蒲松比Poisson's Ratio
蒲松比是指材料在承受拉伸或壓縮力時,一個軸向的膨脹與另一個軸向的收縮之比率。例如,對橡皮筋施加拉伸應變會使其沿軸向伸長,並在橫向收縮,同時變長也變薄。對橡膠球施加壓縮力會導致材料在縱向收縮時沿橫軸橫向膨脹。蒲松比僅僅是軸向和橫向變形之間關係的表示。
計算蒲松比的公式為 ν=(-ε_trans)/ε_axial。橫向應變 (ε_trans) 是在垂直於施加力的方向上測量的,而軸向應變 (ε_axial) 是在施加力的方向上測量的。在給定樣本的彈性範圍內,蒲松比基本上是恆定的,並且是橫向應變與由均勻分佈的軸向應力在材料的比例極限以下產生的相應軸向應變之比率的負值。
對於拉伸試驗,橫向應變被認為是樣本中的負橫向變形,而軸向應變被認為是正縱向變形。對於壓縮試驗,這些值會反轉。蒲松比沒有單位,通常為正值,因為所有常見材料在拉伸試驗期間都會在其橫截面積中出現變窄。大多數材料的蒲松比介於 0 和 0.5 之間,像橡膠這樣的高彈性材料的蒲松比通常約為 0.5。大多數金屬(例如不鏽鋼)的蒲松比通常約為 0.3。然而,軟木的蒲松比實際上為 0,這意味著軟木在承受軸向載荷時幾乎沒有橫向變形,反之亦然,這使其成為密封葡萄酒瓶的理想選擇。
當按照標準測試樣本時,標準通常會要求計算蒲松比的軸向應變範圍。這是為了在材料的彈性範圍內確定蒲松比。例如,當按照 ASTM D638 進行測試時,蒲松比應在 0.05% 至 0.25% 的軸向應變範圍內計算。工程師主要使用蒲松比來確定材料在失效之前可以拉伸或壓縮多少。這通常用於新結構的設計中,因為它允許工程師考慮給定材料在負載下的預期尺寸變化。