在工程设计与材料研发中，材料的力学性能是决定结构安全性与可靠性的核心因素。泊松比（Poisson's Ratio）、弹性模量（Elastic Modulus）和剪切模量（Shear Modulus）被称为材料力学性能的“黄金三角”，三者共同揭示了材料在受力时的变形规律。

泊松比

泊松比（ν）是指材料在单向受拉或受压时，横向正应变（εₜ）与轴向正应变（εₐ）的比值，即ν = -εₜ/εₐ 。

当应力施加到材料上时，泊松比可以帮助预测材料在不同方向上的变形。是描述材料在受力时的“横向收缩”特性。大多数金属材料的ν值在0.2~0.3之间，而软木的ν接近0（几乎无横向变形）。

弹性模量

弹性模量（E）是：材料在弹性变形阶段，正应力（σ）与轴向应变（ε）的比值，即 E = σ/ε。

弹性模量反映材料抵抗弹性变形的能力，数值越大，材料越“刚硬”。例如，钢材的弹性模量约为200 GPa，橡胶则低至0.01 GPa。

剪切模量

剪切模量（G）是剪切应力（τ）与剪切应变（γ）的比值,即 G = τ/γ。

剪切模量表征材料抵抗剪切变形的能力，直接影响结构的抗扭性能。例如，铝的剪切模量约为26 GPa。

“三角关系”

通过对材料在不同受力状态下的变形分析和力学平衡关系的推导，可以得到弹性模量E、泊松比ν和剪切模量G之间的关系为：G=E/2(1+ν)。

材料的泊松比、弹性模量和剪切模量可以通过不同的试验方法进行测量，以下是一些常见的试验方法：

泊松比

1）拉伸试验：这是测量泊松比最常用的方法。在试验中，对标准试样施加轴向拉伸载荷，同时测量试样在轴向和横向方向上的应变。通过安装在试样上的应变片或引伸计，可以精确测量出轴向应变和横向应变。泊松比ν则通过公式计算得出。为了确保测量结果的准确性，需要保证试样材料的均匀性、试验过程中载荷的稳定性以及测量设备的高精度。

2）光学测量法：如数字图像相关（DIC）技术，通过在试样表面制作随机散斑图案，利用相机在加载过程中拍摄试样表面的图像，然后通过图像处理算法分析散斑图案的变形，从而得到试样表面的全场应变信息，包括轴向和横向应变，进而计算出泊松比。这种方法能够提供更全面的应变分布信息，并且对试样表面制备的要求相对较低。

弹性模量

1）拉伸试验：同样是常用的方法。在拉伸试验中，测量试样在弹性变形阶段的应力 - 应变曲线。弹性模量E是应力-应变曲线在弹性阶段的斜率，通过逐渐增加拉伸载荷并准确测量相应的应力和应变值，可以得到弹性模量。

2）动态法：如超声测量法，利用超声波在材料中的传播速度来计算弹性模量。这种方法适用于各种形状和尺寸的材料，且对材料的损伤较小。

剪切模量

1）扭转试验：对圆柱试样施加扭矩，使其产生扭转变形。在试验过程中，需要准确测量扭矩和扭转角，并根据试样的尺寸和材料特性进行相应的计算。

2）剪切波传播法：类似于动态法测量弹性模量，通过测量剪切波在材料中的传播速度来确定剪切模量。这种方法具有非接触、快速等优点，适用于材料的无损检测和在线监测。

结语

泊松比、弹性模量与剪切模量的精准测定，是评估材料性能、优化产品设计的基石。作为专业的第三方实验室，武汉武测检测技术有限公司凭借先进的试验设备（如高精度万能试验机、数字图像相关技术DIC等）和资深技术团队，为客户提供符合CNAS、ASTM等国际标准的力学性能测试服务。