Что показывает коэффициент пуассона
iSopromat.ru
Коэффициент Пуассона (коэффициент поперечной деформации) одна из механических характеристик материалов, показывает зависимость между продольными и поперечными деформациями элемента, характеризует упругие свойства материала.
Обозначается строчными греческими буквами ν или μ и не имеет размерности.
Определяется отношением относительных поперечных ε поп и продольных ε пр деформаций бруса (элемента):
Порядок определения коэффициента поперечной деформации:
Рассмотрим деформацию элемента цилиндрической формы (рис. 1) который до нагружения имеет следующие размеры:
Рис. 1. Размеры бруса до нагружения
здесь
h0 — начальный продольный размер;
d0 — начальный поперечный размер (в данном случае — диаметр).
После нагружения некоторой продольной системой сил (например сжимающей) брус изменит свои размеры, продольный размер уменьшится (т.к. сжатие) а поперечный наоборот увеличится (рис. 2).
Рис. 2. Размеры бруса после деформации
Полученные в результате деформации размеры обозначим соответственно h1 и d1, где:
здесь Δ h и Δ d соответственно абсолютные продольные и поперечные деформации.
Отношение абсолютных деформаций к соответствующим начальным размерам покажет относительные деформации:
а их отношение в свою очередь определяет коэффициент Пуассона материала бруса.
Значение коэффициента принимается по модулю, т.к. продольная и поперечная деформации всегда имеют противоположные знаки (удлинение бруса приводит к его сужению и наоборот).
В таблице 1 приведены сравнительные значения коэффициента для некоторых материалов.
Коэффициент Пуассона
Коэффициент Пуассона (обозначается как или
) — абсолютная величина отношения поперечной к продольной относительной деформации образца материала. Этот коэффициент зависит не от размеров тела, а от природы материала, из которого изготовлен образец. Коэффициент Пуассона и модуль Юнга полностью характеризуют упругие свойства изотропного материала.
При приложении к телу растягивающего усилия оно начинает удлиняться (то есть продольная длина увеличивается), а поперечное сечение уменьшается. Коэффициент Пуассона показывает, во сколько раз поперечная деформация деформируемого тела больше продольной деформации, при его растяжении или сжатии. Для абсолютно хрупкого материала коэффициент Пуассона равен 0, для абсолютно несжимаемого — 0,5. Для большинства сталей этот коэффициент лежит в районе 0,3, для резины он примерно равен 0,5.
Безразмерен, но может быть указан в относительных единицах: мм/мм, м/м.
Содержание
Ауксетики
Существуют также материалы (преимущественно полимеры), у которых коэффициент Пуассона отрицателен, такие материалы называют ауксетиками. Это значит, что при приложении растягивающего усилия поперечное сечение тела увеличивается.
К примеру, бумага из однослойных нанотрубок имеет положительный коэффициент Пуассона, а по мере увеличения доли многослойных нанотрубок наблюдается резкий переход к отрицательному значению −0,20.
Уравнение
— коэффициент Пуассона;
— деформация в поперечном направлении (отрицательна при осевом растяжении, положительна при осевом сжатии);
— продольная деформация (положительна при осевом растяжении, отрицательна при осевом сжатии).
Грунты
Коэффициент Пуассона для грунтов определяется по табл. 5.10 СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений
Грунты | Коэффициент поперечной | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Крупнообломочные грунты | 0,27 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Пески и супеси | 0,30 — 0,35 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Суглинки | 0,35 — 0,37 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Глины при показателе текучести IL | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
IL 0 0,25 | 0,20 — 0,30 0,30 — 0,38 0,38 — 0,45 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Примечание. Меньшие значения ν применяют при большей плотности грунта. Значения коэффициента Пуассона для некоторых изотропных материалов
ПримечанияСм. такжеМодуль объёмной упругости ( ПолезноеСмотреть что такое «Коэффициент Пуассона» в других словарях:Коэффициент Пуассона — µ Коэффициент пропорциональности между абсолютными значениями относительной продольной ε1у и поперечной ε2y упругомгновенными деформациями при s1 = 0,3Rпр при осевом сжатии образца Источник: ГОСТ 24452 8 … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации Коэффициент пуассона — – абсолютная величина отношения поперечного относительного укорочения (удлинения) к относительному продольному удлинению (укорочению) при простом растяжении (сжатии) прямого стержня в пределах применимости закона Гука. [ГОСТ 24452 80]… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов коэффициент Пуассона — µ Коэффициент пропорциональности между абсолютными значениями относительной продольной … Справочник технического переводчика коэффициент Пуассона — [Poisson s ratio] упругая константа материала, равная отношению относительной поперечной деформации (ε2 и ε3) к относительной продольной деформации (ε1) при линейном растяжении или сжатии: μ = ε2/ε1 = ε3/ε1 = const. Коэффициент Пуассона разных… … Энциклопедический словарь по металлургии коэффициент Пуассона — Puasono santykis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Tempiamo arba gniuždomo bandinio skersinės ir išilginės santykinių deformacijų dalmens absoliučioji vertė. atitikmenys: angl. Poisson number; Poisson’s ratio vok.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas коэффициент Пуассона — Puasono koeficientas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Tempiamų arba gniuždomų kūno sluoksnių skersinės ir išilginės deformacijų dalmens absoliučioji vertė. atitikmenys: angl. Poisson’s ratio vok. Poisson Konstante, f;… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas коэффициент Пуассона — Puasono santykis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Poisson number; Poisson’s ratio vok. Poisson Konstante, f; Poissonsche Konstante, f; Poissonsche Zahl, f rus. коэффициент поперечного сжатия, m; коэффициент Пуассона, m pranc.… … Fizikos terminų žodynas Коэффициент Пуассона — Poisson s ratio Коэффициент Пуассона. Абсолютная величина отношения поперечной деформации к соответствующей продольной деформации, в условиях равномерно распределенного осевого напряжения ниже Proportional limit Предела пропорциональности… … Словарь металлургических терминов коэффициент Пуассона — Puasono koeficientas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Poisson’s ratio vok. Poisson Konstante, f; Poissonscher Koeffizient, m rus. коэффициент Пуассона, m pranc. coefficient de Poisson, m; rapport de Poisson, m … Fizikos terminų žodynas КОЭФФИЦИЕНТ ПУАССОНА — отношение относительного бокового расширения образца испытуемого грунта к относительной вертикальной деформации его под действием нагрузки при одноосном сжатии. Определяется обычно по формуле где £ коэффициент бокового давления грунта … Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии Пуассона коэффициентКоэффициент Пуассона характеризует упругие свойства материала. При приложении к телу растягивающего усилия оно начинает удлиняться (то есть длина увеличивается), а поперечное сечение уменьшается. Коэффициент Пуассона показывает, во сколько раз изменяется поперечное сечение деформируемого тела при его растяжении или сжатии. Для абсолютно хрупкого материала коэффициент Пуассона равен 0, для абсолютно упругого — 0,5. Для большинства сталей этот коэффициент лежит в районе 0,3, для резины он примерно равен 0,5. (Измеряется в относительных единицах (мм/мм, м/м)) АуксетикиСуществуют также материалы (преимущественно полимеры), у которых коэффициент Пуассона отрицателен, такие материалы называют ауксетиками. Это значит, что при приложении растягивающего усилия поперечное сечение тела увеличивается. Уравнениеν — коэффициент Пуассона. См. такжеПолезноеСмотреть что такое «Пуассона коэффициент» в других словарях:ПУАССОНА КОЭФФИЦИЕНТ — (см. МОДУЛИ УПРУГОСТИ). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983. ПУАССОНА КОЭФФИЦИЕНТ … Физическая энциклопедия ПУАССОНА КОЭФФИЦИЕНТ — см. Модули упругости … Большой Энциклопедический словарь Пуассона коэффициент — одна из физических характеристик материала упругого тела, равная отношению абсолютных значений относительной поперечной деформации элемента тела к его относительной продольной деформации. Введён С. Д. Пуассоном. При растяжении… … Большая советская энциклопедия Пуассона коэффициент — см. в статье Модули упругости. * * * ПУАССОНА КОЭФФИЦИЕНТ ПУАССОНА КОЭФФИЦИЕНТ, см. Модули упругости (см. МОДУЛИ УПРУГОСТИ) … Энциклопедический словарь ПУАССОНА КОЭФФИЦИЕНТ — [по имени франц. учёного С. Д. Пуассона (S. D. Poisson; 1781 1840)] абс. значение отношения относит. поперечной деформации к относит. продольной деформации прямого стержня при его продольном растяжении или сжатии в области действия Гука закона. П … Большой энциклопедический политехнический словарь ПУАССОНА КОЭФФИЦИЕНТ — см. в ст. Модули упругости … Естествознание. Энциклопедический словарь Коэффициент Пуассона — µ Коэффициент пропорциональности между абсолютными значениями относительной продольной ε1у и поперечной ε2y упругомгновенными деформациями при s1 = 0,3Rпр при осевом сжатии образца Источник: ГОСТ 24452 8 … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации коэффициент Пуассона — µ Коэффициент пропорциональности между абсолютными значениями относительной продольной … Справочник технического переводчика коэффициент эффективности — [efficiency factor] относительный качественный показатель, характеризующий достигнутый уровень экономической эффективности; отношение экономического результата (например, суммы прибыли или экономии от снижения себестоимости продукции и т. п.).… … Энциклопедический словарь по металлургии коэффициент циклической перегрузки — [cyclic overload ratio] отношение приложенного напряжения (I.) к пределу выносливости материала (образца, полуфабриката, изделия); Смотри также: Коэффициент фабрикационный коэффициент … Энциклопедический словарь по металлургии Научная электронная библиотека1.4. Коэффициент ПуассонаМатериал имеет множество параметров: модуль упругости, коэффициент Пуассона, предел текучести, предел временной прочности, плотность, коэффициент линейного теплового расширения, коэффициент теплопроводности и т.п. Каждая характеристика материала, в свою очередь, зависит от условий эксперимента, в частности, от температуры, формы и структуры образца. Поэтому результаты экспериментальных исследований, как правило, носят качественный характер и не в полной мере отражают свойства материала. В этом случае математическое моделирование и численный эксперимент могут дать развернутое представление о характеристиках материала (моно- и поликристаллического, композитного) при проектировании, в частности, рабочих лопаток газовой турбины. Математическое моделирование и численный эксперимент позволяют существенно сократить объем дорогостоящих экспериментов. В частности, для экспериментов на нитевидных монокристаллах, входящих в состав эвтектических композитов, используется уникальное оборудование. Поэтому моделирование значительно снижает экономические и временные затраты в процессе проектирования элементов авиационных ГТД. Рассматривается математическая модель расчета коэффициента поперечной деформации (коэффициента Пуассона) n, основанная на электростатической природе упругости. Коэффициент Пуассона определяется как отношение где εy – относительная деформация вдоль оси OY; εx – относительная деформация вдоль оси OX. Математическая модель имеет следующие допущения. 1. Рассматривается бездефектная кристаллическая решетка. 2. По Котреллу [25], разрушение кристаллической решетки происходит при εx = 0,1. 3. Рассматривается область упругой деформации, причем V ≠ const. 4. Максимальное значение коэффициента Пуассона определяется на границе перехода от упругой к пластической области деформации при условии εy = εz и сохранении постоянного объема (рис. 1.31). Рис. 1.31. Схема геометрического моделирования поперечной деформации Тогда в исходном состоянии (без нагрузки) при условии x = 1, y = 1, z = 1 В деформированном состоянии (с нагрузкой) x1 = x + ∆x; y1 = y – ∆y; z1 = z – ∆z. Так, при максимальном значении упругой продольной деформации по Котреллу [25] εx = 0,1, максимальное значение коэффициента Пуассона будет равно nмах = 0,47 @ 0,5. При этом y1 = 0,953y, z1 = 0,953z, тогда V = xyz = 1,1⋅0,953⋅0,953 = 0,999 @ 1. Последовательность расчета коэффициента Пуассона для элементарной атомной ячейки бездефектной кристаллической решетки следующая. При x = y = z = a0 кулоновская сила без нагрузки, т.е. при ∆x = ∆y = ∆z = 0 где c = e2 / 4πε0 – коэффициент, e = 1,6·10–19 Кл – заряд электрона; ε0 = 8,85·10–12 Кл2 /Нм2 – электрическая постоянная; а0 – период кристаллической решетки. Кулоновская сила при поперечном сжатии, т.е. при y1 = 0,953y или 0,953а0 (рис. 1.32) Рис. 1.32. Схема геометрического моделирования поперечной деформации Изменение кулоновской силы при сжатии Период кристаллической решетки с учетом изменения кулоновской силы Изменение периода кристаллической решетки с учетом изменения кулоновской силы Относительная поперечная деформация после несложных преобразований определяется по формуле [29, 30] где k = 1 + kстрNорб; kстр – коэффициент, учитывающий тип структуры монокристалла; Nорб – среднее число незаполненных орбиталей внешней электронной оболочки атома. Тип кристаллической решетки можно определить по справочным данным. Относительная поперечная деформация Коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона) Результаты расчетов для некоторых монокристаллических металлов приведены в табл. 1.16. Что показывает коэффициент пуассонаГОСТ Р ИСО 18437-5-2014 НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЯЗКОУПРУГИХ МАТЕРИАЛОВ Часть 5. Определение коэффициента Пуассона с применением метода конечных элементов Mechanical vibration and shock. Characterization of the dynamic mechanical properties of visco-elastic materials. Part 5. Determination of Poisson using finite element analysis Дата введения 2015-12-01 1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (АО «НИЦ КД») на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4 При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации и межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА ВведениеВязкоупругие материалы широко используются в разных системах, в частности, для снижения вибрации в конструкциях посредством рассеяния энергии (демпфирования) или изоляции компонентов и в акустических приложениях, связанных с преобразованием, передачей и поглощением энергии. Для оптимального функционирования таких систем зачастую необходимо, чтобы их элементы обладали заданными динамическими свойствами. Энергетические потери, имеющие место на межмолекулярном уровне, могут быть измерены через запаздывание между деформацией и напряжением в материале. Динамические механические свойства, такие как модуль Юнга, коэффициент потерь и коэффициент Пуассона у большинства материалов зависят от частоты, температуры, амплитуды деформации и предварительного нагружения. Выбор материала для каждого конкретного применения определяет рабочие характеристики системы. 1 Область примененияНастоящий стандарт устанавливает два метода (с одним или двумя испытуемыми образцами) определения коэффициента Пуассона и/или модуля упругости изотропных вязкоупругих или пористо-упругих материалов. Методы основаны на сравнении результатов измерения характеристик «сила-деформация» или жесткости для закрепленного с обеих сторон образца в форме диска и расчетов, выполненных методом конечных элементов и зависящих от значения коэффициента Пуассона. Выбор одного из двух установленных методов зависит от того, должно ли в результате испытаний быть определено значение только коэффициента Пуассона или также модуль упругости. Методы настоящего стандарта предполагают создание небольших деформаций, характерных для вибрационного воздействия на материал в условиях его применения. Настоящий стандарт не распространяется на испытуемый материал, который может рассматриваться как несжимаемый и иметь нелинейное поведение, особенно в условиях значительных статических деформаций. В настоящем стандарте под динамическими механическими свойствами материала понимаются его основные характеристики упругости, такие как комплексный модуль Юнга и коэффициент Пуассона, и их зависимость от температуры и частоты. Настоящий стандарт распространяется на упругие материалы, используемые в виброизоляторах с целью уменьшения: a) передачи вибрации от машин, сооружений, транспортных средств, которая впоследствии может излучаться в виде звуковых волн в окружающую среду (воздух, жидкость); b) передачи низкочастотной вибрации, способной (если уровень вибрации достаточно высок) негативно воздействовать на людей, сооружения или чувствительное оборудование. Полученные в результате измерений результаты могут быть использованы в целях: — проектирования эффективных виброизоляторов; — выбора оптимального материала для виброизолятора; — теоретических расчетов передачи вибрации через виброизоляторы; — обеспечения необходимой информацией при изготовлении продукции; — предоставления необходимой информации предприятиям-изготовителям и поставщиками; — контроля качества продукции. 2 Нормативные ссылкиВ настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты*: 3 Термины и определенияВ целях настоящего стандарта применяют термины по ИСО 472, ИСО 2041, ИСО 4664-1, ИСО 6721-1, ИСО 10846-1, ИСО 23259, а также следующие термины с соответствующими определениями 3.1 динамические механические свойства (вязкоупругие материалы) (dynamic mechanical properties): Основные характеристики (такие как модуль Юнга, модуль сдвига, объемный модуль упругости и соответствующие им коэффициенты потерь), характеризующие упругие свойства эластичных материалов. 3.2 упругий материал (resilient material): Вязкоупругий материал, предназначенный для ослабления передачи вибрации, удара или шума. 3.3 модуль Юнга (Young modulus, modulus of elasticity): Отношение нормального напряжения (при сжатии или растяжении материала) к вызывающей его нормальной деформации или относительному изменению длины. 3.4 коэффициент потерь (loss factor): Отношение мнимой части комплексного модуля упругости к его действительной части (т.е. тангенс фазового угла комплексного модуля упругости). [ИСО 18437-2:2005, терминологическая статья 3.2] 3.5 линейность (linearity): Свойство динамического поведения упругих материалов, при котором соблюдается принцип суперпозиции. [ИСО 18437-2:2005, терминологическая статья 3.7] 3.6 коэффициент Пуассона (Poisson ratio): Отношение поперечной деформации к осевой деформации, создаваемой равномерно распределенным вдоль оси механическим напряжением, непревышающим предела пропорциональности для данного материала. [ИСО 17561:2002, терминологическая статья 3.1.1] 3.7 коэффициент формы (shape factor): Отношение площади нагруженной поверхности к площади, свободной от нагрузки образца с закрепленными концами, подвергаемого растяжению или сжатию. 4 Принципы измеренийЗначение коэффициента Пуассона редко заявляется изготовителями материалов, в то время как определение коэффициента Пуассона способами численного анализа с использованием метода конечных элементов представляет собой трудную задачу. Причина заключается в том, что значение коэффициента Пуассона для вязкоупругих материалов близко к 0,5, а результаты численных расчетов именно в данном диапазоне наиболее чувствительны к небольшим отклонениям в значении измеряемой величины. В настоящем стандарте коэффициент Пуассона вязкоупругих и пористоупругих материалов определяется квазистатическим методом. Метод основан на использовании зависимостей между жесткостью при сжатии, модулем Юнга, коэффициентом Пуассона и коэффициентом формы, полученных методом конечных осесимметричных элементов для дискового образца при его статическом сжатии. При этом учитывается поперечное расширение диска при его сжатии между двумя жесткими пластинами, с которыми диск соединен. Испытания на сжатие используют для измерений жесткости образца. Результаты измерений методами настоящего стандарта будут достоверными при выполнении следующих условий: a) линейности динамического поведения виброизолятора; b) равномерное распределение поверхностей контактов виброизолятора со смежными конструкциями, по которым воспринимается и передается вибрация; c) отсутствие взаимодействия между виброизолятором и окружающей средой (обычно воздухом). Коэффициент Пуассона может быть также определен через другие характеристики упругости, такие как объемный модуль упругости и модуль сдвига [7]. Однако это сопряжено со значительными трудностями эксперимента. Как вариант, коэффициент Пуассона может быть определен прямым методом с использованием лазерного виброметра, позволяющего измерять поперечные расширения образца.
|