,分别称为该面积元素对于z轴或y轴的惯性矩或截面二次轴矩。
对Z轴的惯性矩:IZ=∫Ay^2dA(积分式如左图)
对Y轴的惯性矩:
Iy=∫Az^2dA
截面对任意一对互相垂直轴的惯性矩之和,等于截面对该二轴交点的
极惯性矩。
极惯性矩常用计算公式:Ip=∫Aρ^2dA
矩形对于中线(垂直于h边的中轴线)的惯性矩:b*h^3/12
三角形:b*h^3/36
圆形对于圆心的惯性矩:π*d^4/64
环形对于圆心的惯性矩:π*D^4*(1-α^4)/64;α=d/D
d^4表示d的4次方。
需要明确因为坐标系不同计算公式也不尽相同。
结构构件惯性矩Ix
结构设计和计算过程中,构件惯性矩Ix为截面各微元面积与各微元至与X轴线平行或重合的中和轴距离二次方乘积的积分。主要用来计算弯矩作用下绕X轴的截面抗弯刚度。
结构构件惯性矩Iy
结构设计和计算过程中,构件惯性矩Iy为截面各微元面积与各微元至与Y轴线平行或重合的中和轴距离二次方乘积的积分。主要用来计算弯矩作用下绕Y轴的截面抗弯刚度。
静矩
静矩(面积X面内轴一次)
把微元面积与各微元至截面上指定轴线距离乘积的
积分称为截面的对指定轴的静矩Sx=ydA。
静矩就是面积矩,是构件的一个重要的截面特性,是截面或截面上某一部分的面积乘以此面积的型心到整个截面的型心轴之间的距离得来的,是用来计算应力的。
注意:
惯性矩是乘以距离的二次方,静矩是乘以距离的一次方,惯性矩和面积矩(静矩)是有区别的。
截面惯性矩
截面惯性矩(I=截面面积X截面轴向长度的二次方)
截面惯性矩:the area moment of inertia
characterized an object's ability to resist bending and is
required to calculate displacement.
截面各微元面积与各微元至截面某一指定轴线距离二次方乘积的积分Ix= y^2dF.
截面极惯性矩
截面极惯性矩(Ip=面积X垂直轴二次)。
扭转惯性矩Ip: the torsional moment of inertia
极惯性矩:the polar moment of inertia
截面各微元面积与各微元至某一指定截面距离二次方乘积的积分Ip= P↑2dF。
a quantity to predict an object's ability to resist torsion, to
calculate the angular displacement of an object subjected to a
torque.
相互关系
截面惯性矩和极惯性矩的关系
截面对任意一对互相垂直轴的惯性矩之和,等于截面对该二轴交点的极惯性矩Ip=Iy+Iz。
临界力
目录
- 概念
- 计算公式
- 案例解析
概念
在建筑工程结构力学中,设某细长杆件,承受轴向应力(压应力)P,当轴向应力P增加到一定程度P'(小于许压应力)时,压杆的直线平衡状态开始失去稳定,产生弯曲变形,这个力具有临界的性质,因此称为临界力。临界力大小与杆件的材料、长度、截面形状尺寸以及杆端的约束情况有关。
计算公式
P'=π2EI/L2 即:Pij等于3.14的平方乘以E 和I 与L的平方之比.
式子中Pij表示临界力 ;E表示弹性模量; I 表示惯性矩
临界力Pij的大小与下列因素有关:
![弹性模量、惯性矩、</a> 弹性模量、惯性矩、临界力、临界应力、回转半径]()