小(xiǎo)英筆(bǐ)记丨什么是泊松比？

负泊松比：一些特殊材料的泊松比為(wèi)负，在单向受拉时横向发生膨胀，在单向受压时横向发生收缩，因此又(yòu)叫做拉胀材料。

材料的泊松比与材料的弹性模量和切变模量密切相关。当泊松比由正变负时，切变模量提高，抗剪能(néng)力显著提高。尤其当泊松比為(wèi) –1 时，切变模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超过弹性模量，此时，材料将变得极易可(kě)压缩，但难以剪切，两者关系如下图所示。

弹性模量和切变模量的关系

当汽車(chē)座椅受到冲击时，材料的负泊松比效应可(kě)以让其向冲击區(qū)域聚集变得更加致密，抵抗压痕的能(néng)力得到提高。传统材料则与之相反，轴向冲击载荷会使材料向两侧分(fēn)离，硬度明显低于负泊松比材料。利用(yòng)此特点可(kě)设计出既舒适又(yòu)具(jù)有(yǒu)很(hěn)好支撑性的弹性座椅，满足出行安(ān)全需要。

IST 台車(chē)碰撞模拟系统

在生物(wù)医(yī)學(xué)工(gōng)程领域，经研究人员发现，一些拉胀材料具(jù)有(yǒu)优良的机械强度和稳定性，為(wèi)组织再生提供稳定空间，可(kě)用(yòng)于制作(zuò)心脏支架和生物(wù)瓣膜等器械。

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在航空航天领域，负泊松比材料可(kě)用(yòng)来制作(zuò)夹板的中(zhōng)间體(tǐ)增强材料，以此提高夹板的安(ān)全性能(néng)。

复合材料拉伸断裂瞬间

此外，在國(guó)防领域中(zhōng)，负泊松比材料对力的传输和反射具(jù)有(yǒu)较强的干扰作(zuò)用(yòng)，因此可(kě)在受到强烈骤变的外力时有(yǒu)效分(fēn)散或降低应力，从而具(jù)有(yǒu)更好的保护效果。

根据材料的性质(zhì)、实验条件及测量精(jīng)度要求的不同，可(kě)采用(yòng)多(duō)种手段测量材料的泊松比。以下是几种常见且较為(wèi)专业的力學(xué)相关测量方法。

1. 拉伸试验法

拉伸试验是测量泊松比较為(wèi)经典和广泛应用(yòng)的方法，特别适用(yòng)于金属材料、聚合物(wù)及其他(tā)具(jù)有(yǒu)较好延展性的材料。该方法通过对试样施加轴向拉力，并同步测量轴向应变和横向应变，进而计算泊松比。

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2. 压缩试验法

压缩试验与拉伸试验类似，但往往适用(yòng)于那些难以进行拉伸的脆性材料或压缩性能(néng)优异的材料（如陶瓷、复合材料等）。该方法通过施加轴向压力并测量横向膨胀来计算泊松比。

3. 数字图像相关法

DIC 是一种基于光學(xué)测量的现代实验力學(xué)方法，广泛应用(yòng)于材料在大变形和复杂应力状态下的应变测量，尤其适用(yòng)于形状复杂或传统应变片难以粘贴的材料。

采用(yòng)视频引伸计进行 DIC 测量

负泊松比结构压缩测试