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杨氏模量(弹性模量)

1807-01-01
  • Thomas Young
历史悠久的材料科学实验室中的拉伸试验设备。

(图片仅供参考)

杨氏模量(E)用于量化固体材料的刚度,即其抗拉强度与横向模量的比值。 压力 应力-应变曲线弹性(线性)区域内,应变([latex]\sigma[/latex])与伸长应变([latex]\epsilon[/latex])之间的关系由下列公式定义: 虎克定律[latex]E = \frac{\sigma}{\epsilon}[/latex]。较高的弹性模量表明材料更坚硬,即在给定弹性变形量下需要更大的应力。.

杨氏模量是材料固有的基本属性,适用于各向同性且线弹性的材料。该值通过拉伸试验中应力-应变曲线初始直线段的斜率确定。该区域称为弹性区,当载荷解除时材料将恢复原状。 公式 [latex]E = \frac{\sigma}{\epsilon} = \frac{F/A_0}{\Delta L/L_0}[/latex] 建立了应力(单位初始横截面积A₀上的力F)与应变(长度变化ΔL与原始长度L₀之比)之间的关系。 该概念源于胡克定律——在相对小变形范围内,拉伸或压缩弹簧所需的力与伸长或压缩距离成正比。19世纪初,托马斯·杨将这一原理拓展至材料固有特性研究,而非仅限于弹簧等物体的行为。这一突破性进展推动材料科学从经验观察迈向定量研究。 该模量虽随温度和压力变化,但在标准条件下的多数工程应用中仍被视为常数。它是预测构件受力变形的关键参数,对设计从桥梁到微芯片等安全可靠的结构至关重要。.

UNESCO Nomenclature: 3313
- 材料科学

类型

物理特性

中断

基础

用法

广泛使用

前体

  • 罗伯特·虎克的弹性定律(1678年)
  • 莱昂哈德·欧拉关于柱体屈曲的研究(1757年)
  • 应力和应变概念的发展

应用程序

  • 结构工程中梁挠度计算
  • 有限元 有限元分析(FEA)模拟
  • design of springs and 紧固件
  • 航空航天工程的材料选择
  • 用于骨骼和组织建模的生物力学

专利:

NA

潜在创新理念

  • 开发具有定制刚度的先进复合材料
  • 微机电系统设计(微机电系统) with precise mechanical responses
  • 创造具有负模量或零模量的超材料
  • 极端环境下材料失效的预测模型
  • 柔性机器人的仿生设计
  • 超声波 non-destructive testing for modulus measurement
  • 用于自适应结构的可调刚度材料
  • 3D打印具有分级弹性特性的部件
  • 抗震建筑设计
  • 基于材料刚度的声透镜设计
Related to: Young’s modulus, elasticity, stiffness, stress, strain, Hooke’s law, tensile testing, material property, mechanical engineering, 固体力学.

历史背景

杨氏模量(弹性模量)

-500
1700
1761
1807-01-01
1850
1850
1850
-250
-500
1750
1788
1834
1850
1850
1850

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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