剪切模量是多少？
剪切模量定義為剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變的比率。它也被稱為剛性模量，可以用G表示，也可以用S或μ表示。剪切模量的SI單位是帕斯卡（Pa），但值通常以千兆帕（GPa）表示。以英文單位表示，剪切模量以磅/平方英寸（PSI）或千克（數(shù)千）磅/平方英寸（ksi）為單位給出。
- 大的剪切模量值表明固體是高度剛性的。換句話說，需要很大的力來產(chǎn)生變形。
- 小的剪切模量值表明固體是柔軟的或柔韌的。普健康知識
- 流體的一個定義是剪切模量為零的物質(zhì)。任何力量都會使其表面變形。
剪切模量方程
剪切模量通過測量平行于固體的一個表面施加力的固體變形來確定，而相反的力作用于其相對的表面并將固體保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。把剪切看作是推到塊的一側(cè)，摩擦是反作用力。另一個例子是試圖用鈍剪刀剪線或頭發(fā)。
剪切模量的等式是：
G=τ/γ=F/A/Δx/l=Fl/AΔx
哪里：
- G是剪切模量或剛度模量
- τ是剪切應(yīng)力
- γ是剪切應(yīng)變
- A是力作用的區(qū)域
- Δx是橫向位移
- l是初始長度
剪切應(yīng)變?yōu)棣/l=tanθ或有時=θ，其中θ是由施加的力產(chǎn)生的變形形成的角度。
示例計算
例如，找到在經(jīng)歷5x10-2的應(yīng)變的4x104N/m2的應(yīng)力下樣品的剪切模量。
G=（4x104N/m2）/（5x10-2）=8x105N/m2or 8x105Pa=800 KPa
各向同性和各向異性材料
一些材料在剪切方面是各向同性的，這意味著無論取向如何，響應(yīng)力的變形都是相同的。其他材料是各向異性的，并且根據(jù)取向?qū)?yīng)力或應(yīng)變的響應(yīng)不同。各向異性材料比另一個更容易沿一個軸剪切。例如，考慮一塊木材的行為，以及它如何響應(yīng)平行于木材顆粒施加的力，與其對垂直于顆粒施加的力的響應(yīng)相比?？紤]鉆石對施加的力的反應(yīng)方式。晶體剪切的容易程度取決于力相對于晶格的取向。
溫度和壓力的影響
正如你所料，材料對施加力的響應(yīng)會隨著溫度和壓力而變化。在金屬中，剪切模量通常隨著溫度的升高而降低。剛性隨著壓力的增加而降低。用于預(yù)測溫度和壓力對剪切模量影響的三種模型是機械閾值應(yīng)力（MTS）塑性流動應(yīng)力模型，Nadal和LePoac（NP）剪切模量模型，以及Steinberg-Cochran-Guinan（SCG）剪切模量模型。對于金屬，傾向于存在剪切模量變化是線性的溫度和壓力區(qū)域。在此范圍之外，建模行為更加棘手。
剪切模量值表
這是室溫下樣品剪切模量值的表。柔軟，柔韌的材料傾向于具有低剪切模量值。堿土和堿性金屬具有中間值。過渡金屬和合金具有高價值。鉆石是一種堅硬而堅硬的物質(zhì)，具有極高的剪切模量烏盧斯。
| Material | 剪切模量（GPa） |
| 橡膠 | 0.0006 |
| 0.117 | |
| 膠合板 | 0.62 |
| 尼龍 | 4.1 |
| 鉛（Pb） | 13.1 |
| 鎂（Mg） | 16.5 |
| 鎘（Cd） | 19 |
| 19 | |
| 具體 | 21 |
| 鋁（Al） | 25.5 |
| 26.2 | |
| 黃銅 | 40 |
| 鈦（Ti） | 41.1 |
| 銅（Cu） | 44.7 |
| 鐵（Fe） | 52.5 |
| 鋼 | 79.3 |
| 鉆石（C） | 478.0 |
請注意，Young's模量的值遵循類似的趨勢。Young's模量是固體's剛度或線性抗變形性的量度。剪切模量，楊氏模量和體積模量均為彈性模量，均基于胡克定律和s定律，并通過方程相互連接。
來源
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- Guinan，M;Steinberg，D（1974）。"65個元素的各向同性多晶剪切模量的壓力和溫度導(dǎo)數(shù)##34;。固體物理與化學(xué)雜志。35（11）：1501。doi:10.1016/S0022-3697（74）80278-7
- Landau L.D.，Pitaevskii，L.P.，Kosevich，A.M.，Lifshitz E.M.（1970）。彈性理論，第7卷。（理論物理學(xué)）。第三版Pergamon：牛津。ISBN:978-0750626330
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