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材料力学基础概念：剪切模量：剪切模量在陶瓷材料中的

特性

1材料力学基础概念：剪切模量在陶瓷材料中的特性

1.1材料力学基础

1.1.1应力与应变

1.1.1.1应力的定义

应力（Stress）是材料内部单位面积上所承受的力。在材料力学中，应力通

常分为三种类型：正应力（NormalStress）、剪应力（ShearStress）和扭转应力

（TorsionalStress）。正应力是垂直于材料表面的力，剪应力则是平行于材料表

面的力，而扭转应力则是由扭矩产生的应力。

1.1.1.2应变的定义

应变（Strain）是材料在受力作用下发生的形变程度，通常表示为原始尺寸

的百分比变化。与应力类似，应变也分为正应变（NormalStrain）和剪应变

（ShearStrain）。正应变是材料在正应力作用下长度的变化，剪应变则是材料在

剪应力作用下角度的变化。

1.1.2弹性模量

1.1.2.1杨氏模量的解释

杨氏模量（Young’sModulus），也称为弹性模量，是描述材料在弹性范围

内抵抗拉伸或压缩变形能力的物理量。它定义为正应力与正应变的比值，即：

=

其中，是杨氏模量，是正应力，是正应变。

1.1.2.2泊松比的概念

泊松比（Poisson’sRatio）是材料在弹性变形时横向应变与纵向应变绝对

值的比值。当材料受到拉伸时，它不仅会在拉伸方向上伸长，同时在垂直方向

上会收缩。泊松比描述了这种横向收缩与纵向伸长的相对程度。

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1.1.3剪切模量

1.1.3.1剪切模量的定义

剪切模量（ShearModulus），或称刚性模量，是材料抵抗剪切变形能力的

度量。它定义为剪应力与剪应变的比值，即：

=

其中，是剪切模量，是剪应力，是剪应变。

1.1.3.2剪切模量的计算

剪切模量可以通过实验测定，也可以通过材料的其他弹性常数计算得出。

例如，如果已知材料的杨氏模量和泊松比，剪切模量可以通过以下公式

计算：

=

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1.1.4材料的弹性行为

1.1.4.1弹性与塑性变形的区别

材料的弹性行为是指材料在受力后能够恢复原状的性质。当材料受到的应

力小于其弹性极限时，材料的变形是弹性的，即去除外力后，材料能够完全恢

复到原来的形状和尺寸。而当应力超过弹性极限时，材料会发生塑性变形，即

去除外力后，材料不能完全恢复到原来的形状和尺寸。

1.1.4.2弹性极限的定义

弹性极限（ElasticLimit）是材料在弹性变形阶段所能承受的最大应力。超

过这个应力，材料将开始发生塑性变形，即变形将不再是完全可逆的。弹性极

限是材料力学性能的一个重要指标，它决定了材料在弹性范围内的最大工作应

力。

1.2剪切模量在陶瓷材料中的特性

陶瓷材料因其高硬度、耐高温和耐腐蚀性而被广泛应用于各种工业和科技

领域。然而，陶瓷材料的脆性也是其显著的特性之一，这使得它们在承受剪切

力时容易发生断裂。剪切模量是衡量材料抵抗剪切变形能力的重要参数，对于

陶瓷材料而言，剪切模量的大小直接影响其在剪切应力作用下的稳定性和可靠

性。

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1.2.1陶瓷材料的