剛體與連續體力學

帕松比(Poisson's ratio)

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帕松比(Poisson's ratio)捕捉了人人都感受過的事實:把東西拉長,它通常會變細;把它壓扁,它會向側邊鼓出。它是單一個數字,說明當你把材料沿長度方向拉伸時,它橫向收縮多少。拉橡皮筋會明顯地縮腰(比值大);拉一塊軟木則寬度幾乎不變(接近零)。

精確地說,對一根受單軸張力的桿,帕松比為 nu = -(橫向應變)/(軸向應變),負號使得在拉伸造成側向收縮的一般情況下 nu 為正。對各向同性彈性材料,它與拉梅參數的關係為 nu = lambda / [2(lambda + mu)],並與楊氏模數 E 一起完整地確定各向同性的彈性反應。熱力學穩定性把它限制在 -1 < nu < 1/2 的範圍(對各向同性固體)。上限 nu = 1/2 是不可壓縮的情況——拉伸造成的變細恰好使體積保持不變。

多數金屬的 nu 接近 0.3,橡膠趨近 0.5(幾乎不可壓縮),軟木接近 0(這就是為什麼軟木塞能塞進瓶口而不會側向卡死)。少數工程設計的拉脹(auxetic)材料與某些泡棉具有負帕松比——它們被拉伸時反而變胖、向側邊擴張。帕松比是工程師對任何結構材料都會列出的兩個日常彈性常數之一(另一個是楊氏模數)。

鋼的 nu 約為 0.30:把一根鋼絲沿長度拉伸 1%,其直徑會橫向變細約 0.30%。橡膠的 nu 接近 0.5,則幾乎會變細足足 0.5%——因為它必須保持體積不變。

帕松比是橫向應變對軸向應變之比取負;0.5 代表不可壓縮。

恰為 1/2 的值並不代表「無限剛硬」——它代表不可壓縮,也就是體積模數發散、而剪力模數仍為有限。橡膠幾乎不可壓縮,卻極易被剪切,這就是為什麼它摸起來柔軟、卻很難被壓得更小。

又称
nu帕松比蒲松比