軟木材料在葡萄酒密封材料中脫穎而出,，甚至被外界譽(yù)為“葡萄酒守護(hù)神"，其背后的成功之道就在于一個(gè)重要的物理量——泊松比,。
其近乎于零的泊松比,，使得軟木塞在被塞入瓶口時(shí)，即使承受較大的軸向壓縮,，其直徑也不會(huì)增大,，在壓入與拔出的過程中只需克服塞子與瓶壁的摩擦阻力。
圖片源自網(wǎng)絡(luò)
楊氏模量（Young's modulus）和泊松比（Poisson's ratio）是材料力學(xué)中描述材料性質(zhì)的兩個(gè)的常見且重要的參數(shù),。
E = σ / ε
ν = εx / εy
楊氏模量與泊松比的數(shù)學(xué)定義
其中 E 為材料的楊氏模量，σ 為應(yīng)力,，ε 為應(yīng)變,，εx 為材料橫向的應(yīng)變，εy 為材料縱向應(yīng)變,。
楊氏模量是描述材料彈性變形特性的物理量,，它表示單位面積的材料在拉伸或壓縮時(shí)所受到的應(yīng)力與應(yīng)變之比。楊氏模量越大,，材料的剛度越高,，即材料越難被拉伸或壓縮。
而泊松比則是描述材料在拉伸或壓縮時(shí)橫向收縮或膨脹的程度的物理量,，它表示材料在垂直于拉壓方向上所發(fā)生的相對(duì)橫向收縮或膨脹的比例,，因此泊松比也叫橫向變形系數(shù)，是描述材料在三維空間中材料變形狀態(tài)的一個(gè)參數(shù),。
正泊松比：如橡皮泥般,，當(dāng)受到拉伸時(shí)，橫向收縮,；受到壓縮時(shí),，橫向膨脹,。這是大多數(shù)常見材料（如金屬、塑料,、橡膠等）的表現(xiàn),。
負(fù)泊松比：一些特殊材料的泊松比為負(fù)，在單向受拉時(shí)橫向發(fā)生膨脹,，在單向受壓時(shí)橫向發(fā)生收縮,，因此又叫做拉脹材料。
材料的泊松比與材料的彈性模量和切變模量密切相關(guān),。當(dāng)泊松比由正變負(fù)時(shí),，切變模量提高，抗剪能力顯著提高,。尤其當(dāng)泊松比為 –1 時(shí),，切變模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過彈性模量，此時(shí),，材料將變得極易可壓縮,，但難以剪切，兩者關(guān)系如下圖所示,。
彈性模量和切變模量的關(guān)系
負(fù)泊松比材料具有特殊的力學(xué)特性,，受壓時(shí)材料向內(nèi)部聚集，瞬時(shí)密度增大,，外部可表現(xiàn)出較高的剛度,。這種高比強(qiáng)度、高能量吸收率等性質(zhì),，賦予了它在多個(gè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用潛力,。
當(dāng)汽車座椅受到?jīng)_擊時(shí)，材料的負(fù)泊松比效應(yīng)可以讓其向沖擊區(qū)域聚集變得更加致密,，抵抗壓痕的能力得到提高,。傳統(tǒng)材料則與之相反，軸向沖擊載荷會(huì)使材料向兩側(cè)分離,，硬度明顯低于負(fù)泊松比材料,。利用此特點(diǎn)可設(shè)計(jì)出既舒適又具有很好支撐性的彈性座椅，滿足出行安全需要,。
IST 臺(tái)車碰撞模擬系統(tǒng)
在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域,，經(jīng)研究人員發(fā)現(xiàn)，一些拉脹材料具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性,，為組織再生提供穩(wěn)定空間,，可用于制作心臟支架和生物瓣膜等器械。
Instron ElectroPuls 系列多工位支架疲勞測(cè)試
在航空航天領(lǐng)域,，負(fù)泊松比材料可用來制作夾板的中間體增強(qiáng)材料,，以此提高夾板的安全性能,。
復(fù)合材料拉伸斷裂瞬間
此外，在國(guó)防領(lǐng)域中,，負(fù)泊松比材料對(duì)力的傳輸和反射具有較強(qiáng)的干擾作用,，因此可在受到強(qiáng)烈驟變的外力時(shí)有效分散或降低應(yīng)力，從而具有更好的保護(hù)效果,。
根據(jù)材料的性質(zhì),、實(shí)驗(yàn)條件及測(cè)量精度要求的不同，可采用多種手段測(cè)量材料的泊松比,。以下是幾種常見且較為專業(yè)的力學(xué)相關(guān)測(cè)量方法。
1. 拉伸試驗(yàn)法
拉伸試驗(yàn)是測(cè)量泊松比較為經(jīng)典和廣泛應(yīng)用的方法，特別適用于金屬材料,、聚合物及其他具有較好延展性的材料。該方法通過對(duì)試樣施加軸向拉力,，并同步測(cè)量軸向應(yīng)變和橫向應(yīng)變,，進(jìn)而計(jì)算泊松比,。
Instron 雙軸引伸計(jì)及橋盒
2. 壓縮試驗(yàn)法
壓縮試驗(yàn)與拉伸試驗(yàn)類似,，但往往適用于那些難以進(jìn)行拉伸的脆性材料或壓縮性能優(yōu)異的材料（如陶瓷,、復(fù)合材料等）,。該方法通過施加軸向壓力并測(cè)量橫向膨脹來計(jì)算泊松比,。
3. 數(shù)字圖像相關(guān)法
DIC 是一種基于光學(xué)測(cè)量的現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)力學(xué)方法,，廣泛應(yīng)用于材料在大變形和復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)變測(cè)量,，尤其適用于形狀復(fù)雜或傳統(tǒng)應(yīng)變片難以粘貼的材料,。
采用視頻引伸計(jì)進(jìn)行 DIC 測(cè)量
負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)壓縮測(cè)試
泊松比,，這個(gè)看似簡(jiǎn)單的物理量,，實(shí)則蘊(yùn)含著材料世界的無限奧秘,。它不僅是材料力學(xué)性能的重要指標(biāo),，更是推動(dòng)科技進(jìn)步和工程創(chuàng)新的關(guān)鍵因子。
本期小英筆記就到這里
什么是泊松比
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