材料泊松比测试方法的研究进展

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1、材料泊松比测试方法的研究进展材料泊松比测试方法的研究进展/单桂芳等?15?材料泊松比测试方法的研究进展单桂芳,杨伟,冯建民,杨呜波(四川大学高分子科学与工程学院高分子材料工程国家重点实验室,成都610065)摘要在简述材料泊松比理论计算方面进展的基础上,介绍了近年来在材料弹性行为研究中发展起来的各种泊松比的测试方法,同时分析和比较了各种测试方法的适用范围和条件.关键词泊松比理论计算测试方法AdvancesinTestMethodsforPoisson'SRatioofMaterialsSHANGuifang,YANGWei,FENGJianmin,YA

2、NGMingbo(CollegeofPolymerScienceandEngineering,SichuanUniversity,StateKeyLaboratoryofPolymerMaterialsEngineering,Chengdu610065)AbstractAsanimportantparameterindescribingtheelasticityofmaterials,thePoisson'sratio(u)extendsinto1argenegativeorlargepositivevalueswiththespringingupan

3、ddevelopmentofnegativePoisson'Sratiomaterials,whichdrivesthefurtherdevelopmentofthetheoreticalcalculationofuvalues.Simultaneously.theaccuratemeasureofuvalues,whichisabasicissueofsuchinvestigation,becomesmuchmoreimportant.Thispaperdescribesthestudyofthetheoretica1calculationofUva

4、lues.Basedonthetestingmethodsofthecalculationofuvaluesintherangeofthee—lasticityofmaterials,theappliedrangeandconditionsofthesetestingfnethodsarecomparedandanalyzed.KeywordsPoisson'sratio,theoreticalcalculation,measurementU刖昂一般地,人们采用拉伸模量(或杨氏模量E),剪切模量(G),体积模量(K)和泊松比(u)来描述材料的弹性行为.

5、法国数学家西蒙?泊松将泊松比定义为材料在特定方向上受到拉伸时的横向应变(h)与纵向应变(e)比值的负值,即u:一e/￡.其物理意义为试样伸缩变形时的体积变化.u一0.5时表示物体不可压缩,即变形过程中体积不变.泊松比越小,拉伸变形中体积变化即膨胀越大.对各向同性的线弹性材料而言,这4个常数是互相依赖的,其关系见方程(1)～(4)[".G=E/~2(1+u)](1)K=E/[3(1—2p)](2)E一9KG/(3K+G)(3)u一—(3K一2G)/(3K+G)(4)绝大多数的结构材料都要求其剪切模量高于体积模量.由上述公式可知,在E恒定的情况下,通过改变

6、材料的微观结构改变u,就能相应地改变K和G.例如,若u值变为一1,就可以获得相对于体积模量而言高得多的剪切模量.绝大部分材料的泊松比是正值.约为1/3E.但从热力学角度讲,材料的泊松比可以为负(即受拉伸时材料在弹性范围内发生横向扩张,而受压缩时横向反而发生收缩).1987年,Lakes教授[3]首次在Sci—ence上发表文章介绍了负?白松比聚氨酯泡沫塑料,之后的研究者将具有负泊松比性质的材料称为反橡胶材料,拉胀材料等].随着负泊松比材料研究的不断深入,泊松比值的准确测定越来越受到广大研究者的关注.除了线弹性材料的弹性泊松比外,适用于固体推进剂等粘弹性

7、材料的粘弹性泊松比则是与温度和载荷作用时问都相关的特性参量根据载荷性质不同分别称为静态粘弹性泊松比和动态复数?白松比.前者表征在拉伸静载作用下,横向应变对纵向应变的响应.后者则表征在动态拉伸载荷作用下,横向应变对纵向应变的响应.由于材料的粘弹性,试件在外载作用下要产生松弛或蠕变,横向应变响应滞后于纵向变形历史,因此粘弹性材料泊松比的表达式就没有线弹性材料的那么简单E.很明显,在所有有关材料泊松比的研究中,关键的问题是泊松比的准确测定.根据泊松比的定义,测试泊松比值即间接测试材料在一定载荷作用下的纵横向位移变形量,而位移变形量除以原始长度即为应变.本文将

8、着重介绍最新出现的泊松比测试方法,希望能为材料弹性行为的相关研究提供有益的借鉴.1泊松比的测试