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应力,应变和弹性模量是什么意思,它与碳纤维
发布时间:2020-08-26 15:06 | 浏览次数:




弹性模量又称“杨氏模量”或“拉伸模量”

弹性模量是在一定应力下,材料在施加应力下对弹性(非永久性)变形的抵抗力的度量。这也可以解释为材料的“刚度”。决定该测量的因素是施加在材料上的应力除以所显示的应变。“ E”是此测量的符号。

压力

应力σ= F / A  
F表示施加的力,以牛顿或磅(N或lb)为单位,A表示材料的受力面积(m 2或2)。所得的测量值σ为N / m 2或lb / in 2。

应变

应变ε= dL / L 
dL是材料长度沿测量轴(m或in)的偏移量(变化)。L是材料的原始尺寸。测量单位会抵消,因此应变是无单位的测量。

弹性模量

弹性模量E =(F / A)÷(dL / L)=σ÷ε
由于应变是无单位的度量,因此E所用的单位与应力所用的单位相同。但是,N / m 2 =帕斯卡(Pa),通常以吉帕斯卡为单位报道E(GPa = Pa x10 9)。或者,lb / in 2 = psi,然后以兆磅/平方英寸(Mpsi或Msi = psi x10 6)或Kilapounds /平方英寸(Kpsi或Ksi = psi x10 3)表示。

跳水板

想想一个木制的跳水板。您站在一端,而在另一端得到支持。随着木板在您的重量下弯曲,形状会发生变化。如果使用各种权重测量差异,则数据点将创建一个斜率,从而创建您的弹性模量。跳水板的刚性取决于所用木材的类型。Douglas Fir具有13 GPa(1.9 Msi)的弹性模量。橡木的E值为11 GPa(1.6 Msi),而松树的E值为9 GPa(1.3 Msi),比花旗松(Douglas Fir)更具弹性。现代跳水板由飞机级铝制69 GPa(10 Msi)制成。

碳纤维

那么这与碳纤维有什么关系呢?碳纤维技术是轻质,刚性材料的惊人突破。以前用标准建筑材料制造的物品可以用碳纤维制造得更轻更坚固。显然,跳水板需要弯曲。一种由碳纤维(228 GPa,33 Msi)制成的设备不可行。但是,无人机的螺旋桨或敏感设备的外壳需要坚固,轻便的材料。当计算每盎司或每克时,碳纤维材料可以在保持接地与起飞之间发挥作用。无人驾驶飞机(UAV)和大型飞机可受益于碳纤维的轻量化特性和圆滑的外观。自行车制造商可以在减轻重量的同时大大提高其产品的强度和耐用性。制造商可以制造出时尚,现代,重量更轻,以及使用寿命更长的设备和家具。由于重量限制或身体压力(骨骼的E值为76 GPa(11 Msi)),轻型无人驾驶的车辆无法在任何人都能使用的地方工作。使用碳纤维,您将获得大约一个的弹性模量228 GPa(33 Msi),而一些高刚性碳纤维材料的E值为760 GPa(110 Msi)。

其他应用

英特力碳纤维还能实现什么?  声音工程师可以利用强度,耐用性和自然共鸣来使乐器和声音设备具有更快的响应速度和更轻的重量。航空工程师可以通过替代碳纤维将工具重量减少50%或更多。医学成像设备得益于英特力碳纤维的足够强度和刚度;即使在大剂量的X射线和γ射线照射后,也能在负载下保持临界尺寸而不会随着时间而分解。碳纤维的刚性加上不到铝的一半的重量,使工程师能够进行创新,从而在消费类产品和制造业中打造下一代产品。

 
 
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