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我们在上面一节教程中介绍了剪切模量,以及弹性模量(在之后我们将拉伸模量统称为弹性模量),我们这次就以剪切模量为例,介绍储能模量和损耗模量。
我直接给出定义:
剪切模量由 储能模量和损耗模量组成
那小伙伴会问,弹性模量是不是也是呢?
是的
弹性模量的组成部分也是 储能模量和损耗模量组成,
总之大家记住,剪切和拉伸就是流变学,如果剪切有的东西,那拉伸肯定也有,反之,拉伸有的,那我剪切也必须有
剪切模量既然是由储能模量和损耗模量组成的,那马上就有一个问题,储能模量和损耗模量这两谁多谁少,谁在剪切模量里面占的多?
我给出一个相位角δ,我们可以通过计算这个δ的值,来确认材料中,储能模量和损耗模量的占比。大家不要问这是啥,怎么来的,其实也不需要知道。我后面专门出这个东西的来龙去脉。
懂了吧,真是简简又单单啊。
现在给出储能模量的定义:材料中弹性的组成部分
这里不禁要问,弹性是什么意思?
弹性一般在弹簧中出现,大家观察弹簧,拉长后放手,是不是又回到了原来的位置?从能量角度来说,弹簧把这部分拉长的能量储存起来了,然后一放手后,材料就把这部分能量给释放出来了,大家也猜到了,材料的弹性也是一模一样,就是当我们施加应力后,材料产生应变,这部分应变中,材料储存了一部分应变能量,这部分能量也叫储能模量,当我们放手后,和弹簧类似,材料也会释放掉这部分能量,然后回收自己的这部分应变
但是 这里就有了和弹簧不一样的地方,我们知道,弹簧在松手后,会完全恢复到原来的位置,但是对于材料可不是这样,材料只会部分返还,至于返还到多少的位置,那就要取决于损耗模量了。
这里给出损耗模量的定义:材料中粘性的组成部分
这个东西稍微比较抽象,需要大家动一下大脑来思考,我们可能都注意到过,当我们对某个东西摩擦或者用力掰的时候材料会发热,甚至于烫手,原因是我们对物体施加的力,一部分转化成了材料的热量
同理,我们刚才拉弹簧的时候,我们施加给弹簧一个固定的能量,让他产生了一个固定的应变,但是要注意的是,我们在拉动弹簧的时候,弹簧是不是会产生热量,这部分能量是要从这个固定的能量里面扣除掉,我们可以简单的理解为,弹簧内部的分子产生的摩擦热,所以,我们最后恢复的时候,实际上能量并没有之前那么多了,最后弹簧也不会恢复到原点,只不过,弹簧的损耗模量特别小,以至于我们认为他完全恢复了
所以我们材料就等同于这个弹簧一样,无非是我们的损耗模量远大于弹簧,以至于我们不得不考虑,损耗模量带来的能量损失。
这里有点抽象,我找个图说明一下
比如我们手里拿个球,然后放手后是不是会回弹,但是大家都观察到,这个球他不会完全完全回弹回去,除去了空气摩擦力的影响,我告诉大家,是因为小球在接触到地面的时候,发生的不是完全弹性碰撞,也就是说,在碰撞的这个过程中,小球自身会产生热,损耗掉一部分能量,这部分能量就是损耗模量,懂了吧?至于途中的E’和E’’,我相信大家能看懂,这是弹性模量中的储能模量和损耗模量符号
我们不妨多说一点,为啥有的资料,会告诉你弹性模量等于储能模量,大家想想,假如我这种材料,弹性模量里面,基本上没有损耗模量,都是由储能模量组成的,比如钢铁,这种情况下,弹性模量肯定就是储能模量了,但是在流变学里面,我们有很多材料损耗模量都比弹性模量大,这两怎么可能相等,所以大家懂了吧?
这就是储能模量和损耗模量,我下节教程,带大家看几个典型的材料的储能模量和损耗模量图
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