一般地讲,对
弹性体施加一个外界
作用力,弹性体会发生形状的改变(称为“形变”),“弹性模量”的一般定义是:单向
应力状态下应力除以该方向的应变。
对一块
弹性体施加一个侧向的力(通常是
摩擦力),弹性体会由方形变成菱形,这个形变的角度称为“剪切应变”,相应的力除以受力面积称为“剪切应力”。
剪切应力除以
剪切应变就等于剪切模量
对弹性体施加一个整体的压强,这个压强称为体积应力,弹性体的体积减少量除以原来的体积称为
体积应变,体积应力除以体积应变就等于
体积模量:
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(
显微组织)、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。
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,用表示。定义为理想材料有小
形变时应力与相应的应变之比。以单位面积上承受的力表示,单位为。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,用表示;压缩形变时的模量称为
压缩模量,用表示。模量的倒数称为
柔量,用表示。
拉伸试验中得到的
屈服极限和
强度极限,反映了材料对力的作用的承受能力,而
延伸率或
截面收缩率,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:
由上式可见,要想提高零件的刚度,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,弹性模量是经常要用到的一个重要力学性能指标。
但是与材料缠绕形状有一定关系,比如将一根弹模已知的钢丝绕成一根弹簧,则弹模会改变,或者多根钢丝捻制成
绞线,把他当成一个整体来检测弹性模量,其整体弹模与材料本身的弹模是不一样的。